Análise dos fluxos de materiais e de energia como ferramenta de gestão para uma estação de tratamento anaeróbio de esgoto doméstico

Abstract

Resumo: O bom gerenciamento dos processos de tratamento de esgotos é fundamental para garantir que o fluxo e a concentração de poluentes na água, no solo e no ar sejam mantidos em níveis que não comprometam o meio ambiente e a saúde pública. Para tanto, faz-se necessário conhecer as entradas, os estoques e as saídas de materiais e de energia nesses processos. As análises dos fluxos de materiais (AFM) e de energia (AFE) podem ser empregadas como ferramentas para o gerenciamento operacional de estações de tratamento de esgoto (ETE). Neste trabalho, aplicaramse a AFM e a AFE em uma planta de tratamento anaeróbio de esgoto doméstico de médio porte, localizada no município de Curitiba, com o intuito de avaliar o desempenho de cada etapa do processo da ETE, criar indicadores para avaliação da eficiência do tratamento, diagnosticar oportunidades de aproveitamento de subprodutos do processo e desenvolver procedimentos para aplicação da AFM e da AFE em outras ETEs. Os materiais consumidos e gerados pelo processo de tratamento durante o ano de 2013 foram quantificados e, posteriormente, representados em um diagrama de Sankey. Da mesma forma, também foram estudados a energia consumida e o potencial energético de subprodutos, como o biogás, o lodo e a escuma. A aplicação da AFM permitiu identificar oportunidades de melhorias, tais como a redução no uso de produtos químicos e a minimização de custos associados com o transporte de resíduos. Além disso, a AFE permitiu identificar que a flotação por ar dissolvido, adotada na etapa de pós-tratamento do esgoto, é o processo que mais consome energia na ETE, seguida da elevatória de recalque de esgoto bruto. Por meio da AFE foi possível verificar ainda que seria possível a geração de mais de 80% da energia elétrica consumida pela ETE em 2013, caso o biogás fosse utilizado para tal fim. O aproveitamento energético do biogás, da escuma e, principalmente, do lodo por meio de sua combustão após prévia secagem demonstrou ser atrativo, em especial se tais subprodutos fossem utilizados como fontes de energia para o processo de secagem térmica de resíduos. Por fim, os indicadores específicos concebidos para avaliação da eficiência de cada etapa do processo de tratamento possibilitaram a criação de dados de referência para a supervisão sistemática das rotinas operacionais da ETE e para a tomada de decisão acerca do aprimoramento de processos. A replicação da AFM e da AFE poderá beneficiar o gerenciamento de outras ETEs, bem como possibilitar que os dados gerados neste trabalho sejam utilizados como fonte de comparação entre diversos processos de tratamento.

Abstract: Best practices in wastewater treatment management are important to assure low environmental thresholds taking into account water, soil and air. Consequently, it is necessary to address all the inputs, stocks and outputs of the treatment process. The material and energy flow analysis (MFA and EFA, respectively) can be employed as tools for operational management of wastewater treatment plants (WWTP). The MFA and EFA were applied in a midsize WWTP located in the Brazilian southern region, in order to evaluate the performance of each step in the treatment process, create indicators for assessing treatment efficiency, diagnose opportunities to reuse byproducts of the process and develop procedures to allow the tool to replicate in others plants. The materials used and generated in the plant over 2013 were measured and reported in a Sankey diagram. Likewise, energy consumed and energy potential of reuse of by-products such as biogas, sludge and scum, were also studied. The application of MFA allowed to identify opportunities for improvement, such as reducing the use of chemicals and minimizing transportation costs of waste. In addition, the EFA identified that the dissolved air flotation is the process that consumes more energy in the WWTP, following by the lifting of raw sewage process. By EFA was still possible to verify that it would be possible to generate more than 80% of the electricity consumed by the WWTP in 2013, if biogas was reused for this purpose. The energy reuse of biogas, scum and, especially, of the sludge through its combustion, after previous drying, proved to be very attractive, if it is used as an energy source in the thermal drying of waste. Finally, specific indicators designed to assess the efficiency of each step of the treatment process enabled the creation of reference data for the systematic surveillance of the WWTP operational routines and decision making about process improvement. The replication of the AFM and the EFA can benefit the management of others WWTPs and the data generated in this study can be used as comparison between different treatment processes.