ENCONTRO LATINOAMERICANO DE EDIFICAÇÕES E
COMUNIDADES SUSTENTÁVEIS
CURITIBA - PR | 21 A 24 DE OUTUBRO
ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS EM REATORES ANAERÓBIOS DE
LEITO FLUIDIZADO NAS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTO DE PONTA
GROSSA-PR
Marion Scheffer de Andrade Silva
1, Maria Magdalena Ribas Döll
2, José Geraldo Machado Filho
3Resumo
Este artigo apresenta uma estimativa de cálculo da geração de energia elétrica a partir do biogás resultante da digestão anaeróbia nas estações de tratamento de esgoto da cidade de Ponta Grossa - PR. Discorre-se o sobre os parâmetros que influenciam a produção de biogás na em uma estação de tratamento de esgoto (ETE) e a metodologia usada para realizar a estimativa do potencial de biogás a ser produzido. Pondera-se a geração de energia elétrica a partir do biogás produzido na ETE, descrevendo o método de cálculo e o gasto de energia médio por cada ETE, citando os equipamentos utilizados que poderiam influenciar no gasto de energia. O objetivo principal é propor uma maneira para a utilização do biogás. Por isso foi realizada ainda uma estimativa do numero de residências que poderiam ser atendidas na cidade, concluindo que cerca de 0,83% dos domicílios de Ponta Grossa - PR poderiam ser abastecidas com a energia gerada na ETE.
Palavras-chave: biogás, tratamento de esgoto, tratamento de águas residuárias, reator anaeróbio, energia
EVALUATION OF BIOGAS PRODUCTION IN ANAEROBIC FLUIDIZED BED
REACTORS IN WASTEWATER TREATMENT PLANTS OF PONTA GROSSA-PR
AbstractThis paper presents an estimate calculation of electricity generation from biogas resulting from the anaerobic digestion of wastewater treatment plants (WWTP) in the city of Ponta Grossa, PR. We will discuss the parameters which have influence on the biogas production in WWTP and the method used to estimate the potential of biogas that could be produced. The generation of electricity from biogas produced in WWTP will be considered describing the method of calculation and the average energy expenditure in each WWTP, mentioning the equipments used which could influence the energy consumed. The main objective is to suggest a way in which the biogas can be used. Therefore, we added an estimated calculation of the share of potentially benefited households (approximately 0.83% in Ponta Grossa) which could be supplied by energy produced in the WWTP.
Keywords: biogas, wastewater treatment, sewage treatment, anaerobic reactor, energy
1 Graduanda do curso de Engenharia Civil/UEPG E-mail: mari125@gmail.com
2 Professora Doutora do Departamento de Engenharia Civil/ UEPG. E-mail: maria.ribas@gmail.com, mmrdoll@uepg.
br
1 INTRODUÇÃO
A resolução da ANEEL nº 233, de julho de 1999, determina limites para os preços de compra de energia elétrica que são livremente negociados com as distribuidoras e para as tarifas dos consumidores. Em relação às fontes alternativas, os valores atuam como incentivo à sua implementação no parque gerador. A resolução nº 22 de fevereiro de 2001 revoga a resolução anterior e atualiza os valores normativos, criando a classificação de biomassa e resíduos. A resolução nº22 institui que o preço da fonte de geração “carvão mineral”, uma fonte não renovável de energia e altamente poluente, é 74,86 R$/MWh; a geração de energia a partir das “Pequenas Centrais Hidrelétricas” (PCH) é 79,29 R$/MWh; a “biomassa e resíduos” teriam repasse de 89,86 R$/MWh; a “energia eólica” 112,21 R$/MWh e, por último, a “energia solar” 264,12 R$/ MWh (ANEEL, 2002). Então, o custo da geração de energia a partir da biomassa e resíduos, como a geração de energia a partir das estações de tratamento de esgoto, é apenas 20% maior do que a energia gerada por termelétrica utilizando carvão mineral, enquanto a biomassa e os resíduos geram diariamente um volume considerável de biogás com potencial para geração de energia. Porém, esse biogás é queimado, sem o devido aproveitamento, sendo assim desperdiçado.
