TRATAMENTO E RECIRCULAÇÃO DOS EFLUENTES LÍQUIDOS DA UTE CHARQUEADAS. Rita Clarice Machado Tissot GERASUL

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1 GIA/ a 26 de Outubro de 2001 Campinas - São Paulo - Brasil GRUPO XI ESTUDO DE IMPACTOS AMBIENTAIS GIA RESUMO TRATAMENTO E RECIRCULAÇÃO DOS EFLUENTES LÍQUIDOS DA UTE CHARQUEADAS Rita Clarice Machado Tissot GERASUL O objetivo deste trabalho é apresentar a experiência da GERASUL, no equacionamento dos efeitos ambientais da geração termelétrica a carvão energético nacional com expressivas reservas localizadas na região sul do país. PALAVRAS-CHAVE: Recirculação de efluentes, Usina termelétrica 1.0 CONSIDERAÇÕES GERAIS: A usina termelétrica de Charqueadas (UTCH), situase à margem direita do rio Jacuí, no município de Charqueadas, Rio Grande do Sul, é constituída de 04 grupos geradores de 18 MW com capacidade total instalada de 72 MW. O carvão utilizado no processo de geração termelétrica na UTCH tem alto teor de cinzas (53%), poder calorífico de 3.100Kg/Kcal, umidade menor que 15% e teor de enxofre variável entre 0,8 e 1,3%. 2.0 FONTES DE POLUIÇÃO EM TERMELÉTRICAS Os efluentes de termelétricas, de interesse para o meio ambiente podem ser classificados como aéreos, líquidos e sólidos. 2.1-Efluentes aéreos Os efluentes aéreos são aqueles constituídos de gases e material particulado, gerados no processo de operação de uma usina termelétrica, e com possibilidade de descarga na atmosfera Material particulado ( MP ) Durante a combustão, parte das cinzas formadas são arrastadas pelo fluxo de gases, recebendo o nome de cinzas leves (fly- ash). Uma parcela desta cinza é retida pelo precipitadores eletrostáticos e uma pequena parte é descarregada pela chaminé. Nem todas as cinzas são volantes: parte delas fica no fundo da caldeira, sendo chamadas de cinzas residuais ou pesadas (bottom-ash), e dessa forma não integram os efluentes aéreos Óxidos de Enxofre (SOx) O enxofre existente no carvão transforma-se em óxidos de enxofre durante a combustão, principalmente dióxido de enxofre (SO 2 ). Na atmosfera o SO 2 volta a se oxidar dando origem a sulfatos e a ácido sulfúrico, este sob forma de gotículas. Dependendo da concentração, tais compostos podem ser responsáveis pelo surgimento de chuvas ácidas e diminuição da visibilidade Óxidos de Nitrogênio (NOx) São formados durante a combustão, dependendo da temperatura, da forma de combustão e do tipo de queimadores das caldeiras. Esses óxidos aparecem principalmente sob a forma de monóxido e dióxido de nitrogênio (NO e NO 2 ), sendo tidos como coresponsáveis pela acidez das chuvas em locais de elevada concentração. Sua principal origem é no ar de combustão Elementos menores São emitidos, junto com os gases, uma série de elementos menores que podem estar presentes no combustível, geralmente em baixíssimas Rua Geólogo White S/Nº - Centro - CEP Charqueadas - RS Fone/Fax: (51) rtissot@gerasul.com.br

