Tecnologias e

Rotas Tecnológicas para RSU

Geraldo Antônio Reichert

Curitiba, 25 de fevereiro de 2019

É uma forma diferenciada de manejo de resíduos, que combina diferentes métodos de coleta e tratamento para lidar com todos os materiais no fluxo de geração e descarte de resíduos, de maneira ambientalmente efetiva, economicamente viável e socialmente aceitável.

White et al. (1995)

Gerenciamento integrado

O que era um CONCEITO, virou uma OBRIGAÇÃO pela PNRS:

Art. 9o Na gestão e gerenciamento de resíduos

sólidos, deve ser observada a seguinte ordem de

prioridade: não geração, redução, reutilização,

reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e

disposição final ambientalmente adequada dos

rejeitos.

Gerenciamento integrado de RSU

Material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, ...

Resíduos sólidos que, depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e recuperação por processos tecnológicosdisponíveis e economicamente viáveis, não apresentem outra possibilidade que não a disposição final ambientalmente adequada.

≠Resíduo sólido Rejeito

PNRSMudança conceitual (mudança de paradigma)

O conceito de REJEITO é temporal e

espacial (ou regional).

Tecnologias de tratamento de RSU

• Mais usadas

– Aterro sanitário– Compostagem– (Triagem)– Reciclagem

• Novas tecnologias

– Digestão anaeróbia (processo biológico)– Autoclave (para RSU)– Incineração

– CDR – Combustível Derivado de Resíduo– Gaseificação– Pirólise– Plasma

• Em pesquisa

– Produção de etanol de RSU (hidrólise)– Despolimerização

(processos térmicos)

Destinação dos resíduos nos países da Europa

em 2016 (em % de massa)

Fonte: Eurostat (2017)

O que é uma rota tecnológica?

É o conjunto de processos, tecnologias e fluxos dos resíduos desde a sua geração até a sua disposição final, envolvendo circuitos de coleta de resíduos de forma indiferenciada e diferenciada e contemplando tecnologias de tratamento dos resíduos com ou sem valoração energética.

Inicia-se na geração dos resíduos e encerra-se na com a disposição final (em aterro sanitário).

Fonte: FADE / BNDES - Rotas TecnológicasUFPE (2014)

Coleta de Resíduos

MistosTransbordo

RSU

G

eraç

ão e

Arm

azen

amen

to

Aterro

Sanitário

Coleta de Resíduos

Recicláveis

Coleta de Resíduos Orgânicos

Triagem de recicláveis

Compostagem

Biodigestão Anaeróbia

Energia elétrica

Materiais Recicláveis

Rejeitos

CompostoBiogás

TM e TMB

Biometano

Rejeitos

CDR ou Incineração

Coprocessa-mento

Ampliando aproveitamento de orgânicos

Energia elétrica

Até 1.000 mil hab.

Coleta de Resíduos

MistosTransbordo

RSU

G

eraç

ão e

Arm

azen

amen

to

Aterro

Sanitário Energético

Coleta de Resíduos

Recicláveis

Coleta de Resíduos Orgânicos

Triagem de recicláveis

Compostagem

Energia elétrica

Materiais Recicláveis

Rejeitos

CompostoBiogás

TM

Rejeitos

CDR

Coprocessa-mento

Ampliação para três tipos de coleta

Energia elétrica

Até 500 mil hab.

Coleta de Resíduos

MistosTransbordo

RSU

G

eraç

ão e

Arm

azen

amen

to

Aterro

Sanitário Energético

Coleta de Resíduos

Recicláveis

Triagem de recicláveis

Materiais Recicláveis

Rejeitos

TM

Rejeitos

Uma Rota básica ou uma primeira etapa da Rota

Energia elétrica

Biogás

Até 250 mil hab.

Anti-exemplos! Aprendendo com os erros do passado…

1. Anos 1980 – Usinas de Triagem e Compostagem

2. Anos 2000 – Editais do FNMA para aterrossanitários em pequenos e médios municípios

O importante é priorizar a ROTA e não focar somente nas tecnologias!

Uma rota tecnológica inicia na coleta...

11

Na verdade... Inicia na segregação na origem...

