Projeto Metaniza o - Completo vers o final) conceitual de um modelo de... · Este é um projeto de...

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    Projeto Conceitual de um Modelo de Reator Anaerbio para a Biometanizao da Frao Orgnica dos Resduos Slidos Urbanos e de Resduos Industriais no Estado de Minas Gerais

    Belo Horizonte, Abril de 2009

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    Equipe Tcnica responsvel pela elaborao do projeto

    Luis Felipe Dornfeld Braga Colturato Coordenador

    Engenheiro Ambiental CREA/MG 114629D

    Equipe Tcnica

    Thiago Dornfeld Braga Colturato Tcnico

    Engenheiro Ambiental CREA/MG 109525LP

    Bernardo Oliveira Carbonari Santana Tcnico

    Engenheiro Ambiental CREA/MG 92042D

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    Sumrio

    1 - INTRODUO ................................................................................................... 7

    2 CONTEXTUALIZAO ...................................................................................... 10

    3 PARMETROS DE MONITORAMENTO DO PROCESSO DE METANIZAO ......... 16

    4 TECNOLOGIAS COMERCIAIS DE DIGESTO ANAEROBIA SECA DE RESDUOS SLIDOS URBANOS ............................................................................................. 19

    4.1 - Sistema Linde-BRV: .......................................................................................... 19

    4.2 - Sistema Kompogas: .......................................................................................... 20

    4.3 - Sistema Dranco: ............................................................................................... 21

    4.4 - Sistema Valorga: .............................................................................................. 22

    5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS TECNOLOGIAS DE METANIZAO SECA ... 23

    6 DEFINIO DA ESCALA ................................................................................... 26

    7 - LINHA DE PR-TRATAMENTO........................................................................... 30

    7.1 Descrio da linha de pr-tratamento Resduo ........................................ 34

    7.1.1 - Recebimento do material .......................................................................... 34

    7.2 Tremonha de Alimentao .............................................................................. 35

    7.3 - Cabine de Triagem de Grandes Volumes ......................................................... 35

    7.4 - Tromel .............................................................................................................. 35

    7.5 - Cabine de Triagem de Reciclveis .................................................................... 36

    7.6 - Prensa de Reciclveis ....................................................................................... 37

    7.7 - Separador Frrico ............................................................................................ 37

    7.8 - Triturador da FORM ......................................................................................... 37

    7.9 - Correias transportadoras ................................................................................. 38

    7.9.1 - Correia de alimentao ............................................................................. 38

    7.9.2 - Correia cabine de triagem de grandes volumes - entrada tromel ............ 39

    7.9.3 Conjunto correias passante tromel cabine triagem de reciclveis ...... 39

    7.9.4 Conjunto correias cada do tromel - cabine triagem de reciclveis ......... 39

    7.9.5 Correia do separador frrico .................................................................... 40

    7.9.6 Correia reversvel triturador - ptio de armazenamento de FORM ......... 40

    7.10 Ptio de armazenamento temporrio do material > 50mm. ....................... 41

    7.11 Ptio de armazenamento temporrio do material < 50mm. ....................... 41

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    8 UNIDADE DE METANIZAO ........................................................................... 43

    8.1 Digestor Principal ............................................................................................ 43

    8.1.1 Sistema de Alimentao ........................................................................... 43

    8.1.2 Digestor principal ..................................................................................... 44

    8.1.3 Sistema de Extrao ................................................................................. 47

    8.2 Digestor Secundrio da unidade piloto .......................................................... 48

    9 GASMETRO .................................................................................................. 50

    10 - PLANTA BAIXA .............................................................................................. 52

    11 - FLUXOGRAMA DO PROCESSO ........................................................................ 53

    12 TESTES OPERACIONAIS DA UNIDADE PILOTO ................................................ 55

    12.1 - Testes Laboratoriais ....................................................................................... 55

    12.1.1 Determinao do teor de Slidos Totais (ST) ......................................... 55

    12.1.2 Determinao do teor de Slidos Volteis(SV) e Slidos Fixos(SF) ........ 56

    12.1.3 Determinao das alcalinidades ............................................................ 56

    12.2 Posta em marcha dos digestores .................................................................. 58

    12.2.1 - Testes preliminares ................................................................................. 58

    12.2.2. Posta em marcha do digestor principal ................................................ 58

    12.2.3 - Posta em marcha do digestor secundrio .............................................. 60

    12.3 Testes operacionais dos digestores .............................................................. 61

    12.3.1 - Operao do digestor principal em temperatura mesoflica .................. 61

    12.3.2 - Operao do digestor principal em temperatura termoflicos ............... 62

    12.3.3 - Testes de eliminao de inertes do digestor principal ............................ 62

    12.3.4 Operao do digestor secundrio .......................................................... 63

    13 BALANO DE MASSA .................................................................................... 64

    14 BALANO DE ENERGIA .................................................................................. 66

    15 CUSTOS DO PROJETO BSICO, IMPLANTAO E OPERAO DA UNIDADE PILOTO ............................................................................................................... 72

    16 CONCLUSES E RECOMENDAES ................................................................ 77

    17 CRONOGRAMA ............................................................................................. 79

    18 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 80

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    Lista de Figuras

    FIGURA 1 EVOLUO DA CAPACIDADE INSTALADA EUROPIA DE METANIZAO DA FORM (FONTE: DE BAERE L. E MATTHEEUWS B., 2008) ................................ 10

    FIGURA 2 CAPACIDADE INSTALADA DE METANIZAO DA FORM EM PASES EUROPEUS (FONTE: DE BAERE, 2008) .................................................................. 11

    FIGURA 3 CAPACIDADE INSTALADA VIA SECA X CAPACIDADE INSTALADA VIA MIDA .................................................................................................................. 13

    FIGURA 4 CAPACIDADE INSTALADA FAIXA MESOFLICA X CAPACIDADE INSTALADA FAIXA TERMOFLICA (FONTE: DE BAERE L. E MATTHEEUWS B., 2008) ............... 14

    FIGURA 5 MODELO ESQUEMTICO DO REATOR LINDE-BRV .................................... 19

    FIGURA 6 MODELO ESQUEMTICO DO REATOR KOMPOGAS .................................. 20

    FIGURA 7 MODELO ESQUEMTICO DO REATOR DRANCO ....................................... 21

    FIGURA 8 MODELO ESQUEMTICO DO REATOR VALORGA ..................................... 22

    FIGURA 9 - DIAGRAMA DA LINHA DE PR-TRATAMENTO DA UNIDADE INDUSTRIAL . 33

    FIGURA 10 - DIAGRAMA DA LINHA DE METANIZAO DA UNIDADE PILOTO ............ 54

    FIGURA 11 - BALANO DE MASSA DO SISTEMA DE PR-TRATAMENTO ..................... 64

    FIGURA 12 - BALANO DE MASSA DO SISTEMA DE METANIZAO ........................... 64

    FIGURA 13 - APROVEITAMENTO ENERGTICO DO BIOGS ......................................... 67

    FIGURA 14 CONSUMO ENERGTICO DA UNIDADE PILOTO, CONSIDERANDO OS DIGESTORES OPERANDO EM FAIXA MESOFLICA E ISOLADOS TERMICAMENTE (ENERGIA ELTRICA EM KWH/ANO E EM CALOR EM KCAL.103/ANO) ................ 70

    FIGURA 15 CONSUMO ENERGTICO DA UNIDADE PILOTO, CONSIDERANDO OS DIGESTORES OPERANDO EM FAIXA TERMOFLICA E ISOLADOS TERMICAMENTE (ENERGIA ELTRICA EM KWH/ANO E EM CALOR EM KCAL.103/ANO) ............. 71

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    Lista de Tabelas

    TABELA 1 RESDUOS INDUSTRIAIS COM POTENCIAL PARA CO-DIGESTO ................. 8

    TABELA 2 SCALE-UP VALORGA .................................................................................. 26

    TABELA 3 SCALE-UP DRANCO.................................................................................... 26

    TABELA 4 SCALE-UP KOMPOGAS .............................................................................. 27

    TABELA 5 SCALE-UP LINDE-BRV ................................................................................ 27

    TABELA 6 SCALE-UP DAS TECNOLOGIAS ................................................................... 28

    TABELA 7 DISTRIBUIO DAS SEDES MUNICIPAIS, SEGUNDO TAMANHO DA POPULAO URBANA DE MINAS GERAIS, REFERENTE AO ANO DE 2000 (FONTE: FUNDAO JOO PINHEIRO, 2003) ..................................................................... 29

    TABELA 8 PARMETROS DE PROJETO PARA DIMENSIONAMENTO DO REATOR ..... 44

    TABELA 9 QUADRO MNIMO DE FUNCIONRIOS DA UNIDADE PILOTO .................. 53

    TABELA 10 TAXA DE ALIMENTAO NO PROCESSO DE POSTA EM MARCHA .......... 59

    TABELA 11 PERIODICIDADE DE ANLISES ................................................................. 60

    TABELA 12 PERIODICIDADE DE ANLISES ................................................................. 63

    TABELA 13 PARMETROS PARA CLCULO DE BALANOS DE MASSA ...................... 64

    TABELA 14 CONSUMO ENERGTICO DA UNIDADE PILOTO DE METANIZAO ....... 66

    TABELA 15 CONSUMO ENERGTICO DA PLANTA INDUSTRIAL DE PR-TRATAMENTO .............................................................................................................................. 67

    TABELA 16 CUSTO DE PESSOAL PARA A ELABORAO DO PROJETO BSICO DA UNIDADE PILOTO ................................................................................................. 72

    TABELA 17 CUSTOS OPERACIONAIS DA OPERAO DA UNIDADE PILOTO .............. 72

    TABELA 18 CUSTO ANUAL DO CONSUMO ENERGTICO DA UNIDADE PILOTO ........ 73

    TABELA 19 CUSTO ANUAL DO CONSUMO ENERGTICO DA UNIDADE INDUSTRIAL DE PR-TRATAMENTO .......................................................................................... 74

    TABELA 20 CUSTO DE CONSTRUO DA UNIDADE PILOTO DE METANIZAO ...... 75

    TABELA 21 CUSTO DE CONSTRUO DA PLANTA DE PR-TRATAMENTO DA UNIDADE INDUSTRIAL .......................................................................................... 76

