itajubá-mg, 16 de dezembro de 2014 profa. dra. regina mambeli barros eng. civil, doutora e mestre...

Aproveitamento de Biogás, através da Geração de

Energia Elétrica, oriundo de Resíduos Sólidos Urbanos

Itajubá-MG, 16 de Dezembro de 2014

Profa. Dra. Regina Mambeli BarrosEng. Civil, Doutora e Mestre pelo PPG-SHS/EESC/USP, Profa. Dra. - IRN/ UNIFEI, Av.BPS,1303,Itajubá-MG,CEP:37500-903,tel.:(35)36291224, [email protected]

SEGUNDO SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE BIOENERGIA

mailto:[email protected]

LEI Nº 12.305, DE 2 DE AGOSTO DE 2010◦ institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos1

DECRETO Nº 7.404, DE 23 DE DEZEMBRO DE 2010

estabelece normas para execução da Política Nacional de Resíduos Sólidos, de que trata a Lei no 12.305, de 2 de agosto de 2010

ABNT NBR 10004/2004◦ Classificação dos resíduos sólidos

Introdução

1 não se aplica aos rejeitos radioativos, que são regulados por legislação específica


◦ Resíduos em estado sólido e semi-sólido, oriundos de

atividades de procedência doméstica, industrial, de serviços,

de varrição, comercial, agrícola e hospitalar.

◦ lodos originários de sistemas de tratamento de água

◦ gerados em equipamentos e instalações de controle de

poluição

◦ determinados líquidos, cujas características tornem inviável o

seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água,

ou exijam para tanto, soluções econômica e tecnicamente

inexequíveis em face à melhor tecnologia disponível

Resíduos SólidosDefinição ABNT NBR 10004/2004


Aterros Sanitários de Resíduos Não Perigosos

◦ ABNT 13896/1997 (ABNT, 1997 apud BARROS, 2013) e

ABNT NBR 15849/2010 (ABNT, 2010 apud BARROS, 2013)

◦ Critérios de Projeto e Operação

◦ Drenagem e Destino dos Gases e Chorume,

impermeabilização, localização, monitoramento

◦ Manutenção e Utilização da Área após Encerramento das

Operações

Dimensionamento de aterro sanitário

Disposição final dos Resíduos Sólidos com aproveitamento energético


Figura 13 – Construção do aterro sanitário pelo método da

trincheira.

Fonte: SCHALCH & LEITE (2000).


Fundamentos da Digestão Anaeróbia

Microbiologia e Bioquímica

◦ Fatores Intervenientes no Processo: pH, relação DQO/Sulfato,

Inoculação, Fração Orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos, Proporção

Carbono /Nitrogênio, Toxicidade por sulfeto e por amônia, temperatura

Composição do biogás Aproveitamento Energético de

Biogás de Aterro

Aterro sanitário

Biogás de baixo teor combustível: 16,8 MJ/M3 até 75kW de potência elétrica

Biogás de médio teor combustível: de 0,5MW a 3,0MW

Biogás de alto teor combustível: 37,3 MJ/M3 (BANCO MUNDIAL apud BARROS, 2013)


Figura 1 - Sequências metabólicas e grupos microbianos envolvidos na digestão anaeróbia. Fonte: modificado de Chernicharo (1997)


© By the International Bank for Reconstruction and Development / the World Bank. All reserved rights. Used with permission.


Tabela - FASES TÍPICAS DE PRODUÇÃO DO LFG MANUAL PARA A PREPARAÇÃO DEGÁS DE ATERRO PARA PROJETOS DE ENERGIA. Fonte: FARQUHAR AND ROVERS, 1973,AS MODIFIED BY REES, 1980, AND AUGENSTEIN & PACEY, 1991 apud WORLD BANK /ESMAP

Figura 2 - Composição típica de biogás de aterro, com fases aeróbia, não metanogênica, anaeróbia transitória e anaeróbia estável. Fonte: traduzido de Sanchez, Tsotsis e Sahimi (2010)

LANDGEM da United States Environmental Protection Agency (USEPA; USEPA, 20005): equação de decaimento primeira ordem, equação (1), presente no modelo LandGEM© versão 3.02 (USEPA, 2005).