Unidades de triagem

• Manual

• Semimecanizada

• Mecanizada

TMB – tratamento mecânico-biológico

Tratamento de resíduos orgânicos

• Compostagem

• Biodigestão

Coleta seletiva x resíduos mistos

São processos biológicos

Processos biológicos de tratamento

15

Consumo de energia

Geração de energia

Digestão anaeróbia (metanização)

Digestão anaeróbia – DA (biodigestão ou metanização)

Sistema Extrasseco

Sistema Úmido

Sistema Seco

Digestão anaeróbia: importante considerar que...

18

• Sistemas (úmido, seco e estrasseco) têm eficiências, custos, complexidade de operação e saídas (digestato) diferentes

• Sistemas extrassecos são muitos mais simples de operar

• Digestato pode ser líquido (biofertilizante) ou sólido

• Necessidade de complementação por compostagem, para produção de composto

• Forma de comercialização da energia elétrica

• Existência de mercado para subprodutos: energia elétrica e térmica, biometano e digestado

Plantas de DA de RSU existentes

• Grande aplicação na Europa

• No Brasil:

• Planta P&D da Comlurb no Rio de Janeiro

• Planta piloto projeto IPT em Bertioga, SP

• Planta da Sanepar em São José do Pinhas (RSU + lodo de ETE)

Compostagem

Processo de decomposição biológica controlada dos resíduos orgânicos, efetuado por uma população diversificada de organismos, em condições aeróbias e termofílicas, resultando em material estabilizado, com propriedades e características completamente diferentes daqueles que lhe deram origem.

(Resolução Conama 481/2017)

Compostagem

Compostagem

Caseira Estática aeração natural Leira revolvida

Leira estática aerada Reator fluxo contínuo Túneis

Compostagem tem má fama no Brasil...

Embora MO seja 50% da massa de RSU no Brasil, apenas 0,2% são compostados (Fonte: SNIS, 2017)

Isso é compostagem?

Fonte: Caprara (2015)

Pergunta: Você concorda que os erros do passado influenciam na pouca utilização da compostagem de RSU atualmente?

Compostagem: importante considerar que...

24

• Embora a compostagem seja conhecida como uma tecnologia relativamente simples, tem engenharia envolvida.

• Compostagem é energeticamente deficitária (consome energia, ao contrário da biodigestão que gera energia).

• A operação da planta é fundamental para obtenção de um composto de qualidade.

• Só composto de qualidade tem mercado:

• Qualidade da matéria-prima: separação na origem dos RSU – iniciar priorizando grandes geradores

• Operação adequada da planta de compostagem

• Fixa CO2 no solo.

Existe uma grande variedade de técnicas de tratamento baseadas na

aplicação de calor aos resíduos, os chamados processos

térmicos. Os produtos resultantes do emprego dessas técnicas dependem da

quantidade de calor utilizada.

Os processos térmicos mais usuais incluem:

Incineração;

Coprocessamento;

Gaseificação;

Pirólise;

Plasma.

Processos térmicos

A incineração é um processo de queima controlada na presença excesso de oxigênio, no qual osmateriais à base de carbono são reduzidos a gases e materiais inertes (cinzas e escórias de metal)com geração de calor.

Esse processo permite a redução em volume e peso dos resíduos sólidos em cerca de 80 a90%. Normalmente, o excesso de oxigênio empregado na incineração é de 10 a 25% acima dasnecessidades de queima dos resíduos.

Em grandes linhas, um incinerador é um equipamento composto por duas câmaras de combustãoprimeira câmara os resíduos sólidos e líquidos são queimados à temperatura variando entre 800 e1.000°C.segunda câmara, os gases provenientes da combustão inicial são queimados a temperaturas daordem de 1.200 a 1.400°C.

Os gases da combustão secundária são rapidamente resfriados para evitar a recomposiçãodas extensas cadeias orgânicas tóxicas e em seguida tratados em lavadores, ciclones ouprecipitadores eletrostáticos, antes de serem lançados na atmosfera através de uma chaminé.

Remanescentes da incineração: gases (CO2, H2O, N2, O2, SO2) e cinzas e escórias (metais,vidros, pedras).

