UMA REVISÃO NARRATIVA
BIOGAS PRODUCTION FROM ETE SLUDGE: A NARRATIVE REVIEW
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7292336
Jaidenice Alves de Souza¹, Letícia Novais dos Santos¹ Orientadora: Alana Melo dos Santos
RESUMO
Objetivo: Analisar a geração de biogás a partir do lodo de Estações de Tratamento de Efluentes, considerando seu perceptível crescimento como fonte de energia renovável, descrevendo o processo de produção do biogás, e buscando levantar os aspectos ambientais envolvidos no descarte de lodos de esgoto em aterro sanitário. Revisão Bibliográfica: O biogás é uma das formas de aproveitamento da biomassa, que é uma das matérias-primas fundamentais para a produção de combustíveis alternativos. A geração desta bioenergia pode ser obtida a partir do processo de digestão anaeróbia de lodos provenientes de ETE’s, um material semissólido caracterizado como resíduo, dessa forma, destinado para aterros sanitários. Entretanto, com o desenvolvimento populacional as demandas das ETE’s têm aumentado, assim como nos aterros, que se encontram sobrecarregados, pois estão recebendo uma quantidade cada vez maior de materiais. Considerações finais: Com a geração do biogás, é possível solucionar a problemática nos aterros, e utilizar o resíduo proveniente das ETE’s, reduzindo diversos impactos ambientais.
Palavras-chave: Biogás. Lodo de ETE. Tratamento de Esgoto. Aterro Sanitário. Energia Renovável.
ABSTRACT
Objective: To analyze the generation of biogas from the sludge of Effluent Treatment Stations, considering its noticeable growth as a source of renewable energy, describing the biogas production process, and seeking to raise the environmental aspects involved in the disposal of sewage sludge in landfill. Bibliographic Review: Biogas is one of the ways of using biomass, which is one of the fundamental raw materials for the production of alternative fuels. The generation of this bioenergy can be obtained from the process of anaerobic digestion of sludge from ETE’s, a semi-solid material characterized as waste, thus destined for sanitary landfills. However, with population development, the demands of ETE’s have increased as well as landfills, which are overloaded, as they are receiving an increasing amount of materials. Final considerations: With the generation of biogas, it is possible to solve the problem in landfills, and use the waste from the ETE’s, reducing various environmental impacts.
Keywords: Biogas. ETE Sludge. Sewage Treatment. Sanitary Landfill. Renewable Energy.
1.INTRODUÇÃO
Os combustíveis fósseis são um dos maiores causadores dos impactos ambientais negativos, pois a emissão a partir da queima desses combustíveis aumenta a poluição do ar e o aquecimento global, além de usar matéria prima não renovável, contribuindo para o esgotamento dos recursos naturais. Esse tipo de impacto se torna preocupante porque estão entre os responsáveis pela mudança climática e sua aceleração. Por este motivo, observa-se a necessidade da consciência mundial para o aumento do uso de fontes de energia renováveis (FERNANDES GL, et al., 2022).
Curiosamente, as fontes alternativas mais atrativas são as de menor custo, amigável ao meio ambiente, renováveis e disponíveis. Uma dessas fontes é a biomassa, que é uma das matérias primas fundamentais para a produção de combustíveis alternativos. Sua obtenção se origina de uma diversidade de recursos renováveis como: plantas, madeira, resíduos agrícolas, urbanos, da construção civil e o lodo de Estações de Tratamento de Efluentes (ETE´s) (MAGALHÃES, s.d.).
O biogás entra como uma das formas de desenvolver a biomassa. Resumidamente, sua produção ocorre quando a matéria viva é decomposta por bactérias microscópicas que retiram da biomassa uma fração das substâncias de que precisam para permanecerem vivas, disparando na atmosfera gases e calor. Basicamente é um composto de gás carbônico e metano, porém, pode conter outros gases como hidrogênio, nitrogênio, sulfídrico e outros (CETESB, 2020).
No Brasil, a quantidade de plantas de biogás aumentou em 22% no ano de 2020 em relação ao ano de 2019, o que mostra o crescimento significativo deste mercado. Até o ano de 2020, foram contabilizadas 675 plantas de biogás, sendo que 94% operam para fins energéticos. A principal fonte dos sistemas de biodigestão no Brasil é a agropecuária, todavia, a sua parcela de participação no volume total de biogás produzido é de apenas 11%. As plantas que utilizam como fonte Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e lodo de ETE’s, embora correspondam a 9% das plantas em execução, são responsáveis por 73% do biogás produzido no país (CIBIOGÁS, 2020).