As estações de tratamento de esgoto (ETE), que já têm, em sua maioria, reatores anaeróbios funcionando, podem mostrar um potencial para produção de energia elétrica a partir do biogás gerado na digestão anaeróbia. Esse processo se torna pouco oneroso se comparado com outros métodos alternativos, como geração eólica ou solar e poderia auxiliar, em paralelo com outras fontes, no abastecimento de energia elétrica nas edificações próximas à ETE.
Portanto, o objetivo desse trabalho é apresentar através de cálculos teóricos, com o método proposto por Chernicharo (1997) e com o método proposto pelo IPCC - Interngovernmental Panel on Climate Change (2006) a quantidade de biogás gerada em cada ETE de Ponta Grossa separadamente e total, respectivamente. E, com o método proposto por Jordão (2011), estimar a quantidade de energia elétrica que poderia ser gerada. Propõe-se ainda comparar o consumo respectivo de cada estação e quantificar teoricamente quantas residências poderiam ser abastecidas com a energia gerada.
2 FUNDAMENTAÇÃO
A aplicação dos reatores anaeróbios para tratamento de esgotos sanitários começou a ser utilizada por volta da década de 1980, principalmente na Holanda, Brasil, Colômbia, Índia e México. Quando este tipo tratamento pode ser operado à temperatura ambiente em países com condições climáticas como o Brasil, têm baixo custo de produção de energia (CAMPOS, 1999).
O princípio do tratamento sanitário em reatores anaeróbios é a digestão anaeróbia de compostos orgânicos, onde a principal função é tratar um resíduo tornando-o um efluente líquido, cuja qualidade está dentro dos padrões de lançamento do efluente em um corpo receptor (CAMPOS, 1999). Esses padrões são definidos nacionalmente pela Resolução CONAMA 430/2011, pela Resolução CONAMA 357/2005 e, no Paraná, também pela CEMA 070/2009.
A digestão anaeróbia gera dois produtos principais, sendo a maior parte composta pelo biogás (70 a 90%) e, em menor proporção, pelo lodo excedente do sistema (5 a 15%) (SPERLING,1997). Os principais gases gerados nos reatores anaeróbios (em termos de porcentagem na composição do biogás) são: metano (CH4), gás carbônico (CO2), gás amoníaco (NH3), gás sulfídrico (H2S), hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2). Há ainda outras reações que podem gerar gases ou substâncias voláteis, entre os quais: etanol, propanol, butanol, acetona, éteres, compostos com radical aromático, etc. (CAMPO,1999). O objeto de estudo deste trabalho é o gás metano gerado na digestão anaeróbia, uma vez que esse pode ser aproveitado para gerar energia para aquecimento, iluminação e acionamento de motores (MACINTYRE, 2010).
Em um reator anaeróbio, o biogás gerado pode ter sua composição influenciada por alguns fatores, como: composição da matéria prima, impermeabilidade ao ar, temperatura, alcalinidade, pH (CASSINI, 2003). Se a digestão ocorrer em ambientes onde a matéria prima é formada por proteína bruta, 60 a 71 % do gás produzido será composto por metano e cerca de 29 a 30% por gás carbônico. Caso a matéria prima seja gordura bruta, a quantidade de metano diminui para 67 a 68%, enquanto a quantidade de dióxido de carbono sofre um aumento para 32 a 33%. Ao ocorrer digestão de carboidratos, a produção de gás fica dividida em 50% de metano e 50 % de dióxido de carbono (AL SAEDI et al., 2008).
No Brasil, as empresas de saneamento usam cerca de 10% do seu orçamento em gastos com energia e, à medida que vão aperfeiçoando as tecnologias, esses valores tendem a aumentar. Então, a preocupação em reduzir os gastos com energia não são em vão (JORDÃO, 2011).
A maioria das estações de tratamento de esgoto no estado do Paraná utiliza Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo (originalmente denominados UASB - Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactors). De acordo com Campos (1999), no Brasil são usadas novas terminologias para os reatores, tais como DAFA (Digestor Anaeróbio de Fluxo Ascendente), RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente), RALF (Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado), RAFAMAL (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo) e RAFAALL (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente através de Leito de Lodo).