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    Lista de Equaes

    EQUAO 1 DETERMINAO DO TEOR DE SLIDOS TOTAIS ................................... 55

    EQUAO 2 DETERMINAO DO TEOR DE SLIDOS FIXOS ..................................... 56

    EQUAO 3 DETERMINAO DO TEOR DE SLIDOS VOLTEIS ............................... 56

    EQUAO 4 DETERMINAO DA ALCALINIDADE ..................................................... 57

    EQUAO 5 DETERMINAO DA RELAO AI/AP ................................................... 57

    EQUAO 6 DETERMINAO DO CALOR REQUERIDO (WANG, 2007) ..................... 68

    EQUAO 7 DETERMINAO DA PERDA DE CALOR (WANG, 2007) ........................ 68

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    1 - INTRODUO

    Este projeto apresenta um novo conceito para uma unidade de Tratamento Mecnico-Biolgico (TMB) de Resduos Slidos Urbanos (RSU). Divide-se em uma linha para remoo dos imprprios e reciclveis presentes no RSU (sistema de pr-tratamento) e uma unidade de metanizao da matria orgnica triada. Segundo a Pesquisa Nacional de Saneamento Bsico (PNSB, 2000) do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica (IBGE), a gerao per-capita de RSU para municpios com populao entre 10.000 e 19.999 habitantes de 0,58 kg/hab.d. De acordo com dados do Panorama dos Resduos Slidos no Brasil 2007, publicado pela Associao Brasileira de Empresas de Limpeza Pblica e Resduos Especiais (ABRELPE), a gerao mdia per capita de RSU dos municpios amostrados da regio sudeste com populao inferior a 20.000 habitantes de 0,60 kg/hab.d. O Perfil Demogrfico do Estado de Minas Gerais de 2000 (FGV, 2003) aponta que 87,5% dos municpios mineiros possuem uma populao inferior a 20 mil habitantes. Considerando uma gerao per capita de RSU na ordem de 0,6 kg/hab.d, a unidade de pr-tratamento foi concebida para processar 20t/d ou aproximadamente 33.300 habitantes equivalentes. Considerando um percentual de matria orgnica no RSU de 60% e uma recuperao de 80% deste material na linha de pr-tratamento, a contribuio per capita media de matria orgnica passvel de tratamento da ordem de 0,29 kg/hab.d. O sistema de metanizao da planta piloto ter uma capacidade de tratamento de 389,33 t/ano de FORM com uma populao equivalente 3.704 habitantes.

    A linha de pr-tratamento, denominada Resduo , foi concebida para recuperar entre 70 a 80% do material entrante. Este modelo maximiza a utilizao de mo-de-obra no processo de triagem e possui um sistema que propicia a recirculao do material no triado. A utilizao de mo de obra visa a insero social, minimizao na utilizao de maquinrio e uma maximizao do material triado. O sistema de by-pass dos resduos visa otimizar a quantidade de material triado, proporcionando uma recirculao de material no previamente triado. Para o tratamento da matria orgnica foi concebido um modelo de digestor anaerbio com tecnologia de metanizao seca e configurao retangular do reator. Possuir um sistema para remoo de inertes sedimentveis em diferentes pontos do digestor. O sistema de agitao ser realizado via injeo de biogs comprimido, sem elementos mecnicos internos no reator. Os sistemas de alimentao e extrao

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    foram concebidos de forma a minimizar os custos de implantao e manuteno, consistindo-se em sistemas robustos com elevada simplicidade operacional. Para otimizar a produo de biogs bem como reduzir a carga orgnica do efluente liquido gerado, foi concebido um reator secundrio onde ocorrer a ps-digesto do lixiviado proveniente do processo de desidratao do lodo digerido. Espera-se um incremento da ordem de 10% na produo de biogs. Este incremento pode ser ampliado realizando-se processos de co-digesto da FORM com resduos orgnicos industriais ou agrosilvipastoris. Este processo consiste na introduo controlada de resduos industriais com elevada carga orgnica e/ou potencial metanognico no intuito de incrementar a produo de biogs e otimizao da infra-estrutura instalada. Dever ser verificada na regio a disponibilidade de resduos para este processo. Cabe salientar que as caractersticas fsico-qumicas dos resduos devem ser estudadas para avaliao da viabilidade e a proporo que poder ser aplicada. A tabela a seguir apresenta um resumo de alguns resduos com potencial para co-digesto com FORM.

    Indstria Tipo de resduo

    Abate de animaisLinhas verde e vemelha de abatedouro de

    bovinos, suinos, caprinos, etc...

    AlimentciaProcessamento de tomate, caf, gros, suco,

    enlatados, carne, etc...

    Laticnios Soro e gorduras

    Papel e celulose Licor negro

    Sucroalcoleira Vinhaa

    Bebidas Efluentes lquidos em geral

    Tabela 1 Resduos industriais com potencial para co-digesto

    A alternativa de ps-digesto do lixiviado gerado associado a um resduo de outra fonte visa otimizar a utilizao da infra-estrutura projetada, a capacidade e diversidade de tratamento bem como propiciar uma maior produtividade de biogs. Para a instalao da unidade dever ser priorizado locais que possuam rede coletora de esgoto sanitrio ou unidade de tratamento de efluentes lquidos para facilitar o gerenciamento dos efluentes lquidos gerados no processo. O conceito apresentado foi concebido de forma a utilizar equipamentos robustos e de fcil manuteno, minimizar a utilizao de maquinrio, priorizar a utilizao de mo de obra objetivando a disseminao deste tipo de tecnologia em pequenas comunidades de pases em desenvolvimento.

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    O projeto executivo da planta de tratamento de RSU s deve ser realizado aps uma caracterizao especfica dos resduos a serem trabalhados. Este um projeto de uma nova concepo de uma linha pr-tratamento e de um novo modelo de digestor anaerbio. As solues tcnicas apresentadas traam diretrizes para o desenvolvimento de uma nova tecnologia para o tratamento de RSU linhas de pr-tratamento e metanizao seca.

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    2 CONTEXTUALIZAO As Plantas TMB com tecnologia de metanizao comearam a ser disseminadas na Europa na segunda metade da dcada de 90. Entre 1995 a 2008, a capacidade instalada de Digesto Anaerbia (DA) na Europa sofreu um acrscimo de aproximadamente 2.300%, passando de cerca de 194.000t/ano para aproximadamente 4.600.000 t/ano. Segundo projees, a capacidade instalada em 2010 ser de 5.240.000 t/ano em um total de 171 plantas na Europa (De Baere L. e Mattheeuws B., 2008). Segundo o mesmo estudo, em 2010 a Alemanha possuir 69 plantas com uma capacidade instalada de 1.531.555 t/ano, enquanto que a Espanha com apenas 24 unidades ser capaz de tratar 1.319.000 t/ano, o que representa uma capacidade mdia de 22.196 t/ano e 67.900 t/ano por planta, respectivamente (De Baere L. e Mattheeuws B., 2008). As Figuras 1 e 2 detalham a evoluo capacidade instalada de metanizao da Frao Orgnica dos Resduos Municipais (FORM) na Europa ao longo dos anos e a capacidade instalada em pases europeus.

    Figura 1 Evoluo da capacidade instalada europia de metanizao da FORM (Fonte: De Baere L.

    e Mattheeuws B., 2008)

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    Figura 2 Capacidade instalada de metanizao da FORM em pases europeus (Fonte: De Baere,

    2008)

    O processo de metanizao da FORM requer uma unidade pr-tratamento que seja capaz de triar os resduos recebidos segregando-os em trs fraes distintas: FORM, reciclveis e resduos, de forma que o reator seja alimentado com um material o mais livre de imprprios possvel. Estas unidades foram inicialmente concebidas para operarem em pases onde a utilizao de mo-de-obra representa um elevado custo operacional, priorizando-se assim a mecanizao do sistema. Dada a similaridade na densidade e dimenses dos diversos tipos de resduos, muitas vezes um equipamento projetado para remover um determinado material acaba segregando conjuntamente imprprios ao sistema, acarretando assim em uma diminuio na quantidade de matria orgnica disponvel para introduo no reator e/ou uma contaminao do material triado. Como exemplo destaca-se as mesas densimtricas, que objetivam a remoo de materiais pesados. Muitas destas mesas foram inutilizadas em plantas industriais pelo fato remover inadequadamente grandes quantidades de FORM junto ao material a ser selecionado nestes equipamentos devido a similaridade entre o peso, granulometria e forma da matria orgnica e dos materiais a serem removidos. consenso entre especialistas do setor que a triagem manual em plantas de pr-tratamento o processo de separao que apresenta a maior eficincia na segregao dos materiais presentes nos RSU.

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    Atualmente o percentual de gerao de resduos de plantas em unidades TMB sempre superior a 50% do material entrante. Este resduo proveniente da cada do tromel1 (material com dimenses superiores malha do tromel) que, aps passar por uma cabine de triagem e alguns equipamentos mecnicos (mesa densimtrica, separador magntico, separador focault, etc) destinado a um aterro sanitrio ou a uma incineradora. Por possuir um alto ndice de materiais potencialmente reciclveis, entende-se que a recirculao deste material (resduos de planta) no sistema de pr-tratamento propiciar um incremento na recuperao de materiais reciclveis reduzindo assim o custo de disposio final dos resduos. De acordo com a literatura, o processo de metanizao da FORM ocorre em via seca (> 15% de slidos totais (ST)) ou em via mida (< 15% ST). (De Baere, 2003). Os sistemas de via mida foram concebidos baseando-se nas tecnologias desenvolvidas para a digesto anaerbia de lquidos (resduos da suinocultura, esgotos domsticos, efluentes orgnicos industriais, chorume, etc). Esta adaptao propiciou uma rpida disseminao da tecnologia, sendo que atualmente vrias empresas comercializam este sistema de tratamento. Estas tecnologias trabalham com baixo teor de ST de entrada. Como exemplo, citam-se os reatores de tecnologia Linde e Ros-Roca que operam com uma concentrao de ST variando entre 3 8 %. Uma vez que a FORM possui um teor de umidade da ordem de 60-65% faz-se necessria a adio de gua para que digestores via mida operem na faixa de matria seca projetada. Este fato acarreta na necessidade de construo de sistemas de pr-tratamento e desidratao mais complexos que os sistemas via seca, onerando os custos de implantao, manuteno e operao, alm de operarem com uma carga orgnica reduzida. Dadas estas implicaes, iniciou-se a pesquisa e o desenvolvimento para a construo de reatores onde no houvesse a necessidade de diluio da FORM, processo este denominado via seca. Em 1993, a capacidade instalada de metanizao via seca da FORM superou o processo via mida, representando 54% do total (De Baere, 2003). A Figura 3 apresenta um comparativo ao longo dos anos das capacidades instaladas de metanizao via seca e via mida de tratamento de RSU no mundo.

