4.2 Valorização Orgânica
4.2.2 Digestão Anaeróbia
A digestão anaeróbia ou biometanização consiste num processo biológico que se caracteriza pela decomposição da matéria orgânica na presença de organismos e na ausência de oxigénio. Os produtos obtidos baseiam-se na produção de material digerido e de biogás, que pode ser transformado em energia eléctrica. A Figura 4.24 apresenta um esquema deste tipo de tratamento, indicando as fases que o compõem e os grupos de microorganismos responsáveis pelo processo.
Figura 4.24 Esquema geral do processo de digestão anaeróbia [7]
A digestão dos resíduos é efectuada num reactor selado, aquecido na ausência de oxigénio, criando condições para a fermentação. Os produtos de digestão são o biogás, o digerido e os lixiviados.
O H U OrgânicaRS
Matéria - 2 bactérias MOB-CH4 -CO2-gases
O digestor necessita de ser aquecido e bem misturado para as bactérias converterem a matéria orgânica em biogás.
A digestão anaeróbia não permite degradar toda a matéria orgânica, como a lenhina, pelo que o potencial energético teórico é inferior ao da compostagem.
A digestão anaeróbia é indicada quando a matéria orgânica é facilmente biodegradável. Uma vez que o resíduo digerido não se encontra totalmente estabilizado, contendo compostos intermediários que deverão ser oxidados, poderá estar associado aos reactores de digestão uma unidade que permita a degradação aeróbia dos resíduos digeridos. Este tipo de tecnologia não é muito utilizada porque é bastante dispendiosa.
As reacções químicas decorrentes da decomposição anaeróbia dos RSU podem ser representadas pelo esquema seguinte:
(4.2)
A digestão anaeróbia tem uma produção de energia na ordem de 100 a 150 kWh por cada tonelada de resíduo que entra na instalação de tratamento. Devido a esta produção, pode referir-se que este processo tem capacidade de adquirir uma elevada viabilidade económica e comercialização de produtos finais aliciante.
A estabilização da matéria orgânica dá-se de uma forma lenta, não sendo atingidas temperaturas muito elevadas. O material obtido necessita de um tratamento posterior, antes de ser considerado um composto de qualidade aceitável.
A produção de biogás depende da composição e biodegradabilidade dos RSU, ou seja, dos microorganismos existentes, das suas condições de desenvolvimento e da temperatura de fermentação. É de notar que o crescimento dos microorganismos é muito lento à temperatura ambiente.
A Agência Internacional de Energia (IEA), refere que a maior parte das instalações de tratamento de resíduos com produção de biogás, consomem cerca de 20 a 40% da energia produzida pelo biogás, resultando numa produção bruta de electricidade de 70 a 105 kWh
Os principais produtos do metabolismo são o dióxido de carbono e o metano, constituintes maioritários do biogás, sendo também produzidos como compostos intermediários os ácidos orgânicos de baixo peso molecular, com propriedades de volatilidade inerentes à produção de maus cheiros.
Neste processo são convertidos a biogás cerca de 30-40% dos sólidos digeridos. O biogás produzido pode ser queimado ou aproveitado para produção de energia eléctrica, aquecimento ou abastecimento de redes de gás. Poderão ser utilizados sistemas de co-geração em que uma parte da energia produzida é aproveitada para manter a temperatura do digestor.
As políticas ambientais de desenvolvimento sustentável relativas a preços de energia, tarifas, penalizações por consumos de energias fósseis, restrições à adopção de soluções de combustão de resíduos, aterros de matéria orgânica, vêm justificar mais este tipo de opções.
Depois de digeridos, os materiais são encaminhados para um tanque de armazenamento onde se continua a produção do biogás. Os resíduos digeridos podem ser posteriormente aplicados sobre o solo, sem qualquer tratamento adicional, podendo também serem utilizados na produção de fibras que podem ser aplicadas como correctivos de solo ou compostadas. Os lixiviados produzidos podem ser utilizados como fertilizantes líquidos, permitindo o fornecimento de nutrientes ao solo.
