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Ferramenta computacional para gestão da recuperação energética e da pegada de carbono em estações de tratamento de esgoto baseadas em reatores anaeróbios

Computational tool for managing energy recovery and carbon footprint in sewage treatment plants based on anaerobic reactors

RESUMO

Estações de tratamento de esgoto (ETE) com processos anaeróbios estão consolidadas na América Latina. Suas diversas características favoráveis tornam-nas uma opção atrativa para regiões de clima quente, mas existem ainda restrições, como as relacionadas às emissões gasosas difusas. Nesse contexto, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento da ferramenta computacional Balanço de Energia e Carbono em ETE Anaeróbias (BECarbon0), com base na compilação, em planilha eletrônica, de equações e coeficientes da literatura especializada, que permite comparar diferentes cenários e alternativas tecnológicas para o manejo de emissões gasosas em ETE que empregam reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB). Possibilita-se assim que projetistas e tomadores de decisão avaliem aspectos de recuperação de energia e gestão da pegada de carbono. Por fim, apresenta-se um estudo de caso fictício com três cenários cujos resultados apontam para a possibilidade de redução da pegada de carbono total da ETE em 82% se comparada à configuração normalmente adotada no Brasil.

Palavras-chave:
UASB; biogás; lodo

ABSTRACT

Sewage treatment plants (STPs) with anaerobic processes are consolidated in Latin America. Their several favorable characteristics make them an attractive option for regions with a hot climate, but there are still restrictions, such as those related to diffuse gaseous emissions. In this context, the present work aimed at developing the computational tool Energy and Carbon Balance in Anaerobic STPs (BECarbon0), based on the compilation, in a spreadsheet, of equations and coefficients from the specialized literature, which allows comparing different scenarios and technological alternatives for the management of gaseous emissions in STPs based on upflow anaerobic sludge blanket reactors (UASB). This should enable designers and decision makers to assess aspects of energy recovery and carbon footprint management. Finally, a fictitious case study is presented with three scenarios whose results point to the possibility of reducing the total carbon footprint of the STP by 82% compared to the configuration normally adopted in Brazil.

Keywords:
UASB; biogas; sludge

INTRODUÇÃO

Estações de tratamento de esgotos (ETE) com processos anaeróbios, especialmente os reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), estão consolidadas na América Latina. No Brasil, em 2017, tais processos figuravam em 67% das ETE e os UASB em 38%, atendendo, respectivamente, 42 e 30% da população urbana (71,7 e 51,2 milhões de habitantes). Diversas características desses processos tornam-nos uma das melhores alternativas tecnológicas disponíveis para o tratamento de esgoto em regiões de clima quente, com baixos requisitos de área, energia e complexidade operacional, mas existem algumas restrições, como as emissões difusas de metano (CH4) (CHERNICHARO et al., 2015CHERNICHARO, C. A. L.; VAN LIER, J. B.; NOYOLA, A.; RIBEIRO, T. B. Anaerobic Sewage Treatment in Latin America. In: FANG, H. P.; ZHANG, T. (org.). Anaerobic Biotechnology: environmental protection and resource recovery. Londres: Imperial College Press, 2015. p. 263-296.; BRASIL, 2017BRASIL. Atlas esgotos: despoluição de bacias hidrográficas. Brasília: Agência Nacional de Águas, Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental, 2017. 88 p.).