    1 Tromel: Peneira rotativa para segregao dos RSU em duas fraes com dimenses de

    partculas distintas.

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    Figura 3 Capacidade instalada via seca X Capacidade instalada via mida

    (Fonte: De Baere, 2008)

    Devido a um maior conhecimento tcnico-cientfico, os digestores secos concebidos operavam majoritariamente na faixa de temperatura mesoflica (37 C). Entretanto, devido s caractersticas da FORM (maior capacidade tampo do meio em funo do elevado teor de slidos em digesto) o processo biolgico mais estvel quando comparado ao de digestores para tratamento de efluentes lquidos. Este fato propiciou o desenvolvimento de tecnologias que operam de forma estvel na faixa termoflica. Conforme pode ser observado no grfico a seguir, atualmente, 30% da capacidade instalada de digesto anaerbia da FORM representada por plantas que operam na faixa termoflica, sendo que 96% da operao na faixa termoflica ocorre em unidades de metanizao via seca. (De Baere L. e Mattheeuws B., 2008)

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    Figura 4 Capacidade instalada faixa mesoflica X Capacidade instalada faixa termoflica (Fonte: De

    Baere L. e Mattheeuws B., 2008)

    Observa-se que a metanizao de RSU uma tecnologia recente, em processo amadurecimento, com elevado potencial de disseminao em funo da pequena quantidade de plantas atualmente em operao a nvel mundial. Um fator chave para se considerar que uma tecnologia atingiu a efetividade desejada que a unidade opere de forma adequada de acordo com o estipulado em projeto. Segundo a Associao Catal de Empresas de Valorizao Energtica de RSU (2008), das plantas de metanizao at a presente data construdas, 12 tiveram suas atividades encerradas, 20 enfrentam problemas operacionais e 60 esto com problemas econmicos. Verifica-se atualmente que grande parte das plantas em operao necessitaram de modificaes para que o seu sistema se adequasse realidade dos resduos alimentados. Como destaque cita-se as seguintes plantas:

    Ecoparc 1 Barcelona, ES. Construda com a tecnologia Linde-KCA, necessitou de uma completa reformulao nos sistemas de alimentao, agitao e extrao, tendo suas atividades interrompidas por um perodo de aproximadamente dois anos;

    Ecoparc 2 Barcelona, ES. Construda com a tecnologia Valorga, interrompeu as atividades dos trs digestores por um ano cada devido a problemas de sedimentao de inertes. Para soluo fez-se

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    necessrio uma reformulao no sistema de agitao e de acesso ao interior dos reatores;

    Planta de Tratamiento de Residuos Slidos de A Corua - La Corua, ES. Construda com a tecnologia Valorga, formou-se uma camada de material sobrenadante que obstruiu os sensores de presso, no acusando um aumento da presso interna o que levou a exploso de um dos reatores;

    Por fim, cabe salientar que o maior problema operacional observado nas plantas atualmente em operao a grande quantidade de inertes entrantes no sistema de metanizao. As linhas de pr-tratamento, por mais sofisticadas que sejam, no conseguem gerar um material com as caractersticas exigidas pelas tecnologias de metanizao.

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    3 PARMETROS DE MONITORAMENTO DO PROCESSO DE METANIZAO O monitoramento do processo de metanizao deve ser realizado avaliando-se: resduo de entrada, lodo em digesto, biogs, slidos e lquidos do processo de desidratao. As principais anlises a serem realizadas em cada um destes materiais so:

    Resduos de entrada:

    Teor de ST;

    Teor de SV;

    Composio gravimtrica;

    Temperatura;

    Vazo.

    Uma vez que o resduo de entrada a matria-prima do processo de DA, o conhecimento de suas caractersticas fsico-qumicas de suma importncia para a correta operao do processo de digesto. Sabendo-se o teor de ST, SV e vazo do material de entrada possvel determinar e avaliar parmetros como a carga orgnica aplicada, taxa de degradao da matria orgnica, rendimento da produo de biogs por FORM alimentada. A composio gravimtrica realizada com a finalidade de avaliar a eficincia do sistema de pr-tratamento, bem como determinar a quantidade de imprprios sedimentveis entrantes no sistema de digesto. A medio de temperatura utilizada para o controle na manuteno da faixa de operao - mesoflica ou termoflica.

    Lodo em digesto:

    pH;

    Teor de SV;

    Teor de matria seca;

    Concentrao de cidos Graxos Volteis (AGV);

    Capacidade tampo do meio;

    Percentual de inertes;

    Temperatura; O pH do meio, bem como a concentrao de AGV e capacidade tampo so fundamentais para avaliar a estabilidade do processo biolgico. A concentrao de

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    AGV e capacidade tampo representam um retrato em tempo real do meio bitico presente no material em digesto. De posse destes resultados possvel estabelecer um balano quantitativo entre a capacidade de produo e de consumo dos cidos orgnicos realizada pelos microrganismos presentes no meio. A anlise quantitativa dos inertes necessria para avaliar a taxa de acumulao destes no interior do reator. A quantidade de SV presentes no lodo permite determinar o rendimento do reator (Kg de SV/m3 digestor.d), taxa de degradao da matria orgnica (%SV eliminados), rendimento da produo de biogs (Nm3 biogs / kg de SV degradado). A determinao do teor de ST permite definir o tempo de residncia de forma a manter o teor de ST dentro da faixa estipulada em projeto. A medio de temperatura utilizada para o controle na manuteno da faixa de operao mesoflica ou termoflica.

    Biogs:

    Teor de CH4;

    Teor de H2S;

    Vazo;

    Presso. A quantificao do teor de CH4, bem como sua vazo permitem avaliar a estabilidade do processo biolgico e a concentrao de CO2 no biogs. A determinao do H2S se faz necessria para o monitoramento do processo de desulfurao. O monitoramento contnuo da presso de sada do biogs possibilita ajustar a mesma aos valores de trabalho requeridos no sistema de aproveitamento do biogs.

    Slidos do processo de desidratao:

    Teor de Slidos Totais (ST);

    Teor de SV; O teor de ST permite avaliar a eficincia do processo de desidratao. O teor de SV possibilita a determinao da necessidade de degradao destes slidos no processo de ps-tratamento (compostagem ou secagem).

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    Lquidos do processo de desidratao:

    Teor de ST;

    Teor de SV

    Teor de Slidos Fixos (SF);

    DQO;

    Amnia;

    Vazo. Avaliando os teores de SV, ST e DQO possvel determinar e avaliar os principais parmetros de operao do digestor secundrio, como por exemplo: carga orgnica aplicada (kg de SV / m3 reator.d) rendimento do reator (m3 biogs / kg de SV degradado), taxa de degradao da matria orgnica (ST, SV), rendimento da produo de biogs (Nm3 biogs / kg de SV introduzido). A anlise do teor de SF permitir determinar a quantidade de imprprios sedimentveis no material de alimentao do reator secundrio. A concentrao de amnia juntamente com a DQO permitem a definio da vazo de entrada do lquido no digestor secundrio.

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    4 TECNOLOGIAS COMERCIAIS DE DIGESTO ANAEROBIA SECA DE RESDUOS SLIDOS URBANOS A seguir apresenta-se um resumo das tecnologias quatro tecnologias de metanizao via seca disponveis no mercado: Linde-BRV; Kompogs; Dranco e Valorga.

    4.1 - Sistema Linde-BRV:

    Este processo de propriedade da empresa alem Linde-KCA-Dresden GmbH. Sua tecnologia de digesto seca pode operar tanto na faixa de temperatura mesoflica ou termoflica. O reator construdo em concreto armado em formato retangular e de fluxo contnuo. O processo de agitao realizado com o auxlio de ps rotatrias perpendiculares parede lateral do reator. Um mecanismo de piso mvel auxilia no transporte e retirada da massa digerida. A introduo da FORM realizada via rosca-helicoidal-sem-fim que direciona o material parte superior do reator. Para a extrao do material digerido utilizado um sistema de vcuo que succiona o material digerido do interior do reator a um tanque de armazenamento. Estes reatores operam com um teor de ST da ordem de 15 a 45%, uma taxa de produo de biogs de 100 m por tonelada de FORM e consomem cerca de 30% da energia produzida. (International, 2005) A Figura 5 apresenta um modelo esquemtico desta tecnologia.

    Figura 5 Modelo esquemtico do reator Linde-BRV

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    4.2 - Sistema Kompogas:

    De propriedade da companhia sua Kompogas, este sistema teve sua primeira planta instalada em Rmlang, Sua, no ano de 1991, com incentivo dos governos da Sua e de Zurique. Opera majoritariamente na faixa de operao termoflica. O reator construdo em concreto armado ou em ao, em formato retangular, de fluxo contnuo. O sistema de alimentao se d pela introduo do material via bombas similares s utilizadas para bombeamento de concreto. Neste processo ocorre ainda a mescla da FORM com o lodo digerido bem como o aquecimento do material via injeo de vapor dgua. A extrao do material digerido foi projetada de forma a ocorrer sem o auxlio de bombas, utilizando-se apenas da sobre-presso no interior do reator. A agitao do material em digesto realizada pela rotao de ps fixadas em um nico eixo transversal. Estes reatores operam com um teor de ST da ordem de 28%, o tempo de reteno hidrulico variando entre 15 e 20 dias uma taxa de produo de biogs da ordem de 100m por tonelada de FORM alimentada e consomem cerca de 25% da energia produzida. (International, 2005) A Figura 6 apresenta um modelo esquemtico desta tecnologia.

    Figura 6 Modelo esquemtico do reator Kompogas

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    4.3 - Sistema Dranco:

    O sistema Dranco de propriedade da empresa belga Organic Waste Systems (OWS), fundada em 1988. Possui um digestor em formato de silo. O sistema de alimentao se d pela introduo do material via bombas similares s utilizadas para o bombeamento de concreto. Os sistemas de recirculaao e extrao so realizados atravs da abertura de vlvulas em diferentes regies da parte inferior do reator. A agitao realizada pela re-circulao do material, sendo este extrado pela parte inferior do reator e bombeado para a regio superior do mesmo. A manuteno da temperatura de trabalho realizada pela injeo de vapor no material entrante. Estes reatores so construdos em concreto armado ou ao inox, operam na sua maioria em faixa termoflica, com um teor de ST da ordem de 15 a 40%, o tempo de reteno hidrulico variando entre 20 e 30 dias uma taxa de produo de biogs de variando entre 110m por tonelada de FORM alimentada e consomem cerca de 20% da energia produzida. (International, 2005) A Figura 7 apresenta um modelo esquemtico desta tecnologia.

