Tratamento de Esgoto

Transcrição

1 Geração de Energia a partir de Biogás s em Estações de Tratamento de Esgoto Suani Teixeira Coelho Recife, 19 de maio de 2010

2 Resíduos Urbanos e Agrícolas Briquetes Óleos Vegetais Cana-de-açúcar Carvão Vegetal e Lenha MISSÃO: Promover o desenvolvimento e o uso eficiente da biomassa como fonte sustentável de energia cenbio@iee.usp.br Homepage: Tel:

3 Biogás Conjunto de gases formado na degradação da matéria orgânica em meio anaeróbio Digestão Anaeróbia: Processo fermentativo, sem a presença de oxigênio, em que a matéria orgânica é degradada a compostos mais simples e formando, basicamente, metano e gás carbônico.

4 Composição Média do Biogás Metano COMPONENTE QUANTIDADE 60% Dióxido de Carbono Outros Gases Hidrogênio, Nitrogênio, Oxigênio, Amônia, Ácido Sulfídrico, Aminas Voláteis e Monóxido de Carbono 35% 5% Fonte: WEREKO-BROBBY; HAGEN, 2000

5 Fatores que Influenciam a Formação do Biogás Impermeabilidade ao ar: bactérias metanogênicas são estritamente anaeróbias (com a presença de ar, ocorre apenas a formação de CO 2 ); Composição dos resíduos: quanto maior a porcentagem de material orgânico no resíduos, maior a concentração de metano no biogás; Teor de água: cerca de 50% de água no biodigestor; Temperatura: 32 a 37 ºC.

6 Aspectos Físico-Químicos do Biogás Umidade: a umidade presente no biogás influencia diretamente o processo de combustão (diminui o poder calorífico); Poder calorífico médio (60-70% de CH 4 ): kcal/kg; Quantidade de metano: quanto maior a quantidade de metano, maior o poder calorífico do biogás (o CO 2 é a forma mais oxidada do carbono, não podendo ser mais queimado).

7 Vantagens da Utilização do Biogás Ambientais Redução significativa de emissão de gases efeito estufa. O efeito do metano enquanto gás de efeito estufa é cerca de 21 vezes maior que o CO 2. Sociais Aumento da oferta de energia elétrica permitindo a oferta a pequenas comunidades no entorno; Venda de energia elétrica à rede corresponde a uma renda extra, o que colabora para viabilizar o saneamento básico. Econômico Redução na quantidade de eletricidade comprada pela ETE; Possibilidade de venda de eletricidade à rede renda adicional; Possibilidade de venda de créditos de carbono (MDL).

8 Tecnologias Aplicadas ao Tratamento de Esgoto Tratamento de efluentes líquidos: digestão anaeróbia permite a redução significativa do potencial poluidor e a recuperação da energia na forma de biogás; Biodigestores: câmara fechada onde ocorre o tratamento anaeróbio do efluente diminui o volume de sólidos e estabiliza o lodo (redução de microorganismos patogênicos).

9 Tecnologias Aplicadas ao Tratamento de Esgoto Biodigestor Modelo Indiano Biodigestor Modelo Chinês Esses biodigestores eram muito utilizados antes do modelo RAFA reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente. Em termos comparativos, elas apresentam desempenho semelhante, apesar do modelo Indiano ter apresentado, em determinados experimentos, maior eficiência quanto à produção de biogás e redução de sólidos no substrato

10 Tecnologias Aplicadas ao Tratamento de Esgoto Biodigestor Modelo RAFA Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Possui retenção interna de lodo (fertilizante); Seu princípio se baseia no fluxo ascendente: alimentado pelo fundo e descartado após placas defletoras no topo do biodigestor (separação das fases líquida e gasosa). Biogás Esgoto Tratado Manta de Lodo Atualmente é o biodigestor mais utilizado para o tratamento de esgoto Leito de Lodo Esgoto Bruto

11 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Conversão energética do biogás Energia química contida nas moléculas COMBUSTÃO Energia mecânica GERADOR Energia elétrica

12 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Motores Ciclo Otto Aplicados para geração de energia elétrica quando acoplados a geradores; Potência: 4 kw a 264 kw (nacional) até 1,54 MW (importado); Possui maiores níveis de emissões (quando comparados com as microturbinas).

