Ambiente: Cetrel estuda usar a biodigestão anaeróbica

Produzir energia em vez de apenas consumir, e adicionalmente viabilizar um projeto tipo Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL) para habilitar-se ao crédito carbono, é o resultado que a Cetrel imagina alcançar substituindo o processo puramente aeróbio pelo anaeróbio-aeróbio (misto) no tratamento dos 90 mil metros cúbicos/dia de efluentes líquidos orgânicos procedentes das empresas do Pólo Industrial de Camaçari.

Este sistema misto seria a conjunção do pré-tratamento anaeróbio, que responde pelo tratamento da fração orgânica sensível à ação de bactérias anaeróbias, com o pós-tratamento aeróbio, onde, na seqüência, a fração orgânica que resistiu ao pré-tratamento é submetida à ação de bactérias aeróbias.

O projeto parte do princípio de que a etapa anaeróbia, além de não requerer energia para aeração de bactérias, oferece a possibilidade de produzir energia elétrica com base no metano que é gerado. “A intenção é reduzir o consumo de energia na central de tratamento de efluentes, mas poderemos chegar à auto-suficiência do tratamento em termos energéticos”, anuncia o diretor operacional, Demósthenes Miranda de Carvalho Filho.

A execução, cuja viabilidade está sendo avaliada em uma planta piloto, precisamente um biodigestor piloto do tipo anaeróbico de fluxo ascendente, pressupõe a transformação de um dos quatro tanques de aeração da Cetrel no biodigestor anaeróbio que hoje, provavelmente, seria um dos maiores do mundo em sua categoria.

Os biodigestores anaeróbicos de fluxo ascendente foram desenvolvidos na década de 70 e hoje são os sistemas mais presentes no tratamento anaeróbio de efluentes. No Brasil, estes reatores, conhecidos pela sigla Uasb (unflow anaerobic sludge blanket reactor), estão nos tratamentos de esgotos municipais e de efluentes industriais, principalmente em usinas de álcool, cervejarias e fábricas de papel.

Para ser viável e competitivo, esclarece Demósthenes, o rendimento anaeróbico não precisa aproximar-se da eficácia do processo aeróbio, que na Cetrel assegura 85% de remoção da massa de material orgânico oxidado (DQO). Cálculos baseados “em dados amplamente verificados na práti-ca” indicam que mesmo em situações de baixa eficiência, o retorno referente à redução e produção de energia no tratamento anaeróbico é “bastante significativo”. Em princípio, uma eficiên-cia de apenas 57% na remoção da DQO é suficiente para o sistema anaeróbio funcionar com auto-suficiência em energia elétrica, mesmo considerando a necessidade de energia para suprir a aeração requerida na pós-fase aeróbia. “Para eficiências mais elevadas há um potencial muito significativo de geração de energia”.

O ideal é que o déficit na remoção da DQO em relação ao tratamento exclusivamente aeróbio seja compensado com redução na necessidade de aeração e geração de gás metano em quantidade suficiente para viabilizar a instalação de um gerador. Se não for possível lucrar com a venda ou uso da energia elétrica produzida do metano, há a alter-nativa de queimar o gás, praticamente sem custo, em um flare simples.

Química e Derivados: Ambiente: Demósthenes - metano supre energia do sistema. ©QD Foto - Fred Passos
Demósthenes – metano supre energia do sistema.

A Cetrel supõe que o lucro proporcionado pelo uso produ-tivo do biogás tende a ser bem maior, mas em compensação os investi-mentos também seriam bem mais vulto-sos. Por isso considera a prudente possibilidade de primeiro investir na digestão anaeróbia, construindo o reator; e só depois de realmente consta-tar a viabilidade econômica da energia elétrica comprar o gerador.

Em princípio, os estudos indicam que é “muito significativo” o potencial de diminuir custos e assegurar o retorno do investimento na geração de energia e que a materialização deste potencial depende da combinação entre a eficiência e os custos do tratamento anaeróbio e o valor do investimento requerido na geração de energia elétrica.

A eficiência dos sistemas anaeróbios manifesta-se, fundamentalmente, em dois fatores: a manutenção de uma grande massa de lodo anaeró-bio- no biodigestor, fator que assegura grande capacidade de trata-mento; e o contato intensivo entre o material orgânico do afluente e este lodo.