    Figura 7 Modelo esquemtico do reator Dranco

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    4.4 - Sistema Valorga:

    O Sistema Valorga, desenvolvido na Frana, foi adquirida recentemente pelo grupo Urbaser. Esta tecnologia foi desenvolvida para tratar somente resduo orgnico, sendo posteriormente adaptada para tratamento de RSU segregados na fonte. O reator Valorga um cilindro vertical construdo em concreto armado. No interior do digestor existe uma parede com um comprimento de aproximadamente 2/3 do dimetro do reator, separando a regio de introduo do material da regio de extrao do lodo. Isto proporciona que o material seja digerido em um sistema de fluxo pisto. O sistema de alimentao se d pela introduo do material via bombas similares s utilizadas para bombeamento de concreto. A extrao do lodo se d por um processo abertura e fechamento de vlvulas que, em funo da coluna de lodo, exerce uma presso que propicia a extrao do material sem a necessidade da utilizao de bombas. Como sistema auxiliar, uma bomba de pisto pode ser utilizada neste processo. A mistura do material em digesto realizada pela injeo de biogs comprimido (6-8 bar) atravs de orifcios localizados na base do digestor, no existindo elementos mecnicos no interior do reator. Esta tecnologia permite a operao nas faixas mesoflica ou termoflica. Estes reatores operam com um teor de ST da ordem de 37 a 55%, o tempo de reteno hidrulico variando entre 18 e 25 dias uma taxa de produo de biogs de variando entre 82 e 106m por tonelada de FORM alimentada e consomem cerca de 25 da energia produzida. (International, 2005) A Figura 8 apresenta um modelo esquemtico desta tecnologia.

    Figura 8 Modelo esquemtico do reator Valorga

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    5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS TECNOLOGIAS DE METANIZAO SECA

    Analisando as tecnologias de metanizao seca disponveis no mercado, verificam-se potencialidades e vulnerabilidades em cada uma delas. Como potencialidades, citam-se:

    O sistema alimentao Linde-BRV utiliza-se de uma tremonha de mescla seguida por um mecanismo de rosca helicoidal-sem-fim que introduz o resduo no reator sem a necessidade de bombas. Isto acarreta em um baixo custo de implantao e manuteno bem como uma simplicidade na operao do sistema;

    A tecnologia Linde-BRV utiliza-se de um sistema de extrao composto por uma bomba de vcuo que succiona o lodo do interior do digestor dirigindo-o a um tanque de armazenamento. Devido coluna de lodo exercer uma presso positiva na tubulao de extrao, no se mostra necessrio a utilizao desta bomba em extraes de rotina. Porm, em casos de obstrues na linha de extrao possvel a suco do material e desobstruo da linha;

    Apesar da necessidade de limpezas peridicas dos bocais de injeo de biogs comprimido, o sistema de agitao da tecnologia Valorga mostra-se bastante prtico e eficiente. A grande vantagem deste sistema de agitao a ausncia de elementos mecnicos internos no reator;

    Ao contrrio da tecnologia Linde-BRV, que possui um sistema de aquecimento via serpentinas nas paredes do reator, as tecnologias Valorga, Dranco e Kompogas possuem um sistema de aquecimento via injeo de vapor no material entrante do reator;

    Quanto aos sistemas de captao de gases, verifica-se que todas as tecnologias possuem mecanismos similares e que os mesmos so eficientes e com baixo custo de manuteno (tubos inoxidveis com vlvulas do tipo borboleta, discos de ruptura, medidores de presso, vlvulas de segurana de sobre e sub presses, medidores de vazo). Cabe destacar que a tecnologia Kompogas no se utiliza de gasmetro para a manuteno da presso de trabalho requerida nos motores de co-gerao no apresentando problemas de operao na ausncia deste equipamento;

    O modelo de fluxo de pisto das tecnologias Linde-BRV e Kompogas utilizam-se de reatores retangulares, modelo caixa-de-sapato, de baixa altura (7,5m)

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    o que facilita e reduz os custos de construo bem como requerem uma menor necessidade energtica para a movimentao do material em digesto.

    Como desvantagens operacionais e de projeto observadas nas tecnologias de metanizao seca, destacam-se:

    Utilizando-se apenas da fora da gravidade como sistema de extrao, os reatores Kompogas no possuem nenhum mecanismo complementar que possibilite a desobstruo de eventuais entupimentos no sistema, sendo necessria uma interveno manual para a desobstruo dos dutos de extrao;

    Os sistemas de alimentao dos reatores das tecnologias Dranco e Valorga utilizam-se de um mecanismo de bombas de elevada potncia com altos custos de implantao, operao e manuteno (bombas similares as utilizadas para bombeamento de concreto). Isto porque, no caso do Dranco, faz-se necessrio a elevao do resduo parte superior do digestor, e no caso Valorga (alimentao pela parte inferior), requer-se uma elevada presso devido necessidade do rompimento da coluna de resduos. Cabe salientar que estas duas tecnologias possuem reatores verticais em formato cilndrico, acarretando em digestores com altura geralmente superiores a 20m;

    O sistema de agitao da tecnologia Valorga consiste na injeo de biogs comprimido pela parte inferior do reator. Devido ao tempo decorrido entre as agitaes e bem como o peso da coluna de resduos, rotina a necessidade de desobstrues dirias dos bocais de injeo de biogs;

    Os sistemas de agitao das tecnologias Linde-BRV e Kompogas utilizam-se de elementos mecnicos mveis no interior do reator. Caso seja necessrio algum procedimento de reparo ou manuteno nestes componentes, faz-se necessria a abertura do biodigestor o que pode acarretar a desestabilizao do processo biolgico e necessidade de nova posta em marcha do mesmo;

    Dado a praticidade de implantao, a maioria das unidades de metanizao de resduos em operao no mundo utilizam o biogs para a gerao de energia eltrica em motores de co-gerao. Porm, alm destes motores possurem um elevado custo de implantao, verifica-se a necessidade de contrao de um plano de manuteno peridica diretamente com o fornecedor do equipamento, o que representa um custo de manuteno anual da ordem de 10% sobre o valor investido. Outro ponto negativo na utilizao de motores de co-gerao quanto a baixa eficincia energtica na converso da energia qumica em eltrica, aproximadamente 30% da energia potencial presente no biogs;

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    Buscando minimizar a sedimentao de material no interior do reator, a tecnologia Dranco introduz terras diatomceas com o objetivo de aumentar o teor de matria seca dos resduos em digesto. Isto faz com que seja necessrio um plano de gesto para a obteno constante deste material, muitas vezes acarretando em um alto custo de transporte bem com a dependncia de terceiros;

    Os sistema de desidratao do lodo digerido de todas as tecnologias necessitam de um ps-tratamento dos lixiviados gerados.

    comum nas atuais tecnologias a necessidade de paradas peridicas do processo de digesto para abertura e limpeza dos reatores devido a problemas como a perda de capacidade de tratamento pela acumulao de inertes no interior do reator, entupimentos nos mecanismos de alimentao e/ou extrao bem como manuteno dos sistemas de agitao das tecnologias Kompogas e Linde-BRV. Desta forma, de acordo com os aspectos de projeto, conceitos do mecanismo de fluxo e a variabilidade no comportamento do material entrante, as tecnologias atualmente em operao requerem melhorias imprescindveis para o correto funcionamento do processo. Com base nesses fatos, buscou-se o desenvolvimento de um digestor capaz de solucionar os principais problemas operacionais enfrentados atualmente nas plantas de tratamento. A seguir apresenta-se um descritivo do projeto conceitual da planta de tratamento mecnico biolgico de RSU para pequenas comunidades, que busca solucionar os problemas acima elencados.

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    6 DEFINIO DA ESCALA Para a determinao do volume do digestor a ser construdo foi elaborado um histrico do ganho de escala das quatro tecnologias de digesto anaerbia seca de RSU disponveis no mercado. As tabelas abaixo apresentam um resumo da evoluo de cada tecnologia.

    Localizao SubstratoVolume do

    digestor (m)

    Capacidade da

    planta (T/ano)

    N de

    reatores

    Ano de

    ConstruoEscala

    Montpellier, Frana RSU, Dejetos de animais 5 49* 1 1982 Laboratrio

    La Buisse, Frana RSU 500 8.000 1 1984 Piloto

    Vannes, FranaFORM, Dejetos de

    animais, Lodo ETE50 487* 1 1986 Piloto

    Lige, BlgicaResduos agricolas,

    Dejetos animais250 2.433* 1 1988 Piloto

    Amiens, Frana RSU3 x 2.400

    1 x 3.50085.000 4 1988 Comercial

    Tilburg, Holanda Resduos de mercados 3.200 52.000 2 1994 Comercial

    Engelskirchen, Alemanha FORM 3.000 35.000 1 1997 Comercial

    Freiburg, Alemanha FORM 4.000 36.000 1 1999 Comercial

    Genebra, Suia - 1.000 10.000 1 2000 Comercial

    *Devido a indisponibilidade de dados, estes valores foram calculados considerando um Tempo de Deteno Hidrulico TDH de 25 dias.

    Fonte: http://www.valorgainternational.fr/

    Tabela 2 Scale-up Valorga

    Sendo a pioneira no desenvolvimento tecnolgico da DA seca de RSU, a empresa Valorga teve seu primeiro digestor em escala de laboratrio construdo em 1982 com um volume de 5m3, promovendo um scale-up de 100 vezes para um digestor de 500m3 em 1984. Entretanto, aps dois anos da construo do segundo digestor (tempo mdio entre escalonamentos), reduziram a escala construindo um digestor com 50m3. Em 1988 construram 4 reatores, sendo 1 em escala piloto de 250m3 e 3 em escala industrial com volume de 2.500m3 cada.

