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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
PROPOSTA PRELIMINAR DE TRATAMENTO DA FRAÇÃO ORGÂNICA DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM PRODUÇÃO DE BIOGÁS – UM ESTUDO DE
CASO PARA MUNICÍPIOS DO SUL DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO.
GABRIELA MOREIRA BORGES
2019
PROPOSTA PRELIMINAR DE TRATAMENTO DA FRAÇÃO ORGÂNICA DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM PRODUÇÃO DE BIOGÁS – UM ESTUDO DE
CASO PARA MUNICÍPIOS DO SUL DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO.
GABRIELA MOREIRA BORGES
Projeto de Graduação apresentado ao curso de
Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do título de
Engenheira.
Orientadora: Profa. Monica Pertel
Co-orientadora: Engª. Luíza Santana Franca
RIO DE JANEIRO
Março de 2019
PROPOSTA PRELIMINAR DE TRATAMENTO DA FRAÇÃO ORGÂNICA DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM PRODUÇÃO DE BIOGÁS – UM ESTUDO DE
CASO PARA MUNICÍPIOS DO SUL DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO.
Gabriela Moreira Borges
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE
JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU
DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
________________________________________________
Profª. Monica Pertel, D.Sc.
________________________________________________
Engª. Luíza Santana Franca, M. Sc.
_________________________________________________
Prof. Renan Finamore, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
Março de 2019
Borges, Gabriela Moreira
Proposta preliminar de tratamento da fração orgânica de
resíduos sólidos urbanos com produção de biogás – um estudo
de caso para municípios do sul do estado do Espírito Santo/
Gabriela Moreira Borges – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola
Politécnica, 2019.
xii, 75 p.:il.; 29,7 cm.
Orientadora: Monica Pertel
Co-orientadora: Luíza Santana Franca
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia Civil, 2019.
Referências Bibliográficas: p. 70-73
1. Fração orgânica de resíduos sólidos urbanos 2. Biogás
3. Digestão anaeróbia de resíduos orgânicos 4. Túneis de
metanização seca
I. Pertel, Monica; II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III.
Proposta preliminar de tratamento da fração orgânica de resíduos
sólidos urbanos com produção de biogás – um estudo de caso para
municípios do sul do estado do Espírito Santo.
AGRADECIMENTOS
Durante a elaboração deste trabalho me surpreendi positivamente com um grande número
de pessoas empenhadas em construí-lo junto a mim. Gostaria de agradecer àqueles que
efetivamente desenvolveram parte do conteúdo aqui escrito e também àqueles que
principalmente me incentivaram e fortaleceram em cada momento de desilusão.
Iniciando a lista de nomes tenho que agradecer aos meus pais, Francisco e Wanilda, e
minha irmã, Priscila, por dever a eles tudo que conquistei até hoje e em especial essa graduação
em Engenharia Civil. Foram essas três pessoas (e minha avó Wandira) que me deram as mãos
para subir cada degrau dessa trajetória e seguirão de mãos dadas a mim sempre.
Logo em seguida preciso agradecer a disponibilidade e o cuidado das minhas orientadoras
Monica e Luíza. Professora Monica abraçou um projeto quase falido de desenvolver este
trabalho em tempo não muito adequado e com quase nenhuma informação. Já a Luíza suportou
e construiu comigo cada parágrafo de conteúdo deste trabalho e merece uma menção muito
especial como o melhor presente que este projeto me deu. Também agradeço ao professor
Renan que se dispôs a acrescentar tanto a esse trabalho para que ele se tornasse relevante.
Devo um agradecimento muito especial a toda minha família extensa entre tios e primos
que muitas vezes ao longo desses anos de graduação me auxiliaram de várias formas, fosse
como minha tia Wandirinha que me abrigou por um ano em sua casa nos dias mais corridos de
estudos, ou como minha madrinha Luciana que me deu carona até a universidade tantas vezes
que eu tinha algum problema para resolver, ou como minha outra madrinha Cristina que cuidou
de mim todas vezes que precisei de absolutamente qualquer coisa, ou mesmo como meu primo
Andrei que soube escutar o que eu tinha a falar sobre qualquer um dos mil assuntos que eu
aprendia na faculdade e queria compartilhar.
Um agradecimento e um abraço muito forte nos meus amigos de faculdade. Dois deles se
tornaram tão especiais que fogem de qualquer enquadramento de amizade e se aproximam
muito mais da qualidade de família. Gabi e Thiago, muito obrigada por cada um e por todos os
momentos que tivemos e teremos juntos. Outros dividiram os 13 semestres de faculdade comigo
e me ajudaram a conquistar esse desafio, fosse nos trabalhos das disciplinas, como Felipe e
Luciana, fosse nas atividades complementares, como o Bady, fosse na vida extraclasse, como
a Carol, ou fosse em tudo isso e mais um pouco como a Bianca.
Aos meus amigos de infância, preciso dizer que gostaria de tê-los mais perto, mas ao
amigo de infância que tenho muito perto quero dizer: Hugo, muito obrigada por me salvar
sempre e por tornar minha vida mais divertida.
Ao meu atual parceiro de trabalho, Mattana, gostaria de fazer um agradecimento mais que
especial pela compreensão pelo momento que vivia e por entender que era preciso estar longe
em alguns momentos decisivos. Preciso agradecer também o incentivo aos estudos e à
realização deste trabalho.
Por fim, mas com certeza não menos importante, um agradecimento único e especial ao
meu companheiro de vida e de caminhada, minha felicidade, minha alegria e meu amor, Lucas.
Agradeço por todos os momentos de incentivo, por todo carinho e por toda compreensão pelos
meus momentos de estresse e desespero. Obrigada por ser meu alicerce sempre.
“A normalidade é uma estrada pavimentada: é
confortável de andar, mas nenhuma flor cresce. ”
Vincent van Gogh
Para minha avó Wandira, que sonhou com
minha formatura em Engenharia por toda minha vida
e verá isso acontecer de um lugar privilegiado.
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
PROPOSTA PRELIMINAR DE TRATAMENTO DA FRAÇÃO ORGÂNICA DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM PRODUÇÃO DE BIOGÁS – UM ESTUDO DE
CASO PARA MUNICÍPIOS DO SUL DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO.
Gabriela Moreira Borges
Março de 2019
Orientadora: Monica Pertel
Co-orientadora: Luíza Santana Franca
A gestão de resíduos sólidos nos municípios brasileiros se mostra ainda pouco eficiente e
ambientalmente adequada, ainda que, desde 2010, a Política Nacional de Resíduos Sólidos
(PNRS), Lei 12.305, indique e especifique, dentre outras coisas, diretrizes de tratamento,
destinação e disposição dos resíduos. Nesse contexto de dificuldade para melhorar a qualidade
da gestão dos resíduos, o estado do Espírito Santo apresenta especial interesse por incentivar e
exigir mudanças em seus municípios. O presente trabalho se refere a um estudo preliminar de
viabilidade técnica da proposta de tratamento da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos
(FORSU) por metanização extrasseca com produção de biogás no aterro sanitário de Cachoeiro
de Itapemirim (CTRCI). O projeto visa diminuir os impactos ambientais da solução atualmente
adotada na região sul do Espírito Santo, que é destinação total do RSU ao aterro sanitário, assim
como o atendimento das diretrizes da PNRS. Os cálculos referentes ao desenvolvimento do
estudo tiveram como fonte principal dados fornecidos pela empresa desenvolvedora da planta
de metanização extrasseca da FORSU localizada no Usina do Caju no Rio de Janeiro, a
Methanum Resíduos e Energia, assim como normas e leis pertinentes, além de literatura
relevante ao tema. Foi, assim, realizado estudo preliminar da implantação de uma usina com
tecnologia de túneis de metanização por bateladas sequenciais (TMBS) no CTRCI. O estudo
encontrou dificuldades em viabilizar a instalação de uma usina que tratasse o resíduo
proveniente de toda a região sul do estado, desenvolvendo, assim, um projeto apenas para a
maior cidade, Cachoeiro de Itapemirim.
Palavras-chave: fração orgânica de resíduos sólidos urbanos; biogás; digestão anaeróbia de
resíduos orgânicos; túneis de metanização seca.
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer.
PRELIMINAR PROPOSE FOR ORGANIC FRACTION OF MUNICIPAL SOLID WASTE
TREATMENT WITH PRODUCTION OF BIOGAS – A CASE STUDY FOR THE CITIES
ON THE SOUTH ZONE OF ESPÍRITO SANTO STATE.