Como as ETE’s contribuem consideravelmente na geração do biogás no Brasil, faz-se necessário compreender quais as contribuições positivas e negativas que esse processo pode carregar. As ETE’s têm como objetivo tratar os materiais provenientes de águas residuais, buscando no final do processo reduzir a possível poluição no meio ambiente que o despejo desses materiais poderia causar. No processo de tratamento existem mecanismos que irão tratar os diferentes constituintes desse esgoto, que envolvem processos físico-químicos e biológicos. O efluente tratado pode ser então direcionado ao meio ambiente, porém a biomassa resultante desse processo é considerada resíduo sólido e não é recomendado o descarte nos corpos hídricos (URBAN RC, et al., 2019; PAULINO MS, 2022).
Os lodos de ETE possuem um gerenciamento complicado e exigem altos custos. Comumente, para sua destinação final, utiliza-se o aterro sanitário (URBAN RC, et al., 2019). Todavia, se seu tratamento não for eficaz antes de ser enviado ao aterro, pode causar instabilidade na estrutura do aterro intensificando os problemas ambientais e até mesmo de saúde (O’KELLY, 2016 Apud URBAN RC, et al., 2019; BRINGHENTI JR, et al., 2018).
Apesar do aterro sanitário ser uma alternativa ambientalmente correta para a destinação final dos resíduos, caso não haja tratamento adequado para os gases emitidos ou algum tipo de construção que possa controlar poluentes gerados, o mesmo pode causar poluição ambiental, podendo ocorrer escoamentos de líquidos e gases ocasionando a contaminação do solo e consequentemente de lençóis freáticos e aquíferos (FERNANDES FG, 2018). Através da problemática exposta, o presente trabalho tem por objetivo expor e analisar trabalhos referentes a geração de biogás a partir de ETE´s, como uma alternativa para uma energia sustentável.
- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Estações de Tratamento de Esgotos
As ETE’s são uma parte importante no sistema sanitário, promovendo qualidade na saúde da população e minimizando impactos ambientais, pois caso não houvesse tratamento adequado nas águas residuais das cidades, todo o esgoto gerado seria descartado em corpos hídricos, prejudicando a qualidade das águas, além do aumento em patologias de veiculação hídrica. Dessa forma, é imprescindível a utilização de processos de tratamento de água e de esgoto (URBAN RC, et al., 2019).
O processo nas ETE’s é feito com base nos níveis de tratamento: preliminar, primário, secundário, terciário e avançado. No tratamento preliminar ocorre a remoção dos sólidos de grandes dimensões, areia, óleos e outras gorduras. No tratamento primário, remove-se outros sólidos suspensos, que são retirados por meio de tanques de decantação. Com a remoção do lodo no fundo dos decantadores, esse material é encaminhado para adensadores por gravidade e digestores anaeróbios. No tratamento secundário, através de processos biológicos, os microrganismos retiram a matéria orgânica biodegradável. Essa etapa tem o intuito de oxidar os compostos e transformá-los em produtos simples e biomassa. No processo de oxidação da matéria orgânica nos digestores é formado o biogás. Por fim, na última etapa na ETE, o tratamento terciário e avançado, envolve a retirada de substâncias poluentes que ainda possam conter na água residuária antes de ser disposta no meio ambiente (PIRES T, 2020).
De acordo Urban RC, et al. (2019), uma das formas utilizadas no tratamento de esgoto para a retirada de poluentes presentes nos efluentes é a adsorção na biomassa, ou seja, para atender os padrões estabelecidos pelas legislações em relação a disposição do efluente em corpos hídricos, parte dos organismos patogênicos, poluentes orgânicos tóxicos e metais pesados ficam adsorvidos no lodo da ETE. Dessa forma, é muito importante analisar para quais usos este lodo será aplicado para evitar riscos ambientais e sanitários.
2.2 Descarte de Lodo de ETE em Aterro Sanitário
O lodo de esgoto pode ser definido como um material que possui substâncias sólidas e semissólidas com odor e cheiro característicos oriundos de procedimentos de tratamento de água e esgoto (RUBIM C, 2013 Apud QUEIROZ GB, 2019). Sua produção inclui diversos tipos de tratamento podendo ser em sistemas anaeróbios e aeróbios envolvendo lagoas, filtros, biodiscos, reatores anaeróbios e fossa séptica, cada um com suas particularidades (QUEIROZ GB, 2019).
Para que o lodo seja considerado favorável para o seu manuseio, durante seu tratamento, ele passa por algumas etapas. Estas etapas têm o objetivo de: diminuir o volume do lodo reduzindo a sua umidade mediante a concentração dos sólidos; restringir o número de microrganismos patógenos; evitar odores e diminuir o potencial de putrefação (QUEIROZ GB, 2019).
