Sistema Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricosfeam.br/images/stories/fean/relatorio 1 estado...
If you can't read please download the document
Transcript of Sistema Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricosfeam.br/images/stories/fean/relatorio 1 estado...
-
Sistema Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hdricos
Fundao Estadual do Meio Ambiente
Engebio Engenharia S/S Ltda
Estudo do estado da arte e anlise de viabilidade
tcnica, econmica e ambiental da implantao de uma
usina de tratamento trmico de resduos slidos
urbanos com gerao de energia eltrica no estado de
Minas Gerais
RELATRIO 1 Estado da arte do tratamento trmico de resduos
slidos urbanos com gerao de energia eltrica
2a edio- 2010
-
SSiisstteemmaa EEssttaadduuaall ddee MMeeiioo AAmmbbiieennttee ee RReeccuurrssooss HHddrriiccooss SSeeccrreettaarriiaa ddee EEssttaaddoo ddee MMeeiioo AAmmbbiieennttee ee DDeesseennvvoollvviimmeennttoo SSuusstteennttvveell
FFuunnddaaoo EEssttaadduuaall ddoo MMeeiioo AAmmbbiieennttee DDiirreettoorriiaa ddee PPeessqquuiissaa ee DDeesseennvvoollvviimmeennttoo
GGeerrnncciiaa ddee DDeesseennvvoollvviimmeennttoo ee AAppooiioo TTccnniiccoo ss AAttiivviiddaaddeess ddee IInnffrraaeessttrruuttuurraa
Estudo do estado da arte e anlise de viabilidade
tcnica, econmica e ambiental da implantao de
uma usina de tratamento trmico de resduos
slidos urbanos com gerao de energia eltrica no
estado de Minas Gerais
RELATRIO 1:
Estado da arte do tratamento trmico de resduos slidos urbanos com gerao de energia eltrica
2a edio
FEAM DPED GEDIF RT 001/2010
Belo Horizonte
2010
-
2009 Fundao Estadual do Meio Ambiente 1 edio
2010 Fundao Estadual do Meio Ambiente 2 edio. rev. atual.
Governo do Estado de Minas Gerais Acio Neves Cunha Governador Sistema Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hdricos Sisema Secretaria do Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentvel - Semad Jos Carlos Carvalho Secretrio Fundao Estadual do Meio Ambiente FEAM Jos Cludio Junqueira Ribeiro Presidente Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento Paulo Eduardo Fernandes de Almeida Diretor Gerncia de Desenvolvimento e Apoio Tcnico s Atividades de Infraestrutura Ana Lcia Bahia Lopes Gerente
Equipe Tcnica: FEAM Ana Lcia Bahia Lopes, Eng. Civil, Esp.. Ablio Csar Soares de Azevedo, Eng. Civil, Esp. Consuelo Ribeiro de Oliveira, Eng. Qumica, Esp. Laura Maria Jacques Leroy, Eng Qumica, M.Sc. -Colaboradora Elaborao: Engebio Engenharia S/S Ltda Responsvel Tcnico Mario Saffer, Eng. Qumico, D. Sc. Equipe Tcnica: Engebio Mario Saffer, Eng. Qumico, D. Sc. Adalberto Kilpinski, Economista Jos Carlos Carvalho da Cunha, Eng. Qumico Guilherme Augusto Arajo Duarte, Eng. Qumico Eduardo Bayon Britz, Tc. Meio Ambiente
Rodovia Prefeito Amrico Gianetti, s/n, Serra Verde - Belo Horizonte/MG
CEP: 31.630-900 (31) 39151440 www.meioambiente.mg.gov.br
Relatrio 1: Estado da arte do tratamento trmico de resduos slidos urbanos com gerao de energia eltrica / Engebio; Fundao Estadual do Meio Ambiente. --- Belo Horizonte: Fundao Estadual do Meio Ambiente.
Do 294 -p. : Il
Projeto Estudo do estado da arte e anlise de viabilidade tcnica, econmica e ambiental da implantao de uma usina de tratamento trmico de resduos slidos urbanos com gerao de energia eltrica no estado de Minas Gerais
1. Resduo slido urbano 2.Tratamento Trmico 3.Energia Eltrica I. Engebio II. Fundao Estadual do Meio Ambiente CDU: 628.477.8 (815.1)
-
RESUMO
A Fundao Estadual do Meio Ambiente FEAM, do estado de Minas Gerais,
com base na Lei Delegada n. 156, de 25 de janeiro de 2007, regulamentada pelo
Decreto 44819/2008 teve sua atribuio executiva no licenciamento ambiental
transferida para unidades descentralizadas do Sistema Estadual do Meio Ambiente e
Recursos Hdricos SISEMA, passando a atuar com nfase nas estratgias de
busca de melhoria de qualidade ambiental e sustentabilidade do Estado, no mbito
da Agenda Marrom. Nesse contexto a FEAM busca contratar servios tcnicos
especializados para apoiar o desenvolvimento de novos temas com foco na
formulao de diretivas e normativas legais para fortalecimento da poltica ambiental
do Estado.
Desenvolve-se no estado de Minas Gerais o Programa "Minas sem Lixes",
implantado em 2003 pela Fundao Estadual de Meio Ambiente, como uma das
aes do Projeto Estruturador "Resduos Slidos" do Estado e vem apresentando
resultados expressivos desde sua criao, colocando Minas Gerais acima da mdia
nacional na disposio adequada de resduos slidos urbanos.
O Projeto "Resduo Energia", em desenvolvimento pela FEAM, realizado
tambm no mbito do Projeto Estruturador Resduos Slidos e pretende colaborar
para a soluo dos problemas gerados pelos resduos slidos em Minas Gerais.
Assim, j foram iniciadas as pesquisas para subsidiar polticas de incentivo
construo de usinas trmicas a lixo, co-processamento de resduos em fornos de
cimento e aproveitamento do gs metano em aterros sanitrios, alm de solues
regionais e de incluso social, priorizando as associaes de catadores para o
processo prvio de triagem e reciclagem. Dentro deste programa existem trs
estudos em andamento:
captao de gs de aterro;
biodigesto anaerbia com obteno de gs para gerao de energia
eltrica;
-
implantao de Usina de tratamento trmico de resduos slidos urbanos
por combusto para fins de gerao de energia eltrica.
Para avaliar a alternativa de destinao final dos resduos para destruio
trmica em uma usina de tratamento trmico de resduos slidos urbanos por
combusto para fins de gerao de energia eltrica, a FEAM contratou servios de
consultoria especializada para desenvolver um Estudo do estado da arte e anlise
de viabilidade tcnica, econmica e ambiental da implantao de uma usina de
tratamento trmico de resduos slidos urbanos com gerao de energia eltrica em
um municpio ou conjunto de municpios no estado de Minas Gerais. Esse Estudo
foi dividido em trs etapas:
Relatrio 1 - Estado da arte do tratamento trmico de resduos slidos
urbanos com gerao de energia eltrica;
Relatrio 2 - Avaliao tcnica, econmica e ambiental da implantao
de uma usina de tratamento trmico de resduos slidos urbanos em
Minas Gerais;
Relatrio 3 - Estudo prospectivo das alternativas governamentais,
nacionais e internacionais, voltadas ao financiamento de plantas de
gerao de energia eltrica a partir de resduos slidos urbanos.
Existem paradigmas a serem vencidos. A combusto de RSU vista por
muitos como nociva sade humana e prejudicial ao meio ambiente porm, devido
ao nvel de desenvolvimento tecnolgico eficientes sistemas de controle de
emisso de gases, somados vigncia de legislaes com parmetros rgidos - hoje
essa tcnica considerada uma alternativa ambientalmente segura e
economicamente vivel para o tratamento de resduos urbanos.
O presente relatrio Relatrio 1 - Estado da arte do tratamento trmico de
resduos slidos urbanos com gerao de energia eltrica faz uma avaliao
global de processos trmicos de tratamento de resduos slidos urbanos, definindo
as melhores tecnologias a serem avaliadas e apresenta os critrios e os resultados
da seleo da rea e do conjunto de municpios que sero objeto do estudo de
viabilidade tcnica e econmica.
-
Nesse Relatrio foram avaliados os mtodos alternativos de disposio de
resduos com recuperao de energia. O tratamento trmico com queima direta dos
resduos, tal como so gerados (mass burn) foi a alternativa tecnolgica
selecionada.
Foram analisadas as emisses gasosas devido ao processo de combusto.
Essas emisses so constitudas por substncias em concentraes muito acima
das permitidas pela legislao, por este motivo essas plantas requerem um
tratamento fsico-qumico avanado para neutralizar os poluentes gerados.
O estudo dos sistemas de controle de emisses atmosfricas foi desenvolvido
com base nos padres de qualidade do ar dados pela Resoluo CONAMA n 3, de
28 de junho de 1990, e pela Deliberao Normativa COPAM n 11, de 16 de
dezembro de 1986, do estado de Minas Gerais. Tanto esta Normativa, como a
CONAMA n 382, definem padres de emisso especficos para algumas fontes de
poluio, porm no definem padres especficos para o tratamento trmico de
resduos. A Resoluo CONAMA n 316, de 29 de outubro de 2002, dispe sobre
procedimentos e critrios para o funcionamento de sistemas de tratamento trmico
de resduos, incluindo os resduos de origem urbana.