Gabriela Moreira Borges
March 2019
Adviser: Monica Pertel
Co-adviser: Luíza Santana Franca
Waste management in Brazilian cities is still not efficient either environmentally correct, even
when you consider that, since 2010, has been implemented the Nacional Policy of Solid Waste
(PNRS, acronym in Portuguese), Law 12.305, which indicates and specifies also guidelines of
treatment, destination and disposing of solid waste. In this context of difficulties to improve the
quality of waste management, the state of Espírito Santo demonstrates special interest in
encourage and demand changes in its cities.This work refers to a preliminary technical viability
study of a propose of treatment of the organic fraction of the municipal solid waste (OFMSW)
by dry fermentation with biogas production in the sanitary landfill of Cachoeiro de Itapemirim
(CTRCI). The project intends to decrease the environmental impacts of the actual solution
adopted by this region in south of Espírito Santo, which consists in the landfilling of the total
amount of MSW, as well as the attendance of the PNRS. The calculus realized in the
development of the study had some data given by the company that made the project of the
OFMSW dry fermentation plant in the Usina do Caju, in Rio de Janeiro, Methanum Resíduos
e Energia, as well as the technical standards and laws that are relevant for the theme and the
related literature. Then, it has been made a previews study of the construction of a garage-type
dry fermentation plant in the CTRCI. The study met various difficulties on make viable the
construction of one plant to treat all the waste coming from the whole south zone of the state,
so it has been developed a project to attend only the biggest city, Cachoeiro de Itapemirim.
Keywords: Anaerobic digestion of food waste; biogas; organic fraction of municipal solid
waste, garage-type dry fermentation.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - TUBULAÇÃO DE SAÍDA E QUEIMA DO BIOGÁS DO ATERRO (ACERVO PRÓPRIO). ........ 22
FIGURA 2 - ORDEM DE PRIORIZAÇÃO DE GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS (BRASIL,
2010 - ELABORAÇÃO PRÓPRIA). ......................................................................................... 26
FIGURA 3 - FLUXOGRAMA DE DECISÕES SOBRE A DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS DO MUNICÍPIO
(CEMPRE, 2018). ............................................................................................................. 29
FIGURA 4 - PROCESSO DE DIGESTÃO ANAERÓBIA (CHERNICHARO, 1997 APUD PROBIOGÁS,
2015A). .............................................................................................................................. 31
FIGURA 5 - CONVERSÕES OCORRIDAS NA ETAPA DE HIDRÓLISE (PROBIOGÁS, 2015A -
ELABORAÇÃO PRÓPRIA). .................................................................................................... 31
FIGURA 6 - MODELO ESQUEMÁTICO DE UM REATOR COM PROCESSO DRANCO (PROBIOGÁS,
2015A). .............................................................................................................................. 34
FIGURA 7 - MODELO ESQUEMÁTICO DO REATOR DE DIGESTÃO ANAERÓBIA DO PROCESSO AXPO
KOMPOGAS (PROBIOGÁS, 2015A). ................................................................................. 36
FIGURA 8 - MODELO ESQUEMÁTICO DE UM REATOR COM TECNOLOGIA VALORGA
(PROBIOGÁS, 2015A). .................................................................................................... 36
FIGURA 9 - MODELO ESQUEMÁTICO DE UM REATOR COM TECNOLOGIA LARAN (PROBIOGÁS,
2015A). .............................................................................................................................. 37
FIGURA 10 - ESQUEMA SIMPLIFICADO DO PROCESSO DE TRATAMENTO DE FORSU COM
TECNOLOGIA TMBS (QUIAN ET AL, 2016). ..................................................................... 37
FIGURA 11 - MODELO ESQUEMÁTICO DA USINA TMETHAR COM TECNOLOGIA TMBS
(TMETHAR, 2019). ......................................................................................................... 39
FIGURA 12 - EVOLUÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE BIO-METANO PARA DIFERENTES CONDIÇÕES DE
PROCESSO (CAROTENUTO ET AL, 2016). ....................................................................... 42
FIGURA 13 - FLUXOGRAMA DA METODOLOGIA UTILIZADA. ....................................................... 45
FIGURA 14 - IMAGEM ESQUEMÁTICA DOS ITENS DA GARAGEM DE DIGESTÃO (TMETHAR, 2019).
.......................................................................................................................................... 50
FIGURA 15 - DIVISÃO DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO EM CONSÓRCIOS PÚBLICOS REGIONAIS
(SEDURB, 2019) .............................................................................................................. 54
FIGURA 16 - MUNICÍPIOS DO ES QUE DESTINAM RSU AO CTRCI (IJSN, 2018, ADAPTADO). .... 55
FIGURA 17 - MEDIDAS DA GARAGEM DE DIGESTÃO. .................................................................. 61
FIGURA 18 – PONTOS COM COTAS ESTIMADAS ATRAVÉS DO SOFTWARE GOOGLE EARTH PRO. . 62
FIGURA 19 – LOCAL ESCOLHIDO PARA INSTALAÇÃO DA USINA – VISTA SUPERIOR. .................... 63
FIGURA 20 – LOCAL ESCOLHIDO PARA INSTALAÇÃO DA USINA – VISTA LATERAL (ACERVO
PRÓPRIO). .......................................................................................................................... 63
FIGURA 21 - REGIÃO DE INSTALAÇÃO DAS UNIDADES DE PRODUÇÃO DE INÓCULO. ................... 65
FIGURA 22 - ÁREA PARA INSTALAÇÃO DAS LEIRAS DE COMPOSTAGEM. ..................................... 65
FIGURA 23 - LAYOUT GERAL DA PLANTA DE TRATAMENTO DE FORSU (SEM ESCALA –
ELABORAÇÃO PRÓPRIA). .................................................................................................... 66
FIGURA 24 - UNIDADE DE PESAGEM DE CAMINHÕES DO CTRCI (ACERVO PRÓPRIO). ................ 73
FIGURA 25 - UNIDADE DE LAVAGEM DE CAMINHÕES DO CTRCI (ACERVO PRÓPRIO). ............... 73
FIGURA 26 - LAGOA DE ARMAZENAMENTO DE LIXIVIADO DO CTRCI (ACERVO PRÓPRIO). ........ 74
FIGURA 27 - VISTA DA UNIDADE DE PESAGEM, DO ESCRITÓRIO ADMINISTRATIVO E DA ENTRADA
DO CTRCI A PARTIR DO TOPO DE UMA DAS CÉLULAS DE ATERRAMENTO (AERVO PRÓPRIO).
.......................................................................................................................................... 74
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - PORCENTAGEM DE MATÉRIA ORGÂNICA TRATADA EM RELAÇÃO AO TOTAL
ESTIMADO COLETADO (2008) (IPEA, 2012). ..................................................................... 26
TABELA 2 - NÚMERO DE MUNICÍPIOS COM UNIDADES DE COMPOSTAGEM E QUANTIDADE TOTAL
DE RESÍDUOS ENCAMINHADOS PARA ESSES LOCAIS (2000 E 2008) (IPEA, 2012). .............. 28
TABELA 3 – DADOS DE CUSTO E EFICIÊNCIA DE PROCESSO DE PLANTAS EM DIFERENTES ESCALAS
COM TECNOLOGIA DRANCO (PROBIOGÁS, 2015A). ........................................................ 35
TABELA 4 - COMPARAÇÃO ENTRE AS TÉCNICAS DE METANIZAÇÃO (PROBIOGÁS, 2015A -
ELABORAÇÃO PRÓPRIA) ..................................................................................................... 38
TABELA 5 - INIBIDORES E SUAS CONCENTRAÇÕES TÓXICAS NA DIGESTÃO ANAERÓBIA
(PROBIOGÁS, 2010). ...................................................................................................... 44
TABELA 6 - COMPARAÇÃO ENTRE OS MUNICÍPIOS QUE DESTINAM RSU AO CTRCI (IBGE, 2019 -
ELABORAÇÃO PRÓPRIA) ..................................................................................................... 56
TABELA 7 - ESTIMATIVA POPULACIONAL PARA FINAL DE PROJETO. (IBGE, 2018 - ELABORAÇÃO
PRÓPRIA) ........................................................................................................................... 57
TABELA 8- POPULAÇÃO E GERAÇÃO DE RESÍDUOS PARA CACHOEIRO DE ITAPEMIRIM (VÁRIAS
FONTES - ELABORAÇÃO PRÓPRIA). ..................................................................................... 58
TABELA 9- CÁLCULO DO VOLUME DIÁRIO DE RESÍDUO A SER TRATADO (TMETHAR 2019 -
ELABORAÇÃO PRÓPRIA) ..................................................................................................... 60
TABELA 10 - ESTUDO DO NÚMERO DE GARAGENS DE DIGESTÃO ANAERÓBIA. ........................... 60
TABELA 11 - ESTUDO DAS MEDIDAS DAS GARAGENS DE DIGESTÃO ANAERÓBIA. ....................... 61
TABELA 12 - CÁLCULO DO VOLUME DO REATOR PARA RECEBER O LIXIVIADO DE 10 GARAGENS
DE DIGESTÃO ANAERÓBIA (ABNT, 1992- ELABORAÇÃO PRÓPRIA). ................................... 64
TABELA 13- CÁLCULO DO VOLUME DO REATOR PARA RECEBER O LIXIVIADO DE 14 GARAGENS
DE DIGESTÃO ANAERÓBIA (ABNT, 1992- ELABORAÇÃO PRÓPRIA). ................................... 64
TABELA 14 - CÁLCULO DAS DIMENSÕES DAS UNIDADES DE PRODUÇÃO DE INÓCULO
(ELABORAÇÃO PRÓPRIA). ................................................................................................... 64
TABELA 15 - ESTIMATIVA DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS NA USINA DO CTRCI (PROBIOGÁS,
2015A - ELABORAÇÃO PRÓPRIA). ....................................................................................... 67
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABRELPE – Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais
CEMPRE – Compromisso Empresarial para Reciclagem
CTRCI - Centro de Tratamento de Resíduos de Cachoeiro de Itapemirim
CTR – Centro de Triagem de Resíduos
DQO – Demanda Química de Oxigênio
Feam - Fundação Estadual do Meio Ambiente (MG)
FIP - Fundação Israel Pinheiro
FORSU – Fração Orgânica de Resíduos Sólidos Urbanos
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IEMA – Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos (ES)
IPEA – Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada
MOS – Matéria Orgânica Seca
ONU – Organização das Nações Unidas
PERS - Política Estadual de Resíduos Sólidos (ES)
PGRS – Plano de Gerenciamento de Resíduos Sólidos
PIB – Produto Interno Bruto
PNRS – Política Nacional de Resíduos Sólidos
PNSB – Pesquisa Nacional de Saneamento Básico
RSU – Resíduos Sólidos Urbanos
SEAMA - Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Recursos Hídricos (ES)
SEDURB - Secretaria de Estado de Saneamento, Habitação e Desenvolvimento Urbano (ES)
Sisnama – Sistema Nacional do Meio Ambiente
SNVS – Sistema Nacional de Vigilância Sanitária
Suasa – Sistema Unificado de Atenção à Sanidade Agropecuária
TMBS – Túneis de mtanização por bateladas sequenciais
TRH – Tempo de Retenção Hidráulico
TRS – Tempo de Retenção de Sólidos
TS – Teor de Sólidos
UPI – Unidade de Produção de Inóculo
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. 4
