A indústria está experimentando novas tecnologias para reduzir o consumo de energia no tratamento de efluentes
As estações de tratamento de efluentes são sugadoras de energia. Um estudo de 2013 feito pelo Electric Power Research Institute e Water Research Foundation relata que nos Estados Unidos elas consomem 30 bilhões de quilowatts hora de eletricidade por ano, ou cerca de 0,8 porcento do total de eletricidade usada no país.
A grande pegada de energia do tratamento de efluentes é irônica pois a matéria orgânica nos efluentes contém até cinco vezes mais energia do que a estação utiliza, de acordo com o American Biogas Council. Reduzir a pegada de energia da estação através da eficiência energética e usar a energia desperdiçada atualmente, pode economizar dinheiro e reduzir a emissão de gases efeito estufa.
Apesar de toda aquela energia aparentemente estar lá para ser usada, reduzir a demanda de combustível fóssil das estações de tratamento é desafiador e requer inúmeras abordagens. Ao redor do mundo a indústria está experimentando novas tecnologias, avaliando-as não só pelo benefício energético, mas também pelo custo e por consequências não intencionais, tais como, volume adicional de resíduo a ser gerenciado.
A Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago (MWRD) estabeleceu a meta de ser neutra em energia até 2023, seguindo a liderança de estações no Reino Unido, Dinamarca e da East Bay Municipal Utility District em Oakland, California, que evoluiu de zero energia para vender energia de volta para o sistema. Essas inovadoras estão usando uma variedade de tecnologias para reduzir a eletricidade que usam através de eficiência energética e de geração de eletricidade onsite para compensar a demanda.
Fazendo bolhas
O tratamento de efluentes nos países desenvolvidos geralmente envolve quatro etapas principais: tratamento primário, que separa os sólidos do efluente líquido, tratamento secundário, no qual as bactérias decompõem os resíduos dissolvidos, que contêm amônia e outros poluentes, e os sólidos remanescentes são separados do líquido tratado, uma etapa anaeróbia, na qual os sólidos dos tratamentos primário e secundário são digeridos por microrganismos em um tanque fechado sem oxigênio, e, finalmente, uma etapa de desinfecção.
As bactérias desempenham um papel fundamental na decomposição dos nossos esgotos e efluentes industriais, consumindo poluentes orgânicos e nutrientes inorgânicos tais como a amônia. Mas mantê-las felizes não é fácil. Elas necessitam de condições particulares para crescer: ótima temperatura, alimento e oxigênio. Fornecer o oxigênio que as bactérias necessitam representa de um quarto a mais da metade da energia utilizada pela estação de tratamento de efluentes. Portanto, os operadores das estações estão focados em reduzir o uso de energia nessa etapa para aumentar a eficiência energética.
As estações convencionais injetam ar nos tanques onde as bactérias fazem o seu trabalho, difundindo-o através de pequenos furos para criar pequenas bolhas que as bactérias podem acessar facilmente. Esse processo desperdiça muita energia pois a maioria das bolhas atinge a superfície e estoura sem que as bactérias as aproveitem.
MABR
A indústria tem tentado reduzir essa drenagem de energia por décadas. Uma das abordagens mais promissoras é o reator de biofilme aerado em membrana (MABR – membrane aerated biofilm reactor).
Ao invés de forçar ar no tanque das bactérias, os operadores inserem grandes cubos cheios de tubos de membrana porosa. As bactérias se congregam do lado externo dos tubos, sugando o oxigênio que passa por eles e criando um diferencial de concentração de oxigênio que ajuda a difusão do mesmo.
“Na verdade, as bactérias estão demandando oxigênio e causando o gradiente”, diz Glenn Vicevic, executivo de gerenciamento de produtos da General Electric’s Water & Process Technologies, que produz uma versão da tecnologia, ZeeLung, a qual foi testada pela MWRD na sua estação de tratamento O’Brien em Stokie, Illinois.