O CH4 compõe de 70 a 81% do volume do biogás de reatores UASB, é inflamável, possui alto valor combustível, poder calorífico (CH4 puro) de 35,9 MJ.Nm−3 e é um dos principais gases de efeito estufa (GEE), com potencial de aquecimento global (GWP) 28 vezes maior que o dióxido de carbono (CO2). Embora seu desprendimento da fase líquida seja o principal mecanismo para a reciclagem do carbono orgânico pela digestão anaeróbia, sua formação não completa o ciclo do carbono, devendo ainda ser oxidado a CO2, biologicamente ou por combustão, para que esteja disponível para reciclagem pela fotossíntese. Ressalta-se que as emissões de CO2 biogênicas (modernas) são consideradas neutras para o esgoto sanitário (CHERNICHARO, 2007CHERNICHARO, C. A. L. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. 2 ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFMG, 2007. v. 5. 380 p.; LOBATO, 2011LOBATO, L. C. S. Aproveitamento energético de biogás gerado em reatores UASB tratando esgoto doméstico. 2011. 184f. Tese (Doutorado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2011.; IPCC, 2015INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC). Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva: IPCC, 2015. 151 p.; 2019INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC). Quality assurance/quality control and verification. In: MAKSYUTOV, S.; EGGLESTON, S.; WOO, J. H.; FANG, S.; WITI, J.; GILLENWATER, M.; GOODWIN, J.; TUBEILLO, F.; MANNING, A.; OGLE, S.; RANDLES, C.; MAIONE, M.; WEITZ, M. M. (org.). 2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Geneva: IPCC, 2019.; BRASIL, 2016BRASIL. Resultados do projeto de medições de biogás em reatores anaeróbios. Brasília: Ministério das Cidades, 2016. 50 p.; METCALF; EDDY, 2016METCALF, L.; EDDY, H. P. Tratamento de efluentes e recuperação de recursos. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016. 1980 p.).

Outro ponto de preocupação reside na possibilidade de dessorção do metano dissolvido (CH4-D) na fase líquida, originando emissões de GEE e perdas de potencial energético, em razão do elevado teor de CH4-D no efluente (da ordem de 50% do potencial do biogás) (SOUZA, 2010SOUZA, C. L. Estudo das rotas de formação, transporte e consumo dos gases metano e sulfeto de hidrogênio resultantes do tratamento de esgoto doméstico em reatores UASB. 2010. 127f. Tese (Doutorado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2010.). Entre as medidas mitigadoras abordadas na literatura, citam-se: confinamento das unidades e exaustão dos gases, remoção dos gases dissolvidos na massa líquida em condições controladas, devendo ambas as práticas receber posterior tratamento e recuperação do CH4-D para aproveitamento energético conjunto ao biogás. Algumas das técnicas de dessorção atualmente viáveis são: câmaras de dessorção sem e com enchimento (CD) (60 e 85% de eficiência); câmara de vácuo (40 a 80% de eficiência); e contactores de membranas desgaseificadoras (CMD) (50 a 98% de eficiência). Destaca-se que as duas últimas permitem, quando da geração de corrente residual com baixa diluição do CH4, sua recuperação para incremento ao biogás para fins de aproveitamento energético. Para tratamento, recomendam-se biofiltração e biopercolação (eficiências superiores a 90%), bem como destruição térmica (eficiência de 10 a 53% em queimadores abertos e de 98 a 100% em queimadores fechados) (BRANDT et al., 2021BRANDT, E. M. F.; SOUZA, C. L.; CENTENO-MORA, E. J.; BIANCHETTI, F. J.; SANTOS, J. M. B.; CHERNICHARO, C. A. L. Valoração e gerenciamento de subprodutos gasosos do tratamento do esgoto. Parte B: Avanços nas técnicas de controle de emissões gasosas em ETEs com reatores anaeróbios – Nota Técnica 1 - Tópicos de interesse. Cadernos Técnicos Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 1, n. 2, p. 5-22, 2021.).