    Localizao SubstratoVolume do

    digestor (m)

    Capacidade da

    planta (T/ano)

    N de

    reatores

    Ano de

    ConstruoEscala

    Gent, BelgicaResduo orgnico e

    RSUns60 664* 1 1984 Piloto

    Bogor, Indonsia Resduo de mercados 30 332* 1 1986 Piloto

    Florida, USA RSUns 1 11* 1 1989 Laboratrio

    Brecht, Blgica Resduo orgnico 800 20.000 1 1992 Comercial

    Salzburg, Austria Resduo orgnico 1.800 - - 1993 Comercial

    Bassum, Germany RSUns 1.200 13.500 1 1997 Comercial

    Aarberg, Suia Resduo orgnico 800 11.000 1 1998 Comercial

    Bernex, Genebra FORM 1.000 11.061* 1 2000 Comercial

    Roma, Itlia Resduo orgnico 3.200 40.000 1 2003 Comercial

    Graz, Austria RSUns 5 55* 1 2004 Laboratrio

    *Devido a indisponibilidade de dados, estes valores foram calculados considerando um Tempo de Deteno Hidrulico TDH de 22 dias.

    Fonte: http://www.ows.be/pages/index.php?menu=85&submenu=125&choose_lang=ENF

    Tabela 3 Scale-up Dranco

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    Com as primeiras plantas piloto construdas em 1984 e 1986 com digestores de capacidade de 60m3 e 30m3 respectivamente, a tecnologia Dranco desenvolveu seu primeiro digestor em escalada industrial com 800m3 na cidade de Brecht, Blgica em 1992. Observa-se que em 1989 e 2004 foram construdos dois digestores em escala de laboratrio para estudo do processo.

    Localizao SubstratoVolume do

    digestor (m)

    Capacidade da

    planta (T/ano)

    N de

    reatores

    Ano de

    ConstruoEscala

    Rmlang, Suia - 20 - 1 1989 Piloto

    Rmlang, Suia - 160 1 1992 Piloto

    Rmlang, Suia - 290 1 - Comercial

    Bachenblach, Suia - 812 total 12.000 3 1994 Comercial

    Samstagern, Suia - 512 total 10.000 2 1995 Comercial

    Otelfingen, Suia Resduo Orgnico 780 12.500 1 1996 Comercial

    Quioto, Japo - 60* 1.000 1 1999 -

    Volketswil, Suia - 290 5.000 1 2000 Comercial

    Passau, Alemanha - 1050 39.000 3 2004 Demonstrao

    Jona, Suia - 420 5.000 - 2005 Comercial

    Lenzburg, Suia - 330 5.000 - 2005 Comercial

    *Devido a indisponibilidade de dados, estes valores foram calculados considerando um Tempo de Deteno Hidrulico TDH de 22 dias.

    Fontes: Schmid,2008 e Edelmann, W. e Engeli H. / http://www.kompogas.ch

    8.500

    Tabela 4 Scale-up Kompogas

    A tecnologia Kompogas foi desenvolvida a partir de uma planta piloto de 20m3 construda em 1989 na cidade de Rmlang na Sua. Aps dois anos foram implantados dois novos reatores no mesmo local, que operam at os dias atuais, com uma capacidade de 8.500 t/ano. A partir desta data foram construdos diversos reatores comerciais de 250m3 sendo que atualmente o maior mdulo comercializado constitui-se de digestores com 1.050m3de volume total.

    Localizao SubstratoVolume do

    digestor (m)

    Capacidade da

    planta (T/ano)

    N de

    reatores

    Ano de

    ConstruoEscala

    Baar, Suia FORM, Jardins 500 6.000 1 1994 Piloto

    Eurasburg/Quarzbichl, RSU 90* 1.500 1 1996 Piloto

    Ravensburg, Alemanha RSU 90* 1.500 1 1996 Piloto

    Heppenheim, AlemanhaFORM, Jardins, Industrial

    820 33.000 31999 Industrial

    Lemgo, Alemanha (batelada) FORM, Jardins 803* 40.000 3 2000 Industrial

    Valladolid, Espanha RSU 904* 15.000 1 2001 Industrial

    *Devido a indisponibilidade de dados, estes valores foram calculados considerando um Tempo de Deteno Hidrulico TDH de 22 dias.

    Fonte: Edelmann, W. e Engeli H., www.strabag.com, Braun, R.

    Tabela 5 Scale-up Linde-BRV

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    Tendo o seu primeiro digestor construdo com 500m3, em Baar, Suia, a companhia BRV, precursora da tecnologia Linde, foi alvo de processo por utilizao de modelo reator idntico ao patenteado pela empresa Kompogas. Desta forma, foi obrigada a desenvolver um novo modelo de reator, o qual foi projetado a partir de duas unidades piloto construda em 1996 com digestores de aproximadamente 90m3. A primeira unidade comercial foi construda em 1999 utilizando-se de reatores com 820m3. A tabela a seguir apresenta uma compilao dos dados das unidades piloto supracitadas.

    Tecnologia AnoVolume do

    digestor (m)

    Dranco 1984 60

    Dranco 1986 30

    Valorga 1984 500

    Valorga 1986 50

    Valorga 1988 250

    Kompogs 1989 20

    Kompogs 1992 160

    Linde-BRV 1994 500

    Linde-BRV 1996 90*

    Linde-BRV 1996 90*

    * Valor estimado

    Tabela 6 Scale-up das tecnologias

    Observa-se que para o desenvolvimento da tecnologia Dranco, foi construdo primeiramente um reator em escala piloto de 60m3, seguido por um de 30m3 e posteriormente um de digestor em escala laboratorial. Apesar do primeiro reator piloto de tecnologia Valorga ter sido implantado com 500m3, fez-se necessrio a construo de um novo piloto de menor volume para avaliao de modificaes necessrias na soluo de problemas operacionais relativos sedimentao de imprprios. Tambm projetado em 500m3, o primeiro digestor em escala piloto da empresa Linde-BRV foi considerado um cpia do Kompogas, sendo necessrio o desenvolvimento de um novo conceito. Este novo modelo foi testado em dois reatores de 90m3 cada. O desenvolvimento do modelo Kompogas teve como objetivo viabilizar o tratamento dos RSU da cidade de Rmlang na Sua. Aps a operao de um prottipo de 20m3,

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    a planta foi ampliada com a construo subsequente de dois reatores com 160m3 e 290m3, tornando-se assim economicamente vivel e permanece em operao at a presente data. Avaliando portanto a evoluo dos modelos reatores das tecnologias existentes de digesto anaerbia seca, prope-se a construo de um prottipo de 50m3 para a verificao da viabilidade tcnica do conceito proposto. Caso comprovada a viabilidade tcnica, prope o scale-up com a construo de um digestor de 150m3. Considerando a densidade da FORM igual a 0,8 t/m3, um volume til de digesto de 100m3, o tempo de residncia hidrulico de 25 dias e uma taxa de alimentao de 3,2 t/d e o digestor ter capacidade para atender uma populao de aproximadamente 11 mil habitantes. Caso sua operao demonstre viabilidade econmica, sugere-se a construo de um segundo reator, que operar em paralelo, constituindo assim uma unidade industrial para tratamento dos RSU via metanizao seca que atender uma populao de 25 mil habitantes, considerando os dois reatores de 150 m3 e o reator de 50m3. Esta escala foi definida de forma a atender um elevado percentual de municpios mineiros. De acordo com o Perfil Demogrfico do Estado de Minas Gerais de 2000 (FGV, 2003), 87,5% dos municpios mineiros possuem uma populao inferior a 20 mil habitantes, conforme pode ser verificado na tabela 6 apresentada abaixo.

    Especificao Absoluto %

    Mais de 500 mil hab. 2 0,2

    De 100 a 500 mil hab. 16 1,9

    De 50 a 100 mil hab. 31 3,6

    De 20 a 50 mil hab. 58 6,8

    De 10 a 20 mil hab. 103 12,1

    De 5 a 10 mil hab. 160 18,8

    Menos de 5 mil hab. 483 56,6

    Total 853 100

    Tabela 7 Distribuio das sedes municipais, segundo tamanho da populao urbana de Minas Gerais, referente ao ano de 2000 (Fonte: Fundao Joo Pinheiro, 2003)

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    7 - LINHA DE PR-TRATAMENTO Devido quantidade de resduos a ser tratada no digestor anaerbio projetado (1,067 t/d), no se recomenda a construo de uma planta de pr-tratamento para esta unidade, devido pequena escala necessria. Prope-se que a unidade piloto seja construda em uma estao de triagem e compostagem j existente onde j ocorra a segregao da matria orgnica. Caso no seja possvel, se faz necessrio a construo de uma mesa simples de triagem, construda em alvenaria, com capacidade para 3 triadores. Neste caso, apenas a matria orgnica seria selecionada, no se prevendo nenhum tipo de recuperao de outro material. Porm, como se prev um scale-up do sistema, foi realizado um projeto de uma linha de pr-tratamento com capacidade de aproximadamente 20 t/d de RSU. O sistema de pr-tratamento apresentado utiliza uma mescla de triagem manual e mecnica. De forma a contextualizar este projeto com a realidade de pases em desenvolvimento, priorizou-se a utilizao de mo-de-obra local em detrimento da utilizao de maquinrio. Optou-se pela simplicidade da linha tendo como elementos mecnicos a peneira rotativa (tromel), o separador magntico, as esteiras transporte e o triturador. Este conceito visa a reduo dos custos de implantao/manuteno da planta, uma maior eficincia na recuperao de orgnicos e reciclveis bem como um maior poder de incluso social para o projeto. Ressalta-se que consenso entre os operadores de plantas que a triagem manual a alternativa mais eficiente na segregao das distintas fraes dos RSU. A linha de pr-tratamento consiste de uma tremonha de alimentao, cabine de triagem de grandes volumes, tromel, linha de apurao da FORM, linha de recuperao de reciclveis e o sistema de by-pass para nova triagem do material. Uma vez basculado no galpo de recebimento, o resduo municipal ser introduzido na tremonha de alimentao da linha de pr-tratamento com o auxlio de uma p-carregadeira. No caso de um sistema de capacidade superior a 50 t/d se faz necessrio a construo de um fosso para o armazenamento dos resduos e utilizao de um guindaste do tipo clamb shell para transferncia dos resduos do fosso de armazenamento correia primria de alimentao. O sistema de transporte do resduo ser efetuado mediante esteiras rolantes com motores eltricos. O resduo introduzido na linha ser transportado pela correia