LISTA DE FIGURAS............................................................................................................. 10
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ 12
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ........................................................................... 13
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 18
2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 20
OBJETIVO GERAL ..................................................................................................... 20
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................... 20
3 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 21
ATENDER À LEGISLAÇÃO VIGENTE .................................................................... 21
AUMENTAR A VIDA ÚTIL DO ATERRO SANITÁRIO ......................................... 21
REDUZIR A EMISSÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA ....................................... 22
ESTUDAR A APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA DE METANIZAÇÃO
EXTRASSECA .................................................................................................................... 22
4 REFERENCIAL TEÓRICO ......................................................................................... 24
GESTÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ...................................................... 24
4.1.1 Plano de Gerenciamento de Resíduos Sólidos (PGRS) ........................................ 24
4.1.2 Inventários de resíduos sólidos ............................................................................. 24
4.1.3 Coleta seletiva e associação de catadores ............................................................. 25
4.1.4 Pesquisa científica e tecnológica .......................................................................... 25
4.1.5 Incentivo à adoção de consórcios ......................................................................... 25
4.1.6 Ordem de prioridade de gerenciamento................................................................ 25
GESTÃO DA FORSU NO BRASIL............................................................................. 26
4.2.1 Origem e definição da FORSU ............................................................................. 27
4.2.2 Compostagem ....................................................................................................... 27
4.2.3 Aterro sanitário ..................................................................................................... 28
4.2.4 Digestão anaeróbia ............................................................................................... 30
TÚNEIS DE METANIZAÇÃO POR BATELADA SEQUENCIAL (TMBS)............. 39
4.3.1 Garagem de metanização ...................................................................................... 40
4.3.2 Unidade de produção de inóculo .......................................................................... 40
4.3.3 Gazômetro ............................................................................................................ 40
4.3.4 Biofiltro ou unidade de beneficiamento do biogás ............................................... 40
4.3.5 Leiras de compostagem ........................................................................................ 41
4.3.6 Parâmetros para monitoramento operacional ....................................................... 41
5 METODOLOGIA........................................................................................................... 45
VISITA À CTRCI ......................................................................................................... 45
ESTUDO POPULACIONAL E DE GERAÇÃO DE RESÍDUOS ............................... 46
5.2.1 Casos especiais – população ................................................................................. 47
5.2.2 Casos especiais – geração de resíduos .................................................................. 47
ANÁLISE DOS DADOS .............................................................................................. 48
ESCOLHA DA TÉCNICA UTILIZADA ..................................................................... 48
VISITA À USINA DO CAJU ....................................................................................... 49
ESCOLHA DOS PARÂMETROS ............................................................................... 49
DIMENSIONAMENTO PRELIMINAR DOS ELEMENTOS DA USINA ................ 49
5.7.1 Cálculo do volume de resíduo .............................................................................. 49
5.7.2 Cálculo do número de garagens de digestão ........................................................ 50
5.7.3 Projeto preliminar das garagens de digestão ........................................................ 50
5.7.4 Escolha da área de instalação da usina ................................................................. 51
5.7.5 Estudo do projeto do CTR .................................................................................... 51
5.7.6 Estudo do projeto preliminar da unidade de produção de inóculo ....................... 51
5.7.7 Escolha da área de instalação das leiras de compostagem ................................... 51
CÁLCULO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO ENERGÉTICO.................................. 52
6 ESTUDO DE CASO ....................................................................................................... 53
O ESTADO ................................................................................................................... 53
OS MUNICÍPIOS ......................................................................................................... 54
7 RESULTADOS ............................................................................................................... 57
ESTUDO POPULACIONAL E DE GERAÇÃO DE RESÍDUOS ............................... 57
ANÁLISE DOS DADOS .............................................................................................. 58
ESCOLHA DA TÉCNICA UTILIZADA ..................................................................... 59
ESCOLHA DOS PARÂMETROS ............................................................................... 59
7.4.1 Tempo de retenção de sólidos .............................................................................. 59
7.4.2 Temperatura .......................................................................................................... 59
DIMENSIONAMENTO PRELIMINAR DOS ELEMENTOS DA USINA ................ 60
7.5.1 Cálculo do volume de resíduo .............................................................................. 60
7.5.2 Cálculo do número de garagens de digestão ........................................................ 60
7.5.3 Projeto preliminar das garagens de digestão ........................................................ 61
7.5.4 Escolha da área de instalação da usina ................................................................. 62
7.5.5 Estudo do projeto do CTR .................................................................................... 64
7.5.6 Estudo do projeto preliminar da unidade de produção de inóculo ....................... 64
7.5.7 Escolha da área de instalação das leiras de compostagem ................................... 65
7.5.8 Layout da usina ..................................................................................................... 66
7.5.9 Cálculo do potencial de geração energético ......................................................... 66
8 CONCLUSÕES............................................................................................................... 68
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 70
APÊNDICE A ......................................................................................................................... 73
APÊNDICE B.......................................................................................................................... 75
18
1 INTRODUÇÃO
Um dos grandes problemas enfrentados pela maioria dos países ao redor do mundo é a
taxa de urbanização acelerada. Hoje já passa de 50% da população mundial a quantidade de
residentes em áreas urbanas e a Organização das Nações Unidas (ONU) prevê que até 2050
esse número chegue a quase 70% (ONU, 2018). Com isso, surge uma série de demandas de
infraestrutura e gestão de sistemas urbanos que devem ser atentamente avaliados e
solucionados, dentre eles a gestão dos resíduos sólidos.
Aliado ao crescimento da taxa de urbanização global, aumenta também a geração de
resíduos sólidos. O relatório do Banco Mundial “What a waste” afirma que no início do século
XXI a geração de resíduos diária per capita mundial era de aproximadamente 0,64 kg de resíduo
sólido urbano (RSU), porém na data de elaboração do documento (março de 2012) esse valor
já havia subido para cerca de 1,2 kg, além disso, estima que até 2025 esse número aumente para
até 1,42 kg per capita por dia (TWB, 2012).
No que diz respeito à gestão de resíduos sólidos, o Brasil enfrenta grandes dificuldades
para evoluir. No Panorama dos Resíduos Sólidos do Brasil de 2016, produzido pela ABRELPE
(2017), é apresentada uma série de dados alarmantes que demonstram a dificuldade dos
governos municipais de desenvolverem melhores práticas de gestão e manejo de resíduos. A
geração de RSU do país em 2016 chegou a quase 78,3 milhões de toneladas, que, apesar de
apresentar redução de 2% em relação a 2015, possivelmente devido à retração econômica,
representa uma geração per capita de 1,04 kg de RSU por dia. Os dados a respeito do manejo
de resíduos do relatório são ainda mais preocupantes, como por exemplo a porcentagem de
coleta que ainda não chegou a 100%, ou a disposição de cerca de 41,6% de todo o resíduo
coletado no país em locais inadequados (lixões ou aterros controlados).
O estado do Espírito Santo apresenta interesse especial em tratar a problemática dos
resíduos sólidos, já que promulgou a lei estadual nº 9.264, a sua Política Estadual de Resíduos
Sólidos (PERS), em 2009 antes mesmo de a Política Nacional brasileira ter sido desenvolvida.
O estado possui cerca de 4 milhões de habitantes distribuídos em 78 municípios (ESPÍRITO
SANTO, 2019), desses, mais de 670 mil habitam os 25 municípios que destinam seus resíduos
sólidos urbanos para o Centro de Tratamento de Resíduos de Cachoeiro de Itapemirim
(CTRCI), o que segue o indicado no artigo 3º da lei estadual que incentiva a cooperação
intermunicipal para a gestão dos resíduos sólidos (ESPÍRITO SANTO, 2009).
