Gerenciamento de lodos é uma das mais difíceis e desafiadoras tarefas em plantas de tratamento de efluentes, devido aos altos teores de umidade, dificuldades em desidratar e os regulamentos bastante restritos com relação ao reuso e disposição final. Um dos objetivos mais procurados em plantas de tratamento de efluentes é desenvolver processos menos impactantes, reduzir o volume de lodos para a disposição e ainda a conversão destes em bioenergia.
Os maiores impactos ambientais e financeiros associados com as operações de tratamento de efluentes estão geralmente ligados com a disposição final dos lodos.
A recuperação da energia em lodos pode ser algo interessante e, geralmente inclui a conversão do lodo em biogás, syngas (gás de síntese) e óleo ou ainda o uso como combustível direto em fornalhas como combustível auxiliar.
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Este pequeno artigo levanta os principais pontos que devem ser avaliados na equalização tecnológica durante a fase de projeto e avaliação de viabilidade.
O biogás
Talvez o processo mais bem estudado para a redução de volume, estabilização de carga orgânica e aproveitamento energético seja através do uso da biodigestão anaeróbica. Muitas referências podem ser encontradas em bibliografias e em operação (especialmente na Europa)
O biogás gerado, desde que adequadamente tratado possui uma flexibilidade de uso enorme. Você pode usar o biogás em caldeiras (substituindo gás combustível, combustíveis líquidos ou mesmo sólidos), pode utilizar na geração de energia com motores ou turbinas ou, inclusive gerar frio com ciclo de absorção.
Entretanto, esta flexibilidade do gás gerado tem algumas limitações. Talvez a maior delas seja o fato de ser gerada por um processo biológico, que exigirá um controle razoável de processo para entregar uma ótima performance e um volume constante. Choques de carga podem arruinar sua eficiência e será muito importante ter algum lugar licenciado para enviar o lodo enquanto seu biodigestor estiver recuperando a estabilidade. Claro que neste intervalo de tempo seus custos irão para a estratosfera.
Outro ponto importante é que a geração de biogás em alta eficiência exigirá um tempo de retenção hidráulico razoável e as instalações civis costumam ter um impacto em custos de implantação elevado.
O lodo no final do processo ainda terá uma umidade bastante elevada e será necessário usar uma instalação de desidratação, com o uso de coagulantes e polímeros para redução do volume de descarte. Mas ainda assim, a conversão para biogás pode ser vantajosa em muitas condições, especialmente se existir condições da utilização do lodo final do biodigestor como biofertilizante em culturas toleráveis (dispensar a desidratação final).
Gaseificação térmica
A gaseificação de resíduos orgânicos também não é algo muito novo. A gaseificação pode ser feita por diversas tecnologias, mas basicamente envolve o processamento do lodo com uma umidade adequada em um ambiente de temperatura e atmosfera controlada. Neste processo existe a conversão de grande parte da matéria orgânica em um gás (com poder energético), e alguns resíduos sólidos, como o biochar e óleos orgânicos.
Este tipo de tecnologia permite um controle muito mais preciso durante o processamento quando comparado com processos biológicos como por exemplo a biodigestão. Entretanto, o lodo deve passar por uma etapa de desidratação inicial para atender os critérios operacionais de umidade.
Outra vantagem deste tipo de tecnologia é que além da energia presente no gás de síntese poder ser utilizada como recurso energético (de forma semelhante ao biogás), os resíduos sólidos podem possuir um valor econômico razoável.
O biochar é utilizado como condicionante de solos com ótimos resultados, existindo pesquisas referenciando os benefícios à produtividade agrícola nas áreas onde foi testado. Os óleos também podem ter valor comercial razoável, ainda contando com energia que pode ser aproveitada em aquecedores e caldeiras que utilizam combustíveis não renováveis como o óleo BPF.
São tecnologias que permitem praticamente converter a totalidade do lodo em produtos com valor energético ou comercial. Porém, possuem uma complexidade operacional mais elevada que outros processos aqui listados e, um investimento substancial para a construção. Além disso, muitas tecnologias exigem uma fonte de energia auxiliar para manter as condições de gaseificação, o que pode consumir com boa parte dos benefícios obtidos com os produtos do processamento.
É importante, durante o desenvolvimento do projeto de gaseificação a avaliação dos usuários, dos custos logísticos e valores de venda dos produtos gerados durante a gaseificação, pois o equilíbrio financeiro da atividade pode ser bastante sensível.
Uso como combustível auxiliar
Muitos sistemas de tratamento de águas residuárias estão dentro ou muito próximos à industrias que fazem uso intensivo de energia térmica. Esta energia térmica pode ser utilizada para a produção de vapor, aquecimento de fluido térmico entre outras. Muitas indústrias utilizam combustíveis sólidos como a lenha ou resíduos florestais e podem com algum critério receber lodos como combustíveis auxiliares.
O primeiro ponto importante a levar em consideração é que estes equipamentos (se não foram projetados para receber lodos) poderão operar com restrições de quantidade deste combustível auxiliar, o que significa que muitas vezes a quantidade que pode ser utilizada é limitada pela tecnologia de combustão.
Os lodos devem ser desidratados a um nível que permita sua combustão de forma regular. Na prática significa reduzir a umidade até tornar o lodo um material granular ou mesmo um pó. A tendência é que materiais mais finos tenham uma combustão mais estável e gerem menos resíduos no final do processo.
Obviamente que a combustão de partículas finas podem impactar de forma significativa nos parâmetros de emissão de particulados e os sistemas que receberão este combustível auxiliar devem estar preparados para tratar estes poluentes. Da mesma forma, alguns tipos de lodo não poderão ser conduzidos para a combustão direta por possuir componentes que podem gerar a formação de dioxinas ou outros subprodutos da combustão.
Testes de combustão devem ser efetuados, simulando as condições específicas da câmara onde o material será queimado, na pesquisa de formação destes componentes. Além disso, é muito importante que sejam avaliadas as condições operacionais do equipamento que irá receber este combustível auxiliar.
Spots de baixa temperatura podem ser críticos, pois poderá existir a condensação de água e a formação de ácidos pela absorção de compostos sulfurados. Esta condição pode levar a uma falha catastrófica de uma caldeira, por exemplo. Da mesma forma, alguns componentes presentes no lodo (especialmente sais metálicos) podem baixar o ponto de fusão das cinzas gerando incrustações severas nas fornalhas.
O uso de lodo como combustível auxiliar pode ser uma alternativa rápida e de menor custo, porém exige uma profundidade técnica na validação muito maior que outras tecnologias, pois existem muitos fatores que deverão ser analisados simultaneamente.
Existem outras tecnologias para o aproveitamento energético de lodos que não aprofundaremos neste pequeno artigo. Entendemos que é a recuperação energética em lodos biológicos é essencial para reduzir os custos operacionais e impactos ambientais associados ao tratamento e disposição de lodos.
