comportamento de reactores comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção orgânica...

$: Comportamento de reactores Comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção orgânica anaeróbios tratando a fracção orgânica dos resíduos sólidos$
Comportamento de reactores Comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção anaeróbios tratando a fracção

orgânicaorgânica dos resíduos sólidos urbanosdos resíduos sólidos urbanos

Orientação Científica:

Dr.º Luís Arroja*Co-orientação

Drª Isabel Fernandes*

* Professor(a) Associado(a) do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro

António Pedro Conde Pinto Flor

Bolsa de Doutoramento SFRH/BD/1066/2000

Projecto POCTI/CTA/39181/2001

Departamento de Ambiente e Ordenamento

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprir os requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Ciências aplicadas ao Ambiente


6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS

5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI_CONTÌNUOS 5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI_CONTÌNUOS - reactores semi-contínuos e contínuos- reactores semi-contínuos e contínuos

1 – INTRODUÇÃO e OBJECTIVOS 1 – INTRODUÇÃO e OBJECTIVOS

2 – TECNOLOGIAS2 – TECNOLOGIAS

3 – METODOLOGIAS3 – METODOLOGIAS

4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE 4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE - reactores descontínuos- reactores descontínuos

7 – CONCLUSÕES FINAIS7 – CONCLUSÕES FINAIS

AGENDA


Objectivos Gerais

Avaliar o potencial das tecnologias no contexto Português e o estado da arte

FORSU e LS

Desempenho de reactores contínuos

Modelação matemática


FORSU; 15

4 3

10 Total; 32

0 10 20 30 40

Potencial estimado

Potencial 10 6 m3 (CH4).dia-1

0

5

10

15

20

25

30

35

Lamas de etar FORSU Águas residuais industriais Resíduos de agropecuária Total

Potencial aproveitado *

1,7 FORSU ; 4,5

São produzidos 7,5 M m3 (CH4) por dia

Apenas 23% do possível

Tecnologia antiga (século X a.c)

Protocolo de Kyoto Directivas 1999/31/CE

• Aumento de 0,3 M (ton).ano-1 em 2003 (apenas 0,4 M (ton) de aumento na década de 90).

1 – INTRODUÇÃO


Portugal

0,03

Espanha

0,8

Alemanha

0,7

A Alemanha aumentou 6 vezes na última década.No final de 2003 tinha sido ligeiramente ultrapassada pela Espanha.

1 – INTRODUÇÃO


CO-DIGESTÃO

1 – INTRODUÇÃO

(FORSU)Fracção Orgânica dos

Resíduos Sólidos Urbanos

Lamas de ETAR

BIOGÁS :

VANTAGENS- Nutrientes - Cargas orgânicas (CO) e tempos de retenção hidráulico (TRH)- Economia de escala, por partilha de equipamentos

Incineração Compostagem

DESVANTAGENS-Transporte de resíduos-Entraves legislativos,

5% das unidades funcionam em co-digestão a nível Europeu


Digestão anaeróbia da FORSU

> 50 processos patenteados

Contínuos

VALORGA

(França)

DRANCO

(Bélgica)

FUNNEL

(EUA)

BTA

(Alemanha)

Via Húmida

HERNING

(Dinamarca)

BIOMET

(Suiça)

2 – TECNOLOGIAS

Descontínuos

BIOCEL

(Holanda)

SEBAC

(EUA)

Via Seca

As vantagens e desvantagens são equilibrados. - 54% “via seca”- 46% “via húmida”


Processos por via seca DRANCO ©

Restos

FORSU sep. origem

ChãoVibratório

CrivoCrivoRotativo

Doseador

DigestorØ 7 mH= 21m

Bomba

Biogás

Gerador de Vapor

Maturação aeróbia Humotex

Tratamento de

águaPrens

a

Processo contínuos

2 – TECNOLOGIAS


Biogás

Digestato

Água de recirculação

Hidropulper DesarenadorMoínho

Inertes

Reactor

Processos por via húmida

BTA ©

Biotechnische Abfallverwertung

2 – TECNOLOGIAS


FORSU simulada/restaurante típico

Equipamento muito comum e disponível

3 – METODOLOGIAS


Reactores - Equipamento

Motor

Saída para recolha de amostras

Saída de biogás

Solução de NaOH 20%

35ºC +/- 1ºC

Reactor batch

Sistema de medição de volume de gás por deslocamento de água

Frasco borbulhador para retenção de CO2

Saída para recolha de amostras

Saída de biogás

Solução de NaOH 20%

35ºC +/- 1ºC

Reactor batch

Sistema de medição de volume de gás por deslocamento de água

Frasco borbulhador para retenção de CO2


4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE

- reactores descontínuosObjectivos

Procedimento experimental

Sinergismos FORSU/LS Biodegradabilidade e Estabilidade

Teor de Sólidos

0% 25% 50% 75% 100%

2

10

20 ª ª

% FORSU

% S

ólid

os


25 %

A FORSU usada é mais biodegradável do que as LS e ...