19
Diante desse quadro as alternativas de tratamento dos resíduos sólidos são essenciais
para melhorar a gestão dos resíduos e redução dos impactos ambientais relacionados a essa
problemática. Dentre o RSU, a fração orgânica mostra-se ainda muito relevante no Brasil, mais
de 50% do resíduo sólido urbano gerado segundo IBGE (2010), e seu tratamento é demasiado
incipiente no país, menos de 2% é tratada (IPEA, 2012). Tecnologias de compostagem ou
digestão anaeróbia dos resíduos, por exemplo, apresentam ainda várias lacunas de estudos para
adaptação para a realidade brasileira e o estudo técnico das mesmas tem muita importância.
Dentre as lacunas de estudos, a tecnologia de tratamento de FORSU em túneis de
metanização por bateladas sequenciais desperta especial interesse de pesquisa, já que a primeira
planta e escala industrial da América Latina acaba de ser inaugurada da Usina do Caju, no Rio
de Janeiro. Sendo assim, o presente projeto aproveita a oportunidade de trabalho no tema para
apresentar um estudo preliminar de viabilidade técnica de construção de uma planta de
tratamento da fração orgânica de RSU (FORSU) com geração de biogás através de digestão
anaeróbia extrasseca no aterro sanitário localizado no município de Cachoeiro de Itapemirim
no Espírito Santo, o CTRCI.
20
2 OBJETIVOS
OBJETIVO GERAL
Este projeto tem como objetivo propor uma análise preliminar de tratamento para a
fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (FORSU) destinados ao CTRCI através da
construção de uma planta de tratamento da FORSU com produção de biogás por digestão
anaeróbia extrasseca.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
i. Calcular a projeção de crescimento populacional e a geração de resíduos dos 25
municípios da região sul do estado do Espírito Santo que destinam RSU para o
CTRCI;
ii. Dimensionar as unidades da planta de produção de biogás;
iii. Escolher o local de instalação da planta de produção de biogás;
iv. Estimar o potencial de geração energético da planta de biogás.
21
3 JUSTIFICATIVA
As justificativas para a realização deste trabalho se estendem por várias áreas, desde
questões legais até demanda por pesquisas técnicas, passando por tentativa de redução de
impactos ambientais na gestão de resíduos sólidos. A importância deste estudo é melhor descrita
e apresentada nos subitens deste capítulo.
ATENDER À LEGISLAÇÃO VIGENTE
Com a promulgação da lei nº 12.305, de 2 de agosto de 2010, a Política Nacional de
Resíduos Sólidos (PNRS), os municípios brasileiros foram obrigados a ajustar suas atividades
de gestão e manejo dos resíduos sólidos para atender às diretrizes da legislação. Contudo,
grande parte das cidades do país ainda não se adequou à PNRS total ou parcialmente.
Apesar de os 25 municípios integrantes deste projeto já cumprirem com a destinação
final ambientalmente adequada especificada na lei, outras premissas ainda são deixadas de lado
como a priorização da redução da geração, da reciclagem através de coleta seletiva, além da
compostagem ou digestão anaeróbia de resíduos orgânicos. Este trabalho objetiva a adequação
das cidades às diretrizes da principal legislação sobre resíduos do país.
AUMENTAR A VIDA ÚTIL DO ATERRO SANITÁRIO
No Brasil, estima-se que cerca de 50% do RSU seja fração orgânica (BRASIL, 2012).
No momento, praticamente a totalidade da FORSU coletada dos municípios da região sul do
Espírito Santo é disposta no CTRCI, sem qualquer aproveitamento ou tratamento anterior. A
usina de tratamento de FORSU com produção de biogás reduziria o aterramento de parte do
RSU destinado ao local já que a fração orgânica tratada se transforma majoritariamente em
composto que pode ser utilizado na produção agrícola e a parte destinada ao aterro é tão somente
o resíduo peneirado desse composto, aumentando consideravelmente a vida útil da área de
disposição.
22
REDUZIR A EMISSÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA
A situação atual do CTRCI envolve coleta e posterior liberação do biogás produzido no
aterro (RABELO, 2018), como pode ser observado na Figura 1. O não aproveitamento desse
biogás resulta na emissão do mesmo para a atmosfera ou emissão de gás carbônico após
combustão do metano.
Figura 1 - Tubulação de saída e queima do biogás do aterro (acervo próprio).
A separação da FORSU para digestão do mesmo de maneira controlada visa o aumento
da taxa de produção de biogás, já que o processo produzido e controlado em reator próprio tem
maior capacidade de degradação dos resíduos com microrganismos selecionados do que o
processo que ocorre no aterro. Além da prevenção da emissão de gases tóxicos e nocivos ao
meio ambiente, visto que a planta de biogás conta com instrumentos de limpeza e purificação
do gás, retirando, assim, elementos como o gás sulfídrico, nocivo à saúde humana e produzido
durante o processo de digestão anaeróbia.
ESTUDAR A APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA DE METANIZAÇÃO EXTRASSECA
No fim do ano de 2018 foi inaugurada a primeira usina de tratamento de FORSU com
tecnologia de túneis de metanização por bateladas sequenciais (TMBS) da América Latina, o
projeto TMethar da empresa Methanum Resíduo e Energia na Usina do Caju, no Rio de Janeiro.
Dada a proximidade com a usina e a facilidade de obtenção de dados do projeto além da sua
incontestável inovação tecnológica, faz-se interessante o estudo da sua aplicação para casos
23
reais de municípios de pequeno e médio porte brasileiros, com isso este trabalho busca fazer
um estudo preliminar desta aplicação iniciando, assim, pesquisas desse tema que possam
auxiliar na expansão da utilização dessa técnica para tratamento de FORSU no Brasil.
24
4 REFERENCIAL TEÓRICO
GESTÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
A principal fonte de direcionamento e definições para a gestão de resíduos sólidos no
Brasil é a PNRS (BRASIL, 2010) que institui instrumentos que obrigam e/ou incentivam os
municípios a realizarem a gestão dos seus resíduos sólidos. Alguns desses instrumentos e
algumas diretrizes serão apresentados e descritos neste subitem. É comum encontrar, também,
estados que desenvolveram a própria Política Estadual de Resíduos Sólidos, a exemplo do
Espírito Santo, porém essa não apresenta grandes evoluções em relação à política nacional,
utilizando dos mesmos conceitos e instrumentos (ESPÍRITO SANTO, 2009).
4.1.1 Plano de Gerenciamento de Resíduos Sólidos (PGRS)
Os planos de resíduos sólidos são, na maioria das vezes, elaborados para cada município
e devem apresentar diagnóstico atual, prognóstico para a situação encontrada e plano de gestão
integrada dos resíduos sólidos da região para a situação futura, com estudos sobre o crescimento
populacional, econômico e territorial da cidade.
Funciona como um dos principais instrumentos da PNRS porém é, frequentemente, mal
utilizado. É comum deparar-se com planos municipais sem diagnóstico adequado, sem dados
ou até mesmo planos genéricos, que funcionariam para qualquer cidade, o que demonstra a falta
de estudo adequado para a elaboração do mesmo, além dos casos onde os planos são bem
construídos, mas não são colocados em prática por parte da prefeitura.
4.1.2 Inventários de resíduos sólidos
Os inventários são documentos altamente relevantes para gestão de resíduos sólidos
industriais e/ou de grandes produtores. São declarações da destinação dos resíduos que devem
conter informações sobre o gerador e a empresa que trata e/ou dispõe os resíduos, aplicando
responsabilidade compartilhada por ambas as partes sobre a gestão desses.
25
4.1.3 Coleta seletiva e associação de catadores
A PNRS incentiva a implantação de coleta seletiva nas cidades e a abertura de
associações de catadores para a triagem dos resíduos recicláveis. Esses instrumentos
apresentam forte conexão da PNRS com a realidade brasileira que emprega mais de 400 mil
pessoas em atividades de catação de resíduos recicláveis (IPEA, 2019).
4.1.4 Pesquisa científica e tecnológica
As pesquisas científicas e tecnológicas se apresentam como importante instrumento de
desenvolvimento de conhecimento e tecnologia para o gerenciamento de resíduos sólidos. A
gestão adequada dos resíduos envolve soluções variadas e aplicáveis para cada caso e região,
tornando assim a necessidade de criação de técnicas inovadoras para tratamento, disposição e
gerenciamento dos resíduos ainda maior.
4.1.5 Incentivo à adoção de consórcios
Tanto a PNRS quanto a Política Estadual de Resíduos Sólidos do estado do Espírito
Santo apresentam, como instrumento de viabilização de soluções de gestão de resíduos, a
construção de consórcios que unam vários municípios de uma mesma região em prol do
desenvolvimento de uma única instalação para tratamento e/ou disposição final de resíduos.
Esse instrumento se faz bastante comum em municípios de pequeno porte ao redor do Brasil e
viabiliza principalmente a redução da disposição inadequada de resíduos.