(1)

QLFG é a taxa máxima esperada de geração de vazão de biogás (m3/ano); i é o acréscimo de tempo (de 1 ano); n é o ano de disposição de resíduos, calculado a partir do primeiro ano; j é o acréscimo de tempo (em 0,1 ano); k é a taxa de geração de metano (1/ano); L0 é potencial de geração de metano (m3/t); Mi é a massa de resíduos sólidos aterrada no i-ésimo ano; e tij é a idade da j-ésima seção da massa de resíduos (Mi) disposta no ano i (anos em decimal)

Modelos teóricos de previsão da geração de metano (CH4) em aterros sanitários

©2005 por United States Environmental Protection Agency, USEPA. Todos os direitos reservados. Usado com permissão.

Em geral, o intervalo de valores de k é de 0,02 (locais secos) para 0,07 (locais úmidos). L0 entre 125 e 310 m3/t, sendo que a USEPA utiliza o valor típico de 170 m3/t (AGUILAR-VIRGEN et al., 2014).


Aspectos de Projeto

Análise Financeira do Projeto◦ campo de coleta de LFG (drenos e valas);◦ tubulação de coleta (laterais, subcabeçotes, cabeçotes etc.);◦ sistema de encerramento e despejo condensado;◦ sistema de ventilação e acessórios relacionadas; e◦ queima de LFG.

Mecanismo de Desenvolvimento Limpo

Aproveitamento Energético de Biogás de Aterro

Figura 4 - drenos horizontais para extração de biogás em Belo Horizonte-MG. Fonte: Barros (2013)

Total de CER’s Gerados pela Biogas - 4.491.221 ton. Fonte: Delbin (2009)


Figura 5 – Operação do aterro versus operação do sistema de gás e geração. Fonte: Delbin (2009)


Figura 6 – Manta para evitar emissão fugitiva de biogás. Fonte: Delbin (2009)

Figura 8 – Vazão estimada de biogás versus vazão drenada. Fonte: Delbin (2009)

Aproveitamento Energético de Biogás de Aterro

Figura 7 – Instalação de uma manta de 50.000m2 no platô do aterro Bandeirantes para evitar emissão fugitiva de biogás. Fonte: Delbin (2009)


Previsão da quantidade de lixiviados :◦ Balanço de massa◦ Método Suíço

Tratamento de efluentes líquidos de aterros de Resíduos Sólidos

DBO5 (mgO2/l) em Barros (2013): 300 (Porto-Portugala); 50-4200 (Thessaloniki, aterro recenteb); 9500-80795 (Thessaloniki, aterro antigob)20-57000 (Valores de 12 amostras em aterros municipais Suecosc) a Tatsi e Zouboulis (2011)b Vilar et al. (2011)c Christensen et al. (2001 apud Öman e Junestedt, 2008)

Figura 9 - Representação esquemática para o padrão de fluxo de água dentro de aterros de resíduos sólidos urbanos. Conforme elaborado em Barros (2013), com base em reprodução e tradução de Mesu (1982) apud Fellner e Brunner (2010)


A adição de umidade/estabilização de resíduo rápida leva a questões a serem consideradas (WORLD BANK /ESMAP) :

taxas maiores de produção de LFG em um período de tempo menor (temperatura, umidade);

Aumento da capacidade de manejo e coleta de LFG; Aumento da capacidade de destruição (queima e/ou utilização); Assentamento aumentado do aterro sanitário (20-40% htotal); Teor maior de umidade no LFG, gerando volumes maiores de

condensado; Aumento no volume de chorume gerado no aterro; Capacidade do sistema de coleta do chorume; e Efeito na característica do chorume.

Estabilização rápida aterro sanitário

serie de células desenvolvida e utilizada operando em seqüência

© By the International Bank for Reconstruction and Development / the World Bank. All reserved rights. Used with permission.


Política Nacional sobre Mudança do Clima (PNMC), Lei federal no 12.187/2009 (Brasil, 2009), em seu Art. 12º, o Brasil se compromete em nível nacional e voluntário ◦ ações de mitigação das emissões de GEE◦ reduzir entre 36,1% e 38,9% suas emissões projetadas até

2020

Softwares de estimativa de geração de GEE◦ WAste Reduction Model, WARM© (USEPA)◦ calculadora de benefícios LFGE©: reduções de metano e CO2

equivalente, em benefícios ambientais e energéticos

Gases de Efeito Estufa (GEE)


Softwares de previsão de geração de biogás em aterro

sanitário

◦ “Biogás, geração e uso energético- aterros©”, versão 1.0

(CETESB, 2006),

◦ Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática,

“INPCC - National Greenhouse Gas Inventories

Programme©”(INPCC, 2006)

◦ “(LandGEM©”, Versão 3.02 (USEPA, 2005); e

◦ Modelo Scholl Canyon©, do Banco Mundial (International

Bank for Reconstruction and Development / The World

Bank).