A avaliação do ciclo de vida (ACV) de diferentes tipologias de ETE e manejo de subprodutos nas condições brasileiras demonstrou que alternativas como o uso do biogás para caldeiras ou secagem e higienização térmicas do lodo, e do lodo como biofertilizante, são potencialmente causadoras de impacto ambiental negativo muito menor do que as rotas convencionais de combustão do biogás em queimadores e de envio do lodo para aterro sanitário (GUTIERREZ, 2014GUTIERREZ, K. G. Análise e gerenciamento de impactos ambientais no tratamento de esgoto doméstico mediante avaliação de ciclo de vida. 2014. 115f. Tese (Doutorado em Saneamento) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2014.; AMARAL, 2018AMARAL, K. G. C. Avaliação da sustentabilidade no gerenciamento do lodo e biogás, em estação de tratamento de esgotos, utilizando a técnica de ACV. 2018. 170f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental) – Departamento de Hidráulica e Saneamento, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2018.). Nesse contexto, embora os reatores anaeróbios cada vez mais venham se firmando como opção para o tratamento de esgotos, se suas particularidades, como a problemática das emissões gasosas, não forem corretamente administradas, eles poderão comprometer a aceitação e consequente ampliação de seu uso.

A ACV é uma técnica de gestão ambiental robusta e consolidada, que permite identificar os possíveis impactos associados a um produto ou serviço em seus diversos estágios, levantando e quantificado a energia e os materiais necessários (entradas) e os resíduos e emissões liberados ao meio ambiente (saídas) (AMARAL, 2018AMARAL, K. G. C. Avaliação da sustentabilidade no gerenciamento do lodo e biogás, em estação de tratamento de esgotos, utilizando a técnica de ACV. 2018. 170f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental) – Departamento de Hidráulica e Saneamento, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2018.). Entretanto, sua aplicação demanda tempo, programas computacionais e bancos de dados especializados, por vezes pagos, o que pode inviabilizar a avaliação quando se objetiva uma análise simplificada, que permita comparar várias alternativas de concepção e operacionais de forma expedita, e com foco apenas na emissão de GEE e no balanço energético da ETE. No contexto dessa lacuna, propôs-se o desenvolvimento de uma ferramenta com essa concepção simplificada, apropriada para aplicação em estudos preliminares e pré-seleção de alternativas anteriores à realização da ACV ou, ainda, quando se objetiva uma resposta mais imediata no dia a dia da gestão da ETE.

Isto posto, este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento da ferramenta computacional Balanço de Energia e Carbono em ETE Aneróbias (BECarbon0), para avaliação da formação e emissão de CH4 em reatores UASB que tratam esgotos sanitários (linha de biogás, compartimento de decantação e no efluente) e a pegada de carbono resultante do controle de emissões fugitivas e do aproveitamento energético do biogás e lodo (térmico e eletricidade).

METODOLOGIA

Esta é uma pesquisa analítica, quantitativa, alicerçada no método hipotético-dedutivo, que utiliza as técnicas: pesquisa bibliográfica, documental e experimental e estudos de caso, estas duas últimas na forma de simulações computacionais de três cenários. Para a consecução da pesquisa a metodologia foi dividida em duas etapas distintas, a citar: desenvolvimento da ferramenta computacional, e; simulação comparativa de diferentes cenários.

Desenvolvimento da ferramenta computacional

Com base em pesquisa bibliográfica, foram levantadas as principais rotas, atualmente empregadas ou com potencial de aplicação no futuro, para o gerenciamento dos subprodutos sólidos (lodo) e gasosos (biogás, gases dissolvidos e emissões fugitivas) do tratamento anaeróbio por porte da ETE (Quadro 1), e foram estabelecidos os parâmetros a serem calculados pelas equações e coeficientes (Quadro 2), os quais foram implementados em uma planilha eletrônica. Para mais detalhes sobre as alternativas adotadas consultar Bianchetti et al. (2021)BIANCHETTI, F. J.; BRANDT, E. M. F.; SANTOS, H. A.; CHERNICHARO, C. A. L. Valoração e gerenciamento de subprodutos gasosos do tratamento do esgoto. Parte B: Avanços nas técnicas de controle de emissões gasosas em ETEs com reatores anaeróbios – Nota Técnica 7 - Emissão e compensação de gases de efeito estufa. Cadernos Técnicos Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 1, n. 2, p. 91-105, 2021.. A definição do pós-tratamento determina aspectos referentes à demanda energética e à produção de lodo.