2 concentrações cujos efeitos são ainda pouco estudados. Já foi constatado no carvão sul-brasileiro, a presença de cobalto, cromo, flúor, mercúrio, chumbo, arsênio, berílio, níquel, cádmio, alumínio e zinco entre outros, o que não chega a diferir de forma expressiva da situação vigente entre outros carvões existentes e utilizados mundialmente Efluentes Líquidos Durante a operação de termelétricas a carvão são gerados uma série de efluentes líquidos, como podemos ver a seguir: Efluentes da drenagem do estoque de carvão A ação da chuva sobre os estoques de carvão ao ar livre oxida a pirita presente (composto de ferro e enxofre), gerando uma drenagem altamente poluidora, com elevados teores de sólidos em suspensão e baixo ph, o que favorece a lixiviação (dissolução) dos elementos menores associados ao carvão Efluentes do arraste hidráulico e da disposição das cinzas A água usada para extrair as cinzas do fundo da caldeira constitui-se em outro efluente poluidor. A disposição de cinzas em aterros também apresenta potencial poluidor, pois as cinzas tanto podem ser arrastadas pelas águas superficiais, quanto lixiviadas pela água da chuva percolada, arrastando para o lençol freático, substâncias eventualmente tóxicas que por esse meio podem atingir os mananciais de abastecimento rural ou urbano Efluente do sistema de refrigeração O sistema de refrigeração tem por finalidade resfriar e condensar o vapor que retornará à caldeira. Tratase de um circuito paralelo independente do de vapor, e que retira calor deste e entrega o ao meio ambiente, gerando efeitos térmicos em grau variado. Os sistemas de refrigeração podem utilizar a água apenas uma vez e descartá-la (circuito aberto) ou recircular o fluido refrigerante que entregará calor à atmosfera numa torre de refrigeração seca ou úmida (circuito fechado). No caso de água não recirculada, a composiçào química é praticamente igual a água captada, com exceção de biocidas eventualmente utilizados, destinados a controlar o crescimento de algas e limo nos tubos do condensador, prejudiciais a troca térmica. O biocida mais utilizado é o cloro Efluente do sistema de tratamento de água As termelétricas necessitam de água tratada para sua operação, sendo que a água utilizada para a produção de vapor é desmineralizada. As impurezas concentradas, retiradas da água durante o tratamento também são objeto de atenção, bem como os produtos que intervêm no processo regenerativo dos trocadores iônicos da desmineralização Demais efluentes São constituídos pelas purgas eventuais de caldeira, limpeza de equipamentos, drenagem pluvial e esgotos sanitários. 2.3 Resíduos sólidos Os resíduos sólidos são constituídos principalmente pelas cinzas, além de outros resíduos abaixo mencionados Cinzas Como já foi dito ao tratar-se dos efluentes aéreos, o resíduo da combustão pode tomar a forma de dois tipos de cinzas: Cinzas leves ou volantes e cinzas pesadas. As cinzas podem ser removidas por via hidráulica (cinza pesada) e pneumática (cinza leve) para o local de disposição, o que deve ser projetado de maneira a permitir o confinamento e evitar a lixiviação de circunstanciais elementos tóxicos presentes nas mesmas Emissões fugitivas A ação do vento nas pilhas de carvão e depósitos de cinzas pode gerar emissões de poeiras O SISTEMA DE COMBUSTÃO E GERAÇÃO DE CINZAS NA UTCH O carvão proveniente de minas na região, antes de ser transportado para a usina sofre um processo de uniformização de suas características físicoquímicas. Por correias transportadoras é conduzido para um alimentador mecânico ao sistema de moagem sendo insuflado com ar para a fornalha, onde ocorre a queima. Junto dos gases de combustão resultam as cinzas leves e pesadas, numa proporção de aproximadamente 70/30% respectivamente.

