DESAFIOS PARA O APROVEITAMENTO … · ENCARNAÇÃO 1.500 Filtros Percoladores 0,33 ALCAINÇA 1.500...
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DESAFIOS PARA O APROVEITAMENTO ENERGÉTICOGERADO PELO SETOR SANEAMENTO
António A. Côrte-Real Frazão
Belo Horizonte 2013
IV SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE ENGENHARIA DE SAÚDE PÚBLICA
ÍNDICEO setor de saneamento em Portugal
Simtejo, SA, Grupo Águas de Portugal
Importância da energia na tarifa
Consumos de energia
Consumos específicos em algumas ETE
Aproveitamento energético no saneamento
Exemplos Simtejo
Eficiência energética
Legislação
Auditorias energéticas
Tratamento biológico
Pensar as ETE antes de construir
Perspectivas de futuro para o aproveitamento energético no saneamento
Perspectivas de futuro para a eficiência energética no saneamento
Desafios para o aproveitamento energético gerado pelo setor saneamento
Abastecimento de água
• 95% atendimento
• 276 entidades gestoras
• 870 milhões de m3/ano
• 600 milhões de kWh/ano
• 230 estações de tratamento
• 2400 estações elevatórias
• 8400 reservatórios
• 100.000 km de redes
• 300 captações superficiais
• 5700 captações subterrâneas
Saneamento
• 82% atendimento
• 284 entidades gestoras
• 800 milhões de m3/ano
• 360 milhões de kWh/ano
• 2500 estações de tratamento
• 4400 estações elevatórias
• 1800 fossas sépticas colectivas
• 50.000 km de redes
• 26 emissários submarinos
O setor de saneamento em Portugal
Abastecimento de água 600 Milhões kWh: 1,22%
Saneamento 360 Milhões kWh 0,73%
Total 960.000.000 kWh 1,95%
Outros setoresEdifícios de habitação 13.800 Milhões kWh 26,8%
Edifícios de escritórios 12.000 Milhões kWh 24,3%
Indústria 17.700 Milhões kWh 36,0%
Agricultura 980 Milhões kWh 2,0%
Iluminação pública 1.700 Milhões kWh 5,5%
O setor de saneamento em Portugal
Lisboa
Loures
V. F. Xira
Amadora
Mafra
Odivelas
Período concessão
2002 - 2043
Serve:1,5 Milhões de Hab. Eq.
Caudal Tratado em 2012:
112 Milhões de m3
Sistema Multimunicipal de Saneamento do Tejo e do Trancão
A Missão: recolha, tratamento e rejeição de águas residuais das prefeituras de influência e áreas limítrofes, visando um serviço de qualidade, social e ambiental.
Município de
Lisboa
23,5%
Município de
Loures
11,5%
Águas de Portugal
50,5%
Município de
Odivelas
3,5%
Município de
Mafra
3,5%Município de
Amadora
3,5%
Município de
Vila Franca de Xira
4,0%
Volume de Negócios (2012)
€ 47 Milhões (122 Milhões R$)
EBITDA
€ 29 Milhões (75 Milhões R$)
Capital Social
€ 38 Milhões (99 Milhões R$)
N.º trabalhadores (2012) 214
Tarifa
€ 0,49/m3 (1,25 R$/m3)
Sistema Multimunicipal de Saneamento do Tejo e do Trancão
CAUDAL TRATADO
2009: 262.570 m3/dia
2010: 300.439 m3/dia
2011: 323.287 m3/dia
2012: 306.027 m3/dia
Infraestruturas:
ETE 29
Estações Elevatórias 75
Interceptores e Condutas 249 km
População servida: 1 500 000 Habitantes equivalentes
Capitação média 204 L/Hab.dia
Sistema Multimunicipal de Saneamento do Tejo e do Trancão
Importância da energia na tarifa
Tarifa - € 0,49/m3 (1,25 R/m3)• Custos operacionais € 0,17/m3 (0,44R$/m3) = 34,7%
• Custos com pessoal € 0,042/m3 (0,10R$/m3) = 8,6%
• Energia € 0,048/m3 (0,12R$/m3) = 9,8%
• Transp. destino final de lodos € 0,018/m3 (0,05R$/ m3) = 3,7%
• Reagentes €0,012/m3 (0,03R$/m3) = 2,4%
• Manutenção e conservação €0,017/m3 (0,05R$/m3) = 3,4%
• Amortização de investimentos - € 0,15/m3 (0,38R$/m3) = 30,6%
• Resultados líquidos € 0,080/m3 (0,20R$/m3) = 16,3%
Sistema Multimunicipal de Saneamento do Tejo e do Trancão
• Consumos de energia 2012• ETE 47.094.189 kWh
• Estações Elevatórias 7.779,127 kWh
• Total infra estruturas 54.873.316 kWh
• Consumos específicos médios• ETE 0,42 kWh/m3
• Estações Elevatórias 0,07kWh/m3
• Total infra estruturas 0,49kWh/m3
• Custo médio do kWh• € 0,10/kWh (0,26R$/kWh)
Sistema Multimunicipal de Saneamento do Tejo e do Trancão
ETEPopulação
servida hab.eq.