Em uma segunda etapa, foram selecionadas as tecnologia de combusto de
resduos slidos urbanos consagradas no mercado internacional:
- CNIM;
- Von Roll Inova;
- Martin;
- Processo SYNCOM;
- Energy Products of Idaho;
- Foster Wheeler.
Mesmo no sendo uma tecnologia consolidada, e por se tratar de tecnologia
nacional, foi tambm analisada a tecnologia USINAVERDE.
-
Esta etapa chegou concluso que entre os processos de queima com
recuperao de energia de resduos slidos urbanos tipo mass burn, a escolha da
alternativa tecnolgica vai depender do conjunto de informaes do cenrio final da
Usina, incluindo as caractersticas finais do resduo a ser tratado termicamente, seu
condicionamento na origem, a forma de coleta, o sistema de triagem, a classificao
e outras formas de tratamentos intermedirios, o porte da Usina e o seu nmero de
mdulos, assim como do uso final da energia a ser gerada e da eficincia e custo
global das instalaes.
Como etapa final deste relatrio foi efetuada a seleo da regio de Minas
Gerais que serviu como base para as prximas etapas do Estudo.
Para tal, em uma primeira etapa, baseando-se em critrios estabelecidos,
considerados meios sociais, fsicos e biticos, foram pr-selecionadas 4 (quatro)
regies para instalao da planta da Usina, centradas nas cidades de Montes
Claros, Ub, Trs Coraes e Governador Valadares.
Como concluso, utilizando-se critrios especficos, a melhor regio de
implantao da usina foi considerada a regio do Sul de Minas Gerais, entorno da
cidade de Trs Coraes.
Em sequncia ao estudo, foi feita consulta formal aos fornecedores
detentores de tecnologias de tratamento trmico de resduos slidos urbanos com
gerao de energia eltrica em andamento. O resultado dessa consulta
apresentado no Relatrio 2.
-
LISTA DE SIGLAS
APP rea de Preservao Permanente
CCREM Canadian Council of Resource and Environment Ministers
CDR Combustvel Derivado de Resduo
CEE Comunidade Econmica Europia
CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente
COPAM Conselho Estadual de Poltica Ambiental
(estado de Minas Gerais)
CPA Controle de Poluio do Ar
DA Digesto Anaerbia
ECP Equipamento de Controle de Poluio
EDR Energia Derivada dos Resduos
EIA Estudo de Impacto Ambiental
EUA Estados Unidos da Amrica
FEAM Fundao Estadual do Meio Ambiente
(estado de Minas Gerais)
FMC Fumaa
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica
ICMS Imposto sobre Circulao de Mercadorias e Servios
IDH ndice de Desenvolvimento Humano
IDT Ingesto Diria Tolervel
-
IVIG Instituto Virtual Internacional de Mudanas Globais
LF Leito Fluidizado
LO Licena de Operao
MAA Mdia Aritmtica Anual
MDL Mecanismo de Desenvolvimento Limpo
MGA Mdia Geomtrica Anual
MP Material Particulado
OMS Organizao Mundial da Sade
PCI Poder Calorfico Inferior
PCS Poder Calorfico Superior
PTS Partculas Totais em Suspenso
RIMA Relatrio de Impacto Ambiental
RSU Resduos Slidos Urbanos
SCPA Sistemas de Controle de Poluio do Ar
SCR Reduo Cataltica Seletiva
SISEMA Sistema Estadual do Meio Ambiente e Recursos Hdricos
(estado de Minas Gerais)
SMC Sistemas de Monitoramento Contnuo
SNCR Reduo Cataltica No Seletiva
US/EPA Agncia de Proteo Ambiental Americana
UTC Unidade de Triagem e Compostagem
WTE Waste to Energy
-
LISTA DE SMBOLOS
g Micrograma
Ca(OH)2 Cal hidratada
CaO Cal
Cd Cdmio
CO Monxido de Carbono
CO2 Dixido de Carbono
Cr Cromo
DENOX Denitrificao
h Hora
hab. Habitante
HC Hidrocarbonetos
HCl cido Clordrico
HF cido Fluordrico
Hg Mercrio
kcal Quilocaloria
kg Quilograma
V Volt
L Calor Latente de Vaporizao
m Metro
m Metro cbico
-
mg Miligrama
MJ Mega Joule
MP10 Partculas Inalveis
MW Mega Watt
MWh Mega Watt hora
N2 Nitrognio
NaHCO3 Bicarbonato de Sdio
ng Nanograma
NH4OH Amnia aquosa
Nm Normal metro cbico
NO2 Dixido de Nitrognio
NOX xidos de Nitrognio
O2 Oxignio
C Graus Celsius
PAH Hidrocarbonetos poliaromticos
Pb Chumbo
pg Picograma
SO2 Dixido de Enxofre
t Tonelada
tep Tonelada equivalente petrleo
TEQ Equivalncia Txica
-
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Planta do tratamento trmico ...................................................................................................9
Figura 2 - Fluxograma das operaes para a combusto em grelha ................................................... 11
Figura 3 - Resduo transformado em CDR ........................................................................................... 15
Figura 4 - Processo de obteno do CDR ............................................................................................ 15
Figura 5 - Fluxograma esquemtico de gaseificao ........................................................................... 19
Figura 6 - Processo Seco (Dry Process) ............................................................................................... 29
Figura 7 - Processo Semimido ............................................................................................................ 30
Figura 8 - Processo mido .................................................................................................................... 31
Figura 9 - Processo SCR Reduo Cataltica Seletiva ...................................................................... 33
Figura 10 - Processo SNCR Reduo Cataltica No Seletiva .......................................................... 33
Figura 11 - Fluxograma de processo USINAVERDE ............................................................................ 57
Figura 12 - Vista Geral da USINAVERDE ............................................................................................. 59
Figura 13 - Prdio de Pr-Tratamento .................................................................................................. 59
Figura 14 - rea de Recepo dos Resduos ....................................................................................... 60
Figura 15 - Esteira de Reciclveis......................................................................................................... 60
Figura 16 - Forno de Combusto .......................................................................................................... 61
Figura 17 - Caldeira de Recuperao ................................................................................................... 61
Figura 18 - Caldeira e Casa do Turbogerador ...................................................................................... 62
Figura 19 - Sistema de Lavagem de Gases .......................................................................................... 62
Figura 20 - Decantador e Torre de Refrigerao .................................................................................. 63
Figura 21 - rea Industrial ..................................................................................................................... 63
Figura 22 - Vista Geral da Usina LIPOR II ............................................................................................ 64
Figura 23 - Processo da Usina LIPOR II ............................................................................................... 65
Figura 24 - Processo da Usina LIPOR II ............................................................................................... 66
Figura 25 - Usina LIPOR II Portugal .................................................................................................. 68
Figura 26 - Usina LIPOR II - Portugal ................................................................................................... 68
Figura 27 - Centro de Triagem .............................................................................................................. 69
Figura 28 - Centro de Triagem .............................................................................................................. 69
Figura 29 - Plantas de Incinerao Von Roll Inova no mundo .............................................................. 70
Figura 30 - Processo Von Roll Inova .................................................................................................... 71
Figura 31 - Processo de queima em grelhas ........................................................................................ 72
Figura 32 - Processo de queima em forno rotativo ............................................................................... 72
Figura 33 - Processo de reduo de xidos de nitrognio ................................................................... 73
Figura 34 - Processo de tratamento de dioxinas e furanos .................................................................. 74
Figura 35 - Processo de tratamento para gases cidos e metais pesados .......................................... 74
Figura 36 - Processo de tratamento dos resduos de combusto ........................................................ 75
-
Figura 37 - Usina WTE Riverside Resource Recovery Ltd (RRRL) Londres (em construo) ......... 76
Figura 38 - Usina East Liverpool - USA ................................................................................................ 76
Figura 39 - Sistema de Processo Semisseco ....................................................................................... 77
Figura 40 - Sistema SNCR e SCR ........................................................................................................ 77
Figura 41 - Sistema de Processo Cataltico .......................................................................................... 78
Figura 42 - Tratamento final dos resduos de processo ....................................................................... 78
Figura 43 - Descarregamento dos resduos no fosso ........................................................................... 80
Figura 44 - Funil .................................................................................................................................... 80
Figura 45 - Sistema de alimentao ..................................................................................................... 81
Figura 46 - Grelha de Ao Reversa..................................................................................................... 82
Figura 47 - Grelha Horizontal ................................................................................................................ 82
Figura 48 - SITY2000 ............................................................................................................................ 83
Figura 49 - Movimento da Grelha Martin .............................................................................................. 83
Figura 50 - Injeo de ar numa grelha de seis zonas ........................................................................... 84
Figura 51 - Mdulo da Grelha de Ao Reversa ................................................................................... 85
Figura 52 - Movimento da Grelha Horizontal ........................................................................................ 85
Figura 53 - Configurao de Grelha Horizontal .................................................................................... 86
Figura 54 - Geometria de forno ............................................................................................................. 87
Figura 55 - Sistema de queima com recirculao dos gases de combusto ....................................... 88
Figura 56 - Sistema SYNCOM .............................................................................................................. 88
Figura 57 - Processo SNCR .................................................................................................................. 90
Figura 58 - Limpeza dos gases de combusto ..................................................................................... 90
Figura 59 - Usina em Amsterd, Holanda ............................................................................................. 91
Figura 60 - Usina na Alemanha ............................................................................................................. 91
Figura 61 - Usina na Itlia ..................................................................................................................... 92
Figura 62 - Usina em Milo, Itlia .......................................................................................................... 92
Figura 63 - Grelha de Ao Reversa..................................................................................................... 93
Figura 64 - Grelha Horizontal ................................................................................................................ 93
Figura 65 - Sistema de recirculao de gases ...................................................................................... 94
Figura 66 - Sistema completo de combusto em leito fluidizado .......................................................... 95
Figura 67 - Combusto em leito fluidizado, coluna inteira e detalhe inferior ........................................ 96
Figura 68 - Caldeira com leito fluidizado ............................................................................................... 98