Em sistemas aeróbios tal contato é automaticamente garantido pela própria agitação intensa causa-da pela aeração, mas nos anaeró-bios deve ser garantido por outro mecanismo. “Se a eficiência de digestão anaeróbia for elevada, as perspectiva se tornam positivamente animadoras”.

O bom desempenho anaeróbio passa também por outros fatores, como a concentração e composição do material orgânico biodegradável; a presença de substâncias tóxicas, como a amônia; o valor e a estabilidade do pH; e a temperatura do efluente. Os estudos da Cetrel estão sendo orientados pelo pesquisador Adrianus Van Haandel, holandês radicado no Brasil e professor da Universidade Federal de Campina Grande-PB que, enaltece Demósthenes, é mundialmente reconhecido “como uma das maiores autoridades na tecnologia Uasb.”

Catabolismo – Demósthenes Miranda lembra que no tratamento aeróbio as bactérias usam o oxigênio para oxidar a matéria orgânica, que assim é minera-lizada, resultando principalmente em dióxido de carbono e água. Em função deste catabolismo há na Cetrel a necessi-dade de transferir intensivamente, por meio de aeradores, oxigênio para o meio líquido contido nos tanques de aeração. Neste processo, uma considerável quantidade de energia é liberada: 3,3 kCal por g de DQO oxidada.
Já o catabolismo das bactérias que se desenvolvem na ausência de oxigênio passa pela fermentação e conseqüente transformação da carga orgânica em compostos estabilizados. Diferente-mente do processo aeróbico, grande parte da energia originalmente presente no material orgânico não é liberada, fica no gás metano, cuja produção corres-ponde entre 90% a 95% do material orgânico degradado.

Química e Derivados: Ambiente: Biodigestor piloto adota fluxo ascendente. ©QD Foto - Fred Passos
Biodigestor piloto adota fluxo ascendente.

Sumariamente, o tratamento anaeróbico desdobra-se em quatro etapas – cada etapa atribuída à ação de bactérias específicas: na hidrólise, bactérias hidrolíticas transformam a carga orgânica em compostos simples, como ácidos graxos, aminoácidos e açúcares; nas segunda e terceira etapas, bactérias acidogênicas e acetogênicas transformam os ácidos e açúcares em compostos ainda mais simples, como ácidos graxos de cadeia curta, ácido acético, H2 e CO2; na seqüência, as bactérias metano-gênicas acabam o serviço: transformam esses substratos em dióxido de carbono e metano. “Além de não requerer energia, o processo anaeróbico a produz”, valoriza Demósthenes referindo-se ao metano.

Sumariamente, o tratamento anaeróbico desdobra-se em quatro etapas – cada etapa atribuída à ação de bactérias específicas: na hidrólise, bactérias hidrolíticas transformam a carga orgânica em compostos simples, como ácidos graxos, aminoácidos e açúcares; nas segunda e terceira etapas, bactérias acidogênicas e acetogênicas transfor-mam os ácidos e açúcares em compostos ainda mais simples, como ácidos graxos de cadeia curta, ácido acético, H2 e CO2; na seqüência, as bactérias metano-gênicas acabam o serviço: transformam esses subs-tratos em dióxido de carbono e metano. “Além de não requerer energia, o processo anaeróbico a produz”, valoriza Demós-thenes referin-do-se ao metano.

Comparações – É também apontada como vantagem do tratamento anaeróbico: a “muito menor” produção do lodo bio-lógico e conseqüente menor produção de excedente em relação às doses requeridas para inocular a carga orgânica no reinício do processo (partidas), fato que resulta em redução de custo operacional em uma das etapas mais onerosas do trata-mento: a disposição final do excedente. Concorre para ampliar esta vantagem a circunstância de que o lodo anaeróbico ao final do processo apresenta total estabilização.

São outras vantagens: menor necessidade de nutrir as bactérias com açúcar e acetatos; possibilidade de preservar o lodo ativado por mais tempo, até por meses, sem necessidade de alimentar as bactérias; e maior flexibilidade para operar com altas e baixas taxas orgânicas.

Potenciais desvantagens são o maior empenho para atender as exigências ambientais; e, principalmente, a relativa lentidão, atribuída a propriedades das bactérias anaeróbicas, na “partida do sistema”, que exige a inoculação da carga orgânica com determinada quantidade de lodo anaeróbio e é avaliada pelo desempenho imediato das bactérias.

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