Quadro 1
Técnicas previstas na ferramenta para manejo da fase líquida, de emissões fugitivas, aproveitamento do biogás e gestão do lodo em função do porte da estação de tratamento de esgoto.
Quadro 2
Parâmetros a serem calculados com base em equações e coeficientes componentes do modelo proposto.

A base de consulta foi composta de trabalhos acadêmicos, normas técnicas, documentos de área, bases de dados, entre outros. Com relação aos trabalhos acadêmicos, à exceção de parâmetros clássicos, foram priorizados trabalhos revisados por pares, obtidos via base de pesquisa do Periódicos Capes e publicados preferencialmente nos últimos cinco anos. Para as normas técnicas, publicações e bancos de dados de entidades especializadas, foram consideradas sempre as versões mais recentes disponíveis.

No Quadro 3 são apresentadas as principais equações pertinentes ao presente artigo, agrupadas conforme grupos de parâmetros a serem estimados/ avaliados, a citar: emissões residuais/ fugitivas provenientes do decantador; emissões residuais/ fugitivas provenientes do efluente tratado; produção de biogás e emissões por meio de sua queima e/ou reaproveitamento; pegada de carbono resultante do transporte do lodo; pegada de carbono total da ETE; e recuperação energética. Os principais coeficientes predefinidos pertinentes ao presente artigo, com faixas de valores típicos, relativos à geração, prevenção, controle, tratamento e/ou aproveitamento de gases e lodo, os quais permitem a predição da produção dos subprodutos e dos impactos das decisões de gerenciamento, são apresentados na Tabela 1. Para a relação completa de equações e coeficientes, consultar Bianchetti (2022)BIANCHETTI, F. J. Gerenciamento integrado de biogás e lodo em estações de tratamento de esgoto baseadas em reatores anaeróbios, com foco na recuperação de energia e na pegada de carbono. 2022. 144f. Tese (Doutorado em Saneamento) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2022..

Quadro 3
Equações componentes do modelo para manejo de emissões fugitivas, aproveitamento do biogás e gestão do lodo (continua)
Tabela 1
Coeficientes adotados no modelo matemático.

Simulação de aplicação da ferramenta BECarbon0

Para apresentar os potenciais da ferramenta BECarbon0 e permitir analisar a influência de algumas das técnicas nela disponíveis na gestão dos subprodutos e na pegada de carbono de uma ETE baseada em reatores anaeróbios, realizou-se simulação de aplicação. Esta foi feita mediante comparação da adoção de algumas das alternativas de manejo do biogás, emissões fugitivas, gases residuais e lodo disponíveis, para avaliação da melhor tecnologia, conforme as condições e critérios estabelecidos, visando alcançar níveis de desempenho mais avançados.

As alternativas de gestão dos subprodutos foram divididas em três cenários com distintas opções de aproveitamento de recursos. Em comum, todo os cenários consideram como tratamento secundário da fase líquida a combinação de reatores UASB com pós-tratamento por lodos ativados (LA), objetivando o atendimento aos padrões brasileiros de qualidade para o lançamento de esgotos em termos de matéria orgânica.