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    primria e passado em uma cabine de triagem manual de grandes volumes. Nesta cabine os materiais de grande volume devero ser removidos e lanados em um fosso ou armazenados na prpria cabine de triagem. Nesta etapa devero removidos quaisquer objetos que possam danificar os equipamentos da linha de pr-tratamento. Uma vez removidos os materiais de grande volume, o resduo passante destinado ao tromel, que se constitui de uma peneira cilndrica rotativa provida de rompedores de sacolas plsticas com uma malha de separao de 50mm de dimetro de abertura. Neste equipamento, alm da abertura dos sacos de lixo, ocorrer a separao do resduo em duas fraes (superior e inferior a 50mm). Os materiais com dimenses inferiores a 50mm, denominados passante do tromel, sero encaminhados a uma segunda cabine de triagem para a remoo de materiais indesejveis ao processo de metanizao passiveis de coleta manual(vidros, plsticos, metais, papelo, etc...). O material resultante ser encaminhado a um separador magntico para remoo de materiais frricos, e posteriormente a uma esteira reversvel que poder destinar o material ao triturador, para a cominuio em fraes inferiores a 10 a 20mm ou ao galpo de armazenamento temporrio para posterior lanamento ao triturador. Esta etapa se faz necessria em incidentes no sistema de alimentao do reator. Nesses casos, a correia reverte sua direo, encaminhando o material ao galpo de armazenamento temporrio, no sendo assim necessria uma parada da linha de pr-tratamento. Os materiais com dimenses superiores a 50mm, denominados cada do tromel, so constitudos majoritariamente por plsticos, papeles e papis. Este material, aps passagem pela cabine de triagem de reciclagem ser direcionado ao galpo de armazenamento temporrio para posterior re-introduo na linha de triagem a montante do tromel. Nos sistemas de pr-tratamento em operao na Europa, os materiais resultantes da cada do tromel, aps passagem pela cabine de triagem de reciclveis so considerados resduos de planta, sendo destinados a aterros sanitrios ou a incinerao. A proposta do sistema de pr-tratamento apresentado considerar que o material da cada do tromel possui potencial de reciclabilidade, sendo o mesmo recirculado na linha de pr-tratamento para uma melhor segregao. O projeto proposto foi desenvolvido de forma que um tero da jornada de trabalho opere com o resduo in-natura e os outros dois teros com a recirculao da cada do tromel. A re-introduo deste material se dar em uma tremonha de alimentao localizada montante do tromel. Este frao do resduo dever ser re-circulada at ser considerada como resduo, no possuindo materiais com potencial de

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    reciclagem, sendo assim destinado a um aterro sanitrio ou a outra forma de disposio ou tratamento economicamente vivel. As potncias informadas para os equipamentos do sistema de pr-tratamento foram definidas a partir de consultas a fornecedores.

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    A seguir apresenta-se o fluxograma da linha de pr-tratamento e a descrio das principais caractersticas de cada um dos equipamentos.

    Figura 9 - Diagrama da linha de pr-tratamento da unidade industrial

    Frao

    < 50mm

    Frao

    > 50mm Tremonha de

    alimentao

    Tromel

    (50mm)

    Separador

    Frrico

    Sistema de

    alimentao

    Triturador

    de facas

    Identificao e

    pesagem dos

    caminhes

    Galpo de

    recebimento

    Cabine

    triagem de

    grandes

    volumes

    Cabine

    triagem

    reciclveis

    Galpo de

    armazenamento

    temporrio

    Resduo

    planta Pesagem

    Disposio

    final

    Tremonha de

    alimentao

    Cabine

    triagem

    reciclveis

    Correia

    reversvel

    Pesagem

    Galpo de

    armazenamento

    temporrio

    Prensa

    reciclveis

    Comercializao

    Pesagem

    Prensa

    reciclveis

    Comercializao Pesagem

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    7.1 Descrio da linha de pr-tratamento Resduo

    7.1.1 - Recebimento do material

    Na chegada planta, o caminho identificado e se dirige a uma balana para pesagem e posterior descarga no galpo de recebimento. Tendo em vista ao elevado custo da balana de pesagem de caminhes pode-se optar pela eliminao da mesma uma vez que haver uma balana no sistema de pr-tratamento. Aps a pesagem dos caminhes, toda manipulao dos resduos ser realizada em local fechado a fim de se evitar o aparecimento de aves e vetores de doenas, bem como minimizar os problemas com odores. Uma vez pesado e armazenado, o resduo ser coletado com o auxlio de uma p carregadeira e encaminhado tremonha de alimentao. O RSU in natura ser destinado linha de pr-tratamento, transportado pela correia primria. A rea de armazenamento do resduo localiza-se prximo tremonha de alimentao da linha de pr-tratamento devendo possuir um solo impermeabilizado e uma inclinao mnima de 3% para coleta de lixiviados. Todo o lixiviado ser drenado e destinado ao sistema de alimentao do digestor secundrio. Considerando a densidade do lixo bruto igual a 0,5 t/m3, uma altura mxima de empilhamento dos resduos de 2m de altura e um ptio de recebimento com capacidade de armazenamento para 4 dias, ser necessria a construo de um galpo com uma rea de 100m2 para armazenamento do lixo e uma rea adicional de 100m2 para manobra dos caminhes. Para a entrada do caminho na nave de pr-tratamento haver uma porta exclusa de abertura e fechamento automticos, via de sensores de presena de forma que a porta permanea o mnimo tempo aberta. A alimentao da linha de pr-tratamento ser realizada com o auxilio de uma p-carregadeira que despejar o lixo na tremonha de alimentao. A borda da tremonha localizada a montante da correia primria funcionar como um regulador de vazo para o resduo entrante linha de pr-tratamento. A correia primria transportar o material entrante at a correia da cabine de triagem de grandes volumes. O transporte do material na linha de pr-tratamento ser realizado por esteiras que conduziro o lixo pelas unidades de triagem. O ptio de armazenamento dever ser coberto, com piso inclinado e impermeabilizado de forma a permitir a drenagem do lixiviado.

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    7.2 Tremonha de Alimentao

    Este equipamento tem como funo o correto direcionamento do resduo linha de pr-tratamento. uma estrutura construda em ao-carbono, com pintura resistente a cidos orgnicos e dispositivo regulador da quantidade de resduos entrantes na linha. Possui a forma de um funil, tendo a boca de alimentao um comprimento cerca 20% superior a largura da p-carregadeira utilizada para alimentao da linha e uma largura de 100cm. As dimenses da boca de sada sero de 65cm de largura por 100cm de comprimento. A altura da tremonha ser de 200cm. A regulao da vazo de alimentao se d atravs da variao na altura da chapa de liberao do material (sistema tipo guilhotina), ou seja, quanto maior a altura entre a chapa e a correia, maior ser a quantidade de resduos entrantes na linha.

    7.3 - Cabine de Triagem de Grandes Volumes

    Esta cabine ter capacidade para 2 triadores tendo seu piso elevado a 3,5m do solo para que os materiais triados sejam lanados ao fosso de armazenamento temporrio localizados abaixo da cabine. Neste fosso os materiais lanados sero manejados com auxlio de um carro de mo basculante. A cabine ter uma largura de 5m e um comprimento de 7m. Deve possuir telhas transparentes e janelas com vidro para aproveitamento da luz natural. Para renovao do ar ambiente ser instalada uma tubulao para aspirao do ar e direcionamento a um o sistema. O material triado ser lanado ao fosso de armazenamento temporrio, atravs de fundos falsos localizados ao lado dos triadores. Ser construdo um fundo falso em cada lado da linha, com dimenses de 70cm (largura) x 90cm (comprimento) x 100cm (altura). Uma tremonha de direcionamento do material ser instalada em cada um dos fundos falsos para auxiliar no direcionamento do material ao fosso.

    7.4 - Tromel

    Este equipamento tem por finalidade a segregao do resduo em duas fraes, uma de maior dimetro com elevada concentrao de reciclveis e a de menor dimetro com elevado teor de matria orgnica. composto por uma estrutura cilndrica, rgida e construda em ao carbono. Este cilindro possui uma malha perfurada com orifcios circulares de dimetro de 50mm. Ser dotado de estruturas para rompimento das sacolas, permitindo a segregao do material.

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    Este conjunto ser instalado sobre um mecanismo para rotao em torno do seu prprio eixo, com rotao varivel entre 18 a 60 RPM. O mecanismo de rotao composto por um conjunto de pneumticos localizados nas laterais na parte central inferior ao longo de toda sua extenso. A determinao da quantidade de pneumticos necessrios para a sustentao do tromel ser em funo do peso total de estrutura, somado ao peso dos resduos em movimentao ao longo do tromel dividido pela capacidade de suporte de cada pneumtico. De forma a auxiliar o fluxo do material, o tromel possuir uma inclinao de 3%. Ter um dimetro de 170cm e 600cm de comprimento. Para o rompimento das sacolas sero utilizadas estruturas em chapa de ferro, pontiagudas, instaladas em toda a extenso do tromel. O resduo ser dividido entre o passante do tromel (> 50mm) e a cada do tromel (< 50mm). Na parte inferior do cilindro de rotao ser instalada uma tremonha para o direcionamento deste material a uma correia transportadora. De forma a viabilizar a segregao da cada do tromel, o mesmo dever possuir uma caixa externa de forma a direcionar o material < 50mm a uma esteira para seguimento da linha.

    7.5 - Cabine de Triagem de Reciclveis

    Esta cabine ter capacidade para 20 triadores, divididos em duas linhas (passante e cada do tromel). A cabine dever estar em uma cota de, no mnimo, 2,5m do solo para que os materiais triados sejam lanados aos fossos de armazenamento temporrio, localizados abaixo da cabine. Neste fosso os materiais lanados sero manejados com auxlio de um carro de mo basculante. A quantidade de espaos disponveis em cada linha de segregao superior ao nmero de triadores (5 em cada linha). Esta configurao permitir o remanejamento dos triadores ao longo em funo do regime de operao. A cabine ter uma largura de 7m e um comprimento de 13m. Deve possuir telhas transparentes e janelas com vidro para aproveitamento da luz natural. Para renovao do ar ambiente, ser instalada uma tubulao para aspirao do ar e direcionamento a um o sistema desodorizao. O material triado ser lanado aos fossos de armazenamento temporrio, atravs de fundos falsos localizados ao lado dos triadores. Ser um fundo falso em cada lado da

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    linha, com dimenses de 70cm (largura) x 90cm (comprimento) x 100cm (altura). Uma tremonha de direcionamento do material ser instalada em cada um dos fundos falsos para auxiliar no direcionamento do mesmo ao fosso. Os fossos de armazenamento sero separados entre si por alvenaria, com muretas de aproximadamente 150cm de altura, de forma a evitar a mistura entre os materiais triados.