O funcionamento do RALF, como é conhecido na Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR, consiste na: entrada de esgoto pela câmara central divisora de vazão, que é distribuído pelos tubos difusores sob um manto de lodos anaeróbios e “filtrado biologicamente” por esse manto pela ação das bactérias. As principais características deste tipo de reator são o baixo consumo de energia, a baixa produção de lodo, a geração de metano (combustível), a admissão de altas cargas de matéria orgânica, a área reduzida para construção quando comparado a outros processos, e os baixos custos de construção, operação e manutenção (SANEPAR, 2010).
No laboratório de Saneamento da Universidade Estadual de Ponta Grossa, estão sendo realizadas pesquisas com enfoque nos sistemas de tratamento anaeróbio. Parte da pesquisa consiste no monitoramento, em laboratório, de um reator anaeróbio de bancada, com uma configuração próxima à de reator anaeróbio de leito fluidizado.
Cruz (2012), em um sistema de filtro anaeróbio de bancada utilizando o mesmo afluente, obteve uma remoção média de DQO de 74,38%. Esse valor foi utilizado para a estimativa de biogás neste trabalho, utilizando um reator anaeróbio de bancada. Outras referências recomendam utilizar o valor de remoção média de DQO de 70% (JORDÃO, 2008; CHERNICHARO, 1997).
Para realizar a quantificação da massa de metano produzida em um sistema anaeróbio, são considerados alguns fatores, tais como remoção média de DQO, massa média de DQO do afluente, eficiência da transformação de massa de DQO, fator de conversão de massa de DQO em massa de gás metano (CASSINI, 2003).
Reatores anaeróbios com conversão de DQO próxima a 70% podem gerar cerca de 60% de metano (JORDÃO, 2008; CHERNICHARO, 1997). O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a quantidade de gás metano existente na mistura gasosa. O potencial energético do gás gerado por um reator anaeróbio pode ser expresso em termos de volume de gás metano em função da massa de DQO produzida, levando em consideração a equação estequiométrica: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O.
A massa de metano foi quantificada utilizando a equação: MCH4 = MDQO x ET x Fc, onde:
MCH4 = massa de gás metano (kg), MDQO = massa de DQO (kg), ET = eficiência de transformação da massa de DQO (%), Fc = fator de conversão de massa de DQO em massa de gás metano.
No presente trabalho, a massa de metano obtida foi: MCH4 = 0,0075 x 0,7438 x 0,25 = 0,00140 kg CH4 / dia
Sendo M.ECH4 (massa específica do gás metano) em kg/m3 a 0,66, o volume de gás metano produzido foi
calculado utilizando a equação: VCH4 = MCH4 /M.ECH4. No presente trabalho, o volume de metano obtido foi: VCH4 = 0,0014 / 0,66 = 0,00211 m3 de CH
4 / dia, ou, 2,11 L de CH4 / dia.
Considerando que o biogás produzido no reator de bancada possui 70% de gás metano, pode-se dizer que a estimativa do volume de biogás produzido seria 3,01 L / dia, no sistema de filtro anaeróbio (CRUZ et al. , 2012). O poder calorífico do biogás com percentual de cerca de 70% de metano é de aproximadamente
Outra maneira de estimar a emissão de metano seria pelo IPCC (2006) que leva em consideração diversos fatores como dados populacionais do país, componente orgânico degradável do efluente doméstico, capacidade máxima de produção de metano, vários fatores e taxas de conversão. Porém, todos os parâmetros são baseados em DBO (demanda bioquímica de oxigênio), que não foi diretamente considerada neste trabalho. Entretanto, para se obter um parâmetro comparativo com os dados obtidos pelo método de Chernicharo (1997), uma correlação entre DBO e DQO será considerada para calcular genericamente o metano produzido nas ETE de Ponta Grossa.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Metodologia de estimativa de gás metano proposto por Chernicharo (1997)
O estudo realizado com o foco em estimar a geração de biogás com potencial para utilização energética em uma estação de tratamento de esgoto foi realizado na cidade de Ponta Grossa, no Paraná, onde a concessionária responsável pelo tratamento de esgoto da cidade é a SANEPAR. Na cidade, existem atualmente sete estações de tratamento de esgoto (ETE) e outras duas a serem inauguradas, que estão locadas em pontos afastados do centro da cidade, são elas: ETE Verde, ETE Ronda, ETE Olarias, ETE Gertrudes, ETE Congonhas, ETE Cará-Cará e ETE Tibagi e ainda uma ETE em construção, a ETE Santa Barbara e uma ETE em ampliação, a ETE Cristo Rei. Na Figura 1 é possível ver a localização de cada uma das Estações de Tratamento de Esgoto.
