Avaliação técnica e econômica de utilização de biogás gerado na ETE Atuba Sul para secagem térmica e higienização do iodo

Abstract

Resumo: A ETE Atuba Sul trata efluente urbano e industrial de Curitiba, Paraná, Brasil. Ela foi projetada para uma vazão de 1.120 l/s. O tratamento é atualmente realizado em 16 reatores anaeróbicos tipo UASB. Esta prevista sua ampliação para 1.680 l/s com a instalação de mais oito reatores. Esses reatores após o tratamento produzem biogás, lodo e efluente tratado. Este último é descartado de acordo com as normas ambientais em corpo hídrico. O biogás tem sido queimado para evitar emissões mais nocivas à atmosfera. O lodo após ser desaguado, recebe adição de cal, é maturado nos pátios de cura em média por 120 dias e é destinado a uso na agricultura. A produção de lodo pela população da região metropolitana de Curitiba (3,22 milhões de habitantes) é de 295 ton/dia de lodo desaguado e revela a importância desse sub-produto. Isto exige o gasto de cal na ordem de 150 ton/dia, sendo o insumo mais importante no gasto da ETE. Assim, a viabilidade do aproveitamento da energia térmica da combustão do biogás para secagem do lodo foi avaliado para reduzir os custos com transporte interno e externo e para reduzir o tempo necessário para destinação do material; bem como dispensa o uso de cal. O fluxo de efluente, a DQO, a DBO5, o pH e a alcalinidade apresentam grande variação e são cíclicos, mas são compatíveis com a biotransformação em metano. O comportamento cíclico também foi verificado na produção de biogás, o que exigirá o uso de reservatório de biogás. A produção média (21,6 Nm3/h) atingiu 54% do previsto teoricamente pela remoção da DQO. Essa diferença pode ser atribuída a falhas de vedação do sistema e a perda do biogás dissolvido no efluente tratado e no lodo. O teor de metano no biogás atingiu cerca de 60% (5.100 kcal/m3). A secagemem secador rotativo reduziu a massa em 79%, sendo esperado atingir 90% depois da otimização. A umidade inicial média foi reduzida de 82% a 15%. O consumo médio de biogás foi de 164,71 m3/ton de lodo desaguado. Ovos de helmintos em amostras de lodo com 20,16 e 8% de umidade residual não foram detectados em lodo seco e não caiado. Assim, a secagem é mais rápida e eficiente, reduz o gasto com transporte interno e externo e dispensam gastos com adição de cal. O investimento necessário para implantação do sistema de desaguamento e secagem prevê um investimento de R$ 8.509.752,32. No entanto, a tecnologia de secagem evita investimento na construção adicional de pátios de cura, de sistema de cal e de desaguamento de lodo, os quais foram considerados como receita auferida; além dos gastos menores para transporte interno e externo de lodo e demanda de cal (R$ 1.026.562,59 por ano). O resultado do VPL (Valor Presente Líquido) será positivo no ano 20 para propostas das empresas Andritz e Pieralise com uso exclusivo dobiogás. Caso seja necessário utilizar gás natural, a quantidade máxima para o VPL igual a zero é de 180 Nm³/h.

Abstract: Atuba Sul wastewater treatment Plant receives domestic and industrial effluent from Curitiba, Parana, Brasil. It was designed for an inflow of 1.120 L/s. Nowadays the treatment is realized with 16 UASB reactors. 8 reactors will be installed icreasing the capacityof treatmento to 1.680 L/s. These reactors produce biogas, sludge and treated effluent being discharged acoording to the environment regulation in the river. The biogas is burned in order to avoid emissions to the atmosphere. The sludge after dewatering process, recieves lime, it is matured in landfills for 120 days and destinated to agiculture. The production of sludge by Curitiba metropolitan area (3,22 millions of inhabitants) is 295 ton/day of dewatered sludge revealing the importance of this by-product. The demand of lime is around 150 ton/day and it is considered in the most costful material. Therefore, the feasibility for using thermal energy from biogas combustion for sludge dewatering process was assesed to reduce internal and exertenal transportation cost and to reduce the time needed to final disposal, as well as if the use of lime is dispensable. The inflow, COD, BOD, pH and alcalinity present great variation and occur in cycles, but are compatible to the biotransformation in methane. The cycle behavior was also observed in biogas production, that will require the use of biogas reservoir. The avarage production reached 54% of theorectical calculated COD degradation. This difference can be attributed to vedation system failures and the loss of dissolved biogas in treated effluent and sludge. The methane level in the biogas reached aroud 60% (5.100 kcal/m3). The dewatering process in rotative equipment reduced the mass in 79% expecting to reach 90% after optmization. The initial average moisture wasreduced from 82% to 15%. The average biogas consumption was 164,71 m3/ton of dewatered sludge. Helminth eggs in samples of sludge with 20,16 and 8% of residual moisture were not detected in dry not limed sludge. Hence, the drying process is faster and efficient, reduces costs with internal and external transportation, and lime is dispensable. The investment necessary to implement de dewatering and drying system is R$ 8.509.752,32. But, this technology avoids aditional investment in landfills, lime and dewatering systems, which were considered as earned income, in addition to lower costs of internal and external sludge transport and lime demand R$ 1.026.562,59 per year). The result of NPL (Net present value) will be positive in year 20 for the proposals of Andritz and Pieralise enterprises using exclusively biogas. If it is necessary to use natural gas, the maximun amount for the NPL equals zero is 180 Nm³/h.