Um dos descartes adequados para o lodo gerados em ETE´s é o aterro sanitário. As Leis Nº 12.305 de 2010 e a Nº 14.026 definem o aterro sanitário como disposição correta dos resíduos, entre eles, o lodo produzido em ETE´s. Porém, devido a porção de água existente no resíduo, mesmo com a retirada de umidade em seu tratamento pode poluir a área. Além disso, é capaz de manifestar uma pequena resistência ao cisalhamento do lodo (QUEIROZ GB, 2019).
Nos aterros sanitários, existem a formação de gases (gás metano, gás carbônico, gás sulfídrico e outros), e essa mistura de gases é conhecida como biogás, que é obtida a partir do trabalho de microrganismos que convertem a matéria orgânica a partir processo de digestão anaeróbia. Com um adequado tratamento, o gás resultante nos aterros, pode ser empregado em diversas funções, sendo as principais a geração de energia e a utilização como combustível (FERNANDES GL, et al., 2022).
De maneira geral, após os resíduos serem tratados nas ETE´s, são carregados para aterros sanitários. Embora esta alternativa seja adequada para a disposição dos resíduos, a mesma apresenta alto custo com deslocamento e disposição, pois muitos dos aterros existentes estão longe das ETE´s (SABESP, 2018). Além do custo elevado, existe uma outra preocupação: o meio ambiente. O direcionamento dos resíduos para os aterros pode exalar mau cheiro e ocasionar em vazamentos. É importante lembrar que os aterros dispõem de capacidade máxima de lotação e por este motivo a tendência é que se tenha menos espaço (GADELHA BS, 2021).
No Brasil ainda existem descartes incorretos de resíduos, mas através da Política Nacional de Resíduos Sólidos, Lei Nº 12.305, de 2 de agosto de 2010, o país busca abolir o uso de lixões, destinando os materiais para os aterros sanitários. No entanto, analisando a capacidade máxima dos aterros, é necessário encontrar soluções para a destinação de determinados materiais, como por exemplo os resíduos que apresentam matéria orgânica, que pode gerar energia por meio do processo de decomposição. O biogás sendo uma alternativa energética e de combustível pode solucionar os problemas ambientais relacionados ao combustível fóssil, além de contribuir na destinação de resíduos sólidos, aumentando a vida útil dos aterros sanitários (FERNANDES GL, et al., 2022).
2.3 Produção de Biogás Através de Lodo de ETE´s
O biogás se origina da decomposição da matéria orgânica de forma anaeróbica. Comumente é usado como biocombustível, sendo uma tecnologia atrativa já que é uma forma sustentável de se produzir combustível (CAVALCANTI OER, 2019). O biodigestor é uma técnica que tem a capacidade de produzir o biogás. O mesmo contribui para a diminuição dos gases de efeito estufa emitidos (LIMA AA, 2022).
O uso de biodigestores em ETE´s é uma das formas adequada e sustentável para tratar e descartar corretamente os lodos provenientes de esgoto e até mesmo de outros resíduos orgânicos. Os resíduos são submetidos à biodigestão anaeróbia, sofrem uma deterioração e a matéria orgânica se torna estável. Com isto, a estrutura bioquímica do resíduo é modificada, reduz microrganismos patógenos e o biogás é gerado (DEN et al., 2018; ROYA et al., 2011 Apud CAVALCANTI OER, et. al., 2020).
O tratamento por biodigestor anaeróbio depende de determinadas condições para que o sistema tenha uma constância, como: monitoramento de pH, alcalinidade, acidez, temperatura e equilíbrio do substrato inóculo. É importante ressaltar que analisar este tipo de tratamento está associado com a maneira de administrar a relação entre a biomassa e o substrato. Se as faixas de pH e temperatura forem bem gerenciadas, podem favorecer a produção de biogás tendo um maior teor de metano (FLORES GA, 2019).
O tipo de biodigestor a ser usado vai depender do tipo de resíduo a ser tratado e da região, pois alguns biodigestores como o modelo indiano, batelada e o chinês, são mais adequados para determinadas condições geográficas. Além disso o indiano é muito utilizado por produtores de menor porte; o de batelada é de uma manutenção acessível e apropriado quando a formação da biomassa não é contínua; o chinês é considerado de baixo custo (TANAKA GC, et. al., 2020).
Nas ETE´s, um dos biodigestores mais utilizados é o do tipo Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) que suportam altas cargas volumétricas. Este tanque se comporta como decantador primário, secundário e digestor de lodo pois consegue sedimentar os sólidos presentes no esgoto. Vale ressaltar que sua eficiência de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e Demanda Química de Oxigênio (DQO) varia de 65% a 75% (RAIMUNDO DR, et. al., 2017; CAÑOTE SJB, 2018).