A GE estima que, dependendo do projeto e operação da planta existente, Zeelung é quatro vezes mais eficiente em energia do que a aeração forçada convencional.
https://www.youtube.com/watch?v=pPTLYhCrtg4
Impulso do biogás
Capturar a energia dos resíduos dos efluentes é uma prática padrão nas grandes estações, que usam tanques chamados de digestores anaeróbios ou digestores de biogás para transformar os sólidos orgânicos das etapas primária e secundária em metano e gás carbônico. As bactérias fazem seu trabalho outra vez, só que agora sem oxigênio. O metano resultante pode ser capturado e queimado em um motor à biogás para produzir eletricidade e aquecimento que podem ser utilizados na operação da planta. Ou pode sofrer um upgrade para a qualidade de gás natural e ser enviado para um gasoduto.
Somente 35 porcento das estações nos EUA geram eletricidade a partir do biogás, em parte porque a maioria das estações de tratamento são relativamente pequenas.
“Para ser custo efetiva, precisa ser uma planta razoavelmente grande, no mínimo 5 milhões de galões (19 milhões de litros) por dia de tratamento de efluentes”, diz Virginia Lew, gerente do Energy Efficiency Research Office na California Energy Commission.
As estações que não produzem gás suficiente para se importar em gerar energia geralmente o queimam. Adicionar baterias pode permitir que elas armazenem energia suficiente para fazer o uso do gás valer a pena. Lew disse: “Penso que haverá uma grande ênfase em tentar utilizar biogás o máximo possível no futuro para compensar a eletricidade comprada e reduzir a sua pegada de carbono”.
Decomposição da amônia
Uma outra maneira pela qual a MRWD está reduzindo o seu consumo de energia é com uma bactéria chamada anammox. A amônia é um poluente encontrado nos efluentes cuja neutralização é um desafio no tratamento. Normalmente é decomposta por bactérias durante o processo de aeração no tratamento secundário, porém, requer mais energia para isso do que com qualquer outro poluente.
“A amônia é a sua maior demanda de ar no seu processo de aeração”, disse David St. Pierre, diretor executivo da MWRD.
ANITA Mox
A Krüger, uma subsidiária da Veolia Water Solutions & Technologies, patenteou um processo chamado ANITA Mox para melhor lidar com a amônia. Consiste de mídias plásticas que parecem um pouco com um cereal matinal, com várias superfícies para hospedar a anammox e as bactérias oxidantes de amônia. Ambos os tipos de bactérias são necessários para remover a maior parte da amônia – cerca de 80 a 85 porcento. A MWRD está usando a ANITA Mox para decompor a amônia em lodo líquido antes da etapa de aeração.
“Se você pode decompor a amônia em um processo anaeróbio, a sua demanda por ar decresce significativamente”, disse St. Pierre. “Promete reduzir o seu uso de eletricidade em 60 porcento na sua planta. Portanto é imenso”.
Tecnologia ANITA Mox – Fotos: Veolia
A MWRD foi inspirada pela Estação de Tratamento de Efluentes de Marselisborg na Dinamarca, disse St. Pierre, que em 2015 foi capaz de gerar 153 porcento da energia usada, graças a ANITA Mox e outras medidas de eficiência assim como a geração de biogás. ANITA Mox está sendo usada em outra estação na Dinamarca, duas na Suécia e em Newport News e Durham nos EUA.
Combinado com outros esforços para geração de energia, incluindo painéis solares em uma estação, a MWRD espera em breve estar gerando 90 porcento da energia consumida.
“Estamos tentando mudar de operar uma estação de resíduos para uma unidade de recuperação de recursos”, disse St. Pierre.
Nota: artigo de autoria de Erica Gies
Fonte: GreenBiz, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br
Acesse para conhecer mais sobre a tecnologia ZeeLung e os produtos e serviços da GE Water & Process Technologies.
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