Avaliação da auto-suficiência energética de reatores anaeróbios no tratamento de esgoto sanitário e de água preta

Abstract

The purpose of this project is to verify whether anaerobic reactors applied to sewage treatment are energetically self-sufficient. This evaluation can be made by balancing the methane produced through the anaerobic transformation stages (hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis) and the reactor energy consumption requirements. The original project included methanogenic activity tests, which could not be performed due to setbacks in the installation of an analytical instrument. Scientific articles about bench- and full-scale anaerobic reactors were investigated instead. An average substrate-to-methane conversion efficiency of 58,2±18,6% was found for the bench-scale reactors and higher efficiencies (89,2%) were found for the cases which had higher Organic Loading Rates (OLRs) values. The average energy output was 0,013 kWh/Lsewage, value unable to meet the energy needs for the reactor operation, considering equipments normally used such as temperature controller. This balance can become positive if few hypotheses are made, for example (i) to eliminate the use of temperature controller (ii) to alter the operation pattern from continuous to intermittent. Based on energy balance assessment of eight bench-scale reactors, it was observed that the implementation of a system for biogas utilization is not energetically feasible. However, interesting results were found for a full-scale sewage treatment plant, ETE Ouro Verde – Foz do Iguaçu, PR, Brazil. Even though its substrate-tomethane conversion efficiency was about 10% only, the energy balance was quite positive, with energy consumption of 68 kWh/month and energy production of 660 kWh/month. This analysis leads us to conclude that energy recovery from full-scale sewage treatment plants should be practiced by other plants

A proposta deste projeto é verificar se reatores anaeróbios aplicados ao tratamento de esgoto sanitário são energeticamente auto-suficientes. Essa verificação pode ser feita através do balanço do metano produzido nos estágios de transformação anaeróbia (hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese) e do consumo energético dos reatores. O projeto original compreendia testes de atividade metanogênica, não concretizados devido a imprevistos na instalação de um equipamento analítico. Foram realizadas análises de artigos científicos em escala de bancada e escala real. Os artigos em escala de bancada analisados forneceram uma média de 58,2±18,6% de eficiência de produção de metano, sendo que os reatores que receberam maiores Cargas Orgânicas Volumétricas (COVs) apresentaram valores mais elevados (89,2%). A produção média de energia foi de 0,013 kWh/Lesgoto, valor incapaz de suprir as necessidades energéticas de operação do reator, considerando os equipamentos normalmente utilizados como o controlador de temperatura. Esse balanço pode se tornar positivo se algumas suposições forem feitas como, por exemplo, (i) eliminar o uso do controlador de temperatura, e (ii) alterar o tempo de funcionamento do agitador de contínuo para intermitente. Baseado na avaliação de oito artigos em escala de bancada observou-se que a implantação de um sistema para utilização do biogás produzido durante o processo de transformação não é energeticamente favorável. Entretanto, resultados satisfatórios foram encontrados em uma planta de tratamento de esgoto sanitário, ETE Ouro Verde – Foz do Iguaçu PR, Brasil. Embora a eficiência da conversão substrato-metano tenha se apresentado próxima de 10%, o balanço energético é positivo, com um consumo de 68 kWh/mês e produção de 660 kWh/mês. Essa análise leva a conclusão de que a recuperação energética de reatores em escala real pode ser aplicada em outras plantas