Figura 69 - Gaseificao em leito fluidizado ......................................................................................... 99
Figura 70 - Usina em Spokane, Washington, EUA ............................................................................. 100
Figura 71 - Usina em Madera, Califrnia, EUA ................................................................................... 100
Figura 72 - Usina em Brevard, Carolina do Norte, EUA ..................................................................... 101
Figura 73 - Usina em Brevard, Carolina do Norte, EUA ..................................................................... 101
Figura 74 - Usina em Lacrosse, Wisconsin, EUA ............................................................................... 102
Figura 75 - Usina em Ravena, Itlia .................................................................................................... 102
Figura 76 - Usina na Pensilvnia, EUA ............................................................................................... 103
-
Figura 77 - Resduo final inerte ........................................................................................................... 103
Figura 78 - Fosso para despejo dos detritos slidos urbanos ............................................................ 104
Figura 79 - Triturador capaz de processar qualquer tipo de resduo .................................................. 104
Figura 80 - Representao do processo de combusto em leito fluidizado circulante ...................... 106
Figura 81 - Representao do processo de gaseificao em leito fluidizado circulante .................... 108
Figura 82 - Planta Lomellina Energia em Parona, Itlia ..................................................................... 108
Figura 83 - Usina Norrsundet, Finlndia ............................................................................................ 109
Figura 84 - Usina Portucel, Portugal ................................................................................................... 109
Figura 85 - Usina Lahti, Finlndia ....................................................................................................... 110
Figura 86 - Usina Electrabel, Blgica .................................................................................................. 110
Figura 87 - Usina Corenso, Finlndia ................................................................................................. 111
Figura 88 - Mapa da regio de Trs Coraes ................................................................................... 127
-
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Emisses da Usina RIFIUTI SILL 2, Milo/Itlia .....................................................................5
Tabela 2 - Padres nacionais de qualidade do ar e critrios para episdios agudos .......................... 39
Tabela 3 - Destino dos resduos em alguns pases .............................................................................. 53
Tabela 4 - Percentual de resduos ........................................................................................................ 55
Tabela 5 - Critrios para a seleo da regio ..................................................................................... 117
Tabela 6 - Sedes municipais e Populao urbana.............................................................................. 122
Tabela 7 - Disposio final de resduos slidos urbanos .................................................................... 123
Tabela 8 - Porcentagem da populao com ICMS Ecolgico ............................................................ 123
Tabela 9 - Condies socioeconmicas ............................................................................................. 124
Tabela 10 - Municpios x Coleta de Lixo ............................................................................................. 124
Tabela 11 - Custo e distancia mdia de coleta de RSU ..................................................................... 125
Tabela 12 - Consrcios Intermunicipais nas regies em estudo ........................................................ 125
Tabela 13 - Pontuao para a ponderao comparativa .................................................................... 126
Tabela 14 - Consolidao dos critrios ............................................................................................... 126
Tabela 15 - Comparativo das cidades para implantao da Usina .................................................... 128
Tabela 16 - Porcentagem de matria orgnica nos resduos slidos urbanos ................................... 129
Tabela 17 - Porcentagem de matria orgnica nos resduos slidos urbanos no Brasil.................... 130
Tabela 18 - Porcentagem (em peso mido) de matria orgnica nos resduos slidos urbanos no
estado de Minas Gerais ...................................................................................................................... 131
Tabela 19 - Composio gravimtrica dos resduos slidos no Sul de Minas Gerais ........................ 132
Tabela 20 - Poder Calorfico Inferior e Capacidade das usinas na Europa e Elk-River (EUA) .......... 133
Tabela 21 - Poder Calorfico, Teor de cinzas e Umidade dos RSU .................................................... 135
Tabela 22 - Poder Calorfico Inferior e Superior dos RSU de Minas Gerais ...................................... 136
-
SUMRIO
1 OBJETIVO ............................................................................................................ 1
2 INTRODUO ...................................................................................................... 2
3 ALTERNATIVAS TECNOLGICAS .................................................................... 6
3.1 Gerenciamento de resduos e gerao de energia ........................................ 7
3.1.1 Recuperao de gs de aterros ..................................................................... 7
3.1.2 Digesto anaerbia ......................................................................................... 8
3.1.3 Tratamento trmico ........................................................................................ 8
3.1.3.1 Combusto em grelha .................................................................................. 10
3.1.3.2 Combusto em leito fluidizado ...................................................................... 12
3.1.3.3 CDR - Combustvel Derivado de Resduo .................................................... 14
3.1.3.4 Gaseificao e Pirlise ................................................................................. 16
3.1.3.5 Tecnologia Arco de Plasma .......................................................................... 17
3.2 Insero do tratamento trmico de resduos slidos urbanos junto ao
pblico ..................................................................................................................... 20
3.3 Principais poluentes resultantes do tratamento trmico de RSU .............. 22
3.3.1 Os perigos das dioxinas ............................................................................... 23
3.3.2 Efeitos sobre a sade ................................................................................... 24
3.3.3 Exposio ..................................................................................................... 24
3.4 Sistemas de controle de poluio do ar (SCPA) .......................................... 25
3.4.1 Gases cidos, metais pesados e material particulado .................................. 27
3.4.1.1 Processo Seco (Dry Process) ....................................................................... 28
3.4.1.2 Processo Semimido .................................................................................... 29
3.4.1.3 Processos midos com e sem descarga de gua ........................................ 30
3.5 Resduos slidos do processo de tratamento trmico ............................... 34
3.5.1 Destinao e valorizao das cinzas ............................................................ 35
4 LEGISLAO .................................................................................................... 38
4.1 Padro para emisses atmosfricas ......................................................... 38
4.2 Padro para dioxinas ................................................................................. 49
5 IDENTIFICAO DE TECNOLOGIAS NO BRASIL E NO MUNDO ESCALAS
INDUSTRIAL OU PILOTO ........................................................................................ 50
5.1 Tratamento trmico de resduos slidos urbanos no Brasil ....................... 50
-
5.2 Tecnologias de tratamento trmico no Brasil .............................................. 52
5.3 Tratamento trmico de resduos slidos urbanos no mundo ..................... 53
5.4 Tecnologias de tratamento trmico no mundo ............................................ 55
6 DESCRIO GERAL DOS PRINCIPAIS PROCESSOS ................................... 56
6.1 USINAVERDE .................................................................................................. 56
6.2 CNIM ................................................................................................................. 64
6.3 Von Roll Inova ................................................................................................. 70
6.4 Martin ............................................................................................................... 79
6.5 Energy Products of Idaho .............................................................................. 94
6.6 Foster Wheeler .......................................................................................... 105
7 COMPARAO E AVALIAO TCNICA E AMBIENTAL DOS PROCESSOS
IDENTIFICADOS .................................................................................................... 111
7.1 Presso de fornalha ...................................................................................... 112
7.2 Temperatura de combusto ......................................................................... 113
7.3 Velocidade superficial dos gases na caldeira ............................................ 114
7.4 Preparao dos resduos para o tratamento trmico ................................ 115
7.5 Concluso...................................................................................................... 115
8 SELEO DA REGIO DE IMPLANTAO .................................................. 116
8.1 Critrios ......................................................................................................... 117
8.2 Pr-seleo de regies ................................................................................. 120
8.2.1 Regio no entorno da cidade de Montes Claros ......................................... 120
8.2.2 Regio no entorno da cidade de Ub ......................................................... 120
8.2.3 Regio no entorno da cidade de Trs Coraes ........................................ 121
8.2.4 Regio no entorno da cidade de Governador Valadares ............................ 121
8.3 Seleo da Regio ........................................................................................ 126
9 COMPOSIO GRAVIMTRICA E PODER CALORFICO DOS RESDUOS
SLIDOS URBANOS DA REGIO ESCOLHIDA .................................................. 129
9.1 Composio gravimtrica ............................................................................ 129
9.2 Poder calorfico ............................................................................................. 133
10 CONSULTA FORMAL A FORNECEDORES DOS PROCESSOS PR-
SELECIONADOS .................................................................................................... 136
ANEXOS ................................................................................................................. 138
-
Anexo A: FEAM Avaliao de regio em Minas Gerais para instalao de
usina de aproveitamento energtico de resduos slidos UAER , segundo
critrios da ENGEBIO .......................................................................................... 139
Anexo B: Request for Proposals-RFP- Rev 3 ..................................................... 265
REFERNCIAS ....................................................................................................... 273
-
feam engebio 1
1 OBJETIVO
A Fundao Estadual do Meio Ambiente FEAM, do estado de Minas Gerais,
com base na Lei Delegada n. 156, de 25 de janeiro de 2007, regulamentada pelo
Decreto 44819/2008 teve sua atribuio executiva no licenciamento ambiental
transferida para unidades descentralizadas do Sistema Estadual do Meio Ambiente e
Recursos Hdricos SISEMA, passando a atuar com nfase nas estratgias de
busca de melhoria de qualidade ambiental e sustentabilidade do Estado, no mbito
da Agenda Marrom, incluindo o tema energia e mudanas climticas. Nesse
contexto a FEAM busca contratar servios tcnicos especializados para apoiar o
desenvolvimento de novos temas com foco na formulao de diretivas e normativas
legais para fortalecimento da poltica ambiental do Estado.