As etapas envolvidas na digestão anaeróbia são: hidrólise em que as moléculas complexas são decompostas; a acidogênese nas quais as bactérias que possuem a capacidade de baixarem o pH convertem compostos orgânicos com cadeia simples em ácidos, cetonas e álcoois; a acetogênese quando ocorre a fermentação de hidratos de carbono resultando em acetatos; e metanogênese que é a última etapa da decomposição anaeróbia, em que o metano é gerado (SILVA MI e BORTOLI AL, 2018).
2.4 Biogás e seu crescimento como Energia Renovável
Os recursos renováveis ainda não são a principal fonte de geração de energia mundial, pois muitos países utilizam os recursos não renováveis, como o petróleo. No entanto, com o desenvolvimento de tecnologias e estudos em bioenergias, também um olhar atento aos recursos humanos, financeiros e culturais envolvidos, há uma crescente apropriação de alternativas como o biogás. Quando houve a crise do petróleo, muitos países acabaram buscando alternativas para substituí-lo, com isso a energia obtida em processos anaeróbios se destacou (CETESB, 2020).
De acordo com Vieira HG e Polli HQ (2020), o biogás está cada vez mais presente na produção de calor e energia, com a utilização de resíduos sólidos e esgotos, e por meio de processos de digestão anaeróbica. Sendo possível também purificar esse gás para utilização como gás natural e outras áreas. No entanto, os autores mostram que alguns questionamentos se têm levantado em relação à geração de energia através de biogás, visto que o custo de instalação de uma estação de produção de biogás é muito maior em comparação à estação de combustíveis fósseis. Contudo, os autores mostram também quão benéfico a utilização do biogás pode ser, proporcionando diversas vantagens ambientais e sociais.
A busca por alternativas, vai muito além de substituir os processos e produtos atuais, comparando-os apenas economicamente, é necessário analisar todos os fatores envolvidos, no que diz a respeito à eficiência e sustentabilidade, buscando diminuir desperdícios e degradações. Diversos estudos apresentam como a geração do biogás se mostra em relação ao ponto de vista econômico e energético em diferentes cenários. Os resíduos de aterro sanitário combinados ao lodo de estação de tratamento de esgoto mostram melhor desempenho energético. Já em relação ao desempenho econômico, se destaca o biogás obtido a partir somente de aterro sanitário, pois há menor distância de transporte do gás (VIEIRA HG e POLLI HQ, 2020; FERNANDES GL, et al., 2022).
O biogás é um gás resultante do processo de digestão anaeróbia da biomassa. A biomassa é uma matéria-prima que se caracteriza por ser renovável e abundante no planeta, muito se fala da biomassa de origem vegetal, como por exemplo a palha de cereais, bagaço e resíduos florestais, no entanto, existem alguns impactos ambientais negativos com relação ao uso de biomassa vegetal, pois em alta demanda pode incentivar o uso de agroquímicos, causando degradação do solo e uso excessivo dos recursos hídricos. Contudo, há também a biomassa em origem de resíduos industriais, humanos ou animais, destacando os lodos de esgoto com grande carga de matéria orgânica, evitando esses riscos ambientais e sociais (SILVA MI e BORTOLI AL, 2018; FERNANDES JAF, et al., 2020).
Um dos principais benefícios em que a produção de biogás tem ganhado destaque é na redução no efeito estufa, pois a emissão do gás metano (CH4) na atmosfera apresenta um potencial de poluição muito maior em comparação ao gás carbônico (CO2). Se não houver um controle de emissão de CH4 e uso adequado dos gases emitidos nos processos de decomposição de matéria orgânica, comumente encontrados nos aterros e nos processos das ETE’s, pode aumentar ainda mais os problemas ambientais e a poluição atmosférica. Além de que, com o uso de biocombustíveis é possível reduzir o CO2, o principal gás emitido a partir da queima de combustíveis fósseis. Dessa forma, com a geração de biogás, além de reduzir impactos ambientais, também são evitadas as emissões de gases poluentes (VIEIRA HG e POLLI HQ, 2020).
3.CONCLUSÃO
O presente trabalho, de acordo com a literatura utilizada, expos como o biogás pode ser obtido através do lodo de uma ETE, visto que esta alternativa, sendo administrada corretamente, é amigável ao meio ambiente. A tecnologia para se obter o biogás auxilia na diminuição de gases de efeito estufa e reduz a sobrecarga em aterros. Além das condições ambientais, é importante considerar os fatores econômicos e sociais para que o tripé da sustentabilidade seja conservado.
REFERÊNCIAS
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¹ Graduandas em Química Industrial pelo Instituto Federal de Ciência, Educação e Tecnologia de São Paulo (IFSP)