O cenário 1 contempla a destruição do biogás em queimadores abertos, desidratação convencional do lodo visando ao transporte e disposição em aterro sanitário, alternativa tradicionalmente aceita como adequada para as ETE brasileiras, entretanto sem aproveitamento de recursos. O cenário 2 priorizou a gestão do lodo produzido e o fechamento de ciclos com seu beneficiamento a biossólido, com base nos aproveitamento do biogás na secagem térmica do lodo até que fosse atingido teor final de sólidos da ordem de 90%. A produção excedente de biogás foi utilizada para a produção de eletricidade com o objetivo de suprir a demanda do secador térmico e diminuir a demanda do sistema de aeração do reator de LA. A seu turno, o cenário 3 priorizou a produção de energia elétrica com o intuito de reduzir significativamente a demanda de energia externa para aeração do LA e, dessa forma, previu toda a utilização do biogás para a produção combinada de eletricidade e calor, sendo este último direcionado para a secagem térmica do lodo até o máximo teor de sólidos possível. Em semelhança ao cenário 2, a eletricidade produzida foi direcionada para o autossuprimento da ETE, com alimentação do secador térmico e redução de parte significativa da demanda do sistema de lodos ativados. Esses três cenários são apresentados no Quadro 4 e na Figura 1.

Quadro 4
Cenários testados na aplicação da ferramenta BECarbon0.
Figura 1
Cenários testados na aplicação da ferramenta computacional

Para a avaliação, foram considerados os coeficientes apresentados na Tabela 1 (valores sugeridos como padrão, mas que podem ser alterados caso o usuário deseje) e adotados os seguintes parâmetros: população de projeto (Pop.) = 80.000 habitantes; quota per capita de esgoto (qpcesgoto) = 150 L.hab−1.d−1; taxa de contribuição por infiltração (Tinf) = 0,1 L.s−1.km−1; extensão de rede por habitante (Lredeper capita) = 2 m.hab−1; distância de transporte do lodo: Laterro = 30 km (aterro sanitário), Lsterm = 15 km (ponto de entrega dos biossólidos); capacidade de carga do caminhão de transporte de lodo (Captransp.) = 12 t.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Apresentam-se na Tabela 2 os resultados numéricos, ao passo que na Figura 2 são apresentadas as pegadas de carbono totais para os três cenários estudados.

Tabela 2
Resultados numéricos das simulações para os três cenários estudados.
Figura 2
Gráficos da pegada de carbono per capita total e resultante da digestão da matéria orgânica, para os três cenários estudados.

Com base nos resultados é possível observar que, para a configuração mais comum nas ETE brasileiras (combustão do biogás em queimador aberto, desidratação convencional do lodo com disposição final em aterro e nenhum controle de emissões fugitivas), representada pelo cenário 1, a gestão do biogás e lodo representa parcela significativa da pegada de carbono. Para as condições propostas na aplicação, tais emissões representaram cerca de 50% da pegada de carbono da ETE, corroborando os apontamentos apresentados por Gutierrez (2014)GUTIERREZ, K. G. Análise e gerenciamento de impactos ambientais no tratamento de esgoto doméstico mediante avaliação de ciclo de vida. 2014. 115f. Tese (Doutorado em Saneamento) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2014.. Outra fonte que contribuiu significativamente para a pegada de carbono da ETE foi a inexistência de controle das emissões de CH4 resultantes dos gases dissolvidos no efluente, de 43%, confirmando os apontamentos de Souza (2010)SOUZA, C. L. Estudo das rotas de formação, transporte e consumo dos gases metano e sulfeto de hidrogênio resultantes do tratamento de esgoto doméstico em reatores UASB. 2010. 127f. Tese (Doutorado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2010. e Centeno-Mora (2021)CENTENO-MORA, E. J. Use of membrane contactors for recovering dissolved methane from the effluent of uasb reactors treating sewage. 2021. 230f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2021..