3 As cinzas leves são direcionadas aos 04 precipitadores eletrostáticos (instalados em 1987) e as cinzas remanescentes dos precipitadores (aproximadamente 1,0 a 1,5%) constituem as emissões aéreas saindo pela chaminé. As cinzas leves captadas nos precipitadores eletrostáticos são direcionadas pneumaticamente aos silos de cinza seca e comercializadas com a indústria cimenteira. As cinzas pesadas, provenientes do fundo da caldeira, são carregadas por via hidráulica para o sistema de decantação Descrição do sistema de cinza existente até abril de 2000 O sistema de água de serviço é utilizado para o transporte de cinza. O sistema é composto de 04 bombas com capacidade de 250m 3 /h cada (1000m 3 /h) cuja operação está relacionada com a quantidade de unidades em operação. Em média o sistema de arraste hidráulico utiliza 500m 3 /h. A água de serviço, após arrastar a cinza do fundo da fornalha é encaminhada para o sistema de separação cinza/água. Este sistema é composto de um conjunto de 08 tanques com a seguinte finalidade: 06 tanques operam como decantadores e 02 tanques como clarificadores. A água de arraste das cinzas após passar pelos tanques de sedimentação e clarificação tanto pelo over flow como pelo leito filtrante de fundo, é coletada em canaletas que levam a um tanque de coleta de efluentes. O efluente bombeado é descarregado em uma canaleta que por sua vez encaminha o efluente por gravidade para o rio Jacuí, através do canal de fuga do sistema de água de refrigeração da usina. 3.0 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE LIQUIDO LANÇADO NO RIO JACUÍ Com a instalação dos 04 precipitadores em 1987, foi equacionado o problema de emissões atmosféricas que existia desde a implantação da Usina (1962). No entanto representaram uma contribuição adicional de cinzas leves para a bacia de cinzas. Pela possibilidade de arraste das cinzas das tremonhas dos precipitadores para os separadores de cinza / água sempre que necessário. Além desse volume de cinzas outros sólidos existentes nas águas de limpeza das áreas dos cinzeiros, bombas de alimentação e pátio da usina também são canalizados para os decantadores o que contribuiu para a redução no rendimento do sistema de decantação. Por conseqüência dessa redução no rendimento do sistema de decantação levou a um incremento substancial de sólidos suspensos no efluente líquido gerado pela usina. Desde então com a finalidade de caracterizar e quantificar os sólidos contidos no efluente líquido, a UTCH através do laboratório sistematizou a coleta e análise desse efluente, cujo resultado possibilitou avaliar e otimizar o sistema existente. Na tabela seguinte podem ser observados os valores de sólidos suspensos encontrados nos anos de 96 a 98. Tabela Emissão de sólidos suspensos no efluente mg/l MÊS PERÍODO Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro ,5 Outubro Novembro ,36 Dezembro A média mensal de sólidos suspensos contidos no efluente líquido no ano de 96 foi de mg/l, em mg/l e em 1998 foi de 1.536mg/l, resultado da otimização do sistema existente de tratamento de efluentes. Mesmo com essa redução dos sólidos suspensos no efluente, sua qualidade estava aquém do exigido pela FEPAM RS ( Fundação Estadual de Proteção Ambiental ) que já na LO 4331/98 DL do ano de 1998 estabeleceu um padrão de emissão de sólidos suspensos para a UTCH < 60mg/l, além do atendimento dos demais parâmetros. 4.0 SELEÇÃO DA ALTERNATIVA PARA ADEQUAR O EFLUENTE LÍQUIDO DO SISTEMA DE SEPARAÇÃO CINZA/ÁGUA AOS REQUISITOS DA FEPAM Para efeito de busca de uma nova alternativa para solucionar o problema dos sólidos suspensos no efluente líquido em questão, partiu-se da premissa de que o total de cinza leve produzida deveria ser extraída pelo sistema pneumático e encaminhada aos