4.1.6 Ordem de prioridade de gerenciamento
A PNRS define uma ordem de priorização para as soluções de gerenciamento de
resíduos sólidos. Essa ordem, apresentada em Figura 2, explicita a necessidade de tratar e/ou
reciclar os resíduos sólidos antes de dispô-los em aterros sanitários.
26
Figura 2 - Ordem de priorização de gerenciamento de resíduos sólidos (BRASIL, 2010 - elaboração
própria).
Na Tabela 1 pode-se observar os resultados de um estudo realizado pelo IPEA em 2012
sobre a reciclagem, ou tratamento, dos resíduos orgânicos no Brasil. Inspirado por esse cenário
brasileiro e pelo direcionamento da PNRS sobre a ordem de priorização de gerenciamento de
resíduos, que este trabalho foi realizado.
Tabela 1 - Porcentagem de matéria orgânica tratada em relação ao total estimado coletado (2008)
(IPEA, 2012).
Unidade de
análise
Quantidade
encaminhada para
unidade de
compostagem (t/d)
Estimativa da quantidade de
matéria orgânica coletada¹ (t/d)
Taxa de tratamento em função
da quantidade coletada (%)
Brasil 1.519,5 94.309,1 1,6
Estrato populacional
Municípios
pequenos 497,2 40.797,3 1,2
Municípios
médios 495 32.250,1 1,5
Municípios
grandes 527,7 21.262,1 2,5
Macrorregião
Norte 18,4 7.523,5 0,2
Nordeste 13 24.262,6 < 0,1
Sudeste 684,6 35.044,1 2,0
Sul 475,3 19.193,7 2,5
Centro-Oeste 328,2 8.285,2 4,0
Nota: ¹Quantidade estimada equivale à quantidade total coletada multiplicando-se pela porcentagem de composição
gravimétrica.
GESTÃO DA FORSU NO BRASIL
A respeito da gestão da FORSU é importante também revisar a literatura existente e
apresentar o panorama atual de tratamento e destinação final dos resíduos orgânicos explorando
as alternativas existentes e a frequência de utilização delas, isso foi realizado e é apresentado
neste subitem.
A PNRS define destinação final ambientalmente adequada como apresentado a seguir:
27
(...) destinação de resíduos que inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a
recuperação e o aproveitamento energético ou outras destinações admitidas pelos
órgãos competentes do Sisnama, do SNVS, e do Suasa, entre elas a disposição final,
observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde
pública e à segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos. (BRASIL,
2010)
O Plano Nacional de Resíduos Sólidos estabelece metas e diretrizes de gestão de
resíduos sólidos. A respeito do que ele chama de fração úmida do RSU, como diretriz de
redução do aterramento desses resíduos, o plano estabelece a necessidade de se adotar como
destinação final a compostagem e outras técnicas de tratamento da FORSU com aproveitamento
de biogás e geração de compostos orgânicos úteis para a agricultura (BRASIL, 2012).
Em um dos documentos elaborados pelo Governo do Estado de Minas Gerais, através
da Fundação Estadual do Meio Ambiente (Feam) e da Fundação Israel Pinheiro (FIP), em 2011,
que servem como diretrizes de elaboração dos Planos de Gerenciamento de Resíduos Sólidos
(PGRS) dos municípios do estado, são apresentados como destinação final da FORSU a
compostagem, a digestão anaeróbia e a disposição final. Cada uma delas será apresentada e
contextualizada nos subitens deste capítulo (PINHEIRO, MARTINS e DIAS, 2011).
4.2.1 Origem e definição da FORSU
A PNRS define como resíduo sólido urbano (RSU) a união entre os resíduos
domiciliares - provenientes de residências urbanas - e os resíduos de limpeza urbana -
provenientes principalmente de varrição de vias públicas – (BRASIL, 2010). Já a FORSU
representa a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, ou seja, a fração dos resíduos que
apresentam uma constituição propícia à biodegradação, ficando excluídos os produtos de papel
e derivados, porque possuem características adequadas para reciclagem (PINHEIRO,
MARTINS e DIAS, 2011).
4.2.2 Compostagem
O “Lixo Municipal: Manual de Gerenciamento Integrado” elaborado pelo Compromisso
Empresarial para Reciclagem (CEMPRE) define compostagem como processo biológico de
decomposição da matéria orgânica, resultando ao final um composto orgânico que pode ser
utilizado para melhorar as características do solo sem ocasionar risco ao meio ambiente
28
(CEMPRE, 2018). A compostagem pode ser definida também como um processo controlado
de degradação de compostos orgânicos que objetiva o tratamento de resíduos sólidos orgânicos
e a formação de um composto que, quando estabilizado e homogeneizado, é benéfico para a
produção vegetal (CARVALHO, 2015).
O Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (IPEA) em seu “Diagnóstico dos Resíduos
Sólidos Urbanos” publicado em 2012 apresenta dados que mostram que menos de 4% dos
municípios brasileiros possuem unidades de compostagem para tratamento da FORSU (IPEA,
2012 e IBGE, 2019c). A Tabela 2 a seguir apresenta de forma mais explícita esses dados.
Tabela 2 - Número de municípios com unidades de compostagem e quantidade total de resíduos
encaminhados para esses locais (2000 e 2008) (IPEA, 2012).
Unidade de análise
Número de municípios com unidades de compostagem no próprio município
Quantidade total de resíduos encaminhados para unidades de compostagem no próprio município (t/dia)
2000 2008 2000 2008
Brasil 157 211 6.364,5 1.519,5
Estrato populacional
Municípios pequenos 139 190 529,8 497,2
Municípios médios 15 12 751,0 495
Municípios grandes 3 6 5.083,3 527,7
Macrorregião
Norte 1 3 5,0 18,4
Nordeste 17 3 112,5 13
Sudeste 70 110 5.368,9 684,6
Sul 68 92 192,5 475,3
Centro-Oeste 1 3 685,6 328,2
O Plano Nacional de Resíduos Sólidos também apresenta alguns dados da Pesquisa
Nacional de Saneamento Básico (PNSB) realizada duas vezes, em 2000 e 2008, pelo IBGE,
que mostram ainda um decrescimento na quantidade de resíduos orgânicos sendo tratados com
compostagem no Brasil na primeira década do milênio (BRASIL, 2012).
4.2.3 Aterro sanitário
Apesar de ser considerado pela PNRS a última opção de destinação ambientalmente
adequada dos resíduos sólidos, os aterros sanitários representam o destino de quase 60% do
29
RSU gerado e coletado no Brasil (IPEA, 2012). Consiste de uma tecnologia que envolve
conhecimentos de engenharia para armazenar os resíduos utilizando a menor área e volume
possíveis com cobertura de terra e/ou material inerte (PINHEIRO, MARTINS e DIAS, 2011).
A NBR 8419 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) explicita os
cuidados necessários para avaliação e desenvolvimento de um projeto de aterro sanitário, dentre
outros, o documento expõe a necessidade de se avaliar o local de instalação do aterro quanto a
7 fatores (zoneamento ambiental e urbano, acessos, infraestrutura urbana, etc.) e a avaliação
hidrogeológica do lugar escolhido buscando evitar ou minimizar os impactos ambientais na
bacia hidrográfica (ABNT, 1996).
A Figura 3 abaixo apresenta um fluxograma elaborado por CEMPRE (2018) que ajuda
a entender a tomada de decisão para escolha do projeto de aterro sanitário pela qual o município
deve passar.
Figura 3 - Fluxograma de decisões sobre a disposição de resíduos do município (CEMPRE, 2018).
30
4.2.4 Digestão anaeróbia
A digestão anaeróbia representa a degradação de um substrato em meio anóxido, ou
seja, na ausência de oxigênio (PINHEIRO, MARTINS e DIAS, 2011). Nesse processo, há
geração de dois componentes, um substrato que pode ser utilizado como fertilizante de solo
devido a sua riqueza de nutrientes e o biogás, um gás composto majoritariamente por metano e
dióxido de carbono (BRANCOLI, 2014).
Esse tratamento, já relativamente comum para tratamento de esgotos, ainda é bastante
incipiente no Brasil para tratamento de resíduos sólidos, sendo inclusive desconsiderado em
importantes pesquisas sobre o assunto como o Diagnóstico de Resíduos Sólidos Urbanos
elaborado pelo IPEA em 2012 e a PNSB do IBGE de 2008 que, provavelmente, consideram a
tecnologia em “outras destinações”.
A tecnologia, apesar de apresentar maior complexidade que a compostagem em termos
de construção da planta e até mesmo operação, apresenta uma vantagem bastante relevante que
é a produção de biogás, o que se traduz em geração de energia renovável, atendendo às
necessidades de tratamento da FORSU e a de geração de energia (PINHEIRO, MARTINS e
DIAS, 2011).
Uma outra forma de utilizar a tecnologia é a co-digestão anaeróbia, o que consiste em
digerir simultaneamente resíduos sólidos orgânicos e o lodo de esgoto proveniente das estações
de tratamento de esgotos. O trabalho do BRANCOLI (2014) “Avaliação experimental da co-
digestão anaeróbia de resíduos orgânicos e lodo de esgoto em digestores têxteis” apresenta
como principais vantagens, em relação à digestão de cada substrato isoladamente, o melhor
equilíbrio de nutrientes (compensado através da união de substratos distintos), efeitos
sinérgicos de microrganismos e melhores taxas de produção de biogás. Já como a principal
desvantagem ele descreve o custo de transporte dos dois substratos para uma mesma planta de
tratamento (BRANCOLI, 2014).