Conforme divulgado pela FEAM (2008) desenvolve-se no estado de Minas
Gerais o Programa "Minas sem Lixes", implantado em 2003 pela Fundao
Estadual de Meio Ambiente, como uma das aes do Projeto Estruturador "Resduos
Slidos" do Estado e vem apresentando resultados expressivos desde sua criao,
colocando Minas Gerais acima da mdia nacional na disposio adequada de
resduos slidos urbanos, atualmente em torno de 30%.
O Projeto "Resduo Energia", em desenvolvimento pela FEAM, realizado
tambm no mbito do Projeto Estruturador Resduos Slidos e pretende colaborar
para a soluo dos problemas gerados pelos resduos slidos em Minas Gerais.
Assim, j foram iniciadas as pesquisas para subsidiar polticas de incentivo
construo de usinas trmicas a lixo, co-processamento de resduos em fornos de
cimento e aproveitamento do gs metano em aterros sanitrios, alm de solues
regionais e de incluso social, priorizando as associaes de catadores para o
processo prvio de triagem e reciclagem.
O programa Minas sem lixes tem como meta a ser atingida at o ano de
2011 a diminuio de 80% do nmero de lixes presentes no estado e a disposio
adequada de 60% dos resduos slidos urbanos gerados.
Dentro deste programa existem trs estudos em andamento que visam atingir
essa meta:
-
feam engebio 2
captao de gs de aterro;
biodigesto anaerbia com obteno de gs para gerao de energia
eltrica;
implantao de usina de tratamento trmico de resduos slidos urbanos
(RSU) por combusto para fins de gerao de energia eltrica.
Os servios objeto deste Estudo visam avaliao da viabilidade da
implantao de uma usina de tratamento trmico de RSU por combusto para fins
de gerao de energia eltrica contemplando o agrupamento de municpios em uma
regio do estado de Minas Gerais.
Em paralelo ser avaliada a possibilidade de obteno de crditos de
carbono, o que resultar, alm dos benefcios em termos ambientais, os resultantes
da gerao complementar de energia, a no disposio desses resduos no meio
ambiente e a melhoria do resultado econmico e financeiro do empreendimento.
2 INTRODUO
Estudos divulgados em vrios pases do chamado Primeiro Mundo revelam
o alto grau de desinformao quando o assunto a combusto de resduos urbanos.
Muito frequentemente adjetivam essa tcnica como nociva sade humana e
prejudicial ao meio ambiente porque tomam por referncia resultados obtidos em
equipamentos j obsoletos. O atual nvel de desenvolvimento tecnolgico leia-se
eficientes sistemas de controle de emisso de gases, somados vigncia de
legislaes com rgidos parmetros , permite hoje considerar a combusto uma
alternativa ambientalmente segura e economicamente vivel para o tratamento de
resduos urbanos.
-
feam engebio 3
No momento presente, a combusto de resduos slidos municipais deve ser
encarada como uma das formas viveis existentes para a disposio de resduos.
Dentre os processos de tratamento trmico em alta temperatura, a combusto
atualmente o mais difundido, com um nmero elevado de unidades em operao
comercial em todo o mundo, muitas de grande porte.
Os atuais custos de disposio em aterros tendem a se elevar com o tempo,
principalmente nas grandes metrpoles brasileiras, o que provavelmente tornar a
combusto com gerao de energia eltrica ou vapor dgua, em unidades de
grande porte, uma alternativa economicamente mais atraente que o aterro sanitrio.
Deve ser sempre lembrado que a disposio em aterros trata-se de um passivo
ambiental para as geraes futuras.
Mundialmente j se observa uma forte tendncia nesse sentido. Pases com
pequena disponibilidade de rea adequada para a construo de novos aterros, a
exemplo do Japo, Sua e Cingapura, no somente exibem um grande nmero de
incineradores em operao, mas tm apresentado uma tendncia de crescimento
desta forma de disposio dos RSU ao longo dos anos.
Isso tem ocorrido devido incorporao, s novas unidades, de sistemas de
recuperao de energia e de tratamento de gases de combusto eficientes,
tornando-os mais interessantes do ponto de vista econmico e mais seguros do
ponto de vista ambiental. importante notar que, mantidas as condies
operacionais do incinerador em determinados valores de temperatura e
concentrao de oxignio nos gases, os teores de compostos orgnicos volteis so
minimizados e a formao das dioxinas e dos furanos fortemente inibida, mesmo
com a presena de materiais que favoream a sua formao.
Em diversos pases a combusto com gerao de energia prevalece sobre a
disposio em aterros e reciclagem, alcanando ndices bastante significativos: o
Japo incinera 72% dos resduos slidos municipais gerados; Blgica, 25%; Sua,
59%; Dinamarca, 90%; Frana, 42% e Alemanha, 36% (CEMPRE, 2002, apud
CAIXETA, 2005).
Atualmente, h mais de 1.700 incineradores instalados no mundo que, a partir
da queima em altssimas temperaturas dos RSU, geram energia eltrica ou vapor
-
feam engebio 4
dgua. Esses dois produtos so hoje obtidos, na sua maioria, em incineradores com
combusto em grelha. Essas instalaes so sempre construdas nas proximidades
dos plos consumidores de vapor para aquecimento ou de redes de distribuio de
energia eltrica.
Uma usina com incineradores de grelha normalmente composta de dois a
trs equipamentos de combusto operando em paralelo, cada um com capacidade
variando de 50 a 1000 toneladas de resduos por dia. Os gases cidos de
combusto, material particulado, dioxinas, furanos e metais pesados, eventualmente
presentes, so removidos por sistemas de limpeza apresentando ndices de
eficincia bastante elevados.
Um relatrio divulgado em junho de 2003, pela Agncia de Proteo
Ambiental da Inglaterra, concluiu que o tratamento trmico de resduos slidos
urbanos (RSU) encerra baixssimos riscos sade da populao, bem como ao
meio ambiente, vizinhos s instalaes desta natureza.
Suas emisses mais nocivas, as dioxinas e furanos, tm suas concentraes
mantidas em nveis baixssimos como resultado da operao de eficientes sistemas
de limpeza de gases presentes nas plantas de tratamento trmico.
Nessa direo seguem estudos similares realizados por agncias de proteo
ambiental de outros pases, a exemplo da ustria, Alemanha e Dinamarca. Todas
concluram que a incinerao de embalagens plsticas foi a soluo mais
econmica, ambientalmente segura e apta para o alcance das metas de
implementao do desenvolvimento sustentvel acordadas pelos pases integrantes
da Unio Europia, resultando na atualidade em reciclagem de 22,5% de todas as
embalagens plsticas ps-consumo.
importante ressaltar que o tratamento trmico de resduos slidos para
gerao de energia eltrica tambm contribui para a reduo das emisses globais
de gs carbnico. As tecnologias de limpeza de gases hoje presentes nos
incineradores permitem atingir padres de emisso abaixo dos exigidos pelas
legislaes mais restritivas e, contrariamente ao conceito geral existente, o
tratamento trmico pode apresentar vantagens, em termos ambientais, em relao a
outros meios de disposio, a exemplo de aterros.
-
feam engebio 5
Neste ltimo, a matria orgnica presente no resduo, ao ser decomposta,
libera gs metano que, se no queimado, tem um potencial 21 vezes maior que o
gs carbnico em relao ao efeito estufa, alm de emitir outros gases orgnicos
que contribuem para a formao de compostos poluentes atmosfricos, bem como
efluentes lquidos, especialmente o chorume, que pode contaminar os lenis
freticos.
Com o atendimento aos padres da legislao brasileira vigente, no h mais
motivos para se associar sistemas de incinerao/tratamento trmico com problemas
de poluio atmosfrica. A ttulo de exemplificao, a Tabela 1 ilustra as emisses
da usina de tratamento trmico de resduos slidos urbanos RIFIUTI SILL 2, operada
pela AMSA na cidade de Milo, Itlia.