Incineração

Em resíduos Classe 1, usualmente são utilizados sistemas de fornos rotativos ou de leito fluidizado

CDR – Combustível Derivado de Resíduos

33

Blendagem de resíduos

Coprocessamento em Fornos de Cimento

ASPECTOS GERAIS DA PRODUÇÃO DE CIMENTO

Uma grande variedade de matérias primas contendo cálcio, sílica, alumínio e ferro

é utilizada como fontes para a produção de cimento.

Estes materiais são finamente moídos, homogeneizados e alimentados em fornos

rotativos, onde esta mistura, também chamada de farinha, contém

aproximadamente 80% de Carbonato de Cálcio (CaCO3), 15 % de Dióxido de

Silício (SiO2), 3 % de Óxido de Alumínio (AI2O3) e 2 % de Óxido de Ferro (Fe2O3).

A temperatura no interior dos fornos vai 1.500ºC.

Os gases provenientes das zonas de queima, vão para uma zona de transição

(caixa de fumaça) onde as temperaturas oscilam em torno de 1.100 ºC,

permanecendo sob esta temperatura por um tempo aproximado de 2 a 3 s.

Os gases de exaustão são então, rapidamente, transferidos para uma zona mais

fria, onde irão entrar em contato com a farinha alimentada, em contra corrente.

DESCRIÇÃO DO COPROCESSAMENTO

A utilização dos fornos rotativos da indústria cimenteira para a incineração de

resíduos perigosos e não perigosos:

uma alternativa para a destinação final

significativa oportunidade de economia energética

idem quanto a matéria-prima

De uma grande variedade de resíduos utilizados como combustíveis

alternativos destacam-se materiais como:

pneus

óleos usados, solventes

materiais inflamáveis fora de especificação

lama orgânica

lodos de tratamento de efluentes, alguns solos contaminados

resíduos de refinarias de petróleo e indústrias químicas, EPIs, dentre outros

RESÍDUOS PROIBIDOS

Resíduos Domésticos in natura

Resíduos de Serviços de Saúde

Resíduos Radioativos

Substâncias Organocloradas

Agrotóxicos

Explosivos

Fluxograma do Processo de Coprocessamento

Forno rotativo de produção de

clínquer/coprocessamento

Pirólise

O processo de pirólise pode ser genericamente definido como sendo o de

decomposição química por calor na ausência de oxigênio. O processo é

endotérmico, isto é, requer uma fonte externa de calor.

Subprodutos de um processo pirolítico:

- gases, compostos por H2, CH4 e CO;

- combustível líquido, composto por hidrocarbonetos, alcoóis e ácidos

orgânicos de elevada densidade;

- um resíduo sólido, constituído por carbono quase puro (char) e

ainda, por vidros, metais e outros materiais inertes (escória).

Plasma

Quando um gás é aquecido a temperaturas elevadas há mudanças significativas

nas suas propriedades. A cerca de 2 000 ºC, as moléculas do gás começam a

dissociarem-se em estado atômico. A 3 000 ºC, os átomos são ionizados pela

perda de parte dos elétrons. Este gás ionizado é chamado de plasma.

O plasma é uma forma especial de material gasoso que conduz eletricidade. É

conhecido como o "quarto estado da matéria" (sólido, líquido, gasoso e plasma).

No estado de plasma o gás atinge temperaturas extremamente elevadas que

podem variar de 5 000 a 50 000 ºC de acordo com as condições de geração.

O plasma é gerado pela formação de um arco elétrico, através

da passagem de corrente entre o cátodo e ânodo, e a injeção

de um gás que é ionizado, e pode ser projetado sobre os

resíduos.

O gás sob o estado de plasma apresenta boa condutividade

elétrica e alta viscosidade quando comparado a um gás no

estado normal.Jato de Plasma

O plasma é gerado e controlado em tochas de plasma, de forma idêntica a um

queimador empregue em fornos.

A tocha de plasma é um dispositivo que transforma energia elétrica em calor

transportado por um gás. Com estes dispositivos, virtualmente, qualquer gás pode

ser levado ao estado de plasma e o gás utilizado pode ter participação

significativa na reação.

Corte de uma tocha de plasma, mostrando o

processo de criação do jato de plasma

Exemplo da utilização do plasma diretamente sobre os resíduos

Plasma

O processo

Material vítreo resultante

Aterro sanitário

• Aterro sanitário é uma obra de engenharia: estudos e projetos com responsáveis técnicos e licenciamento ambiental.