Realizando um estudo teórico da produção de biogás, produção de metano e potencial para a geração de energia de um reator anaeróbio do tipo RALF. Foram coletados dados de DQO afluente e vazão média de cada mês do ano de 2012 das ETE de Ponta Grossa, operadas e monitoradas pela SANEPAR.
Utilizando o método apresentado por Chernicharo (1997), p.191, são usados dados: vazão média do afluente, concentração do DQO do afluente (mg/L), concentração do DQO do efluente (mg/L), valor de sólidos do sistema (kgSST / kgDQOapl), para tratamento de esgotos domésticos são usados valores de 0,10 a 0,20 (kgSST / kgDQO apl).
Cálculo:
Yobs = coeficiente na produção de sólidos, para tratamento de esgoto domésticos são usados os valores de aproximadamente 0,10 a 0,20 (kgSST / kgDQOapl) .
DQOapl = carga de DQO aplicada no sistema (kgDQO/d) S = concentração de DQO ou de DBO efluente (mg/L) So = concentração de DQO ou de DBO afluente (mg/L) [(DQO)] ↓ CH4 = Q↓med. [(S↓O – S) Y↓obs.S↓O)] Correção para a temperatura operacional do sistema: P= pressão atmosférica (1 atm)
K = DQO correspondente a um mol de CH4 (64gDQO/mol) R = constante dos gases (0,08206 atm.L/mol.ºK)
T = temperatura operacional do reator (ºC) K(t) = P.K / R.(273 + t)
Volume de metano: QCH4= DQOCH4 / K(t)
QCH4 = Produção volumétrica de metano (m³/d)
3.2 Metodologia para estimativa de energia gerada a partir do biogás, proposto pelo IPCC
(2006)
O principal fator que determina o potencial de geração de gás metano em águas residuárias é a quantidade de material orgânico degradável presente no esgoto. Alguns parâmetros usados para medir os componentes orgânicos dos resíduos domésticos é a demanda química de oxigênio (DQO) e demanda bioquímica de oxigênio (DBO). Então, quanto maior a concentração de DQO ou DBO do esgoto maior a quantidade de CH4 gerada (IPCC, 2006).
Considerando isso, o cálculo da massa de metano gerada em uma região é realizado a partir da população daquela localidade, a taxa de DBO e metano que a localidade tem potencial de gerar, bem como o sistema de tratamento. Várias considerações tiveram que ser adotadas para poder estimar aproximadamente. Então, utiliza-se a equação:
Emissão CH4= [U. T. EF] . (T0W-S) – R sendo:
U= fração da população no ano, que equivale a 0,59 para o Brasil, considerando que Ponta Grossa tenha uma baixa densidade demográfica
T= grau de utilização de tratamento e descarga (adotado 0,40 pela Tabela 6.5 do IPCC, 2006) EF= fator de emissão (kg.CH4/kg.DBO)
R= quantidade de CH4 recuperado (kg.CH4/ ano). Considerado zero, já que todo metano seria recuperado. S= quantidade de componente orgânico removido como lodo em um ano (kgDBO/ano)
TOW = matéria orgânica total no esgoto em um ano (kg DBO/ano) O fator de emissão (EF) é calculado pela fórmula:
EF=B0. MCF
B0= capacidade máxima de produção de CH4 (kg CH4/kgDQO), de acordo com o IPCC B0=0,25 kgCH4/kgDQO MCF = fator de correção de CH4, equivale a 0,8 para efluentes tratados por reatores anaeróbios.
A parcela TOW da equação é calculada pela fórmula TOW=P. DBO. 0,001.I.365 Considerando que: DBO é a DBO per capita específica do país no ano (50 g/hab.dia) P = população (habitantes)
0,001 = conversão de gDBO para kgDBO
I = fator de correção para a DBO industrial adicional descarregada junto com o esgoto (adotado 1,25).
