Tratamento de Esgoto Redução de Consumo de Energia Frederico Peiró Consultor Agência para Aplicação de Energia Secretaria de Estado de Energia - São Paulo 9/19/2018

Princípios Básicos Processos 9/19/2018

Princípios Básicos Sistema de Esgotos Urbanos Elevatória Coletores Gases ETE Corpo Receptor Descarte de Lodos 9/19/2018

Princípios Básicos Fluxo de Processo Secundário Sólidos Lodo Gases Primário Sólidos Grandes Lodo Afluente Bruto Terciário Efluente Tratado 9/19/2018

Princípios Básicos Processo do Tratamento Primário Secundário Terciário Afluente Bruto Remoção de sólidos grosseiros - Destinos Grades Material a ser enterrado Sedimentação Caixa de Areia Material a ser enterrado Decantadores Material a ser tratado Flotação Flotadores Material a ser tratado 9/19/2018

Princípios Básicos Processo do Tratamento Secundário Gases Primário Terciário Degradação biológica de compostos carbonáceos Carboidratos Óleos e graxas CO2 H2 O NH3 S CH4 etc. Proteínas Bactérias têm massa aumentada Processo aeróbio 1 kg DBO produz de 0,4 a 0,7 kg MS Processo anaeróbio 1 kg de DBO produz de 0,02 a 0,20 kg MS 9/19/2018

Princípios Básicos Processo do Tratamento Terciário Secundário Primário Terciário Efluente Tratado Refinamento do tratamento Tratamento aeróbio adicional Assepsia Ajuste à exigências locais Além disto: Desnitrificação Remoção de K e F 9/19/2018

Princípios Básicos Algumas das Alternativas de Processo 9/19/2018

Exemplo para dois processos Índices de Custos Exemplo para dois processos 9/19/2018

Índices de Custos Exemplo para Dois Processos 33% de Redução “Um décimo do Consumo” 9/19/2018

Índices de Custos Cenário: ETE’s Construídas 9/19/2018

Os Dois Exemplos de ETE’s I -Uma ETE com tratamento aeróbio II - Uma ETE com tratamento anaeróbio 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Aeróbio 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Aeróbio Fluxo Líquido e de Lodos Afluente Decantação Primária Filtro Biológico Aeração Decantação Secundária Efluente Compressor Lodos Segue 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Aeróbio Lodos Filtros Prensa 6% para 25% MS Cal Lodos Prensas Desaguadoras 0,5% a 1,0% para 6% MS Descarte Extinção de Cal Ar Comprimido Polietrólitos Água Industrial e Potável Outros Sistemas 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Anaeróbio 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Anaeróbio Princípio Básico da ETE de Piracicamirim Concepção Básica do Projeto Digestão Anaeróbia Afluente Digestão Aeróbia “Refinamento” Efluente Reduz 70% do DBO Produz menos Lodo Não Consome Energia Produz Energia Processa digestão de 30% do DBO 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Anaeróbio ETE Piracicamirim - Fluxo Hidráulico e Lodos Afluente Caixa de Areia Distribuição Reatores Anaeróbios Secador de Areia Rio Tanque de Aeração Decantadores Concentração de Lodos 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Anaeróbio ETE Piracicamirim - Fluxo de Gases Afluente Caixa de Areia Distribuição Reatores Anaeróbios Filtros Biológicos Geração de Energia 9/19/2018

Uma ETE com Tratamento Anaeróbio ETE Piracicamirim - Reator Anaeróbio de Manta de Lodo Chegada de Esgoto Manta de Lodo Gases Energéticos Ar e Gases Saída Gases 9/19/2018

ETE Piracicamirim Vista Geral 9/19/2018

ETE Piracicamirim Alguns Dados (I) Afluentes População atendida: 92.233 habitantes; Vazões: Máxima: 462 l/s Média: 295 l/s Mínima: 190 l/s Carga Orgânica (kgDBO/dia): 4.980 9/19/2018