4.2.2.1 Classificação dos Sistemas de Digestão Anaeróbia
De uma forma geral, os processos de biometanização podem ser classificados de acordo com a matéria seca do substrato, em via seca (com uma concentração de sólidos totais superior a 25%) ou em via húmida (com uma concentração inferior a 25%). Por outro lado, é também possível classificá-lo tendo em conta a temperatura do processo, ou seja, como mesófilo (para 30 a 40 ºC) ou termófilo (para 50 a 65 ºC). Poderão também ser utilizadas tecnologias de uma ou duas fases, podendo efectuar todo o processo num único digestor ou realizar a metanização num digestor distinto.
‚ Tratamento por “ via seca”
Em processos que se realizam continuamente, parte do digerido é recirculado de novo para o digestor, funcionando como inóculo. As tecnologias em contínuo podem variar como sendo de mistura completa ou do tipo “pistão”.
Para digestores horizontais, basta adicionar uma mínima quantidade de água para que o balanço térmico global seja favorável a uma operação a temperaturas termófilas.
Os processos em descontínuo são caracterizados pela introdução de matéria a digerir no digestor, sendo adicionado uma parte do material já digerido de outro digestor. Estes processos operam normalmente a temperaturas mesófilas.
‚ Tratamento por via “ húmida”
O tratamento por via húmida baseia-se na adição de uma grande quantidade de água aos resíduos antes destes entrarem no digestor, até obter um teor de sólidos igual ou inferior a 10-15%.
Este tipo de processo pode ser efectuado numa ou duas fases. Quando é efectuado numa fase, a hidrólise, acidificação e a metanização dá-se num único reactor, enquanto que em duas fases o processo de metanização verifica-se num reactor distinto.
Este tipo de sistemas apresenta uma maior complexidade e são mais caros quando comparados com os de ”via seca”.
‚ Digestão mesofílica
Neste tipo de sistema o digestor é aquecido a 30-35 ºC, permanecendo a matéria orgânica no digestor por um período de 15 a 30 dias. O processo mesofílico tem tendência a ser mais robusto e tolerante que o termofílico, produzindo menos biogás. Necessita de maiores tanques de digestão e a higienização do produto é feita separadamente.
higienização. No entanto, necessita de uma tecnologia mais dispendiosa, requer maiores quantidades de energia e exige um maior grau de operação e monitorização.
4.2.2.2 Vantagens e Desvantagens da Digestão Anaeróbia
As vantagens da digestão anaeróbia consistem em:
- produção de produtos com valor comercial, como o metano e outros condicionantes do solo;
- redução da emissão de gases para a atmosfera;
- redução da utilização de fontes não renováveis como os combustíveis fósseis;
- redução da utilização de matérias-primas para o fabrico de fertilizantes sintéticos;
- controlo de emissão de odores e outros poluentes, uma vez que o processo ocorre em sistema fechado;
- ocupação de menor espaço relativamente a estações de compostagem;
- redução significativa do volume de resíduos.
As desvantagens da digestão anaeróbia prendem-se com:
- investimento inicial e custos de operação muito elevados;
- necessidade de efectuar a recolha selectiva para evitar riscos de contaminação;
- tratamento apenas da matéria orgânica;
- escassez de mercado para o digerido;
- garantia da qualidade do produto final;
- produção de emissões e efluentes que deverão ser submetidos a tratamento adequado.
Embora este processo comparativamente à compostagem apresente a vantagem de reduzir o tempo de tratamento e de possibilitar a recuperação da energia produzida através
do biogás formado durante o processo de estabilização, é um método ainda em desenvolvimento. Além disso necessita de uma maior componente tecnológica para o controlo de alguns factores importantes, como temperatura, emissões gasosas e monitorização da qualidade do composto final.
A implementação de centrais de digestão anaeróbia em centros urbanos da Europa tem demonstrado excelentes resultados, em termos de aproveitamento do biogás e ausência de libertação de odores. Esta opção tem vindo a aumentar na Europa uma vez que o investimento é semelhante à estação de compostagem e apresenta custos de tratamento ligeiramente inferiores.
Em operações de mais baixa escala o investimento inicial para a digestão anaeróbia é geralmente superior. No entanto, as receitas obtidas no processo são superiores às da compostagem, pela venda do biogás produzido, além da comercialização do digerido.