4 silos de cinza leve com o objetivo de reduzir a fração leve encaminhada para a separação cinza/água. A redução desta fração leve ocasionaria um aumento da eficiência de sedimentação para a mesma área de decantação, com o aumento do tempo de residência da mistura água /cinza nos decantadores. A vazão de água de transporte hidráulico de cinzas deverá ser minimizado ao máximo, de maneira a aumentar a eficiência de sedimentação dos tanques e permitir sua recirculação no sistema, com descarte ao rio Jacuí (dentro dos padrões estabelecidos pela FEPAM) apenas em casos de extrema necessidade Alternativas estudadas Manter o sistema de separação cinza/água recirculando o efluente líquido proveniente da clarificação. Nessa alternativa seria mantido a atual instalação dos tanques de sedimentação e clarificação para a jusante tratar o efluente com injeção de produto químico em instalação de clarificação. A instalação de um sistema de clarificação com o uso de um coadjuvante de floculação, tornou o custo do investimento e operacionalização do sistema demasiadamente elevado Inclusão de bacias de sedimentação para água de transporte de cinzas. Neste caso seria necessário incluir bacias de sedimentação em série ou em substituição aos tanques de sedimentação existente. Esta alternativa foi considerada inviável pela grande interferência que acarretaria na área e pelo seu elevado custo Equipar o fundo das fornalhas com selo d água e transportador de corrente para retirada de cinza pesada por via mecânica. Consiste em substituir o cinzeiro existente no fundo da fornalha (parte constituída de alvenaria) por selo d água equipado com transportador de corrente com talas de arraste SELEÇÃO DA ALTERNATIVA IMPLEMENTADA A alternativa escolhida foi a do item acima, pois sob o ponto de vista técnico econômico foi a que se mostrou mais interessante, sendo capaz de atender aos padrões estabelecidos pela FEPAM e sua instalação foi considerada compatível com a área disponível na planta Descrição da solução Circuito de cinza do fundo da fornalha A cinza coletada no fundo de cada fornalha é retirada por um transportador de corrente com talas de arraste, que por sua vez, alimenta um conjunto de transportadores de correia, operando em série, até a descarga na área de depósito de cinza pesada. Os transportadores de corrente também tem a função de permitir a perda de parte da água agregada a cinza, através de uma operação de transporte de baixa velocidade em plano inclinado. Este transportador opera com a corrente de arraste submersa em água, com objetivo da água resfriar a cinza ali coletada e de selar a fornalha contra a entrada de ar. O local de depósito da cinza é a área de 3 tanques de sedimentação (1 de clarificação e 2 de decantação). De onde posteriormente é transportadas para disposição final nas cavas da mina de carvão. A cinza em suspensão na água, não retirada pelo transportador de corrente, ou seja, em suspensão na água, é direcionada através de canaletas para os tanques de sedimentação onde a cinza é então separada da água por decantação. Quando a cinza sedimentada atinge um nível pré determinado no interior do tanque, este é isolado, sendo o fluxo de água com cinza desviado para os demais tanques. A água do tanque isolado é drenada através do leito filtrante de fundo. Quando a cinza atinge um grau de umidade que favoreça o seu manuseio, ela é retirada do tanque para transporte e disposição final na cava da mineração Circuito do efluente líquido A vazão do efluente líquido envolvido no processo tem então as funções de transporte de cinza, de resfriamento da cinza e de selagem da fornalha. Consequentemente, a vazão envolvida será então reduzida a um valor de 55m 3 /h, ou seja, cerca de 10% da vazão anterior de operação. O excedente líquido da selagem da fornalha contém as partículas mais leves em suspensão provenientes da cinza pesada, as quais são arrastadas pela água para os tanques de sedimentação através das

5 canaletas existentes. Neste caso, a quantidade de sólidos a ser sedimentada é consideravelmente menor do que a anterior, tendo em vista que contém somente as partículas de menor dimensão da cinza pesada. Nos tanques de sedimentação, estas partículas mais finas decantam com uma eficiência bem superior a anterior, devido em grande parte a redução da vazão de água de transporte e a eliminação da cinza leve de menor velocidade de sedimentação proveniente das tremonhas dos precipitadores dos superaquecedores e economizador, que passaram a ser removidas por via pneumática para os silos de cinza leve. Os demais tanques foram readequados para trabalhar da seguinte forma : 4 deles como tanques de sedimentação, enquanto o restante como tanque de neutralização para tratar e adequar o efluente aos padrões requeridos pela FEPAM, caso haja necessidade de descarte para o corpo receptor. Os tanques de sedimentação devem