3.3 Metodologia para estimativa de energia gerada a partir do biogás
Segundo Metcalf & Eddy (2003), citado por Jordão (2011), o poder calorífico do gás metano é 35.800 kJ/m³, sendo que 1 kJ possui a capacidade de gerar, segundo Global Methane Iniciative (2011), citado por Jordão (2011), cerca de 0,0002778 kWh de energia. Para transformar a energia bruta do gás metano em energia elétrica há um rendimento muito baixo, na faixa de 25 a 35%, para efeito de cálculo usaremos 25% de rendimento. Os dados fornecidos pela Companhia de Saneamento do Paraná foram vazão média mensal, temperatura média mensal de operação, DQO do efluente, que é o esgoto doméstico que sai da ETE, de cada estação de tratamento de esgoto da cidade de Ponta Grossa, nos meses de janeiro de 2012 a abril de 2013, período avaliado no presente trabalho.
3.4 Metodologia para estimar a média de consumo de energia elétrica
De acordo com dados da obtidos em Relatórios do Sistema de Apoio à Decisão disponíveis no site da ANEEL (2013), foi possível definir uma média de consumo de energia elétrica por residências em todo o Brasil. O consumo de energia elétrica em kWh pelo número de unidades consumidoras resulta no consumo médio mensal de kWh por residência no ano de 2012. Ao dividir o potencial de energia elétrica gerado por mês em uma ETE pelo consumo médio mensal em kWh por residência é possível determinar o número médio de residência que qualquer ETE em questão poderia fornecer para as residências próximas. O consumo de energia das residências brasileiras em 2012 foi: 9.715.028.833 kWh/mês, o número médio de unidades consumidoras foi 5.909.243,5, resultando em um consumo médio por residência de 164,59 kWh/mês; ao ser distribuída em uma média de 30 dias, o consumo médio por dia de cada residência seria 5,486 kWh/dia (ANEEL,2013).
4 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
4.1 Estimativa da Produção diária de gás metano nas ETE de Ponta Grossa – PR, por Chernicharo
(1997)
A estimativa de produção mensal de gás metano nos reatores anaeróbios foi calculada para cada mês de 2012. A somatória das médias mensais foi dividida por 12 e, em seguida, por 30. Os dados apresentados representam os valores médios diários referentes ao ano de 2012, para cada estação de ETE.
Considerando: DQO Afluente = 0,6 kg/m³
Coeficiente de Sólidos= 0,21 kgDQOlodo/ kgDQOapl DQOapl = a DQO aplicada no sistema
70% do metano permanecem diluídos e “aprisionados” no efluente.
A Tabela 1 refere-se aos dados usados na estimativa da produção de biogás nas ETE de Ponta Grossa no período de janeiro de 2012 a dezembro de 2012. Os dados apresentados na tabela são valores médios diários, obtidos de uma média aritmética entre são valores mensais de cada ETE, referentes ao ano de 2012.
ETE afluente Vazão (m³/d) DQO Efluente (kg/m³) DQO CH4 (kgDQO/d) Temperatura (oC) K (t) KgDQO/m³ Volume CH4 (m³/d) ETE Verde 15083,86 0,1064 5895,82 19,92 2,66 664,20 ETE Ronda 7541,50 0,1004 2322,33 18,83 2,67 260,49 ETE Olarias 4101,408 0,1385 1385,57 19 2,67 155,63 ETE Tibagi 801,36 0,1117 291,78 19,08 2,67 32,76 ETE Gertrudes 1660,10 0,1346 558,38 20,17 2,66 62,93 ETE Congonhas 1555,2 0,1377 516,82 19,67 2,66 58,22 ETE Cará-Cará 1291,68 0,1141 460,60 19,57 2,66 51,89
Tabela 1 – Estimativa da produção de biogás nas ETE de Ponta Grossa no período de janeiro de 2012 à dezembro de 2012.
4.2 Estimativa da Produ
ção diária de gás metano nas ETE da cidade de Ponta Grossa – PR,
pelo método proposto pelo IPCC (2006)
De acordo com o IBGE (2010), o número de habitantes na cidade de Ponta Grossa é 311.611, valor esse que será utilizado na estimativa da produção de biogás. Segundo a Sanepar, há rede coletora de esgoto pra suprir a necessidade de 86,3% da população.