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Dias

l(C

H4)

.g-1(S

TV

)ad

0 %25 %

50%

50 %50 %

75 %

75 %75 %

100 %

100 %

100 %0 %

4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE - reactores descontínuos

Resultados e conclusões



- reactores descontínuos

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Dias

l(C

H4)

/g(S

TV

)ad

100% FORSU10% ST

75% FORSU10% ST

50% FORSU10% ST

25% FORSU10% ST

0% FORSU10% ST

10 % ST

0 %25 %

50% 75 %

100 %

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Dias

l(C

H4)

/g(S

TV

)ad

100% FORSU20% ST

75% FORSU20% ST

50% FORSU20% ST

20 % ST

50 %

75 %

100 %

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Dias

l(C

H4)

/g(S

TV

)ad

100% FORSU2% ST

75% FORSU2% ST

50% FORSU2% ST

25% FORSU2% ST

0% FORSU2% ST

2 % ST

25 %

50 %

75 %

100 %

0 %

os sistemas por via húmida têm um melhor comportamento.


2 %

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Dias

l(C

H4)

.g-1(S

TV

)ad

10 %10 %

10%

2 %20 %

2 %

20 %10 %

10 %

2 %

20 %2 %


60 e acima60 e acima60 e acima

Remoção de STV (%)

+ FORSU

- ST

0,45 e acima0,45 e acima

Produção específica de metano (l(CH4).g-1(STV))

Menos sólidos e + FORSU = melhor desempenho

+ FORSU%





A adição de LS tem um efeito estabilizador na performance do reactor.

10075

50 25

02% ST

10% ST

20% ST-

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000 A

OV

s m

g(A

cA).

l-1

FORSU (%) ST (%

)

+ FORSU





5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI CONTÌNUOS – reactores semi-contínuos e contínuos

Objectivos

Produção de biogás e metano nos reactores

Estudar a remoção de CQO e STV em função da carga orgânica aplicada

Avaliar a influência do modo de alimentação (contínuo e semi-contínuo)


377 378

298

320

227250287

301180239263280

346320

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2 5 8 11 14 17 20

CO (kg(CQO).m-3.dia-1

PE

M (

m3(C

H4).

ton

-1S

TV

0

25

50

75

100

CH

4 (%

V/V

)`

PEM C PEM SC % CH4 C % CH4 SC

36

912

14

377 m3(CH4).ton-1(STV)

Reactor semi-contínuo SC

Reactor contínuo CC

CH4 = 3,1 X o volume útil do reactor para 17 Kg(CQO).m-3.dia-1.

1719

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

3

PV

M m

3(C

H4).

m-3

reac

tor.d

ia-1

6 9 12 14 17 19

CO Kg(CQO).m-3reactor.dia-1

36

912

14

PVM contínuo

PVM semi-contínuo

1719

A percentagem de metano desceu dos 60 para 40% (V/V)


5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI CONTÌNUOS – reactores semi-contínuos e contínuos


6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICAObjectivos

Compreender o comportamento do reactorAplicação do modelo ADM1

Determinar os parâmetros mais importantes para o desempenho do reactor.


-

500

1.000

1.500

2.000

2.500

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Dias

Met

ano

ml(

CH

4 )

Metano - modelo

Metano - experimental

Antes do ajuste

-

500

1.000

1.500

2.000

2.500

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Dias

Met

ano

ml(

CH

4 )

Metano - modelo

Metano - experimentalDepois do ajuste

È capaz de simular a produção de metano

Reactores descontínuos

Ajuste de parâmetros

Km_ac=8 d-1

Kdis=0,5 d-1

Kdis=1,14 d-1

Km_ac=0,46d-1

Resultados e conclusões6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS


Os parâmetros mais importantes para o REACTOR DESCONTÌNUO

CO carga orgânica f_ch_Xc

polissacarídeos


6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS

Os parâmetros mais importantes no REACTOR CONTÍNUO

CQO alimentação

Kdis

Produção de metano


Potencial de crescimento

FORSU + Biodegradável --- LS + estabilidade

Contínuo (maior alcalinidade) <> semi-contínuo

Aplicação do ADM1 é viável

7 – CONCLUSÕES FINAIS


7 – CONCLUSÕES GERAIS

No contexto Português:

• A co-digestão de FORSU/LS é viável…..

• Porque não…..


……. à sustentabilidade

7 – CONCLUSÕES GERAIS

……. Avançar:

comportamento de reactores comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção orgânica...

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