Tabela 1 - Emisses da Usina RIFIUTI SILL 2, Milo/Itlia
Parmetro* Unidade de Medida Limite Legal
Mdia Anual
cido Clordrico mg/Nm3 10 5,8
Monxido de Carbono mg/Nm3 50 6,4
xidos de Nitrognio (NOx) mg/Nm3 200 126,8
Amnia & Derivados mg/Nm3 10 4,3
xidos de Enxofre mg/Nm3 100 1,07
Hidrocarbonetos Totais (VOC) mg/Nm3 10 0,28
Particulados mg/Nm3 10 0,09
Mercrio mg/Nm3 0,05 0,0024
*Parmetros controlados pelo Sistema de Monitoramento de Emisses. Ano 2007 / Valores Mdios de Emisses Atmosfricas
Fonte: Martin Gmbh (2009)
-
feam engebio 6
3 ALTERNATIVAS TECNOLGICAS
As usinas de tratamento trmico de resduos slidos urbanos com gerao de
energia eltrica podem reduzir o volume de resduo municipal em aproximadamente
80%. A qualidade da queima do resduo depende naturalmente do poder calorfico
do combustvel, neste caso, do poder calorfico dos resduos slidos municipais, e
dos parmetros de combusto. A energia gerada pela combusto dos resduos
slidos utilizada para alimentar turbinas para a gerao de eletricidade.
Dempsey e Oppelt (1987) dividem um sistema de incinerao de resduos
perigosos em quatro subsistemas: 1) preparao e alimentao do resduo; 2)
cmara(s) de combusto; 3) controle dos poluentes atmosfricos e 4) manuseio das
cinzas/resduos. A seleo da combinao e os arranjos apropriados para cada
usina iro depender das propriedades fsicas e qumicas dos resduos a serem
incinerados. Essa configurao de usinas composta pelos quatro subsistemas
tambm se aplica s unidades que utilizam os resduos slidos urbanos no
processo.
Usualmente os resduos so queimados em uma grelha (queima em massa)
em plantas com capacidade que varia de 8 a 30 toneladas de resduos por hora.
Essas plantas possuem potncia instalada entre 20 e 80 MW.
Mais recentemente novas tecnologias utilizam combusto em leito fluidizado
circulante. So plantas de maior capacidade e podem alcanar potncia instalada
superior a 50 MW.
As plantas de tratamento trmico exigem um rigoroso controle do processo de
combusto, pois o combustvel pode ter grandes variaes em suas propriedades
como poder calorfico, umidade, composio e peso especfico. Devido ao fato de
no ser conhecida a exata composio dos resduos slidos urbanos e de existir
uma rigorosa legislao referente s emisses atmosfricas, as plantas de
tratamento trmico de resduos possuem sofisticados dispositivos de limpeza de
gases e controle de emisses.
-
feam engebio 7
3.1 Gerenciamento de resduos e gerao de energia
Juntamente com a reciclagem e a compostagem, o reaproveitamento da
energia derivada dos resduos (EDR) tem um papel importante no gerenciamento de
resduos e na recuperao de recursos.
As principais vantagens da recuperao da energia so:
reduo do volume de resduos;
gerao de resduos inertes;
benefcios financeiros obtidos a partir dos resduos;
desvio do fluxo de resduos biodegradveis;
um modo prtico de gerenciar os aumentos na gerao de resduos.
No mercado existem diferentes alternativas tecnolgicas para a gerao de
energia por meio da utilizao dos resduos slidos urbanos (RSU), estas esto
descritas a seguir.
3.1.1 Recuperao de gs de aterros
O gs de aterro produzido pela decomposio de resduos orgnicos em
condies anaerbias no local do aterro. Normalmente, o gs de aterro composto
por 55 por cento de metano, 40 por cento de dixido de carbono e pequenas
quantidades de nitrognio, hidrognio e gua. Esses gases podem ser coletados
atravs de uma rede de dutos horizontais e poos, que so instalados anteriormente
e durante a disposio dos resduos no local do aterro. Os benefcios do
aproveitamento do gs de aterro como fonte energtica foram soluo para o
-
feam engebio 8
problema dos vazamentos de gs nos aterros, que freqentemente ofereciam risco
de exploses. Como o metano um dos gases responsveis pelo aumento do efeito
estufa, o seu uso como fonte de energia traz o benefcio adicional de ajudar a
reduzir o seu potencial de aumentar o aquecimento global.
3.1.2 Digesto anaerbia
Os resduos orgnicos podem ser fracionados por meio da digesto anaerbia
(DA) e o gs metano produzido pode ser recuperado. A decomposio anaerbia
vem sendo utilizada extensivamente para o tratamento dos resduos agrcolas e
provenientes de esgotos. O seu uso no tratamento de RSU, normalmente nos
resduos de esgoto, produz um combustvel que pode ser utilizado - como o caso
do gs de aterro - para alimentar os incineradores, na gerao de eletricidade ou,
aps ser purificado, para ser adicionado ao suprimento de gs. Uma grande
vantagem da digesto anaerbia que todo o gs produzido pode ser coletado e
utilizado, ao contrrio do gs de aterro, cuja eficincia na coleta relativamente
baixa (50 por cento ou menos). A digesto anaerbia tambm produz um resduo
slido ou "digestato", que pode ser tratado e usado como fertilizante.
3.1.3 Tratamento trmico
O processo de tratamento trmico est esquematizado na Figura 1, a seguir.
Em plantas de tratamento trmico, o lixo descarregado no silo da usina (1)
de onde tomado por agarradores mecnicos e jogado em moegas (2). Das moegas
o lixo empurrado gradualmente para o interior do incinerador (3) que opera em
temperaturas que costumam variar entre 750 e 1000 graus Celsius.
-
feam engebio 9
O calor produzido pela queima do lixo utilizado em caldeiras (4) e o vapor
gerado nestas conduzido por tubulaes para um sistema de turbina e gerador,
para a produo de energia eltrica.
Fonte: National Energy Education Development Project, Museum of Solid Waste , Sept/2006
Figura 1 - Planta do tratamento trmico
Depois de o resduo slido urbano ser incinerado resta sobre as grelhas as
cinzas mais pesadas, que so drenadas para sistemas coletores situados abaixo das
grelhas (5), passando aps por separadores eletromagnticos que promovem a
extrao de metais para reciclagem. Os gases de combusto contendo
contaminantes slidos e gasosos passam atravs de sistema de lavagem (6) para o
tratamento e remoo de poluentes cidos como o SO2 e tambm dioxinas. Os
gases passam ento por filtros para reteno de partculas finas (poeiras) (7) e so
lanados ao meio ambiente atravs da chamin (8).
Existem quatro rotas tecnolgicas principais para o tratamento trmico de
resduos slidos urbanos e uma nova rota tecnolgica: a tecnologia arco de plasma,
que se encontra em estudo e ainda pouco difundida no mercado devido ao seu
alto custo. Um resumo de cada tecnologia descrito a seguir.
Para o Turbogerador
-
feam engebio 10
3.1.3.1 Combusto em grelha
A tcnica convencional de combusto de resduos, chamada de tratamento
trmico em massa, envolve a queima dos resduos medida que eles vo sendo
enviados, aps a retirada dos itens pesados. Normalmente feita a mistura dos
resduos para ajudar a queima. No passado, as instalaes para incinerao eram
projetadas com o nico objetivo de processar os resduos, mas as instalaes atuais
so de um modo geral, projetadas para recuperar a energia dos resduos na forma
de vapor, gua quente ou eletricidade, sendo comum na Europa sua utilizao em
sistemas de aquecimento distrital.
A queima em grelhas certamente a forma mais simples e comum de
tratamento trmico. A rigor pode-se dividir este mtodo de tratamento trmico em
dois conceitos principais: (i) a queima massiva (MASS BURN) e (ii) queima de no
reciclveis. Na primeira alternativa, o resduo slido urbano bruto misturado sem
operao de triagem para retirada de materiais reciclveis (ex: plsticos, madeira e
papel). A energia presente nos RSU recuperada dos gases de combusto em alta
temperatura. Cerca de 100.000 toneladas/ano de resduo slido urbano so
suficientes para garantir uma gerao mdia de at 7 MWh, dependendo do poder
calorfico do resduo incinerado, suficiente para atender cerca de 10.000 domiclios
de padro Classe Mdia.
Na segunda alternativa, o resduo slido urbano passa por etapas de triagem
e separao de reciclveis, restando apenas os resduos orgnicos midos e
materiais no aproveitveis para serem incinerados. Neste caso, o resduo slido
urbano incinerado apresenta poder calorfico mais baixo e seu rendimento para
gerao de energia reduz-se consideravelmente.
Um fluxograma simplificado do processo de combusto em grelha pode ser
ilustrado na Figura 2.
Durante o deslocamento dos resduos na grelha o material vai se aquecendo
e passa por secagem, perda de compostos orgnicos volteis, combusto do
resduo carbonoso e sai da cmara de combusto com uma pequena quantidade de
material orgnico. Cerca de 60% do ar de combusto introduzido por baixo da
-
feam engebio 11
grelha e o restante entra sobre o material depositado na grelha. O ar injetado por
baixo da grelha (pr-aquecido) tem a funo de resfriar e auxiliar na secagem e
combusto dos resduos. O ar introduzido sobre a grelha tem alta velocidade para
criar uma regio de elevada turbulncia e promover sua mistura com os gases e
vapores gerados durante a combusto.
Fonte: Elaborao Engebio
Figura 2 - Fluxograma das operaes para a combusto em grelha
A temperatura recomendada cerca de 1200 C, temperatura na qual so
decompostos a maior parte dos compostos orgnicos a gs carbnico e gua.