ETE Piracicamirim Alguns Dados (II) Corpo receptor: rio Piracicamirim Bacia: 130 km2; Enquadramento atual: abaixo da classe 2; Vazão média: 1.100 l/s Vazão mínima: => 400 l/s. Efluentes da ETE Remoção DBO: >90% Oxigênio Dissolvido: ~5 mg/l correspondente à concentração de O2 de rios com boa qualidade para vida aquática. 9/19/2018

ETE Piracicamirim Dados Específicos - Caixa de Areia Afluente Caixa de Areia Distribuição Secador de Areia Conjunto de caixa de areia, grade fina mecanizada e distribuidor. Descarga e secagem de areia; Uso de soprador para descompactação da areia; Reciclagem de lodo dos reatores; Coleta de gases para evitar mau cheiro; 9/19/2018

ETE Piracicamirim Dados Específicos - Reatores Anaeróbios cada um com 4 células independentes; volume total: 8.400 m3; tempo médio de detenção hidráulica: 7,7 horas; Tratam efluentes brutos e lodo excedente do processo aeróbio; Eficiência >70% na remoção de DBO e 90% de vermes e cistos Gases gerados: fins energéticos (60% de metano) 1.000 m3/dia; exalados: tratamento biológico para descarte Distribuição Reatores Anaeróbios 9/19/2018

ETE Piracicamirim Dados Específicos - Lodos Ativados (Tanque de Aeração) Tanque de aeração com 8.600 m3; Oito aeradores de 15 HP cada, fluxo ascendente de ar; Tempo de detenção hidráulica médio de 6 horas; O lodo produzido é removido em decantador com placas planas paralelas; Parte do lodo é reciclado ao processo; Lodo dos reatores é homogeneizado, desidratado a 22% de MS, tratado com cal (4 t/dia à 22% de MS) Rio 9/19/2018

ETE Piracicamirim Dados Gerais Área ocupada pela ETE: 3 ha; Tempo gasto para detalhar o projeto e construir a ETE e a elevatória: 12 meses; Investimento total (projeto, construção): cerca de 7 milhões de reais; Consumo médio de energia elétrica: Elevatória: 160 kWh/h; ETE: 50 kWh/h 9/19/2018

ETE - Consumos de Energia As unidades de processo que mais consomem energia 9/19/2018

Maiores Consumos de Energia Unidades de Processo Digestores aeróbios (mistura e oxigenação) Recirculação de Lodos Secagem de Lodos Secagem mecânica Secagem térmica Transferências de Líquido (variações de cotas) 9/19/2018

Maiores Consumos de Energia Digestão Aeróbia - Solubilidade do Oxigênio 9/19/2018

Maiores Consumos de Energia Digestão Aeróbia - Consumo de Energia para Oxigenação 9/19/2018

Maiores Consumos de Energia A Digestão Aeróbia x Anaeróbia Redução DBO Digestão Aeróbia Energia Digestão aeróbia: 0,60 a 1,70 kWh/kg O2; 0,4 a 0,7 kg de lodos por 1 kg de DBO; investimento elevado; custos operacionais; menor produção de gás. Redução 70% DBO na Digestão Anaeróbia Consumo de Energia só para os 30% restantes Energia Digestão anaeróbia prévia + digestão aeróbia: zero kWh/kg O2; 0,02 a 0,20 kg de lodos por 1 kg de DBO; investimento menor; custos operacionais muito reduzidos; maior produção de gás. 9/19/2018

Estações Elevatórias As estações elevatórias de água e de esgoto são responsáveis por parte significativa do consumo de energia e dos custos de operação de um município. 9/19/2018

Energia Consumida em um Sistema Convencional de Bombeamento 9/19/2018

Curvas de Sistema D=(DS+DV+DR) DR DV DS Q Hm=Hg+D h Hm D D=k(Q) n n~1,8 a 2,0 9/19/2018

Ajuste de Vazão e Potência DS Hg Dv DR Q Ajusta Hm Q Varia Hm através DV 9/19/2018