• É a forma de disposição ambientalmente adequada dos rejeitos prevista no Art. 9°da Lei Federal 12.305/2010 – PNRS.

• O conceito de rejeito tem modificabilidade espacial e temporal (o que vai definir o que é rejeito em cada caso são AS METAS DOS PLANOS).

Tipos de aterros sanitários

Aterro sanitário

• Convencional

• Energético

• “De rejeitos”

Em função do porte:

• Pequeno porte - ASPP

• Médio porte

• Grande porte

Potencial e geração de biogás

Fatores que afetam a geração de gases

- Composição dos resíduos (matéria orgânica), umidade (40-60%), pH (6,8-7,4) e temperatura (35-45ºC), impermeabilização da célula (limitar O2),densidade, altura das camadas, sistema de drenagem de líquidos e gases,clima, etc.

Potencial de geração- 1 tonelada de resíduos com 60% fração orgânica = 150–200 m3 de

biogás- Ensaios BMP

• Composição média do biogásMetano (CH4)................................... 45-55%Dióxido de Carbono (CO2)................... 35-50%Nitrogênio (N2)................................... 0-10%Oxigênio (O2)...................................... 0-4% Vapor de água (H20)........................... 2-4%Hidrogênio (H2)................................... < 0,1%Monóxido de carbono (CO).................. < 0,1%Gás sulfídrico (H2S)............................. < 0,01%

0

2

4

6

8

1 0

1 2

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6

T e m p o ( a n o s)

Pro

dução

bio

gás

(m3

/to

n*

an

o)

Aspectos quantitativos e qualitativos da

geração de biogás

Gerenciamento do biogás de aterro sanitário

Evolução dos processos de tratamento

do biogás

Expectativa de redução

de emissões GEE

Aterros sanitários convencionais com queima individual em flare

25%

Queima centralizada com extração forçada

50%

Captação do gás para fins energéticos

(energia elétrica e biocombustíveis) 75%

Aterros sustentáveis energéticos,

projetados e operados visando o

aproveitamento do gás.90%

Aterro sanitário – elementos de projeto

Captação do biogás

Captura e destruição e uso energético do biogás

Geração de energia elétricaQueimador central

Energia dos RSU

• Comparação potencial geração de energia bruta por tonelada de resíduo

– Plasma: 1,0 a 1,3 MWh / t RSU

– Pirólise: 1 MWh / t RSU

– CDR: 1 MWh / t de CDR ou 0,42 MWh / t RSU

– Incineração: 0,4 – 0,6 MWh / t RSU

– Digestão anaeróbia acelerada: 0,1 a 0,3 MWh / t RSU

– Aterro sanitário (biogás): 0,1 - 0,2 MWh / t RSU

– Compostagem: “déficit energético”

Potencial energético dos RSU (Fonte: Oliveira, 2004)

• Total energia elétrica no Brasil

– 330 TWh/ano

• Geração de RSU no Brasil

– 140 mil t/d (em 2002), e 160 mil t/d em 2010

• Potencial energético dos RSU

– 120 TWh (36 % da oferta nacional de energia)

• Sendo:– 13 TWh de biogás de aterros sanitário e lixões

– 52 TWh de geração térmica

– 55 TWh de conservação de energia pela reciclagem

(de papel, plástico, metal e vidro)

Usina de Itaipu – 100 TWh/ano

Coleta de Resíduos

MistosTransbordo

RSU

G

eraç

ão e

Arm

azen

amen

to

Aterro

Sanitário

Coleta de Resíduos

Recicláveis

Coleta de Resíduos Orgânicos

Triagem de recicláveis

Compostagem

Biodigestão Anaeróbia

Energia elétrica

Materiais Recicláveis

Rejeitos

CompostoBiogás

TM e TMB

Biometano

Rejeitos

CDR ou Incineração

Coprocessa-mento

Energia elétrica Se só vai rejeito

ao aterro, ele não será energético

Tratamentos dos orgânicos devem estar inseridos em uma ROTA...

Relembrando que...

Muito obrigado pela sua atenção!

Geraldo Antônio ReichertEngenheiro Civil e Doutor em Saneamento Ambiental

Correio-E: Geraldo.603@gmail.com