Na combusto tambm possvel formar gases corrosivos (cido clordrico,
outros compostos de cloro, etc.) por isso as tubulaes metlicas prximas s
grelhas devem ser revestidas com material refratrio e a temperatura no deve ser
maior que 420 C.
Os gases da combusto, que saem numa temperatura de aproximadamente
250 C so enviados para os sistemas de tratamento de gases para remoo dos
gases cidos, material particulado, dioxinas, furanos e eventuais metais pesados.
Ao fim da grelha a frao orgnica deve estar quase totalmente consumida
restando apenas uma frao inorgnica, a cinza de fundo. As cinzas so apagadas
em um tanque com gua e desaguadas.
Resduo
Pesagem
Fosso
Revolvimento
Homogeneizao da
carga (pontes rolantes).
Silo
Material descarregado
para dentro da cmara de
combusto.
Grelha Inclinada
Desloca resduo atravs da cmara
de combusto (exposio s altas
temperaturas.)
Combusto
Resduo sai com
pequena quantidade
de material orgnico.
-
feam engebio 12
O vapor gerado normalmente utilizado para a gerao de energia e, em
pases de clima frio, para sistemas de aquecimento distrital.
3.1.3.2 Combusto em leito fluidizado
A tecnologia de combusto em leito fluidizado baseada em um sistema no
qual os resduos, adequadamente triturados, so incinerados em suspenso,
dispersos em leito composto por partculas inertes como areia ou cinzas. Este leito
mantido em intensa movimentao promovida pelo insuflamento do ar primrio de
combusto atravs de um distribuidor especialmente dimensionado para este
processo de queima, situado na base (fundo) da caldeira. O material em suspenso
comporta-se similarmente a um fluido em ebulio, decorrendo da a denominao
Leito Fluidizado (LF).
H diferentes conceitos de combustores de leito fluidizado, por exemplo, os
de leito circulante e os borbulhantes. Em qualquer dos casos h a necessidade de
que os resduos a serem incinerados tenham tamanho relativamente uniforme e a
granulometria do leito de inertes deve ser controlada.
Em comparao com a queima em grelha, os sistemas de combusto em leito
fluidizado possibilitam a reduo das emisses de gases, parcialmente devido ao
prprio processo e, tambm, porque se pode acrescentar cal ou calcrio ao leito
simultaneamente combusto.
Como aproximadamente um tero das despesas nas unidades de queima em
grelha derivado ao sistema de controle de poluio do ar (CPA), torna-se possvel
economizar j que o os sistemas de leito fluidizado tm menores necessidades
desses controladores.
Por outro lado, as usinas de queima em grelha no necessitam do pr-
processamento dos resduos. Com o desenvolvimento da queima em leito fluidizado
circulante, as unidades incineradoras aumentaram em porte, resultando em ganhos
-
feam engebio 13
de escala. Logo, os custos por tonelada de resduos processados, em comparao
queima em grelhas no chegam a ser acentuadamente diferentes. Porm, para uma
eficaz aplicao desta tecnologia, antes da operao de tratamento trmico dos
resduos slidos, materiais componentes no-combustveis so removidos e o
resduo slido urbano passa por uma operao de triturao tendo em vista prepar-
lo para a queima. O resduo slido urbano preparado desta forma recebe o nome de
Combustvel Derivado de Resduo (CDR), que tem poder calorfico superior ao
resduo slido urbano no tratado.
Devido ao fato de os sistemas de LF borbulhantes serem tipicamente
menores, o seu uso torna-se mais apropriado para comunidades de menor porte. A
necessidade de se processar previamente os resduos para reduzir o seu tamanho e
torn-los uniformes antes da combusto em uma usina de LF cria a oportunidade de
maximizar a reciclagem dos materiais. Os metais podem ser separados dos outros
resduos medida que so triturados, sofrendo reduo de tamanho. Mas, esses
resduos metlicos devem ser mantidos limpos para que a reciclagem da maioria dos
outros materiais seja bem sucedida e isto requer uma pr-seleo na fonte para que
no haja a mistura.
O incio da operao de um sistema de combusto em leito fluidizado
promovido por queimadores de leo, situados acima do leito, que o aquecem at
atingir uma temperatura de 400 C. Neste instante inicia-se a alimentao dos
resduos slidos que pode ser feita acima ou dentro do leito, a agitao intensa
distribui os resduos por todo o leito de maneira uniforme.
As partculas dos resduos slidos entram em contato com a areia, trocando
calor, o que faz com que o sistema aquea e entre em combusto rapidamente. Ao
atingir a temperatura de operao (600 C) os queimadores auxiliares so
desligados e a queima passa a ser sustentada com a alimentao contnua do
resduo. As cinzas mais pesadas so retiradas por extratores mecnicos situados no
fundo da caldeira e as cinzas leves so arrastadas e coletadas nos sistemas de
limpeza de gases.
Os compostos orgnicos arrastados pelos gases em forma slida ou gasosa
so queimados na regio superior do leito, conhecida como free-board. Aps o free-
-
feam engebio 14
board os gases so enviados para o sistema de recuperao de energia e
tratamento de gases.
O leito fluidizado permite um pr-tratamento dos gases pela adio de
calcrio ao leito que reage com boa parte dos gases cidos formados durante a
combusto formando sais como sulfato de clcio e cloreto de clcio. O pr-
tratamento alivia o sistema de limpeza de gases, mas no o elimina.
Apesar destas vantagens tcnicas, o processo de tratamento trmico de
resduos slidos urbanos por meio de combusto em leito fluidizado ainda no
alcanou seu pleno desenvolvimento comercial, devido sua maior complexidade
operativa (requer controles mais sofisticados e operadores mais qualificados). A
experincia comercial com esta tecnologia para o tratamento trmico de resduos
slidos urbanos , portanto, limitada e sua performance ainda requer etapas de
desenvolvimento, para sua plena aceitao e ganho de competitividade. So poucos
os detentores de tecnologias de tratamento trmico que oferecem a combusto em
leito fluidizado e h experincias negativas, a exemplo de uma unidade instalada na
cidade de Berlim que, h poucos anos, acabou sendo fechada por apresentar
problemas de pouca confiabilidade.
3.1.3.3 CDR - Combustvel Derivado de Resduo
A produo de Combustveis Derivados de Resduo (CDR) no um
processo recente. Esse mtodo foi inicialmente desenvolvido como um meio de
evitar-se a queima imediata dos RSU e, em vez disso, transform-los em um
combustvel que pudesse ser transportado e armazenado. A produo de CDR
possibilita a subseqente converso trmica de resduos combustveis.
No caso da queima em grelha no h uma grande necessidade de
classificao ou de processamento dos resduos, entretanto, para a produo de
CDR aconselhvel que os resduos passem por uma srie de estgios de
processamento prvio.
-
feam engebio 15
Em sua forma mais simples, o CDR se apresenta como um material bruto na
forma de flocos, produzido a partir de RSU de origens diversas que passaram por
uma srie de estgios de classificao e remoo magntica de materiais ferrosos e
no ferrosos. Alternativamente, pode haver processos adicionais que transformaro
o CDR em um combustvel adensado e pelotizado (ou em forma de cubos), como
pode ser visto na Figura 3, o que facilitar o transporte e a estocagem. A
transformao dos resduos em CDR bruto ou pelotizado difere da queima em grelha
convencional por ser feita em dois estgios, onde o primeiro estgio de
processamento pode ser conduzido de forma independente em relao ao estgio
de queima. Este ltimo poder acontecer em um local diferente e a qualquer hora.
Um exemplo de processo de tratamento de RSU para obteno de CDR est
apresentado na Figura 4.
Fonte: RMA Publications, 2009.
Figura 3 - Resduo transformado em CDR
Fonte: Ministry of the Environment Government of Japan (1998)
Figura 4 - Processo de obteno do CDR
-
feam engebio 16
3.1.3.4 Gaseificao e Pirlise
A gaseificao o processo de reao do carbono com o vapor para produzir
hidrognio e monxido de carbono. A gaseificao converte uma matria-prima
slida ou lquida em gs por meio da oxidao parcial, sob a aplicao de calor.
A pirlise um processo formado por uma srie de reaes complexas,
iniciadas quando um material aquecido (de 400 a 800 C), na ausncia de
oxignio, para produzir correntes de vapores condensveis e no condensveis e
resduos slidos. O calor fraciona a estrutura molecular dos resduos, liberando
compostos de carbono na forma lquida, slida e gasosa, que podero ser utilizados
como combustveis.
Ambas as tecnologias foram primariamente usadas para fontes especficas - e
geralmente nicas de resduos no misturados, como pneus e plsticos, ou ento
para se processar os CDR. Entretanto, na Alemanha, uma usina de pirlise vem
processando resduos municipais desde 1985. Em 1983, na cidade de Gnzburg, na
Bavria, a empresa municipal de limpeza urbana, utilizando projetos e equipamentos
da Deutsche Babcock (empresa j extinta) recebeu autorizao para que sua usina
entrasse em operao. Esta planta est em atividade permanente desde 1985.
