Avaliação do desempenho operacional de uma usina de codigestão de lodo de esgoto e resíduos orgânicos

Abstract

Resumo: Dentre os desafios a serem superados para atendimento das diretrizes de desenvolvimento sustentável estão o manejo, gerenciamento e disposição final de resíduos, em especial os resíduos orgânicos e o lodo proveniente do tratamento de esgotos. Neste contexto a digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento do lodo e resíduos orgânicos. O biogás, subproduto do processo digestão anaeróbia, pode ser utilizado para geração de energia ou como fonte de calor, sendo que a codigestão de resíduos orgânicos apresenta vantagens em relação a digestão de um único substrato para produção de biogás. Este trabalho tem por objetivo a avaliação do desempenho operacional e produção de biogás de uma Usina, em escala plena, que realiza a codigestão de lodo com outros resíduos orgânicos provenientes do CEASA, indústrias alimentícias e gorduras. A Usina compreende dois tanques de mistura, dois biodigestores anaeróbios e um tanque pulmão, todos estes tanques com aquecimento e equipamentos de mistura (misturadores). O trabalho foi realizado em duas fases, a primeira denominada Fase 01, simplificada, sobre os dados do período de julho a dezembro de 2022, e a segunda fase denominada Fase 02, mais aprofundada, sobre dados do período de setembro a novembro de 2023. Na Fase 02, a proporção de lodos para resíduos orgânicos foi de aproximadamente 80:20. O Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de todo o sistema, incluso os tanques de mistura, foi de 39,82 dias, o médio dos tanques de mistura com os biodigestores de 29,82 dias, e o TDH específico dos biodigestores de 24,42 dias. Os resultados dos tanques de mistura 01 e 02 foram pH de 6,98 e 5,37, alcalinidade de 1.085 e 195 mg/L e acidez de 1.451 e 16.494 mg/L respectivamente, o que indicou o comportamento correspondente as fases de hidrólise e acidogênese, do processo de digestão anaeróbia. Enquanto os resultados dos biodigestores 01 e 02 e tanque pulmão foram pH de 7,73, 7,61 e 7,78, alcalinidade de 7.318, 6.833 e 6.835 mg/L e, acidez de 1.968, 2.511 e 1.778 mg/L respectivamente, comportamento correspondente a fase de metanogênese. Relativo aos SV, a redução média do período foi de 58,97%. Neste cenário, o tanque pulmão apresentou comportamento de Pós-Digestor, com redução de SV média de 4,34%. A taxa de aplicação obtida para os Biodigestores foi de 1,99 kgSV/m³.d, e para o Tanque Pulmão de 4,19 kgSV/m³.d. O indicador de produção de biogás obtido foi de 0,66 Nm³/kgSV.d, com teor médio de gás metano 61,75%. Quanto ao potencial de energia, obteve-se o indicador de 790,77 kWh de energia para cada tonelada de sólidos voláteis afluentes à Usina e, e para cada tonelada de sólidos voláteis destruídos tem-se a geração de 1.927,50 kWh de energia

Abstract: Among the challenges to be overcome to meet sustainable development guidelines are the management, administration and final disposal of waste, especially organic waste and sludge from sewage treatment. In this context, anaerobic digestion is an alternative for the treatment of sludge and organic waste. Biogas, a byproduct of the anaerobic digestion process, can be used to generate energy or as a heat source, and the co-digestion of organic waste has advantages over the digestion of a single substrate for biogas production. This study aims to evaluate the operational performance and biogas production of a full-scale plant that co-digests sludge with other organic waste from CEASA, food industries and fats. The plant comprises two mixing tanks, two anaerobic biodigesters and a buffer tank, all of which have heating and mixing equipment (mixers). The work was carried out in two phases, the first called Phase 01, simplified, on data from the period from July to December 2022, and the second phase called Phase 02, more in-depth, on data from the period from September to November 2023. In Phase 02, the ratio of sludge to organic waste was approximately 80:20. The Hydraulic Detention Time (HDT) of the entire system, including the mixing tanks, was 39.82 days, the average of the mixing tanks with the biodigesters was 29.82 days, and the specific HDT of the biodigesters was 24.42 days. The results of mixing tanks 01 and 02 were pH of 6.98 and 5.37, alkalinity of 1,085 and 195 mg/L and acidity of 1,451 and 16,494 mg/L respectively, which indicated the behavior corresponding to the hydrolysis and acidogenesis phases of the anaerobic digestion process. While the results of biodigesters 01 and 02 and buffer tank were pH of 7.73, 7.61 and 7.78, alkalinity of 7,318, 6,833 and 6,835 mg/L and acidity of 1,968, 2,511 and 1,778 mg/L respectively, behavior corresponding to the methanogenesis phase. Relative to VS, the average reduction of the period was 58.97%. In this scenario, the buffer tank presented Post-Digester behavior, with an average VS reduction of 4.34%. The application rate obtained for the Biodigesters was 1.99 kgVS/m³.d, and for the Buffer Tank it was 4.19 kgVS/m³.d. The biogas production indicator obtained was 0.66 Nm³/kgVS.d, with an average methane gas content of 61.75%. As for the energy potential, the indicator of 790.77 kWh of energy was obtained for each ton of volatile solids inflowing to the Plant, and for each ton of volatile solids destroyed, 1,927.50 kWh of energy was generated