Tratamento
secundário
Tratamento
TerciárioFiltração Desinfecção
Consumo
específico
kWh/m3
ALCÂNTARA 756.000 Biofiltração Linha tempo húmido Desinfecção UV 0,35
FRIELAS 400.000 Lodos activados MC Nitificação Biofiltro Desinfecção UV 0,52
BEIROLAS 215.000 Lodos activados MC Nitificação/Desn. Filtro areia Desinfecção UV 0,32
CHELAS 211.000 Lodos activados MC Nitificação/Desn. Filtro areia Desinfecção UV 0,44
ALVERCA 170.000 Lodos activados MC Linha tempo húmido 0,66
SÃO JOÃO DA TALHA 130.000 Lodos activados MC 0,75
VILA FRANCA DE XIRA 76.000 Lodos activados MC 0,38
ERICEIRA 40.000 Lodos activados MC Nitificação/Desn. MicrofiltraçãoDesinfecção UV +
Hipocloreto de sódio 0,82
MALVEIRA 25.750 Lodos activados MC Nitificação/Desn. 0,76
MAFRA 15.000 Vala Oxidação BC Nitificação/Desn. MicrofiltraçãoDesinfecção UV +
Hipocloreto de sódio 0,71
BUCELAS 5.000 Vala Oxidação BC Filtro areia Desinfecção UV 0,73
POVOA DA GALEGA 3.500 Filtros Percoladores Filtro areia Desinfecção UV 0,33
CANEIRA 5.500 SBR BC 0,57
ENCARNAÇÃO 1.500 Filtros Percoladores 0,33
ALCAINÇA 1.500 Lodos activados BC 0,82
CACHOEIRAS 1.100 Vala Oxidação BC 0,97
A DA PERRA 500 Vala Oxidação BC 1,66
MILHARADO 500 Lodos activados BC 0,63
IGREJA NOVA 200 Lodos activados BC 0,77
LAGOA 200 Lodos activados BC 0,65
CASAL PATRICIA 180 Discos Biológicos 1,20
Média 0,42
Consumos específicos por ETE
Sistema Multimunicipal de Saneamento do Tejo e do Trancão
• Digestão de lodos com aproveitamento de Biogás
• Co-digestão de lodos com óleos e gorduras e resíduos de agro-indústrias
• Aproveitamento do calor / frio da água
• Aproveitamento da energia potencial da água
• Incineração de lodos após secagem (mínimo 60 a 70% de MS)
Aproveitamento energético no Saneamento
Energia produzida com o biogás resultante da digestão de lamas
Aproveitamento energético no Saneamento
Calor / frio da águaSistema de climatização do armazém do IKEA
Reutilização para refrigeração: 756.000 m3/ano;
285 m3/h
€ 0,10/m3Redução de consumo de energia:
14%
Aproveitamento energético no Saneamento
• Aproveitamento da energia potencial da água:
• Mini hídrica ETE de Alcântara – 100 kW
• Cobertura verde (Green roof)
• Aproveitamento do calor da água para sistema de controlo de humidade do ar novo do sistema de ventilação da ETE
Aproveitamento energético no Saneamento
Não é a primeira prioridade no saneamento• Recolher todo o esgoto
• Fiabilidade para garantir a protecção da saúde pública e do ambiente
• Adequabilidade das instalações, equipamentos e processos de tratamento / Operação eficaz e resiliência das instalações
• Controlo de custos / eficiência energética
Eficiência Energética
Legislação
Resolução do Conselho de Ministros 169/2005 de 24 de outubro – Aprova a Estratégia Nacional para a Energia, incluindo a
criação de um plano de acção para a eficiência energética 80/2008 de 20 de maio - Aprova o Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética 104/2006 de 23 de agosto - Programa Nacional para as Alterações Climáticas, que inclui
medidas de eficiência energética
• Dec. Lei nº 78/2006 de 4 de Abril, aprova o sistema Nacional de Certificação Energética e da qualidade do ar interior dos edifícios
Dec. Lei nº 79/2006 e 80/2006, 4 de Abril, transpõe para a ordem jurídica interna a Directiva nº 2002/91 CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 16 de dezembro, relativo ao desempenho energético dos edifícios – certificação energética
Dec. Lei nº319/2009, de 3 de Novembro, transpõe para a ordem jurídica interna a Directiva nº 2006/32/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 5 de Abril, relativa à eficiência na utilização final de energia e aos serviços energéticos – Estabelece um objectivo geral indicativo
Directiva nº 2006/32/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 5 de Abril – obriga a criação de planos de 1% de poupança de energia por ano até 2016 (total 9%)
Eficiência Energética
Auditorias energéticas• Auditorias externas (mais preparadas para edifícios)
• aquecimento de água de banhos; - iluminação e sistemas de climatização, incluindo controlo e automatização; velocidade variável de electrobombas, compressores e arejadores; motores de alta eficiência
• Medidas internas• Verificação do modo e eficácia de funcionamento dos
equipamentos – ensaios no terreno
• Controlo dos sistemas de tratamento biológico, designadamente em termos de oxigénio dissolvido, recirculação e extracção de lodos. Redução das actividades nos horários de tarifas de energia mais alta