Os resduos triturados so colocados em um tambor rotativo aquecido por
chamas de gs, onde as temperaturas variam de 400 C a 500 C. O gs passa por
um separador ciclnico para a remoo das partculas brutas e ento direcionado
para uma cmara de ps-combusto onde a temperatura de 1200 C. Atualmente,
a despeito do exemplo citado acima, os sistemas de pirlise e de gaseificao no
so considerados prprios para processar grandes volumes de RSU no tratados e
misturados.
-
feam engebio 17
3.1.3.5 Tecnologia Arco de Plasma
A tecnologia arco de plasma tambm conhecida como plasma pirlise
consiste em um processo de decomposio qumica por calor na ausncia de
oxignio. Esta uma tecnologia dedicada destruio dos resduos que associa as
altas temperaturas geradas pelo plasma com a pirlise dos resduos.
As propriedades de um gs sofrem mudanas significativas quando este gs
submetido a temperaturas muito elevadas. Quando a temperatura de aquecimento
atinge cerca de 2.000 C as molculas do gs comeam a dissociarem-se em
estado atmico. Quando atinge 3.000 C os tomos so ionizados devido perda de
parte dos eltrons. Este gs ionizado chamado de plasma.
O plasma conhecido como o quarto estado da matria: slido, lquido,
gasoso e plasma, uma forma especial de material gasoso que conduz eletricidade.
No estado de plasma o gs atinge temperaturas extremamente elevadas, variando
de 5.000 C a 50.000 C de acordo com as condies de gerao, tipicamente as
temperaturas do plasma so da ordem de 15.000 C. O gs sob o estado de plasma
apresenta boa condutividade eltrica e alta viscosidade quando comparado a um
gs no estado normal.
O plasma gerado pela formao de um arco eltrico atravs da passagem
de corrente entre o ctodo e o nodo. Podem ser utilizadas tanto a corrente contnua
como a corrente alternada, mas at o momento a predominncia da utilizao de
corrente contnua. O plasma gerado e controlado em tochas de plasma que
possuem o mesmo formato dos queimadores utilizados nos fornos.
A tocha de plasma um dispositivo que transforma energia eltrica em calor
transportado por um gs. As tochas podem ser de dois tipos: arco no transferido ou
arco transferido. O arco dito no transferido quando produzido no interior do
dispositivo de gerao que contem os eletrodos e do qual sai o gs aquecido, pode
ser de corrente contnua ou corrente alternada. As tochas de arco transferido
utilizam um eletrodo emissor, estando o receptor do arco localizado fora da tocha,
podendo ser outro eletrodo ou o material sob aquecimento interligado ao circuito
atravs de um eletrodo, estas tochas utilizam corrente contnuas. A eficincia de
-
feam engebio 18
transformao da tocha de plasma da ordem de 85% a 90% da energia eltrica
utilizada.
Num processo de queima de resduos slidos urbanos o resduo
termicamente decomposto em gs combustvel numa fornalha vertical (shaft).
O resduo slido alimentado na fornalha por meio de um sistema de
alimentao de cmaras estanques (lock hopper). Ar pr-aquecido, enriquecido ou
no com oxignio, injetado na base da fornalha para alimentar a combusto de
parte do material, sob a forma carbonizada neste ponto do equipamento.
Os gases de queima so conduzidos para um reator de decomposio
trmica a plasma, onde so totalmente decompostos, tendo ao final como
constituintes, basicamente, hidrognio e monxido de carbono. A queima do resduo
acompanhada da vitrificao do material inorgnico no fundo da fornalha. Na
concepo deste processo nenhuma corrente resultante da queima pode deixar o
sistema sem ser exposta a elevadas temperaturas, quer seja a escria vitrificada ou
os gases da decomposio.
Os gases e os slidos fluem contracorrente atravs da fornalha. A escria
fundida escoa pela base a cerca de 1450 C enquanto que o gs, inclusive
hidrocarbonetos e outras substncias orgnicas parcialmente decompostas, sai pelo
topo da fornalha entre 600 C e 800 C. Este gs misturado com ar aquecido a
plasma no reator de decomposio, onde completamente destruda a matria
orgnica remanescente, produzindo um gs combustvel a cerca de 1200 C a 1400
C. A Figura 5 mostra esquematicamente este processo de gaseificao.
As principais vantagens do uso de plasma na decomposio trmica de
substncias so as elevadas temperaturas causam rpida e completa pirlise da
substncia orgnica, permitindo fundir e vitrificar certos resduos inorgnicos; os
resduos/produtos vitrificados so similares a um mineral de alta dureza; o processo
permite redues de volume extremamente elevadas, podendo ser superiores a
99%.
O uso de plasma na decomposio trmica de substncias uma tcnica
dedicada, exigindo um grande investimento; o volume de gases inicialmente gerado
mais baixo do que na combusto convencional, mas depois da combusto dos
-
feam engebio 19
gases produzidos, idntico ao de outras formas de incinerao; o sistema no
dispensa um sofisticado sistema de lavagem de gases, tal como incineradores.
Fonte: Martin Gmbh (2009)
Figura 5 - Fluxograma esquemtico de gaseificao
No que diz respeito produo de dioxinas e furanos, os sistemas esto
dependentes das tecnologias de recuperao trmica utilizada a jusante, no sendo
claro que se possa garantir inequivocamente uma vantagem ntida sobre as
tecnologias de incinerao mais avanadas nem com as tcnicas mais simples de
gaseificao.
As tcnicas de incinerao por plasma no parecem ter alcanado grande
desenvolvimento industrial. Segundo Jonathan Strickland (2008), existem somente
duas indstrias de plasma comercias que processam RSU e elas esto instaladas no
Japo.
A indstria situada no parque industrial Mihama-Mikata comeou a operar em
2002. Ela pode processar mais de 24 toneladas por dia de RSU e quatro toneladas
por dia de lodo de tratamento de esgoto. A indstria relativamente pequena e no
produz gs de sntese para combustvel. Entretanto, ela produz vapor e gua
quente, que so usados como energia e gerao de calor no parque industrial. A
indstria usa um sistema de resfriamento a gua para a escria fundida e separa os
-
feam engebio 20
ndulos de metal para vend-los como sucata. A areia misturada com o concreto
para ser usada em blocos de pavimentao.
A outra indstria de gaseificao por plasma fica em Utashinai, Japo.
Tambm comeou a processar RSU em 2002. O desenho original da aparelhagem
determinou sua capacidade em torno de 170 toneladas por dia de RSU e de
resduos automotivos. Hoje o aparelho processa aproximadamente 300 toneladas
por dia. O aparelho gera mais de 7,9 MWh de eletricidade, enviando
aproximadamente 4,3 MWh de volta rede eltrica.
Os mtodos por plasma na prtica esto ganhando importncia na fuso de
sucata de metais e ligas, alumnio contido nos rejeitos, lamas de eletrodeposio,
recuperao de metais de catalisadores gastos e cinzas de incinerao, processos
para tratamento de lquidos orgnicos, inclusive organoclorados.
No Japo o plasma usado para fundir cinzas de incinerao e
conseqentemente reduzir o volume descartado; na Frana, cinzas de incinerao e
asbesto so transformados pela tecnologia de plasma em escria inerte; nos
Estados Unidos da Amrica, est sendo empregado para recuperar metais de
catalisadores e tambm vem crescendo em importncia desenvolvimentos para
destruio de resduos militares e recuperao de zinco metlico de poeiras
siderrgicas.
3.2 Insero do tratamento trmico de resduos slidos urbanos junto ao
pblico
A exemplo do que ocorre em outros pases, o Governo Ingls est revendo as
estratgias relativas ao tratamento a ser dado ao Lixo Urbano. Entre as propostas
em curso est o plano de aumentar a participao do tratamento trmico de
Resduos Slidos Urbanos, para a reduo de seu lanamento em aterros.
-
feam engebio 21
Este trabalho revelou que cerca de 9% do Lixo Urbano gerado na Inglaterra
est sendo hoje incinerado. A regio sudeste a que detm a menor participao do
tratamento trmico: menor do que 1%. O meio oeste a regio onde mais se pratica
a incinerao, alcanando cerca de 31% do resduo gerado. A grande maioria do
Lixo Urbano ainda disposto em aterros, cerca de 72% dos 29,1 milhes de
toneladas produzidas anualmente.
Correntes ambientalistas afirmam que o tratamento trmico estimula
produo de resduo porque as operadoras de incineradores necessitam de
quantidades mnimas de resduo para a manuteno das plantas em operao. Para
atender estas demandas, dizem estes, as autoridades locais abandonam os
programas de reciclagem e de diminuio da produo de RSU.
O Governo ingls contrape estas afirmativas demonstrando por meio de
estatsticas que reciclagem e compostagem cresceram de 3,3% para 19% nos
ltimos anos.
Sem dvida, a maior preocupao da populao em geral, quando o assunto
o tratamento trmico de resduos slidos urbanos, fica por conta da poluio
causada pelas emisses de gases, vapores e poeiras atravs das chamins das
Unidades de tratamento trmico. Logicamente, a maior preocupao est centrada
nas emisses de Dioxinas, principalmente pela suspeio de que seriam causadoras
de cncer.