As emissões fugitivas, especialmente as ocasionadas pela dessorção do metano dissolvido no efluente dos reatores anaeróbios, podem representar uma das mais significativas parcelas da pegada de carbono em ETE baseadas em reatores anaeróbios. Tais emissões, para o cenário 1, totalizaram 3.067 tCO2eq.ano−1 (emissões fugitivas provenientes do efluente e decantador), representado 48% da pegada de carbono da condição típica das ETE brasileiras, nas quais o controle de emissões se restringe à queima do biogás em flares abertos. Entretanto, com a adoção de técnicas simples de dessorção, exaustão e tratamento das correntes residuais por biofiltração (cenário 2), tais emissões fugitivas de CH4 do efluente e decantador decaem, respectivamente, para 37 e 10% das originais relativas ao cenário 1 (sem controle). Isso demonstra que as técnicas simplificadas de dessorção e posterior tratamento do metano dissolvido no efluente constituem eficaz mecanismo para a redução da pegada de carbono em ETE baseadas na tecnologia anaeróbia. Com relação aos gases dissolvidos do efluente, a adoção de técnicas avançadas de dessorção, tais como os contactores de membranas, proporciona pegada de carbono oriunda da dessorção do CH4-D do efluente da ordem de 50% da pegada relativa ao cenário sem controle, com a vantagem adicional de aumentar o potencial energético do biogás com a recuperação do CH4-D. Caso não se objetive o aproveitamento energético, tal redução da pegada de carbono poderia chegar a 98% (CENTENO-MORA, 2021CENTENO-MORA, E. J. Use of membrane contactors for recovering dissolved methane from the effluent of uasb reactors treating sewage. 2021. 230f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2021.).

Isso se deve ao fato de que, conforme demonstrado por Centeno-Mora (2021)CENTENO-MORA, E. J. Use of membrane contactors for recovering dissolved methane from the effluent of uasb reactors treating sewage. 2021. 230f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2021., a eficiência de dessorção em membranas aumenta à medida que se opera com maiores relações de vazões gás-líquido (Qg/QL); todavia, com o aumento da vazão de ar há diminuição do teor de CH4 na corrente resultante, inviabilizando sua mistura com o biogás e consequente aproveitamento energético. No caso do cenário 3, caso o objetivo fosse, além do aproveitamento, obter maior redução da pegada de carbono proveniente das emissões descontroladas oriundas do efluente tratado, fazendo assim jus ao potencial das técnicas de contactores de membranas, poder-se-iam adotar duas unidades em série, a primeira com menor vazão de ar, visando ao aproveitamento energético, e a segunda com maior vazão de ar, para a remoção em níveis mais elevados do CH4 remanescente da primeira unidade, objetivando diminuir a pegada de carbono desta fonte. Ressalta-se que tal funcionalidade ainda não é contemplada na atual versão da BECarbon0.

Para o cenário 1, foi considerada a eficiência de destruição do CH4 no queimador aberto de 50%, o que representou pegada de carbono de 3.134 tCO2eq.ano−1. Caso fosse melhorada a eficiência de destruição ou sua troca para um queimador enclausurado com 98% de eficiência, a pegada de carbono resultante da combustão do biogás poderia representar 4% da estimada para as condições convencionais das ETE brasileiras. A melhoria das condições de destruição do metano por combustão, embora não propicie o aproveitamento de recursos, é uma simples e importante ação para a diminuição da pegada de carbono de ETE. Importante destacar que a eficiência de destruição do biogás dos queimadores abertos pode ser melhorada por meio da qualidade do equipamento (design, dispositivo de ignição, manutenção da chama, entre outros) e das condições ambientais de instalação (exposição a ventos, chuvas etc.), não devendo tais equipamentos serem condenados como premissa.

A mudança da configuração mais comum nas ETE brasileiras para uma que permita o fechamento de ciclos e aproveitamento de recursos, seja com a secagem térmica do lodo para a produção de biossólidos, seja para a produção de eletricidade, além do controle de emissões fugitivas (dessorção, captura e tratamento ou aproveitamento do gás residual), para as simulações realizadas, apontou para a redução de 82% da pegada de carbono da estação.