O Programa Brasil-Alemanha de fomento ao aproveitamento energético de biogás no
Brasil em sua publicação “O estado da arte da tecnologia de metanização seca” apresenta uma
variedade de tecnologias de tratamento de RSU anaerobicamente e sem adição de outro
substrato (como na co-digestão), ressaltando a tecnologia de túneis de metanização por
bateladas sequenciais (TMBS) que está sendo estudada em um projeto de escala industrial na
Usina de triagem e compostagem do Caju, no Rio de Janeiro (PROBIOGÁS, 2015a). Essa
tecnologia será melhor descrita no subitem 0 deste trabalho.
31
O processo de degradação da matéria orgânica segue cinco fases apresentadas na Figura
4 e melhor descritas nos subitens deste capítulo.
Figura 4 - Processo de digestão anaeróbia (CHERNICHARO1, 1997 apud PROBIOGÁS, 2015a).
4.2.4.1 Hidrólise
A hidrólise é a primeira etapa da digestão anaeróbia e reconhece-se como o processo
em que as bactérias fermentativas, através de enzimas extracelulares, converte partículas
complexas em compostos solúveis mais simples como apresentado a Figura 5 (PROBIOGÁS,
2015a e BRANCOLI, 2014).
Figura 5 - Conversões ocorridas na etapa de hidrólise (PROBIOGÁS, 2015a - elaboração própria).
1 CHERNICHARO, C. A. L. Reatores anaeróbios.2.ed. Belo Horizonte: DESA, UFMG, Princípios do Tratamento
Biológico de Águas Residuárias, v.5. Editora UFMG, 2016.
32
A hidrólise pode ser facilitada por adição de compostos químicos, esse procedimento
diminui o tempo de digestão da matéria orgânica e aumenta as taxas de produção de metano
(RISE-AT, 19982 apud VERMA, 2002).
4.2.4.2 Acidogênese e acetogênese
As duas fases, acidogênese e acetogênese, são, muitas vezes, consideradas uma única
fase já que acontecem seguidas. Na primeira os compostos formados na hidrólise são
convertidos majoritariamente em ácidos graxos voláteis, mas existe também a formação de
álcoois, gás carbono e outros. Já na segunda, o resultante da acidogênese é convertido em
hidrogênio, dióxido de carbono e acetato, substratos necessários para o desenvolvimento das
bactérias metanogênicas (PROBIOGÁS, 2015a).
4.2.4.3 Metanogênese
Existem duas formas de as bactérias metanogênicas produzirem metano nessa fase: a
primeira é por redução do dióxido de carbono com hidrogênio, já a segunda é através da quebra
do ácido acético em dióxido de carbono e metano (VERMA, 2002). Devido aos baixos índices
de hidrogênio no reator, a formação de metano se dá principalmente através da quebra do ácido
acético (OMSTEAD et tal, 19803 apud VERMA, 2002). A primeira reação é realizada pelas
bactérias hidrogenotróficas, já a segunda reação é realizada pelas acetoclásticas (PROBIOGÁS,
2015a).
4.2.4.4 Sulfetogênese
Essa fase frequentemente não é apresentada, visto que ela é pouco desejada quando o
processo visa principalmente a formação de metano. Quando há grandes quantidades de sulfato
no meio as bactérias sulforedutoras convertem os sulfatos e outros compostos sulforados em
sulfetos (PROBIOGÁS, 2015a).
4.2.4.5 Processos de digestão anaeróbia de RSU
Classificação por tipo de alimentação e número de estágios:
i. Estágio único
A técnica do estágio único consta de um sistema contínuo de alimentação de
substrato com um único reator de digestão onde todas as fases do processo
ocorrem (PROBIOGÁS, 2010).
2 RISE-AT, Regional Information Service Centre for South East Asia on Appropriate Technology. “Review of
current status of Anaerobic Digestion Technology for treatment of MSW”, 1998. 3 OMSTEAD, D.R., JEFFRIES, T.W., NAUGHTON, R., HARRY, P. “Membrane -Controlled Digestion:
Anaerobic Production of Methane and Organic Acids”, Biotechnology and Bioengineering Symposium, 1980.
33
ii. Estágios múltiplos
Já a técnica de estágios múltiplos apresenta dois ou mais reatores no sistema,
dividindo, assim, as fases do processo, que ocorrem separadamente em cada
biodigestor. Esse processo também utiliza alimentação contínua de substrato
(PROBIOGÁS, 2010).
iii. Batelada
A técnica de batelada consiste em um reator único onde ocorre todo o processo,
a alimentação é descontínua, sendo assim, o substrato é adicionado no início do
processo, o reator é hermeticamente fechado e apenas depois de finalizada a
digestão o substrato é inteiramente retirado do biodigestor, sendo adicionado
novamente um novo substrato (PROBIOGÁS, 2010).
Classificação por teor de sólidos no reator:
Teor de sólidos (TS) é o índice que identifica a porcentagem, em massa, de sólidos do
substrato.
i. Baixo TS
A digestão anaeróbia com baixo teor de sólidos, ou “via úmida”, opera com menos de
10% de TS (TCHOBANOGLOUS et al, 19934 apud VERMA, 2002).
ii. Médio TS
A digestão anaeróbia com médio teor de sólidos, ou “via seca”, opera com TS entre 15%
e 20% (TCHOBANOGLOUS et al, 19934 apud VERMA, 2002).
iii. Alto TS
A digestão anaeróbia com alto teor de sólidos, ou “via extrasseca”, opera com TS entre
22% e 40% (TCHOBANOGLOUS et al, 19934 apud VERMA, 2002).
Classificação por temperatura do processo:
i. Mesofílico
O processo apresenta temperaturas entre 37°C e 42°C (PROBIOGÁS, 2015a).
ii. Termofílico
O processo apresenta temperaturas entre 50°C e 60°C (PROBIOGÁS, 2015a).
4 TCHOBANOGLOUS, G., THEISEN, H., and VIGIL, S. “Intergrated Solid Waste Management”, chapter 9,
McGraw-Hill, New York, 1993.
34
Classificação por tipo de reator:
Os tipos de reatores a serem apresentados utilizam técnicas de metanização a seco e
extrasseco, serão analisadas apenas essas opções por apresentarem mais proximidade com as
tecnologias utilizadas neste projeto. As informações deste subitem foram retiradas do material
produzido por PROBIOGÁS em 2015 (A) que apresenta as diferentes tecnologias de
metanização a seco de forma bastante didática e simplificada.
i. Processo Dranco
Essa tecnologia surge nos anos 1990 com a empresa belga Organic Waste
Systems e consiste em um reator em formato parecido ao de silos de
armazenagem que é alimentado continuamente com resíduo com TS variando
entre 15 e 40%. O reator trabalha na faixa termofílica, sendo assim, o resíduo de
entrada é aquecido até uma temperatura de 50°C e recirculado no sistema através
de uma bomba externa ao biodigestor, essa recirculação dispensa a necessidade
de misturadores no interior do reator. A Figura 6 ilustra as instalações e o
processo melhor. A Tabela 3 apresenta alguns dados de custo e eficiência do
processo Dranco.
Figura 6 - Modelo esquemático de um reator com processo Dranco (PROBIOGÁS, 2015a).
35
Tabela 3 – Dados de custo e eficiência de processo de plantas em diferentes escalas com tecnologia
Dranco (PROBIOGÁS, 2015a).
Parâmetro Unidade de
medida
CAPACIDADE (t/ano)
5000 10000 25000 50000 100000
Investimento Milhões de € 9 12 15 20 30
€ / kg 657 438 219 146 110
Custos operacionais € / t 40 20 17 13 10
Requerimento de área m2 3000 4000 7000 1000 15000
Produção de eletricidade kWh/t 225 225 225 225 225
Eletricidade excedente kWh/t 140 140 145 150 150
% Eletricidade excedente % 62% 62% 64% 67% 67%
Produção de calor kWh/t 300 300 300 300 300
Calor excedente kWh/t 270 270 270 270 270
% Calor excedente % 90% 90% 90% 90% 90%
ii. Processo Axpo Kompogas
A tecnologia Kompogas surge na mesma época que o Dranco, entre o fim da
década de 1980 e início da década de 1990, na Suíça. A digestão ocorre também
por via seca e termofílica, em estágio único, mas desta vez o reator é horizontal
e apresenta tecnologia de fluxo pistão com alimentação semicontínua. O
substrato de entrada é armazenado por dois dias antes de ser adicionado ao
processo para alcançar o TS de 28%, quando é inserido no reator juntamente ao
efluente líquido que é recirculado. Essa técnica utiliza sistema de mistura interno
por pás fixas a um único eixo paralelo ao comprimento do reator. A Figura 7
ilustra melhor o reator e o processo de digestão anaeróbia.