Gases de Efeito Estufa (GEE)

©Por Companhia Ambiental de São Paulo - CETESB, 2006. Todos os direitos reservados. Usado com permissão© 2006 pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC; em inglês). Todos os direitos reservados. Usado com permissão© 2005 pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (United States Environmental Protection Agency, USEPA; em inglês). Todos os direitos reservados. Usado com permissão.© Pelo Banco Internacional para Reconstrução e Desenvolvimento (International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank, em inglês). Todos os direitos reservados. Usado com permissão

Figura 10 - Estimativa de potência do biogás e de Potência instalada em uma central de geração de energia elétrica a partir do biogás do aterro sanitário de Itajubá-MG. Fonte: Barros (2013)


Tecnologias de Utilização do LFG e as Variações Típicas de Vazão/Energia Elétrica. Fonte: Environmet Canadá apud WORLD BANK /ESMAP


Umidade e particulado: ex. separadores de umidade,

esfriamento direto, compressão seguida de esfriamento,

absorção e adsorção

◦ girando gás através de um grande cilindro, diminuindo a vLFG e

permitindo gotículas umidade ser coletada nas paredes do cilindro

(filtros coalescentes usados com um separador de umidade)

Compostos de enxofre, orgânicos não-metano

(NMOCs) e VOCs : uso GAC, de solventes seletivos ou da

esponja de ferro

CO2: extração, adsorção e de separação de membrana

Remoção de impurezasSEGUNDO SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE BIOENERGIA

Célula de aterro UNIFEIFigura 11 – aparato experimental de célula de aterro sanitário. Fonte: Pieroni (2009)

Figura 12 – Variação do volume de biogás no gasômetro. Fonte: Pieroni (2009)


Figura 13 – aparato experimental de célula de aterro sanitário. Fonte: Abe (2013)

Figura 15 – Gráfico da variação de volume de biogás no gasômetro entre 19/09/2012 e 29/11/2012. Fonte: Abe (2013)

Figura 14 – . volume de biogás produzido coletados entre 12/06/2012 e 21/09/2012. Fonte: Abe (2013)


Figura 16 – Simulations based on projections of MSW contribution to final energy consumption as part of residual fuels for the following scenarios: (a) least favorable (declining versus logarithmic) and(b) most favorable (logarithmic versus declining) . Fonte: Barros et al. (2014)

These values were related to the energy sources from residual fuels reported by BEN. The results demonstrated that such values still represented a small percentage (0.00020% in 2010 and 0.44496–0.81042% in 2030) of the projected energy generation from residual fuels. Fonte: Barros et al. (2014)


ABE, H. S. Avaliação experimental da geração de biogás em célula experimental de aterro sanitário e a correlação com o Índice de Desenvolvimento Humano. Itajubá: 2013. 37 p. (Relatório final PIBIC/FAPEMIG, 2012-2013).

AGUILAR-VIRGEN, Quetzalli; TABOADA-GONZÁLEZ, Paul; OJEDA-BENÍTEZ, Sara; CRUZ-SOTELO, Samantha. Power generation with biogas from municipal solid waste: Prediction of gas generation with in situ parameters. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 30, p. 412–419, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.10.014

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10004 - Resíduos sólidos – Classificação. Rio de janeiro: ABNT, 2004a. 71 p.

BARROS, Regina Mambeli. Tratado sobre Resíduos Sólidos: gestão, uso e sustentabilidade. Rio de Janeiro: Interciência; Minas Gerais: Acta, 2012. ISBN: 978-85-7193-295-1

BARROS, Regina Mambeli; TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio, DA SILVA, Tiago Rodrigo. The electric energy potential of landfill biogas in Brazil. Energy Policy, Vol. 65, p. 150-164, Feb. 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2013.10.028

BRASIL. Agência Nacional de Transportes Terrestres – ANTT. Resolução nº 420, de 12 de fevereiro de 2004. Aprova as Instruções Complementares ao Regulamento do Transporte Terrestre de Produtos Perigosos. Diário Oficial da União. Brasília, DF, 31 mai. 2004. Disponível em:< http://www.antt.gov.br/resolucoes/00500/resolucao420_2004.htm>. Acesso em 05 de dez. de 2011.