operar em paralelo para garantir a máxima eficiência de sedimentação. O efluente líquido, após passar pelos tanques de sedimentação, é direcionado através de canaletas para o tanque de sucção das bombas de recirculação de água. Deste tanque, através de bomba o efluente líquido é reutilizado no sistema através da sua recirculação para os selos das fornalha de maneira a não ser mais descarregado no rio. Em situações de carga elevada nas unidades e/ou temperatura ambiente alta, a água do sistema tende a aumentar a temperatura, em função da carga térmica proveniente do calor sensível contido na cinza. Em função destas situações, pode haver necessidade de se descartar para o rio uma parcela da água do sistema, retirando uma parcela do calor ali contido. Esta retirada de efluente líquido requer uma reposição com água fria proveniente do sistema de água de serviço da Usina. Esta água é introduzida no sistema através da reposição do nível do tanque de sucção das bombas. O efluente a ser descartado é água filtrada proveniente do leito filtrante do fundo dos tanques de sedimentação. Esta água é transferida para o tanque de neutralização e bombeada para uma canaleta existente e transportada por gravidade até o canal de descarga da Água de Circulação da Usina Circuito de Cinza Leve dos Superaquecedores e Economizador A implementação do sistema consiste na substituição dos ejetores e parte dos dutos de cinza antes em operação e responsáveis pela extração por via hidráulica da cinza das tremonhas, dos superaquecedores e economizador, por um novo sistema onde essas cinzas serão transportadas pneumaticamente para os silos de cinza. Os dutos tem válvulas rotativas ou pendulares que servem para garantir a estanqueidade do duto, evitando uma interligação entre os superaquecedores (SH) e economizadores (ECO). 6.0-CRONOGRAMA DE IMPLANTAÇÃO E INVESTIMENTO o contrato de execução do projeto do novo sistema teve início em 29/07/99 e o término do serviços de montagem nas 04 unidades da UTCH foi em 01/04/2000. A empresa investiu um total de R$ ,00 na alteração desse sistema SISTEMA ATUAL Após a entrada de operação do novo sistema de extração de cinzas, foram incluídos os efluentes da estação de tratamento e desmineralização de águas, para os quais seria necessário a construção de um tanque de neutralização. A partir de abril de 2000 nenhum efluente proveniente do sistema de cinzas foi lançado no corpo receptor. O sistema tem se mostrado eficiente dentro da proposta inicial do projeto. Observa-se que as características das cinzas mudaram, tornaram-se mais compactas, dificultando o processo de remoção e limpeza dos leitos filtrantes. Salienta-se também que quando da entrada em operação de um decantador este apresenta baixa percolação, sendo sempre necessário nessas ocasiões adicionar água ao tanque de sucção das bombas para manter o nível de água no selo. Outro dado a salientar, é que em operação normal a água de make-up é suprida pelas águas de lavagem do pátio da usina e cinzeiro, além dos efluentes da estação de tratamento de águas CONCLUSÃO Embora não se conteste a importância desta usina como fonte de desenvolvimento regional, os efeitos negativos sobre o meio ambiente tornaram-se uma preocupação constante da comunidade e da GERASUL. A legislação ambiental mais restritiva vem conduzindo as empresas a adoção de medidas corretivas de controle ambiental, por vezes mais onerosas e muitas vezes destinadas a resolver conflitos emergentes.

6 Uma política correta de proteção ambiental parte da premissa que esta inicia pela racionalização da exploração dos recursos naturais, tão importante quanto o tratamento de efluentes. As usinas termelétricas tem um papel importante a cumprir dentro desse contexto, criando um mercado para o consumo do carvão existente no sul do país, conjugando tecnologia, economia e meio ambiente. 9.0 BIBLIOGRAFIA (1) GERASUL. Projeto básico ambiental readequação do efluente líquido proveniente da separação cinza/água. (2) ELETROSUL. Termelétricas e o meio ambiente GRUPO DE TRABALHO EFLUENTES UTCH -Dinorzete Henrique Nunes -Etílio Tuískon Kich -Hugo Roger Stamm - Jefferson Oliveira - José Lourival Magri - Renato Schimidt Barbosa - Ricardo Rocha Noro - Rita Clarice Machado Tissot (*) - José Piotrovski Neto

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