Instalações de tratamento de águas residuais adotam biogás para energia renovável

Imagine uma estação de tratamento de águas residuais que não só purifica esgoto, mas também gera sua própria energia — chegando até a se tornar uma fornecedora local de energia. Pode parecer ficção científica, mas essa visão está se tornando realidade rapidamente.

Globalmente, os processos mecânicos e biológicos dominam o tratamento de águas residuais urbanas. Embora as instalações modernas removam eficientemente os contaminantes, elas produzem um subproduto frequentemente negligenciado: o lodo. Este resíduo modesto, no entanto, possui imenso potencial energético e de biomassa. Para desbloquear seu valor, o lodo deve primeiro passar por tratamento para remover mais de 95% de seu conteúdo de água, poluentes, patógenos e odores.

O tratamento eficaz de lodo deve atender a vários padrões ambientais e operacionais críticos:

• Eficiência de custos: Equilibrando investimento e despesas operacionais.
• Otimização energética: Minimizando o consumo e maximizando a energia autogerada.
• Redução de volume: Diminuindo a quantidade de lodo.
• Melhoria da qualidade: Aprimorando o lodo para reutilização.
• Segurança ambiental: Garantindo que o efluente tratado atenda a padrões rigorosos de descarga.

Duas abordagens principais dominam o tratamento de lodo:

• Estabilização aeróbica: Usa oxigênio em tanques de lodo abertos, mas requer espaço e energia significativos para a aeração.
• Estabilização anaeróbica: Preferida para plantas de médio a grande porte devido aos custos mais baixos, maior eficiência energética e benefícios ambientais. Seu subproduto de biogás pode até gerar eletricidade. Algumas instalações combinam ambos os métodos para obter resultados ótimos.

À medida que a demanda por energia aumenta e as regulamentações de carbono se tornam mais rigorosas, a digestão anaeróbica oferece benefícios convincentes:

• Reduz a matéria orgânica em ~50%, convertendo-a em biogás combustível.
• Produz energia renovável, ao mesmo tempo em que reduz a dependência de energia externa.
• Diminui os custos operacionais e os requisitos de terreno.
• Melhora o controle de odores, a higiene e o impacto climático por meio de um melhor CO ₂ equilíbrio.

O espessamento do lodo pré-estabilização reduz o volume, melhora a eficiência do reator e aumenta a produção de biogás. Biorreatores modernos — o núcleo dos sistemas de biogás — devem ser herméticos, isolados e resistentes à corrosão, ao mesmo tempo em que facilitam o carregamento e a manutenção fáceis.

O controle da temperatura e o tempo de retenção são críticos. Os sistemas tradicionais usam tanques sépticos para ~20 dias de fermentação, produzindo biogás (50-70% metano) para eletricidade. Os sistemas emergentes de alta temperatura (>53°C) reduzem o tempo de processamento para 15 dias ou menos. Os principais fatores operacionais incluem:

• Mistura de lodo por meio de agitadores, bombas ou injeção de gás.
• Prevenção da estratificação do lodo.
• Aquecimento do reator, idealmente usando calor residual.

Após a estabilização, o lodo pode ser desidratado para um teor de sólidos de 20-35% (ou 95% com secagem) para uso como fertilizante agrícola ou combustível. Tratamentos adicionais, como secagem térmica (>80°C) ou ajuste de cal (pH ≥12), garantem a eliminação de patógenos.

Com ~6,5 kWh/m ³ eficiência térmica (mais da metade do valor energético do gás natural), o biogás pode alimentar estações de tratamento ou alimentar redes por meio de:

• Sistemas combinados de calor e energia (35-40% eletricidade, 60% recuperação de calor).
• Uso direto em motores a gás.
• Geração de vapor ou água quente.

Grandes plantas podem atingir 100% de autossuficiência energética. A produção de biogás depende da degradação microbiana: bactérias formadoras de ácido decompõem compostos orgânicos em compostos mais simples, que os metanogênios convertem em metano e CO ₂ .

Embora algumas plantas subutilizem o biogás, sistemas otimizados — como os digestores aquecidos a vapor de Moscou ou a tecnologia de hidrólise térmica da Noruega — demonstram seu potencial. As inovações incluem:

• Digestão aprimorada: Duplicando o rendimento de biogás separando as fases de hidrólise e metano.
• Hidrólise térmica: Usando vapor de alta pressão para decompor o lodo, reduzindo o volume em 50% e triplicando a produção de metano.

A produção de biogás oferece benefícios mensuráveis:

• Reduz as emissões de metano do armazenamento aberto de resíduos.
• Corta CO ₂ e poluição por nitrogênio.
• Protege os recursos hídricos e as florestas.
• Diminui o uso de fertilizantes sintéticos.

Apesar de sua promessa, o biogás enfrenta obstáculos:

• A combustão não elimina totalmente as emissões de gases de efeito estufa.
• A disponibilidade de matéria-prima com viés rural limita a escalabilidade urbana.
• Altos custos iniciais para sistemas de pequena escala podem incentivar culturas energéticas ecologicamente arriscadas.
• Os contaminantes do biogás (por exemplo, mercúrio, compostos de chumbo) exigem uma filtração mais rigorosa para atender aos padrões de qualidade do ar.

À medida que a tecnologia avança, no entanto, os sistemas de biogás estão prontos para desempenhar um papel cada vez maior no gerenciamento sustentável de resíduos e na produção de energia renovável em todo o mundo.