BRASIL. Lei nº 12.305, de 2 de agosto de 2010. Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasilia, DF, 3 ago. 2010. Secao 1.

_____. Decreto nº 7.404, de 23 de dezembro de 2010. Regulamenta a Lei no 12.305, de 2 de agosto de 2010, que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos, cria o Comitê Interministerial da Política Nacional de Resíduos Sólidos e o Comitê Orientador para a Implantação dos Sistemas de Logística Reversa, e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasilia, DF, 23 dez. 2010. Seção 1, Edição Extra.

BRITO, L. M. (2012). POTENCIAL DE APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DE BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO EM ITAJUBÁ-MG NO CONTEXTO MDL. 2013. Trabalho Final de Graduação (Graduação em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Itajubá.

CHRISTENSEN, T.H., KJELDSEN, P., BJERG, P.L., JENSEN, D.L., CHRISTENSEN, J.B., BAUN, A., ALBRECHTSEN, H.-J., HERON, G., 2001. Review, biogeochemistry of landfill leachate plumes. Appl. Geochem. 16, 659–718.

DELBIN, A. C. BIOGÁS ENERGIA AMBIENTAL. Uma solução para dois problemas meio ambiente e energia alternativa. In: SEMINÁRIO DE SUSTENTATIBILIDADE, 2. Engenharia Ambiental /IRN/UNIFEI. Itajubá, 2009. 59 p

Fellner, J.; Brunner, P. H. Modeling of leachate generation from MSW landfills by a 2-dimensional 2-domain approach. Waste Management, Vol. 30, 2010, p. 2084–2095.

Referências Bibliográficas


http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.10.014

http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2013.10.028

http://www.antt.gov.br/resolucoes/00500/resolucao420_2004.htm

Mesu, E.J., 1982. Einflussfaktoren auf den Wasserhaushalt von Hausmülldeponien (in German: Factors determining the water balance of MSW landfills), Gas und Wasserhaushalt von Mülldeponien, Internationale Fachtagung 29.9 –1.10.1982. Institut für Stadtbauwesen, Braunschweig. pp. 271–288.

ÖMAN, C. B.; JUNESTEDT, C. Chemical characterization of landfill leachates – 400 parameters and compounds Waste Management, Vol. 28, 2008, p. 1876–1891

PIERONI, M. F.; BARROS, R. M.; FILHO, G. L. T. Avaliação da produção de biogás proveniente do aterro sanitário do município de Itajubá – MG, por meio do programa “Biogás: geração e uso energético – aterro” 2009. Trabalho Final de Graduação (Graduação em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Itajubá.

SANCHEZ, Raudel; TSOTSIS, Theodore T.; SAHIMI, Muhammad. Computer simulation of gas generation and transport in landfills IV. Modeling of liquid–gas flow. Chemical Engineering Science, Vol. 65, 2010, p.1212–1226

SCHALCH, V.; LEITE, W. C. A. (2000). Resíduos Sólidos (Lixo) e Meio Ambiente. In: CASTELLANO, E.; CHAUDHRY, F. (ed.) (2000).Desenvolvimento Sustentado: Desenvolvimento e Estratégias São Carlos: EESC/USP. 360 p

TATSI, A. A.; ZOUBOULIS, A. I. A field investigation of the quantity and quality of leachate from a municipal solid waste landfill in a Mediterranean climate (Thessaloniki, Greece). Advances in Environmental Research, vol. 6, 2002, p. 207-219.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI. Centenário da Unifei. 2013. Disponível em:< http://www.centenario.unifei.edu.br/centenariounifei/home > Acesso em 10 de abril de 2013

VILAR, V. J. P.; ROCHA, E. M. R.; MOTA, F. S.; FONSECA, A.; SARAIVA, I; BOAVENTURA, R. A. R. Treatment of a sanitary landfill leachate using combined solar photo-Fenton and biological immobilized biomass reactor at a pilot scale. Water Research, Vol. 45, 2022, p. 2647-2658.

WORLD BANK /ESMAP. Manual para a Preparação de Gás de Aterro Sanitário para Projetos de Energia na América Latina e Caribe. Conestoga Rovers & Associates (org.). Banco Mundial: Waterloo, Ontario, Canadá.

Referências Bibliográficas


http://www.centenario.unifei.edu.br/centenariounifei/home

itajubá-mg, 16 de dezembro de 2014 profa. dra. regina mambeli barros eng. civil, doutora e mestre...

Documents