ETEs sustentáveis os desafios e as perspectivas da valorização de subprodutos e sua viabilidade financeira

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1 ETEs sustentáveis os desafios e as perspectivas da valorização de subprodutos e sua viabilidade financeira Prof. Cesar Mota Professor da Universidade Federal de Minas Gerais Subcoordenador do INCT ETEs Sustentáveis

2 Contextualização América Latina e Caribe: cenário atual do esgotamento sanitário 18 milhões de pessoas ainda praticam defecação a céu aberto (2,9 % da população total) 86% de cobertura de rede de esgotamento sanitário na área urbana 20% da população têm acesso a algum tipo de instalação sanitária Mortalidade infantil: ~ 47 (a cada crianças nascidas vivas) (Fonte: UN-Habitat, 2010 WHO/UNICEF JMP, 2016; UN-Water, 2015) 1

3 Contextualização Cenário atual do esgotamento sanitário no Brasil Número de ETEs: Parcela da população, por região, com esgotamento sanitário adequado 27% 43% Esgoto coletado e tratado Soluções individuais 18% 12% Esgoto coletado e não tratado Esgoto não coletado e não tratado (Fonte: ANA, 2017) 2

4 Brasil: ETEs do presente ETEs Ausência Se convencionais: bem projetadas, percepção construídas de retorno e operadas: financeiro elevadas com a ETE: eficiências paga-se de pela remoção disposição final (MO, Projeto do nutrientes lodo, baseado o biogás e quase patógenos), é exclusivamente desperdiçado cumprindo (queimado) em papel legislações primordial e o líquido ambientais no tratado controle é disposto da em poluição um curso da água d água, muitas vezes agregando um residual indesejado de poluentes/contaminantes Biogás simplesmente queimado Queimadores ineficientes Emissões odorantes e de metano Perda potencial energético Lodo para aterros, lixões ou rios Gastos com transporte Emissão GEE Redução vida útil aterro Efluente para cursos d água Perda nutrientes Poluição águas Toxicidade aquática 3

5 Brasil: ETEs do presente Projeto do sistema de coleta, interceptação e bombeamento muitas vezes independente do projeto de tratamento Projetos de sistemas de desidratação inadequados Vazamentos de gás Problemas de projeto, construção, operação e gestão vivenciados em várias ETEs brasileiras Emissão de gases odorantes Elevatórias profundas Emissão de GEE ETEs concebidas e projetadas em locais inadequados Calhas coletoras de efluente desniveladas Tecnologia de tratamento muitas vezes não apropriada à realidade local Recebimento de outros efluentes e resíduos na ETE Corrosão em estruturas de concreto e de aço Projetos de EE não compatíveis com os critérios de dimensionamento hidráulico dos reatores biológicos TP inadequados Dificuldade no gerenciamento de lodo e escuma Queimadores de gás ineficientes 4

6 Brasil: ETEs do presente Subprodutos do tratamento do esgoto: - Podem apresentar elevado potencial de aproveitamento - Situação no Brasil: Alguns poucos esforços, mas ainda bastante incipientes -Quando realizados: maneira desarticulada, abordam apenas algumas das possibilidades Precipitação de estruvita Queima do biogás Aproveitamento Recuperação energético de estruvita 5

7 Potencial para recuperação de recursos em ETEs no Brasil Composição do esgoto: Água: 99,9% Solidos: 0,1% - matéria orgânica (carboidratos, proteínas, lipídios) Matéria orgânica Energia química Nutrientes: Nitrogênio, Fósforo, Enxofre Água Sólidos Degradação anaeróbia MO + Microrganismos [CO 2 + CH 4 ] + Produção celular (lodo) + [N, P, S] Energia Nutrientes 10

8 Potencial para recuperação de recursos em ETEs no Brasil - Tecnologias anaeróbias em ETEs: têm sido amplamente adotadas nas últimas décadas, sendo os reatores UASB considerados uma tecnologia consolidada na América Latina ETEs com tecnologias anaeróbias Estado Reatores UASB Vazão de esgoto tratado (m³/s) População atendida DF 3, MG 11, SP 6, SC 1, RJ 1, ES 0, PR 12, BA A 2, GO 0, MS 1, Σ 42, No entanto, ainda existem limitações e restrições!!! 11

9 Potencial para recuperação de recursos em ETEs no Brasil reatores UASB Sistema mais utilizado no Brasil Em pequena e grande escala Universo amostral: ETEs (9 estados+ Distrito Federal) 12

10 ETEs do futuro Perspectivas para o Brasil O que é necessário Buscar conhecimento científico e tecnológico para lidar com a grande quantidade e variedade de problemas relacionados ao tratamento de águas residuárias no Brasil, particularmente no desenvolvimento de sistemas mais sustentáveis que permitam a reutilização de efluentes tratados, geração de energia a partir do biogás e recuperação e uso de subprodutos sólidos 13

11 ETEs de pequeno porte Perspectivas para o Brasil Aproveitamento energético Reuso de água Recuperação de nutrientes 14

12 ETEs de pequeno porte Perspectivas para o Brasil Aproveitamento energético 15

13 ETEs de pequeno porte Perspectivas para o Brasil Reuso de água 16

14 ETEs de pequeno porte Perspectivas para o Brasil Uso de lodo 17

15 ETEs de pequeno porte Potencial para recuperação de recursos Uso direto do biogás para aquecimento de água ou gás de cozinha EP < hab (6,3 milhões de habitantes, cidades) Recuperação de energia térmica MW.d -1 ENERGIA 1000 CASAS/ MÊS caldeira Geração de vapor ou de água quente Gás de cozinha Biogás Tratamento Preliminar Efluente Lodo Reator UASB Filtro Biológico Percolador (espuma) Fertirrigação Efluente líquido: t N.ano t P.ano -1 Leito de secagem Higienizador de lodo Biossólidos Cultivo Lodo higienizado t N. ano -1 Efluente + lodo ha.ano -1 18