Emissão CH4=(U. T. EF)(T0W-S) – R , sendo:
TOW = 311611.0,8.50.0,001.1,25.365 = 5.785.250 kg DBO/ano, utilizando o fator de conversão DQO= 0,6 DBO (METCALF & EDDY, 2003)
TOW=5.785.250/0,6 = 9.642.083 kg.DQO/ano
R – será considerado igual a zero, pois todos o biogás produzido atualmente é queimado, mas poderia ser aproveitado
Emissão CH4=(U. T. EF)(T0W-S) – R Emissão CH4=(0,59. 0,4. 0,2)(9.642.083 – 462.820) – 0
Emissão CH4=433.261,21 kg CH4/ano utilizando o fator de conversão de massa de CH4 para volume Emissão CH4=433.261,21/[(1*64)/(0,08206*(273+20)]
Emissão CH4 = 162.880 m³ CH4/ano
4.2 Energia gerada a partir do biogás comparando a quantidade de energia consumida por cada
ETE
O potencial de produção de biogás foi calculado por dois métodos. O primeiro pelo método de Chernicharo (1997) que utilizou dados de DQO efluente, temperatura, vazão afluente coletados juntamente com a SANEPAR e resultou em 468.521,16 m³/ano de gás metano gerado e teria um potencial de geração de energia de 1.164.888 kWh/ano. O segundo método utilizado, proposto pelo IPCC, adota valores de DBO padronizados para efluentes domésticos tratados em reatores anaeróbios, utiliza também a população da localidade para o cálculo da quantidade de matéria orgânica que seria tratada pelo sistema e considera um coeficiente relativo a fração da população. Logo, o volume de gás metano estimado é de 162.880 m³CH4/ano, que teriam um potencial para geração de energia de aproximadamente 404.970 kWh/ano. Essa disparidade de resultados era esperada uma vez que diversas considerações teóricas de taxas e coeficientes foram realizadas para estimar de forma conservadora o total de metano produzido pelo método do IPCC para o município, o que aumenta o erro e promove o distanciamento do resultado total entre os métodos. As principais considerações foram que o IPCC leva em conta a DBO e não a DQO que é o parâmetro monitorado e disponibilizado pela companhia de saneamento. O valor de conversão da matéria orgânica para metano foi para reatores anaeróbios em geral e não para RALF ou filtro biológico. Diversos dados foram adotados em nível de país e não dados locais, como por exemplo, o coeficiente U referente à densidade populacional. Portanto, um estudo mais aprofundado considerando o método do IPCC (2006) deve ser elaborado para a situação atual e localidade para comparar com o de Chernicharo (1997) que se enquadrou melhor para este trabalho diante dos dados conseguidos.
A Tabela 2 apresenta os dados de estimativa do potencial de geração de energia elétrica a partir do biogás produzido nas ETE de Ponta Grossa, no período de janeiro a dezembro de 2012. A estimativa do potencial de geração de energia elétrica foi calculada a partir de uma média aritmética dos valores médios mensais de energia elétrica consumida por cada ETE em kWh/mês, fornecidos pela SANEPAR. Sabendo a quantidade de dias que cada fatura contabilizou na medição consumo, estima-se a energia consumida por dia. Para obter a quantidade de energia excedente foi realizada uma operação simples, onde descontou-se do potencial de geração de energia a quantidade de energia gasta por cada ETE. Para explicar a diferença de consumo de energia entre uma ETE e outra, segue uma breve descrição dos componentes de cada ETE:
ETE VERDE: desarenador ciclônico, com três compressores de ar, centrifuga de lodo, bomba de recirculação de lodo, quatro RALF em funcionamento e lagoa de estabilização;
ETE RONDA - desarenador ciclônico com dois compressores de ar, uma bomba de recirculação de lodo, dois RALF em funcionamento e lagoa de estabilização;
ETE OLARIAS - desarenador ciclônico com um compressor de ar), bomba de recirculação de bomba, um RALF em funcionamento e lagoa de estabilização;
ETE TIBAGI – desarenador de câmaras paralelas, uma bomba de recirculação de lodo, um RALF em funcionamento e filtro anaeróbio;
ETE CONGONHAS: desarenador ciclônico sem compressor de ar, uma bomba de recirculação de lodo, um RALF em funcionamento, filtro anaeróbio elevatória com duas bombas ativas.