    7.6 - Prensa de Reciclveis

    Atualmente, as linhas de pr-tratamento em operao na Europa, utilizam de prensas enfardadeiras de alimentao contnua, acarretando em elevados custos de aquisio e manuteno. De forma a minimizar esses custos, optou-se pela utilizao de um prensa similar hoje utilizada nas unidades de triagem e compostagem no Estado de Minas Gerais. Ser utilizada uma prensa enfardadeira, hidrulica com cilindro vertical com dimetro de 5 e uma caixa de prensagem capaz de enfardar aproximadamente 400kg de papelo e 150kg de PET. Dever ter capacidade de prensagem de 1000kg/h, motor de 10HP e uma potncia nominal de 25ton. Esta prensa ser utilizada na prensagem do material recuperado no processo de pr-tratamento.

    7.7 - Separador Frrico

    Ser utilizado um separador eletromagntico, do tipo overband, para extrao e recuperao de materiais ferrosos da linha de pr-tratamento. O funcionamento deste equipamento consiste em uma correia dotada de um potente eletrom que atrai o material frrico passante na linha e direciona-o a um local especfico para segregao. Este separador ser instalado sobre a correia posterior da cabine de triagem de reciclveis. A localizao do separador busca otimizar a remoo de ferrosos, tendo em vista que nesta etapa do processo de pr-tratamento grande parte dos imprprios e reciclveis j foram removidos. O equipamento ter uma potncia de 3kW, de operao contnua e uma intensidade de induo magntica na superfcie do tambor de 70mT.

    7.8 - Triturador da FORM

    Ser utilizado um triturador rotativo de facas, composto por uma caixa de engrenagens com dois eixos de rotao invertida de baixa velocidade e elevado torque. Deve possuir dois eixos paralelos convergentes que sustentam duas sries de

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    disco moedores em ao laminado reforado. Estes discos devero ser resistentes ao ataque de cidos e possuir dureza superior a 320HB (Hardness Brinell ou Dureza Brinell). Este triturador deve possuir um sistema alternncia da distncia entre os eixos, de forma a propiciar uma cominuio do material em diferentes dimetros para introduo no reator. Dever ser utilizado um motor de 15kW, provido de um motoredutor conectado por junta hidrulica. Na parte superior do triturador dever ser instalada uma tremonha de alimentao para a cada do material a ser triturado. Devido grade heterogenidade do RSU, bem como a presena de imprprios passantes, este equipamento dever possuir um plano de manuteno preventiva muito bem definido, bem como um estoque de peas para reposio.

    7.9 - Correias transportadoras

    Para o transporte do material na linha de pr-tratamento sero utilizadas correias transportadoras suportadas sobre roletes montadas em estrutura metlica. As lonas devem possuir espessura mnima de 3mm e largura de 1000mm. As esteiras devero ser lisas, em PVC, resistentes a abraso e a cidos orgnicos. Para o tracionamento e movimentao das esteiras sero utilizados motores eltricos trifsicos conectados a moto-redutores de eixo vazado acoplados a roletes de trao localizados em uma das extremidades da esteira. A potncia dos motores varia de acordo com comprimento, inclinao e a carga aplicada. Os roletes devero ser fabricados em material termoplstico, dispostos a cada 500mm da extenso da correia, tero formato em V de forma a evitar a cada do material ao longo do percurso. Devem ser resistentes a corroso e possuir um sistema para amortecimento das vibraes da correia. A velocidade de trabalho dever ser ajustada in-loco em funo da quantidade de resduo passante, sendo a velocidade inversamente proporcional ao volume de resduo a ser triado, variando em torno de 0,2m/s.

    7.9.1 - Correia de alimentao

    Esta correia transportar o resduo entre a tremonha de alimentao e a correia da cabine de triagem de grandes volumes. Possuir um comprimento de aproximadamente 8m.

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    Atualmente so utilizadas nesta etapa correias corrugadas com uma inclinao de 40 tendo custos notadamente superiores s correias planas. Para a utilizao de correias planas, esta correia dever estar inclinada a no mximo 30 do solo, evitando assim o escorregamento do material em ascenso. Para movimentao desta correia ser utilizado um motor de 4HP.

    7.9.2 - Correia cabine de triagem de grandes volumes - entrada tromel

    Transportar o material da cada da correia de alimentao atravs da cabine de triagem de grandes volumes at descargar o material na entrada do tromel. Possuir um comprimento de 9m. A correia deve transpassar a entrada do tromel em aproximadamente 50 cm. Para movimentao desta correia ser utilizado um motor de 4HP.

    7.9.3 Conjunto correias passante tromel cabine triagem de reciclveis

    Este conjunto de correias transportar o material da cada do tromel atravs da cabine de triagem de reciclveis. O material, aps passagem por esta cabine ser lanado no carro de mo basculante para retorno linha de pr-tratamento ou encaminhamento para destinao final. Devido ao grande comprimento deste trecho, aproximadamente 18m, optou-se pela utilizao de duas correias em seqncia para o transporte do material afim de se obter uma reduo no custo de substituio de correias. Sero utilizadas duas correias de 9m cada. Para o correto direcionamento do material na entrada e sada deste sistema, dever ser instalada uma tremonha na sada do tromel. Para movimentao deste conjunto de correias sero utilizados dois motores de 5HP.

    7.9.4 Conjunto correias cada do tromel - cabine triagem de reciclveis

    Este conjunto de correias transportar o material proveniente da cada do tromel atravs da cabine de triagem de reciclveis at a correia do separador frrico. Devido ao comprimento deste trecho, necessidade de desvio e elevao do material, este conjunto ser composto por 4 correias em seqncia (correia primria, de ascenso, triagem 01 e triagem 02). A correia primria estar localizada abaixo do tromel de forma a receber o material proveniente da cada do tromel. Possuir uma extenso de 7m, direcionado este

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    material correia de ascenso. Ao longo da extenso do tromel dever ser instalada uma tremonha para o correto direcionamento do material correia. A correia de ascenso possuir 5m de comprimento e transportar o material da correia primria ao incio correia para triagem do material proveniente da cada do tromo. Devido pequena diferena de cota esta correia possuir uma leve inclinao. Para a passagem do material ao longo da cabine de triagem de reciclveis sero utilizadas duas correias em seqncia, sendo a primeira com 6m de extenso e a segunda com 7m. A segunda correia destinar o material correia do separador frrico. Para movimentao, as correias primria, de ascenso, triagem 01 e triagem 02 sero utilizados motores de 4HP, 3HP, 4HP e 3HP, respectivamente.

    7.9.5 Correia do separador frrico

    A correia do separador frrico receber o material proveniente da correia 02 de triagem da cada do tromel, destinando este material correia reversvel. O separador frrico estar situado a aproximadamente 60cm da superfcie desta correia de forma a possibilitar a remoo do material ferroso passante. Esta correia possuir uma extenso de 5m e ser movimentada por um motor de 3HP.

    7.9.6 Correia reversvel triturador - ptio de armazenamento temporrio

    do material < 50mm

    Essa correia receber o material proveniente da correia do separador frrico direcionando-o ao triturador ou ao ptio de armazenamento de FORM. Para isto dever ser instalado um reversor de freqncia no motor de movimentao desta correia. A fim de se evitar paradas no sistema de pr-tratamento, esta correia funciona como um mecanismo de segurana no caso de obstruo ou falhas no sistema de alimentao do digestor. Desta forma, uma vez que seja necessria a parada do sistema de alimentao do reator a correia inverter o sentido de transporte do material direcionando-o ao ptio de armazenamento de FORM. Esta correia possuir 3m de comprimento e necessitar de uma potncia de 2HP para o conjunto motor-reversor de frequncia. De forma a monitorar a quantidade de resduo alimentado no digestor ser instalada uma balana integradora para medio em continuo do material passante na correia.

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    A balana integradora um instrumento de pesagem dinmico, projetada para pesagem de materiais granel em transportadores de correia velocidades elevadas. Estas balanas consistem em trs elementos bsicos: ponte de pesagem com clulas de carga, gerador de pulsos e equipamento de controle. Os sinais da clula de carga indicam o peso do material passante e os sinais do gerador de pulsos indicam a velocidade de deslocamento da correia transportadora. Com estes dados o sistema de controle relaciona o fluxo do material passante em relao ao tempo indicando a quantidade de material transportado.

    7.10 Ptio de armazenamento temporrio do material > 50mm.

    Este ptio receber o material > 50mm (passante do tromel) aps triagem na linha de pr-tratamento. Ter capacidade de armazenamento igual produo diria desta linha, devendo possuir uma rea de 50m2, considerando uma altura da pilha de 1,2m. Para o retorno deste resduo linha de pr-tratamento, dever ser posicionado um carro de mo basculante na cada da correia de triagem do material >50mm. Este carro ser responsvel por coletar este material e reintroduz-lo na tremonha de alimentao da linha de pr-tratamento. Para este transporte sero utilizados 3 carros de mo basculantes. O carro de mo basculante similar a uma empilhadeira pantogrfica onde ser acoplada uma caamba para transporte do material com capacidade de transporte de at 500kg e 2,5m3. O ptio de armazenamento temporrio estar localizado em rea coberta, com piso inclinado e impermeabilizado de forma a permitir a drenagem do lixiviado que ser encaminhado a uma caixa de conteno para posterior introduo no digestor secundrio.

    7.11 Ptio de armazenamento temporrio do material < 50mm.

    Este ptio receber o material < 50mm (caida do tromel) aps triagem na linha de pr-tratamento, em paradas do sistema de alimentao do digestor. Ter capacidade de armazenamento igual produo diria desta linha, devendo possuir uma rea de 20m2, considerando uma altura da pilha de 0,6m. Como no recomendvel o armazenamento deste resduo por perodos superiores a um dia, devido ao elevado grau de putrefao deste material, o mesmo dever ser encaminhado o mais rapidamente ao ptio de compostagem. Para isso dever ser posicionado na cada desta correia um carro de mo basculante, similar ao descrito no item 7.10.

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    Este ptio de armazenamento temporrio estar localizado em rea coberta, com piso inclinado e impermeabilizado de forma a permitir a drenagem do lixiviado que ser encaminhado a uma caixa de conteno para posterior introduo no digestor secundrio. Cabe salientar que a rea do ptio de compostagem dever permitir um tratamento adicional da produo 45 dias de FORM da linha de pr-tratamento caso ocorra paradas de planta para manuteno da unidade.