Sistema com Várias Bombas q h Hm 2B 2a B Hm 3B 3a B Hm 1B 1a B 9/19/2018

Conseqüências (Convencional) A curva de cada bomba é invariável; A curva do sistema é função da vazão (qtde. de bombas); A energia consumida pela bombas(s) é função da curva do sistema, portanto varia; O conjunto bomba(s) x sistema é ajustado atuando nas válvulas, introduzindo perda de carga; Aumento de perda de carga exige mais energia: o consumo é aumentado. 9/19/2018

Energia de Bombeamento Redução 9/19/2018

Redução do Consumo de Energia no Bombeamento Redução das perdas de carga do sistema; Redução de perdas de transporte; Evitar sobre-dimensionamento de bombas e motores; Implantação de gestão de reservatórios e de fluxo; Uso de motores de alta eficiência; Uso de bombas com acionamento com velocidade variável (inversores de freqüência). 9/19/2018

Princípio do Uso de Velocidade Variável no Bombeamento DS Hg Dv DR Q Não ajusta Hm Q Varia Velocidade Como não se introduz perda de carga, não há consumo adicional de energia 9/19/2018

Conseqüências do Uso de Velocidade Variável Redução do número de partidas das bombas (operação contínua de bombeamento); Redução da corrente de partida; Melhor proteção intrínseca dos motores; Correção do fator de potência; Maior controle nos parâmetros de processo; Redução no consumo de energia. 9/19/2018

Velocidade Variável com Várias Bombas (Um Caso) 9/19/2018

Resultados Obtidos em uma Elevatória de Esgotos (I) Vazões: nominal por bomba: 157 l/s; número de bombas: 4 (uma de reserva) vazão média de projeto: 295 l/s; vazão máxima de projeto: 471 l/s; vazão máxima de emergência: 600 l/s; Potência unitária das bombas: 150 HP. Consumo de energia (média mensal): Antes: 149,2 MWh ou R$ 10.500,00 Depois: 121,0 MWh ou R$ 8.500,00 Redução de custo de operação: R$ 24.000,00 / ano 9/19/2018

Resultados Obtidos em uma Elevatória de Esgotos (II) Algumas outras vantagens obtidas: Bombeamento contínuo com fluxo variável de 30 a 157 l/s por bomba; Correção do fator de potência; Automação do bombeamento; Maior proteção dos motores; Expectativa de vida maior para equipamentos; Eliminação do surto de corrente de partida. 9/19/2018

Síntese dos Resultados de Um Projeto de Elevatória 9/19/2018

Redução do Consumo de Energia na Elevatória Redução das elevações geométricas; Utilização de tubos mais lisos; Operação com válvulas abertas; Seleção de válvulas de retenção com peso reduzido; Eliminação de acidentes de linha; Uso de motores de alto rendimento; Uso de freqüência variável e controles; Redução da potência instalada e de grupo motogerador de emergência. 9/19/2018

Redução do Consumo de Energia na ETE Seleção de cotas hidráulicas. Uso do efeito da gravidade; Uso de reatores anaeróbios, sem consumo de energia elétrica e redução da “carga” no processo aeróbio; Redução da produção de lodos (~1/5 do usual) e dos conseqüentes processamentos; Aproveitamento dos gases de digestão para conduzir à auto-suficiência energética; Redução nos tratamentos químicos; Oxigenação por processos naturais, sem dispêndio de energia. 9/19/2018

Conseqüências Redução de investimentos Redução do custo operacional Produtos químicos Energia elétrica Operadores 9/19/2018

Conclusões e Recomendações 9/19/2018

Conclusões Objetivos O que realmente interessa: Redução: dos custos globais de investimento dos custos globais de operação do impacto ambiental dos efluentes Com a finalidade: de reduzir tarifas de serviços de melhor utilizar os recursos de investimento 9/19/2018

Conclusões Os “atores” mais influentes O Processo O Projeto A Operação 9/19/2018

Recomendações Para os projetos novos: Investir em um “projeto” de mapeamento dos processos mais adequados às ETE’s Investir na informação, divulgação, e treinamento na “cultura” da qualidade, custos e benefícios dos processos e construção Para os projetos existentes: Continuar o programa de “eficiência” existente Estender o conceito de “eficiência de energia (elétrica)” para “eficiência” de uma forma global 9/19/2018