36
Figura 7 - Modelo esquemático do reator de digestão anaeróbia do processo Axpo Kompogas
(PROBIOGÁS, 2015a).
iii. Processo Valorga
A técnica desenvolvida na França originalmente para tratamento de resíduos
orgânicos e, em seguida, adaptada para tratamento da FORSU, diferentemente
dos processos anteriores, trabalha na faixa de temperatura mesofílica e
apresenta,assim como o Kompogas, alimentação semicontínua. O reator possui
uma barreira física no seu interior correspondente a aproximadamente 2/3 do
diâmetro do biodigestor propiciando que as regiões afluentes e efluentes fiquem
separadas. A Figura 8 apresenta melhor o interior do reator.
Figura 8 - Modelo esquemático de um reator com tecnologia Valorga (PROBIOGÁS, 2015a).
iv. Processo Laran
Originalmente conhecida como Linde-BRV, a técnica Laran digere
anaerobicamente diversos tipos de resíduos orgânicos por via seca, podendo
trabalhar em temperaturas termofílicas ou mesofílicas em um reator de estágio
37
único apresentado na Figura 9 a seguir. O reator possui sistema de mistura por
pás perpendiculares às paredes laterais o que evita a formação de escuma e
sedimentação de inertes.
Figura 9 - Modelo esquemático de um reator com tecnologia Laran (PROBIOGÁS, 2015a).
v. Túneis de metanização por bateladas sequenciais (TMBS)
O sistema de garagens ou túneis de metanização, diferentemente de todos
apresentados anteriormente, possui alimentação por bateladas, o que significa
que o substrato é inserido no início do processo, a garagem é hermeticamente
fechada e o resíduos é retirado no final do tempo de detenção dos sólidos. Não á
sistema de mistura, porém utiliza-se um sistema de recirculação por aspersão do
lixiviado. Para realizar a abertura do túnel, é importante inserir ar ambiente no
interior, expulsando o metano e reduzindo as chances de explosão. Um esquema
simplificado da tecnologia é apresentado na Figura 10, porém, sendo essa a
tecnologia escolhida para aplicação neste trabalho, optou-se por apresentá-la de
forma mais descritiva no subitem 4.3 a seguir.
Figura 10 - Esquema simplificado do processo de tratamento de FORSU com tecnologia TMBS
(QUIAN et al, 2016).
38
A Tabela 4 a seguir apresenta breve comparação entre os processos de metanização
apresentados anteriormente.
Tabela 4 - Comparação entre as técnicas de metanização (PROBIOGÁS, 2015a - elaboração própria)
Técnica Alimentação TRS/TRH Rendimento
(biogás) Tratamento do efluente
Dranco
1 vez por dia, com proporção
de material digerido/material
fresco de 6:1
20 a 30 dias 80-120 Nm³/t
O substrato deve ser digerido
aerobicamente por pelo menos 2
semanas e o líquido deve ser
tratado separadamente devido à
sua alta concentração de matéria
orgânica e amônia
Kompogas
1 vez a cada 2 dias, com
material fresco a TS de 28% e
adição de material digerido
recirculado.
- 100-150 Nm³/t
O substrato deve ser digerido
aerobicamente por pelo menos 2
semanas e o líquido deve ser
tratado separadamente devido à
sua alta concentração de matéria
orgânica e amônia
Valorga
Semicontínua com material
fresco em TS entre 20% e
30%
18 a 30 dias 82- 103 Nm³/t
O substrato deve ser digerido
aerobicamente por pelo menos 2
semanas e o líquido deve ser
tratado separadamente devido à
sua alta concentração de matéria
orgânica e amônia
Laran
Semicontínua com material
fresco em TS entre 15% e
45%, podendo ou não haver
recirculação do resíduo
digerido.
- ~100 Nm³/t
O efluente passa por prensa e
centrífuga e posteriormente é
estabilizado aerobicamente
TMBS Bateladas ~30 dias 100 – 120
Nm³/t
O resíduo sólido efluente deve
ser digerido aerobicamente e o
lixiviado é tratado
anaerobicamente em um reator
produtor de biogás e de inóculo
para o processo
Nota:
TMBS – Túneis de metanização por bateladas sequenciais
TRH – Tempo de retenção hidráulico
TRS – Tempo de retenção de sólidos
39
TÚNEIS DE METANIZAÇÃO POR BATELADA SEQUENCIAL (TMBS)
A tecnologia de túneis de metanização por bateladas sequenciais já bastante comum em
alguns países europeus (QUIAN et al, 2016), chega ao Brasil muito recentemente, tendo a
inauguração da primeira planta em escala industrial no final do ano de 2018. Essa usina
(TMethar), localizada no Rio de Janeiro e projetada e operada pela empresa Methanum Resíduo
e Energia, é a principal fonte de inspiração e conhecimento deste trabalho e será mencionada
muitas vezes por ter fornecido a maioria da escassa bibliografia e dados para elaboração deste
projeto.
TMBS surge como alternativa às tecnologias de digestão anaeróbia úmida, mais
comuns, por apresentar vantagens como a maior aceitação de impurezas no substrato, tornando
dispensável o pré-tratamento do resíduo, e seu baixo consumo energético (QUIAN et al, 2016).
A TMBS baseia-se em digerir o substrato fresco (normalmente sem pré-tratamento)
dentro de uma garagem de metanização anóxida, nessa garagem é coletado o lixiviado do
resíduo que é digerido em uma unidade de produção de inóculo e novamente inserido no sistema
da garagem por aspersão. Ao final do processo o resíduo é retirado desse sistema e sua digestão
é finalizada aerobicamente em leiras de compostagem, o lixiviado deve ser tratado e o gás passa
por uma usina de purificação e beneficiamento, seguindo assim para sua utilização como
combustível automotivo, ou para geração energética e térmica (PROBIOGÁS, 2018a).
A Figura 11 apresenta o modelo esquemático da planta TMethar que descreve parte do
processo da tecnologia TMBS.
Figura 11 - Modelo esquemático da usina TMethar com tecnologia TMBS (TMETHAR, 2019).
40
4.3.1 Garagem de metanização
A primeira fase do tratamento se dá dentro da garagem de metanização, onde ocorre a
degradação da matéria orgânica com produção de biogás. O resíduo é inserido diretamente dos
caminhões de coleta ou por pás carregadeiras e não possui qualquer sistema de homogeneização
do substrato. A garagem deve possuir portas com fechamento hermético evitando a entrada de
oxigênio para formação de um meio anóxido e canaletas de coleta de lixiviado no solo com
inclinação adequada, assim como tubulações de asperção de inóculo na superfície superior da
construção (PROBIOGÁS, 2018a).
4.3.2 Unidade de produção de inóculo
A unidade de produção de inóculo (UPI) é a instalação que recebe e trata o lixiviado da
garagem, ao mesmo tempo que produz inóculo para recirculação no processo. Consiste de um
reator anaeróbio com sistema misturador (PROBIOGÁS, 2018a).
4.3.3 Gazômetro
Instalação de armazenagem do biogás antes de seu beneficiamento, pode ser, a exemplo
do projeto TMethar, uma bolsa têxtil com pressurizador (TMETHAR, 2019). Essa unidade não
é objeto de estudo deste trabalho
4.3.4 Biofiltro ou unidade de beneficiamento do biogás
O gás desejado na digestão anaeróbia é o metano (CH4), porém o biogás é composto
minoritariamente por outros elementos, como dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O),
sulfureto de hidrogênio (H2S) e amônia (NH3) (PROBIOGÁS, 2018b). Com isso, é necessário
ser feito um beneficiamento desse gás com objetivo de retirar elementos nocivos ao meio
ambiente e/ou à saúde humana, como o sulfureto de hidrogênio, e aumentar o teor de metano
aumentando o potencial energético do gás (PROBIOGÁS, 2018b). Esse tratamento do gás é
feito na unidade de beneficiamento do biogás, o que não é tampouco estudo deste trabalho.
41
4.3.5 Leiras de compostagem
Apesar de digerido, o efluente sólido das garagens de metanização ainda precisa passar
por um processo de digestão aeróbio (compostagem) para configurar substrato adequado para
utilização na agricultura (PROBIOGÁS, 2018a).
4.3.6 Parâmetros para monitoramento operacional
Alguns parâmetros precisam ser controlados ao longo do processo para que a produção
de metano seja maximizada e para que se evite situações que possam inibir a ação das bactérias
ou até resultar no seu perecimento. Esses parâmetros são comuns à maioria dos processos de
digestão anaeróbia, não sendo, então, exclusivos da tecnologia TMBS.
4.3.6.1 Taxa de carga orgânica
A taxa de carga orgânica tem especial importância em processos contínuos de digestão
anaeróbia podendo interferir inclusive na escolha de equipamentos como bombas e
misturadores (BRANCOLI, 2014), mas ainda representa um parâmetro relevante para
processos em bateladas.
Esse parâmetro revela a capacidade de degradação do sistema de digestão anaeróbia. A
inserção de carga orgânica maior que a estipulada em projeto pode acarretar em baixos índices
de produção de metano devido ao acúmulo de inibidores no biodigestor, isso no caso de
processos contínuos (VERMA, 2002), essas altas taxas de carga orgânica também podem
resultar em redução do pH o que acaba inibindo as bactérias metanogênicas e impede a
produção do gás (BRANCOLI, 2014).