Por outro lado, a adoo de legislao mais restritiva pela Unio Europia,
desde 1996, forou o fechamento de plantas de tratamento trmico mais antigas por
no terem condies de atender aos novos padres de emisso estabelecidos.
Mas afinal de contas, quais seriam os benefcios do tratamento trmico de
resduos slidos urbanos? Perguntaria a populao. Poder-se-ia argumentar que na
grande maioria das plantas de tratamento trmico o calor gerado utilizado para a
produo de energia eltrica. Se o resduo no for queimado ento ser, muito
provavelmente, lanado em algum aterro, o que considerada a menos amigvel
soluo sob o ponto de vista ambiental.
Correntes ambientalistas argumentam que embora os incineradores possam
produzir energia eltrica, no longo prazo estas plantas no economizam energia
-
feam engebio 22
porque o resduo incinerado no reciclado. Isto , mais matrias primas tero que
ser produzidas para repor os materiais queimados.
Atualmente, cerca de 17% do resduo da Unio Europia incinerado. Na
Dinamarca, que vista como uma das naes europias com maior conscientizao
ambiental incinera-se aproximadamente 53% do Resduo Urbano produzido. Por
outro lado, alguns pases, entre eles Irlanda e Grcia, no possuem plantas de
tratamento trmico.
Exemplos de participao da populao no processo de tomada de decises
relativas implantao de Unidades Incineradoras de Lixo:
Dundee Energy Recycling Ltd assinou o primeiro Compromisso de Boa
Vizinhana firmado na Inglaterra, em que a empresa se obriga adoo de
padres de emisso mais rgidos dos que requeridos por lei;
a Planta de tratamento trmico SELCHP, localizada na regio sudeste de
Londres, envolve pessoas da comunidade local no trabalho junto aos seus
desenvolvedores e responsveis pelo planejamento, e o Conselho de
Administrao possui um membro eleito pela comunidade;
aps um frustrado plano de implantao, o Conselho do Condado de
Hampshire desenvolveu uma srie de Painis do Cidado, para analisar
juntamente com a comunidade as questes relativas ao Lixo Urbano do
Condado, trabalhando junto a esta o desenvolvimento do conjunto de opes
que inclui compostagem, reciclagem e tratamento trmico em pequena
escala. Este plano alcanou grande aceitao da comunidade.
3.3 Principais poluentes resultantes do tratamento trmico de RSU
Os principais poluentes resultantes do tratamento trmico de resduos
domiciliares so descritos a seguir.
-
feam engebio 23
Gases gases cidos (tais como cido Clordrico, cido Fluordrico e Dixido de
Enxofre), e outros gases como xidos de Nitrognio (NOx), Monxido de Carbono
(CO) e Dixido de Carbono (CO2) so gerados e devem ser removidos pelos
sistemas de limpeza dos gases.
Metais em particular Cdmio, Mercrio, Arsnico, Vandio, Cromo, Cobalto,
Cobre, Chumbo, Mangans, Nquel e Tlio, entre outros. Estes esto presentes
como compostos solveis (como cloretos e sulfatos), e compostos menos solveis
(como xidos e silicatos). Mercrio e algum Cdmio so emitidos em forma de vapor.
Substncias Orgnicas estas ocorrem freqentemente quando a combusto no
completa, ou so formadas aps a incinerao. Os compostos orgnicos podem
ser emitidos na forma de vapor ou aderidos ao material particulado (poeiras)
arrastado pelos gases de combusto. As dioxinas so os poluentes orgnicos que
motivam as maiores preocupaes (conforme apresentado no item 3.3.1, a seguir).
Materiais Particulados partculas finas (quase sempre materiais inorgnicos
como Slica), freqentemente com metais e compostos orgnicos em suas
superfcies. Estas apresentam grandes variaes em seus tamanhos e normalmente
so retidas sem muita dificuldade. Mas recentemente as preocupaes voltaram-se
para as partculas ultrafinas, menores do que 10 microns (10 milionsimos de
metro), conhecidas como PM10, cuja remoo requer tecnologias mais sofisticadas.
3.3.1 Os perigos das dioxinas
Dioxina o nome dado a um grupo de 210 compostos qumicos
organoclorados similares, altamente txico, carcinognico e teratognico. um dos
poluentes orgnicos persistentes sujeitos Conveno de Estocolmo.
As dioxinas so subprodutos no intencionais de muitos processos industriais
nos quais o cloro e produtos qumicos dele derivados so produzidos, utilizados e
eliminados. As emisses industriais de dioxina para o meio-ambiente podem ser
-
feam engebio 24
transportadas a longas distncias por correntes atmosfricas e, de forma menos
importante, pelas correntes dos rios e dos mares. Conseqentemente, as dioxinas
esto agora presentes no globo de forma difusa. Estima-se que, mesmo que a
produo cesse hoje completamente, os nveis ambientais levaro anos para
diminuir. Isto ocorre porque as dioxinas so persistentes, levam de anos a sculos
para se degradarem e podem ser continuamente recicladas no meio ambiente.
3.3.2 Efeitos sobre a sade
Dioxinas podem causar efeitos adversos sade, dependendo dos nveis de
concentrao, durao e freqncia de exposio, o tipo especfico do composto, e
a susceptibilidade da pessoa exposta. A maioria das preocupaes refere-se
conexo entre o grau de exposio e a ocorrncia de cncer. Alguns estudos
relacionam a exposio a Dioxinas com a ocorrncia de problemas de fertilidade
e/ou m-formao de fetos, bem como anormalidades no desenvolvimento fsico,
como baixa imunidade e mudanas comportamentais.
3.3.3 Exposio
Aproximadamente 98% da exposio das pessoas a dioxinas se d atravs
da cadeia alimentar (a inalao direta responde pelos 2% restantes). Segundo as
Environmental Agency in England and Wales e a Scottish Environment Protection
Agency, os levantamentos mais recentes revelam que, no Reino Unido, cerca de
3% das emisses de dioxinas so originrias de Plantas de tratamento trmico de
Resduos Slidos Urbanos - RSU. Segundo estas mesmas agncias, estes ndices
so similares aos observados em outros pases da Europa desenvolvida.
As dioxinas so depositadas do ar sobre as plantaes de frutas e hortalias,
pastos e solo, acabando por passar por toda a cadeia alimentar. As guas
-
feam engebio 25
superficiais acabam tambm por transport-las para rios, lagos e oceano, onde so
absorvidas por peixes e crustceos. Desta forma, dioxinas acabam por estar
presente em todo o meio ambiente e nveis mnimos sero provavelmente
detectados em quase a totalidade dos alimentos. Comumente a exposio pode ser
incrementada pela proximidade das populaes em relao a determinadas fontes
emissoras, ou devido a hbitos alimentares, por exemplo: grande consumo de
conservas de peixes em leo vegetal, carne vermelha, entre outros.
Como as dioxinas so pouqussimo reativas, sendo quase sua totalidade
quimicamente inerte, suas molculas dificilmente sero quebradas e podero
acumular-se no corpo humano (particularmente em tecidos gordurosos). Os nveis
de exposio atualmente observados na Europa desenvolvida podem ser suficientes
para causar algum impacto adverso na populao em geral, embora as pesquisas
no tenham revelado evidncias claras destes riscos.
Tanto a US/EPA como a OMS reconhecem que estes efeitos possam ocorrer,
mas sejam imperceptveis por serem mascarados pelo cenrio de doenas
comuns. Investigaes e estudos relativos aos efeitos sobre a sade versus
exposio s dioxinas em localidades especficas (por ex: reas vizinhas a
Incineradores de Lixo Urbano) no chegaram a resultados conclusivos.
3.4 Sistemas de controle de poluio do ar (SCPA)
As emisses gasosas devido ao processo de combusto so constitudas por
substncias em concentraes muito acima das permitidas pela legislao, por este
motivo essas plantas requerem um tratamento fsico-qumico avanado para
neutralizar os poluentes gerados. De forma geral um sistema para depurao dos
gases constitudo por unidades para lavagem cida de halognios, lavagem
alcalina, lavagem de aerossis e filtros de manga.
Um sistema de controle da poluio do ar deve contemplar o conjunto de
equipamentos, a tecnologia empregada, os procedimentos de operao, a
-
feam engebio 26
manuteno e o monitoramento para que as emisses atmosfricas de uma unidade
de combusto de resduos slidos atendam aos nveis estabelecidos pelas normas
pertinentes e aceitveis do ponto de vista ambiental (GRIPP, 1998).
Os equipamentos de controle de poluio do ar utilizados para tratar as
emisses atmosfricas da combusto so agrupados em funo das fraes das
emisses (gases cidos, orgnicos ou material particulado). As tecnologias
empregadas no processo de incinerao tambm fazem parte do controle da
poluio do ar, uma vez que tcnicas podem ser aplicadas visando melhor
desempenho na combusto de resduos e diminuio das emisses gasosas, sem
que necessariamente sejam empregados equipamentos especficos para o
tratamento dos gases.
Alm dos equipamentos de controle das emisses gasosas e das tecnologias
utilizadas, a eficcia de um sistema de controle de poluio do ar requer um
monitoramento contnuo, no apenas das emisses atmosfricas como tambm da
operao do incinerador. Para isso um sistema de monitoramento contnuo deve ser
instalado e equipado para medir e gravar os vrios parmetr