13 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Potência: 30 kw a 1 MW; Microturbinas a Gás Elevadas velocidades de rotação; Combustíveis: gás natural, biogás, GLP; Possui baixos níveis de emissão; Custo elevado (equipamento importado).

14 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Comparação das emissões entre as tecnologias de conversão Potência Rendimento Emissões de NO x Motores a Gás 4 kw 1,54 MW 30% 40% 250 ppm ppm Microturbinas 30 kw 1 MW 24% - 28% < 9 ppm

15 ESTUDOS DE CASO - CENBIO TRATAMENTO DE ESGOTO

16 Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás s de Tratamento de Esgoto da ETE da SABESP em Barueri

17 Planta Piloto na ETE da Sabesp de Barueri Dados Técnicos: Quantidade de Esgoto Tratado = 7,0 m 3 /s Produção Média de Biogás = m 3 /dia Consumo de Energia Elétrica = 10 MWh/mês

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19 Tecnologia Empregada Secador por Refrigeração 1 Válvula Esfera 2 Filtro de Carvão Ativado Compressor de Palhetas Válvulas Esfera 3 e 4 Secador por Refrigeração 2 Válvulas Esfera 5 e 6 Filtro Coalescente 1 Separador de Líquido com Dreno Filtro Coalescente 3 Sensor de Temperatura 1 Sensor de Pressão 1 Plug Reserva 3 Plug Reserva 2 Filtro Coalescente 2 Sensor de Pressão 2 Medidor de Vazão Filtro de Gás Plug Reserva 4 e 5 Saída do Gás de Exaustão Plug Reserva 1 Manômetro Sensor de Temperatura 2 Válvula Reguladora de Pressão Sensor de Pressão 3 Sensor de Temperatura 3 Microturbina Capstone Tubulação de Aço Inox Rígida Válvula Esfera 1 Tubulação de Aço Inox Flexível

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22 Grupo Gerador (Motor Ciclo Otto)

23 Investimentos Geração de Energia Geração com Microturbina de 30 kw: Energia elétrica (média) gerada : 25 kwh Energia elétrica líquida entregue à rede (perdas compressor e secadores): 19,5 kwh Equipamentos: ,40 (R$) Custo de O&M para h (vida útil): ,00 (R$) Relação custo por kw instalado: 0,32 R$/kWh Geração com Grupo Gerador de 30 kw: Energia elétrica (média) gerada : 25 kwh Energia elétrica líquida entregue à rede: 25 kwh Equipamentos: ,00 (R$) Custo de O&M para h (vida útil): ,00 (R$) Relação custo por kw instalado: 0,10 R$/kWh

24 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BIOGÁS S PROVENIENTE DO TRATAMENTO DE ESGOTO DO CONJUNTO RESIDENCIAL DA USP PROJETO PUREFA PROGRAMA DE USO RACIONAL DE ENERGIA E FONTES ALTERNATIVAS

25 Tratamento do Esgoto do CRUSP Dados Técnicos: Quantidade de Esgoto Tratado = 3,0 m 3 /h Volume Útil do Biodigestor = 25 m 3 Tempo de Retenção Hidráulica (TRH) = 8 h Produção Média de Biogás = 4 m 3 /dia

26 Gasômetro Biodigestor modelo RAFA: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Grupo Gerador de 18 kw e Painel de Testes

27 Investimentos Geração de Energia Geração com Grupo Gerador de 18 kw: Energia elétrica (média) gerada : 14 kwh Energia elétrica líquida entregue à rede: 14 kwh Equipamentos: ,00 (R$) Custo de O&M para h (vida útil): ,00 (R$) Relação custo por kw instalado: 0,50 R$/kWh O projeto foi demonstrativo e o custo de geração não foi considerado

28 Potencial (Brasil) Efluente Líquido Emissão de CH 4 (t/ano): ,54 Fonte: Adaptado de IBGE Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, 2000 Potencial de Geração de Energia Elétrica: ~ 20 MW

29 Viabilidade Econômica da Utilização de Biogás Utilização de energia nos processos (diminuição da energia proveniente da concessionária local); Venda de excedente de energia; Obtenção e comercialização de créditos de carbono; Apesar do elevado custo inicial, tem-se amortização desse investimento a curto prazo.

30 OBRIGADA! / cenbio@iee.usp.br Suani Teixeira Coelho suani@iee.usp.br / Tel: (11)