16 ETEs de pequeno porte Perspectivas para o Brasil Novo conceito: ETE parque Wetland Horizontal para efluentes sanitários com harmonização paisagística Fonte: 19

17 ETEs de grande porte Perspectivas para o Brasil Aproveitamento energético Reuso de água Recuperação de nutrientes 20

18 ETEs de grande porte Perspectivas para o Brasil Aproveitamento energético 21

19 ETEs de grande porte Perspectivas para o Brasil Reuso de água 22

20 ETEs de grande porte Perspectivas para o Brasil Uso de lodo 23

21 ETEs de grande porte Potencial para recuperação de recursos Uso de biogás para co-geração de calor e eletricidade EP: > 100,000 hab. (56,9 milhões de habitantes, 309 cidades) Energia disponível Tratamento Preliminar Biogás Controle de odor Sistema de oxidação biológica de sulfeto Efluente Efluente líquido t N.ano -1 Fertirrigação Escuma: 9 MWh.d -1 Energia disponível Geração de energia Biogás Escuma Biodigestor Lodo Reator UASB Centrífuga Enxofre elementar Enxofre: t.ano -1 Filtro Biológico Percolador (espuma) Efluente + lodo ha.ano -1 Lodo higienizado Cultivo (40,4 Mha) t N.ano -1 Aterro Eletricidade Recuperação de energia térmica Secador Combustível 16% Redução em transporte de lodo Redução de tco2.ano -1 25

22 ETEs de grande porte Perspectivas para o Brasil Novo conceito: ETE indústria ETEs com aproveitamento de água, recuperação de nutrientes e geração de energia Reuso de água Energia térmica Energia elétrica Fertilizantes Ex: estruvita ETEs na Inglaterra (nas cidades de Londres e Northhampton) Os produtos gerados podem ser utilizados em diversos setores: Residencial Transportes Industrial Agricultura Comercial 26

23 Experiências internacionais Objetivo atual: Aumentar a eficiência do processo de tratamento Recuperação de: Água Energia Recursos Aspectos importantes: Reduzir custos do processo, gastos energéticos e emissões de GEE Esgoto doméstico Melhorar a qualidade do efluente final Recuperação de energia ETE Recuperação de subprodutos Reúso de água 6

24 Experiências internacionais Aproveitamento dos sólidos retidos no TP Podem ser utilizados como substrato para geração de energia devido ao elevado teor de celulose Recuperação de metano dissolvido Pode aumentar em até 40% a produção de energia em sistemas anaeróbios Reduz a emissão de GEE Aproveitamento de óleos e graxas Energia solar Extração de óleo Resíduo de proteína Membrana de fibra oca Alga (recurso renovável) Combustível renovável Produtos de glicerina 7

25 Experiências internacionais Recuperação de nutrientes Exaustão Controle ph Afluente Sulfato de amônia Eflluente Ar Amônia 25% Membrana de contato Membranas hidrofóbicas para separação de amônia usando solução ácida (contracorrente) 8

26 Experiências internacionais Estruvita Recuperação de nutrientes Biomineralização Mg 2+ + NH PO H 2 O MgNH 4 PO 4 6H 2 O Fonte de energia Célula de eletrólise microbiana para precipitação de estruvita 9

27 Como o INCT ETEs Sustentáveis pretende contribuir para o futuro do tratamento de esgoto no Brasil

28 O que é um INCT? Fonte: The Global Innovation Index,

29 O que é um INCT? 1 Saneamento 64 Exatas 224 INCTs no Brasil Financiamento 29

30 Objetivo do INCT ETEs Sustentáveis Tornar-se um centro com status internacional para questões relacionadas ao tratamento de esgoto, especialmente para os países em desenvolvimento, com base em cinco pilares principais: 1. Nucleação de competências na área de tratamento de esgoto 2. Treinamento e qualificação de pessoas para trabalhar na área 3. Realização de pesquisas básicas e aplicadas para fomentar o desenvolvimento integrado e sustentável do tratamento de esgoto, com a recuperação e valorização de subprodutos 4. Transmissão de conhecimento para a sociedade 5. Transferência de conhecimento para o setor empresarial e governo 30

31 Pilares estratégicos 31

32 Instituições parceiras no Brasil - Rede André Bezerra dos Santos Maria de Lourdes Florêncio dos Santos Paula Loureiro Paulo Carlos Augusto de Lemos Chernicharo Isaac Volschan Jr Gustavo Rafael Collere Possetti Roque Passos Piveli 32

33 Interação com grupos internacionais 33

34 Parcerias com empresas e órgãos públicos 34

35 Principais contribuições Acordos cooperação Teatro, Vídeos e Cartilhas Realização de fóruns técnicos Depósito de patentes Formação de instrutores Desenvolvimento de Protótipos Sensibilização de Usuários Pesquisas básicas e aplicadas Oficinas de capacitação Capacitação de profissionais Modelos e softwares Guias técnicos e livros 35

36 Até onde queremos chegar... Novas ETEs no Brasil que incorporem o conceito de economia circular Consolidação como um centro de referência para a formação de pessoal para o setor de esgotamento sanitário Consolidação como um pólo de desenvolvimento de produtos com tecnologia nacional e de baixo custo para o setor de saneamento, considerando as peculiaridades da realidade nacional Participação ativa na formulação de políticas públicas e discussão de critérios técnicos em resoluções normativas no setor de esgotamento sanitário 36

37 Obrigado! Prof. Cesar Mota 7 a 9 de Novembro Curitiba PR Lançamento do site do evento em breve!