ETE GERTRUDES: desarenador ciclônico com compressor de ar, uma bomba de recirculação de lodo, um RALF em funcionamento, filtro biológico percolador com uma bomba que circula os braços do filtro, uma elevatória com duas bombas ativas, duas bombas de recirculação do efluente.
ETE CARÁ-CARÁ - desarenador ciclônico com compressor de ar, uma bomba de recirculação de lodo, um RALF em funcionamento, um filtro biológico percolador com circulação dos braços hidráulico, uma elevatória com duas bombas ativas, duas bombas de recirculação do efluente.
ETE em Ponta
Grossa
Volume de
metano (m³/d)
Potencial de
geração de
energia (kWh/d)
Energia elétrica
média consumida
pela ETE (kWh/d)
Potencial de geração
de energia elétrica
excedente (kWh/d)
ETE Verde
664,2
1651,41
362,02
1297,61
ETE Ronda
260,49
647,65
38,22
609,74
ETE Olarias
155,63
386,95
15,36
398,78
ETE Tibagi
32,76
81,45
1038,67
42,94
ETE Gertrudes
62,93
156,46
7258,83
-83,72
ETE Congonhas
58,21
144,75
4546,67
24,79
ETE Cará-Cará
51,89
129,02
7900,75
-127,08
Tabela 2 - Potencial de geração de energia elétrica a partir biogás produzido nas ETE de Ponta Grossa, pelo método proposto por Chernicharo (2007) e quantidade de energia consumida pelas ETE
4.3 Estimativa de energia gerada a partir do biogás comparando a quantidade de domicílios que
poderiam ser alimentadas com essa energia elétrica
Uma das vantagens de se utilizar os reatores anaeróbios no tratamento sanitário do esgoto é o baixo consumo de energia, uma vez que o caminhamento do afluente é feito por carga hidráulica. Por isso, o consumo de energia elétrica em estações de tratamento é composto apenas pela utilização de bombas e iluminação, sendo que a iluminação representa menos do que 10% desse consumo.
Os equipamentos elétricos que consomem energia em uma estação de tratamento de esgoto são, na sua maioria, as bombas e o compressor de ar, que são acionadas em algumas horas do dia e não todos os dias. Já a produção de biogás na digestão anaeróbia é constante e a conversão do biogás para energia elétrica seria contínua, portanto a energia produzida deveria ser armazenada em uma bateria para que pudesse ser utilizada quando fosse efetivamente necessário. Contudo, as baterias têm uma vida útil e o resíduo gerado pelo descarte das mesmas é tóxico e tem impacto negativo na sustentabilidade do sistema.
Propõem-se, então, a utilização da energia elétrica em residências próximas a ETE, o que seria uma maneira de aproveitamento sem gerar mais resíduos. Por isso, calculou-se o número de residências que poderiam ser beneficiadas pela geração de energia de cada ETE; o resultado foi apresentado na tabela 3. O total de domicílios atendidos pela geração de energia nas ETE de Ponta Grossa foi 796 domicílios.
De acordo com o Caderno Estatístico do município de Ponta Grossa, divulgado pelo Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e Social IPARDES, em dezembro de 2012, o numero de domicílios particulares na cidade é 105.853; descontando-se os domicílios desocupados, restariam 94.907 domicílios particulares ocupados. Logo, a geração de energia das ETE teria o potencial de abastecer, em média, 0,83% dos domicílios da cidade.
Estações de tratamento de Esgoto
em Ponta Grossa Volume de metano (m³/d)
Potencial de eletricidade disp. (kWh/d)
Número de domicílios que poderiam ser alimentados por mês ETE Verde 664,2 1651,41 412 ETE Ronda 260,49 647,65 161 ETE Olarias 155,63 386,95 96 ETE Tibagi 32,76 81,45 20 ETE Gertrudes 62,93 156,46 39 ETE Congonhas 58,21 144,75 36 ETE Cará-Cará 51,89 129,02 32 TOTAL 796
Tabela 3 - Potencial de geração de energia elétrica do biogás produzido nas ETE de Ponta Grossa e quantidade de domicílios que poderiam ser atendidos por ela
Agradecimentos
À Fundação Araucária pela bolsa de Iniciação Cientifica concedida e ao financiamento do projeto,
à SANEPAR pela disponibilização dos dados e informações.
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