• Redução de infiltrações nas redes de colectores
• Controlo de caudais pluviais, gestão mais focada dos sistemas unitários
• Selecção de equipamentos
Eficiência Energética
Eficiência Energética
Hidrograma medido e simulado para
o evento 8 (incompleto)
Medidor B8C1 - Evento 8
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
19:5
5
21:0
7
22:1
9
23
:31
0:43
1:55
3:07
4:1
9
5:3
1
6:4
3
7:5
5
9:0
7
10:1
9
11:3
1
12:4
3
13
:55
15
:07
16:1
9
17:3
1
18:4
3
19:5
5
21
:07
22:1
9
23:3
1
0:4
3
1:5
5
Ca
ud
al
(l/s
)
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
Inte
ns
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e d
e P
recip
itaç
ão (
mm
/h)
P (mm) Caudal medido (l/s) Caudal simulado (l/s)
Monitorização e Modelação
Tratamento biológico• Medidas
• Controlo de OD
• Substituição de difusores e velocidade variável
em arejadores superficiais
• Controlo da distribuição de ar e
das recirculações
• Projectos de investigação• Nereda
• Aquawise
• Smart Water 4 Energy
• ASP-CON
Eficiência Energética
Pensar os Sistemas de Drenagem e as ETE antes de construir
Desafios para o aproveitamento energético gerado pelo setor do saneamento
Soluções em estudo e desenvolvimento (tendências na Europa)
Co-digestão de lamas de ETE com orgânicos de RSU (resíduos sólidos urbanos)
Secagem solar de lamas em estufas, seguida de queima com aproveitamento energético
Hidrólise térmica das lamas, antes da digestão, com vista a aumentar a produção de biogás e reduzir o volume a desidratar
Aproveitamento do calor e do frio da água directa via permutadores ou por bomba de calor
Fuel cellsPirólise da biomassa (>90% de matéria seca), com ou sem RSU
(resíduos sólidos urbanos)Torrefacção (>90% de matéria seca) – As lamas secas são “assadas” e
pulverizadas a 200 a 300º C, ganhando propriedades similares ao carvão
Gasificação (supercrítica) – a parte orgânica das lamas é totalmente convertida em gás inflamável CO2, CH4, H2 e N2 (300 Bar e 450ª 700ºC)
Desafios para o aproveitamento energético gerado pelo setor do saneamento
Filosofia• Melhoria continua
• Projectos de investimento de pequena dimensão
• Monitorização e controlo
• Operação optimizada
• Selecção de equipamentos mais adequada, tendo sempre o pensamento na energia
• Pensar os sistemas como um todo
Desafios e perspectivas de futuro para a eficiência energética no saneamento
Resultados expectáveis (potencial)
15 a 20 % de redução
nos consumos de energia
Projectos de investigação
Nereda
• Desenvolvimento de lodos activados sob a forma de grânulos de dimensão e densidade considerável, o que permite atingir concentrações de biomassa mais elevadas com velocidades de sedimentação > 5 m/h
• Remoção num único órgão de carbono, azoto e fósforo.
• Redução significativa dos custos operacionais de energia (menores caudais de arejamento,eliminação da recirculação de lodos).
Projectos de investigação
AquawiseGestão operacional baseada em previsões e planeamento “short-term”
• Potenciar e integrar as fontes de dados e os diversos modelos existentes • Mudança de paradigma na aplicação de modelos (planeamento para
operação)• Necessidade de Inteligência Artificial que permita a gestão dos dados dos
sensores, devidamente integrada com modelos matemáticos como ferramentas de apoio à decisão
• Ferramenta operacional diária com base no conceito kiss• Produção automática de relatórios e elaboração simples de cenários de
apoio à decisão• Apresentação da informação disponível sob variadas formas
Projectos de investigação
Smart Water 4 Energy
• Sistema inteligente de apoio à decisão será a função de elemento integrador de modelos, fontes externas de dados, dados provenientes de sistemas Scada e da recolha de amostras no binómio energia-processo.
• Monitorizar em tempo real os consumos de energia associados aos processos de tratamento de águas residuais, bem como as alterações nos consumos decorrentes da implementação de medidas de eficiência energética em ETAR
Projectos de investigação
ASP-CON
• Projeto ASP-CON consiste na implementação de uma solução tecnológica inovadora de monitorização de variáveis de processo de sistemas biológicos de lamas activadas, em três ETAR localizadas na Europa.
• Esta estratégia pretende determinar em que medida a implementação de um sistema de controlo automatizado em rotina, incluindo a monitorização em linha de parâmetros respirométricos, pode traduzir-se em melhorias consistentes e fidedignas no tratamento, que tenham como corolário reduções relevantes em termos energéticos e de emissões de CO2.