Como foi definida como destinação final do lodo nos cenários 2 e 3 sua conversão a biossólidos para uso benéfico em solos, como parâmetro de entrada, considerou-se sua distância de transporte igual à metade da distância do aterro no cenário 1. Assim, o impacto da pegada de carbono da tal prática de produção de biossólidos é dependente das características específicas de cada ETE, em virtude da distância do aterro e do ponto definido para a distribuição dos biossólidos (ponto de entrega ou retirada na ETE). Todavia, como apresentado por Amaral (2018)AMARAL, K. G. C. Avaliação da sustentabilidade no gerenciamento do lodo e biogás, em estação de tratamento de esgotos, utilizando a técnica de ACV. 2018. 170f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental) – Departamento de Hidráulica e Saneamento, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2018., tais práticas propiciam menores impactos negativos ao longo do ciclo de vida da ETE sob as óticas ambiental e social.

CONCLUSõES

A disponibilidade de uma ferramenta que permita a simulação, de forma simplificada, de diferentes configurações para a gestão de subprodutos e emissões fugitivas em ETE baseadas em reatores UASB, com destaque ao aproveitamento energético e à avaliação da pegada de carbono resultantes, mostrou-se importante instrumento de comparação dos impactos resultantes de decisões de concepção.

Neste contexto, para as condições simuladas, evidenciou-se que ETE baseadas em processos anaeróbios contribuem para a emissão de GEE, especialmente pela ocorrência de emissões fugitivas, sobretudo do efluente tratado, e pela destruição parcial do CH4 nos queimadores. Tais emissões podem contribuir com 97% da pegada de carbono de uma ETE típica baseada em reatores UASB para as condições nacionais, a depender da eficiência de destruição dos queimadores e da distância de transporte do lodo a ser disposto.

Por outro lado, o adequado controle de emissões fugitivas e, especialmente, o aproveitamento do potencial energético do CH4 para uso interno ou externo mostraram-se eficazes mecanismos de redução da pegada de carbono da ETE, permitindo reduções da ordem de 80% das iniciais (configuração típica), e, com a produção per capita de 3,9 a 4,7 Nm3CH4.hab−1.ano−1, a recuperação energética de cerca de 14,3 kW.h.hab−1.ano−1 na forma de eletricidade ou de 18,5 Mcal.hab−1.ano−1 na forma de calor. A eficácia dessas medidas é especialmente válida quando da aplicação de práticas que permitam a recuperação da significativa parcela de CH4 dissolvida no efluente para aproveitamento energético e a redução do volume de lodo a ser transportado.

Importante destacar que a ferramenta BECarbon0 estima a pegada de carbono apenas da operação da ETE e manejo dos subprodutos, não sendo considerada a pegada de carbono da construção, fabricação de equipamentos e descomissionamento de seus elementos constituintes. Caso se objetive uma análise do ciclo de vida completo de uma ETE, recomenda-se a utilização de uma ACV. Ademais, a atual versão da BECarbon0 não considera na análise da pegada de carbono as emissões, resultantes do pós-tratamento aeróbio, de óxido nitroso (N2O), importante gás causador de efeito estufa que possui GWP equivalente a 273 vezes o potencial do CO2. Por fim, a base de dados que alimenta os coeficientes predeterminados foi obtida por revisão de literatura feita com trabalhos que, por vezes, foram realizados em condições específicas, sendo recomendado ao usuário a substituição destes por outros obtidos por medições ou monitoramentos específicos da unidade para qual se desejar realizar as simulações. Dessa maneira, ressalta-se que os resultados e conclusões apresentados se restringem às configurações simuladas e aos valores de parâmetros e coeficientes considerados, sendo recomendados, na realização de avaliações futuras, além da citada utilização de dados próprios, a atualização e o aprofundamento dos estudos realizados, de forma a confirmar ou aprimorar o trabalho aqui relatado.

  • Financiamento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Estações Sustentáveis de Tratamento de Esgoto, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais.

REFERêNCIAS

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    31 Jul 2023
  • Data do Fascículo
    2023

Histórico

  • Recebido
    19 Abr 2022
  • Aceito
    03 Mar 2023
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