Aproveitamento energético de biogás gerado em reatores UASB tratando esgoto doméstico

A pesquisa teve como objetivo avaliar as principais alternativas para valorização energética do biogás produzido em reatores UASB tratando esgoto doméstico. O foco principal esteve relacionado à cogeração de energia e calor para secagem térmica e desinfecção do lodo excedente de reatores UASB. Um modelo matemático foi desenvolvido com o intuito de se estimar, com maior precisão, a parcela de DQO recuperada como metano no biogás e que, efetivamente, representasse o potencial de recuperação de energia em reatores UASB tratando esgoto doméstico. O modelo buscou incluir todas as rotas de conversão e perdas no reator, incluindo a parcela de DQO utilizada para redução de sulfato e as perdas de metano nos gases residuais e dissolvido no efluente. Resultados da produção de biogás em reatores UASB, de pequena e larga escala, foram usados para validar o modelo. Os resultados mostraram que o modelo permitiu uma estimativa mais realista da produção de biogás e de seu potencial energético. A comparação entre as principais alternativas para a valorização energética do biogás produzido em reatores UASB tratando esgoto doméstico indicou que a combustão direta com recuperação de energia térmica é a mais simples e com uma melhor relação custo/benefício. A cogeração de energia e calor parece ser viável para quase todas as plantas em larga escala, especialmente, no caso dos motores de combustão interna. Uma pequena unidade de cogeração de energia e calor foi testada no Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento UFMG/COPASA - CePTS, localizado na Estação de Tratamento de Esgoto Arrudas, em Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil. A unidade é composta por um motor de combustão interna (MCI) adaptado para funcionar a biogás, um protótipo de secador térmico e outros periféricos (compressor, tanque de armazenamento do biogás, soprador de ar etc.). O calor dos gases de exaustão do MCI era direcionado para o protótipo do secador térmico com o objetivo de realizar a secagem do lodo e sua desinfecção. Os resultados mostraram que o aparato experimental é autossuficiente em termos de energia elétrica, produzindo ainda um excedente, disponível para outros usos. Os testes de secagem e desinfecção do lodo duraram sete horas, permitindo um aumento dos teores de sólidos de lodo de 4 para 8% (50% de redução do volume de lodo). Apesar da secagem de lodo não ter sido possível (apenas o adensamento foi alcançado), o processo de desinfecção mostrou ser muito eficaz, mensurado pela completa inativação de ovos de helmintos.The research aimed at evaluating the main alternatives for energy recovery from biogas produced in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors treating domestic wastewater. The primary focus was related to cogeneration of power and heat for thermal drying and disinfection of the excess sludge. A comprehensive mathematical model was developed in order to estimate that more precisely the fraction of chemical oxygen demand (COD) recovered as methane in the biogas and which, effectively, represented the potential for energy recovery in upflow UASB reactors treating domestic wastewater. The model sought to include all routes of conversion and losses in the reactor, including the portion of COD used for the reduction of sulfates and the loss of methane in the residual gas and dissolved in the effluent. Results from the production of biogas in small- and large-scale UASB reactors were used to validate the model. The results showed that the model allowed a more realistic estimate of biogas production and of its energy potential. Comparison of the main alternatives for energy recovery from biogas produced in UASB reactors treating domestic wastewater indicated that direct combustion with thermal energy recovery is the simplest one and with a better cost/benefit ratio. Cogeneration of power and heat seems to be feasible for nearly all large-scale plants, especially in the case of internal combustion engines. A small unit of cogeneration of energy and heat was tested at the Centre for Research and Training on Sanitation UFMG/COPASA CePTS, located at the Arrudas Sewage Treatment Plant, in Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil. The unit consisted of an engine power generator adapted to run on biogas, a thermal dryer prototype and other peripherals (compressor, biogas storage tank, air blower etc.). The heat from engine power generator exhaust gases was directed towards the thermal dryer prototype to dry the sludge and disinfect it. The results showed that the experimental apparatus is self-sufficient in electricity, even producing a surplus, available for other uses. The tests of drying and disinfection of sludge lasted 7 h, leading to an increase in solids content from 4 to 8% (50% reduction in sludge volume). Although the drying of sludge was not possible (only thickening was achieved), the disinfection process proved very effective, enabling the complete inactivation of helminth eggs