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    8 UNIDADE DE METANIZAO A unidade de metanizao ser constituda por dois digestores, digestor principal e digestor secundrio. A seguir so descritos cada um deles.

    8.1 Digestor Principal

    8.1.1 Sistema de Alimentao

    O digestor ser alimentado com FORM triturada e lodo re-circulado. O sistema de alimentao ser composto por um triturador acoplado a um parafuso de introduo. A alimentao da FORM no reator ocorrer de forma manual. O lodo extrado do reator ser impulsionado atravs de uma tubulao com auxlio da bomba do sistema de extrao. Tendo em vista que a planta piloto foi projeta para tratar 1,067t/d de FORM e que a alimentao do digestor ser realizada em 5 dias semanais (de segunda a sexta-feira) este sistema dever ser capaz de introduzir 1,5t/d de FORM. De forma a homogeneizar a FORM com o lodo re-circulado, abaixo do triturador haver uma tremonha onde ocorrer este processo. Ser utilizado um triturador rotativo de facas, similar ao descrito no item 7.8, composto por uma caixa de engrenagens com dois eixos de rotao invertida de baixa velocidade e elevado torque. Deve possuir dois eixos paralelos convergentes que sustentam duas sries de disco moedores em ao laminado reforado. Estes discos devero ser resistentes ao ataque de cidos e possuir dureza superior a 320HB Este triturador deve possuir um sistema alternncia da distncia entre os eixos, de forma a propiciar uma cominuio do material em diferentes dimetros para introduo no reator. O sistema de alimentao ser constitudo por um sistema de impulso tipo rosca helicoidal-sem-fim encapsulada e inclinada. Este sistema transportar o material parte superior do digestor, introduzindo-o na seco inicial do reator entre 1 e 3 bar de presso. O mecanismo de elevao destinar o material entrante a uma tubulao perpendicular base do digestor e, devido presso exercida pelo parafuso, o material ser submergido abaixo do nvel de lodo de forma a impedir o contato do interior do digestor com o oxignio externo. Esse sistema dever ser construdo em ao inoxidvel. O triturador ter uma potncia de 10kW e o parafuso de introduo de 4kW.

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    A parte exterior da tubulao do parafuso de alimentao e a tremonha de mescla sero aquecidas por um sistema de serpentina que circular gua aquecida em gua aquecida em painis solares em um circuito fechado. Como mecanismo complementar ser instalado um sistema eltrico (resistncias) de aquecimento de gua para utilizao em horrios de pouca/falta de insolao. A tubulao do sistema de serpentina dever ser em cobre, revestida por material termicamente isolante. Este sistema permitir a alimentao do material em temperaturas de operao na faixa mesoflica (37 C) ou termoflica (55 C). Devero ser instalados um sensor de temperatura e um sensor de presso na seco final da tubulao de introduo para monitoramento das condies de trabalho do material entrante. Deve ser estudada a possibilidade de aquecimento da gua via queima direta do biogs no projeto bsico. Tendo em vista que a unidade piloto ser instalada em uma usina de triagem e compostagem em operao no Estado de Minas Gerais, o material para introduo no triturador ser parte da FORM oriunda do processo de triagem da usina, no necessitando de nenhum tratamento adicional. Cabe salientar que o reator no deve ser alimentado com resduos provenientes de poda e/ou varrio.

    8.1.2 Digestor principal

    O conceito do digestor apresentado tem como objetivo a construo de um modelo simples, robusto, de alta atividade metanognica, baixo custo de implantao/manuteno, objetivando o tratamento da frao orgnica dos resduos municipais (FORM) via metanizao seca. O digestor foi concebido em forma de um reator horizontal tipo caixa de sapato (2m largura, 3,5m altura e 7,35m comprimento), onde os resduos atravessam sua longitude respeitando o princpio do fluxo seqencial. O material entrante pressiona o material j presente em um volume igual ao seu at a sada do digestor. Deste modo, teoricamente, cada partcula de resduo dentro do digestor se beneficia do mesmo tempo de residncia. Para o dimensionamento do reator foram considerados os seguintes parmetros:

    Parmetros de Projeto

    Tempo de Reteno Hidrulico 25 dias

    Taxa de alimentao de FORM 1,067 t/d

    Densidade aparente do material de entrada 0,8 t/m3

    Temperatura de operao 37C + 2

    Volume til do reator 2/3 do total

    Tabela 8 Parmetros de projeto para dimensionamento do reator

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    A quantidade diria de material alimentado e extrado regular o nvel de lodo no interior do digestor, definindo o tempo de reteno hidrulica e a taxa de degradao da matria orgnica. Operando com um tempo de reteno hidrulico de 25 dias espera-se obter uma concentrao de slidos totais no lodo digerido da ordem de 20 a 24%. Considerando um teor de slidos totais na FORM entrante de 30 a 35% e uma mistura com o lodo digerido da ordem de 50%, o material alimentado no digestor possuir um teor de slidos de 25 a 29,5%. Devido s caractersticas do material em digesto e dos subprodutos deste processo, o digestor dever ser construdo em concreto armado resistente a sulfatos, atendendo as especificaes tcnicas da norma NBR/ABNT 5737:1992. O digestor possuir uma inclinao longitudinal de 3% visando facilitar o fluxo do material em digesto at a sada do mesmo. Este valor foi adotado baseando-se na inclinao usualmente utilizada em unidades industriais de metanizao que operam com modelos de digestores similares. A agitao do material em digesto ser realizada mediante a recirculao do lodo e pela injeo de biogs comprimido na parte inferior ou nas paredes laterais do digestor. O lodo ser recirculado utilizando-se do sistema de extrao reator. Este material poder ser introduzido juntamente com a FORM, bem como diretamente ao digestor. Cabe destacar que por se tratar de um projeto experimental o digestor dever ser construdo de forma a permitir a realizao de testes de agitao via injeo de biogs nas laterais e na base do reator, a fim de se estudar a melhor configurao para o sistema de agitao proposto. Para a agitao por biogs comprimido, parte do gs gerado no processo de digesto ser direcionado a um sistema de compresso hidrulica, composto por um cilindro de armazenamento e pressurizao do biogs e um sistema de armazenamento e bombeamento de gua. A gua bombeada ao cilindro de armazenamento do biogs pressurizando-o at atingir uma presso de 4 bar. Uma vez comprimido, o biogs ser liberado atravs de um mecanismo de abertura de vlvulas e injetado pelos bicos injetores localizados na parte inferior ou ao lado do reator. Este conjunto deve ser projetado de forma que o tempo pressurizao do cilindro seja igual ou inferior a quinze minutos. A capacidade de armazenamento do cilindro de biogs dever ser calculada de forma a permitir que o fluxo do biogs nos bicos injetores promova um decaimento de 0,5bar a cada segundo, em cada uma das sees.

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    Para injeo do biogs sero utilizados 6 sees de bicos injetores em ao de inoxidvel acoplados a mangueiras de borracha flexvel capazes de conduzir biogs comprimido a 8bar de presso e a uma temperatura de 60C. A conexo entre os bicos injetores e os bocais dever ser do tipo engate rpido pneumtico em ao inoxidvel. Entre os bocais de conexo e o biodigestor devero ser instaladas vlvulas de gaveta que serviro para isolamento dos canais de injeo. Isto se faz necessrio nos trabalhos de manuteno peridica bem como no rearranjo do fluxo de gs. O ngulo de instalao dos bicos injetores dever propiciar um arraste do material no sentido da sada do digestor. O sistema agitao ser subdividido em seis setores de forma a possibilitar o jateamento do gs comprimido em diferentes seces do reator, promovendo um revolvimento do material em diversos pontos, o arraste do material, bem como o desprendimento do biogs das camadas inferiores e o revolvimento das capas superiores do lodo em digesto. Tendo em vista o sistema de agitao instalado nas paredes do digestor, o fundo do reator dever ser composto por dois canais paralelos, em formato de meia-cana, a fim de propiciar a formao de um fluxo do biogs similar a um vortex, buscando otimizar o arraste do material seco de sada. Para a captao do biogs, devero ser instalados dois pontos de coleta, em tubulao em ao inoxidvel de 15cm de dimetro. Este dimetro se faz necessrio para impedir a acumulao de biogs no interior do reator e permitir com que o mesmo opere em presses prximas a atimosfrica. Uma vlvula manual do tipo borboleta dever ser instalada em cada uma dessas tubulaes. A tubulao de captao direcionar o biogs ou ao sistema de compresso ou a um queimador com ignitor automtico do tipo open-flare. Tendo em vista que a produo de biogs esperada da ordem de 6,5m3/h, sugere-se que este queimador possua uma capacidade mnima de 10 m3/h. Para o controle do processo de digesto anaerbia devero ser instalados no reator dois sensores de presso, um de temperatura, dois de nvel do material em digesto. Esses sensores, bem como as eletrovlvulas devero estar conectados a um sistema de automao, de forma a permitir ao operador atuar desde a sala de controle, bem como gerar grficos e histricos para um melhor monitoramento do sistema. Como sistema de segurana, devero ser instalados duas vlvulas de respiro e dois discos de ruptura para despressurizao do digestor em caso de presses superiores a 3 bar. O disco de ruptura funciona como equipamento adicional de segurana e dever se romper caso o digestor chegue a uma presso interna de 3,5bar. Estes valores foram definidos com base em dados operacionais de outras unidades de metanizao.

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    Todas as vlvulas, bombas, bem como sistema de instrumentao da rea do digestor devero possuir sistema de proteo anti-fasca. Para diminuir a perda de calor para a atmosfera o digestor dever ser isolado termicamente com a instalao de uma camada de l de vidro recoberta por uma chapa de alumnio ao longo de todas as paredes.

    8.1.3 Sistema de Extrao

    O sistema de extrao ser composto por uma bomba de suco (bomba de vcuo de simples estgio) e uma bomba de impulso acopladas a uma cmara de vcuo. A bomba de suco exercer uma presso negativa no interior da cmara de vcuo (700mbar + 300) que, com o auxlio de um sistema de abertura e fechamento de vlvulas pneumticas, o material ser extrado em bateladas seqenciais. A bomba de impulso dever ser do tipo pallheta indicada para o bombeamento de lodos e slidos. Direcionar o material da cmara de vcuo ao sistema de desidratao e/ou recirculao. A extrao do material ser realizada atravs de trs tubulaes de sada, em ao carbono, dimetro interno de 35mm e parede mnima de 2mm. Como sistema auxiliar de extrao, sero instalados 10 pontos de purga nas laterais do digestor ao longo