Alguns estudos feitos com digestores de resíduos de graxa (gordura de óleo e/ou
glicerol) revelaram que rápidas variações de taxa de carga orgânica geram redução súbita na
população microbiana, porém com posterior retomada das taxas de produção de biogás devido,
possivelmente, à diversificação dos microrganismos metanogênicos (MEEGODA et al, 2018 e
FERGUSON; COULON e VILLA, 2016).
4.3.6.2 Tempo de retenção de sólidos
Será considerado tempo de retenção de sólidos, neste documento, o tempo equivalente
que os resíduos sólidos se mantiverem dentro do reator, sendo esse tempo contado, em dias, a
42
partir do fechamento hermético do biodigestor até a sua abertura e retirada total dos resíduos
tratados.
4.3.6.3 pH
O controle dos valores de pH no sistema é de extrema importância, já que cada grupo
de microrganismos do processo prefere uma faixa de valores. As bactérias hidrolíticas e
acidogênicas, por exemplo, trabalham melhor em números entre 5,2 e 6,3, já as acetogênicas e
as arqueas metanogênicas exigem valores de pH num intervalo de 6,5 a 8 (PROBIOGÁS, 2010).
4.3.6.4 Temperatura
Assim como o pH, a temperatura ideal para cada microrganismo do sistema varia,
podendo inclusive inibir ou matar alguns tipos de bactérias caso o calor no meio esteja
excedente ou escasso (PROBIOGÁS, 2010).
Um estudo de 2016 de pesquisadores da Universidade de Nápoles, na Itália, apresenta
relações entre variação de pH e temperatura para digestão anaeróbia de resíduos de excreta de
búfalo. Nesse trabalho concluiu-se que a temperatura de 55°C (processo termofílico) é possível
obter melhores resultados de produção de biogás do que a 37°C (CAROTENUTO et al, 2016).
Um dos resultados da pesquisa é apresentado na Figura 12 a seguir.
Figura 12 - Evolução da concentração de bio-metano para diferentes condições de processo
(CAROTENUTO et al, 2016).
43
Ainda que a temperaturas mais elevadas o processo apresente melhores índices de
produção de biogás, quando em condições altamente controladas, o procedimento mais comum
nas usinas de biogás é manter as temperaturas em faixas mesofílicas (37°C a 42°C), alcançando-
se assim, valores relativamente elevados de produção de metano e mantendo o processo mais
estável (PROBIOGÁS, 2010).
4.3.6.5 Inibidores
A inibição do processo ocorre, basicamente, por excesso de substância, sendo essas
separáveis entre as que são formadas durante a digestão anaeróbia e as que são adicionadas
junto com o substrato, FORSU neste caso, (PROBIOGÁS, 2010).
Exemplo de substâncias formadas no processo que são possíveis inibidores:
i. A amônia livre (𝑁𝐻3) é um exemplo de substância que prejudica as bactérias
ainda que em concentrações bem baixas, ela se encontra em equilíbrio com o íon
amônio (𝑁𝐻4+) (a reação da amônia com a água gera o íon amônio e o 𝑂𝐻− e
vice-versa), porém caso esse equilíbrio seja desfeito e a concentração de
𝑂𝐻−aumente, o pH ficará mais alcalino o que pode gerar inibição das reações
(PROBIOGÁS, 2010).
ii. O sulfeto de hidrogênio é produzido durante a digestão anaeróbia e aumenta sua
presença no meio à medida que o pH diminui, quando sua concentração passa
de 50 mg/l aumenta a chance de inibição do processo (PROBIOGÁS, 2010).
Exemplo de substâncias adicionadas ao processo que são possíveis inibidores:
i. Quando ocorre carregamento excessivo de substrato no reator pode acarrear
vários problemas que geram inibição do processo, um exemplo é quando esse
substrato apresenta certa concentração de antibióticos (por exemplo, quando se
adiciona adubo orgânico ou gordura animal), além de inibir esses antibióticos
podem matar até matar as bactérias (PROBIOGÁS, 2010).
ii. Metais pesados, quando inseridos no meio diluídos, são agregados pelo sulfeto
de hidrogênio que foi produzido no processo e acabam precipitando na forma de
sulfetos menos solúveis, ainda assim, muitas vezes esse processo nem perturba
o sistema pelo fato de acontecer na fase de metanogênese (PROBIOGÁS, 2010).
iii. Compostos de cobre, quando adicionados aos substratos, ainda que em baixas
concentrações, são tóxicos às bactérias (PROBIOGÁS, 2010).
44
Na Tabela 5 é possível observar uma síntese das substâncias inibidoras e suas
concentrações.
Tabela 5 - Inibidores e suas concentrações tóxicas na digestão anaeróbia (PROBIOGÁS, 2010).
Inibidor Concentração de
inibição Observação
Oxigênio > 0,1 mg/l Inibição das arqueas metanogênicas
anaeróbicas obrigatórias.
Sulfeto de hidrogênio > 50 mg/l H2S Quanto menor o pH, maior o efeito inibitório.
Ácidos graxos voláteis > 2.000 mg/l HAc
(pH = 7,0)
Quanto menor o pH, maior o efeito inibitório.
Alta adaptabilidade das bactérias
Nitrogênio amoniacal > 3.500 mg/l NH4+
(pH = 7,0)
Quanto maiores o pH e a temperatura, maior
o efeito inibitório. Alta adaptabilidade das
bactérias
Metais pesados Cu > 50 mg/l
Zn > 150 mg/l
Cr > 100 mg/l
Só metais dissolvidos apresentam efeito
inibidor. Descontaminação pela precipitação
de sulfeto.
Desinfetantes antibióticos N.E. Efeito inibitório varia com o composto.
4.3.6.6 Indicadores de produtividade do processo
São três os principais indicadores de produtividade do processo de digestão anaeróbia:
produtividade de gás, rendimento e taxa de degradação. As definições de cada um deles foram
retiradas do “Guia prático do biogás” do PROBIOGÁS de 2010 e serão apresentadas a seguir.
i. Produtividade: pode ser medida em relação à produção de biogás (𝑃𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠) ou à
produção de metano (𝑃𝐶𝐻4), se define pelo quociente entre a produção diária de
gás e volume do reator representada em 𝑁𝑚³
𝑚3.𝑑.
ii. Rendimento: assim como a produtividade, rendimento pode ser representado em
relação à produção de biogás (𝐴𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠) e de metano (𝐴𝐶𝐻4), porém, diferente da
produtividade, se define pelo quociente entre produção de gás e massa seca de
entrada de substrato e não ao volume do reator, é representada por 𝑁𝑚³
𝑡𝑀𝑂𝑆.
iii. Taxa de degradação: pode ser calculada com base na matéria orgânica seca
(MOS) ou na demanda química de oxigênio (DQO), porém recomenda-se
utilizar a MOS , se define pela equação a seguir:
𝜂𝑀𝑂𝑆 =𝑀𝑂𝑆𝑠𝑢𝑏 × 𝑚𝑖𝑛 − (𝑀𝑂𝑆𝑠𝑎 × 𝑚𝑠𝑎)
𝑀𝑂𝑆𝑠𝑢𝑏 × 𝑚𝑖𝑛× 100 [%]
A siga “MOS” representa a matéria orgânica seca e “m” significa matéria
orgânica fresca, já os índices “sub” e “sa” indicam substrato de entrada e saída
do sistema, respectivamente, e o índice “in” indica matéria fresca introduzida.
45
5 METODOLOGIA
O projeto de implementação da alternativa de tratamento do FORSU escolhida, envolve
a construção de um Centro de Triagem de Resíduos (CTR), uma planta de tratamento de
FORSU e a sistema de tratamento do biogás. Este trabalho se aterá ao CTR e ao biodigestor,
devido ao objetivo acadêmico de estudos da área de conhecimento do tratamento de resíduos
sólidos. A Figura 13 apresenta um fluxograma esquemático da metodologia utilizada.
Figura 13 - fluxograma da metodologia utilizada.
VISITA À CTRCI
Seguindo as boas práticas de trabalho de engenharia, foi realizada uma visita ao CTRCI
no dia 23 de abril de 2018 com finalidade de reconhecimento do local e entendimento dos
processos adotados. Nessa visita a responsável da empresa CTRCI apresentou a estrutura do
aterro que conta com:
i. Laboratório de análises,
ii. Unidade de pesagem de caminhões,
iii. Unidade de lavagem de caminhões,
iv. Usina de incineração de resíduos de serviços da saúde, l
v. Lagoa de armazenamento de lixiviado (o qual não é tratado no local, mas sim
enviado à usina de tratamento localizada no município de Vila Velha na região
central do estado) e
vi. Escritório administrativo.
Alguns registros fotográficos da planta serão apresentados no Apêndice A deste
documento (RABELO, 2018).
A empresa, que administra também o Centro de Tratamento de Resíduos de Vila Velha
(CTRVV), demonstrou abertura para o desenvolvimento deste trabalho já que em suas outras
unidades já realiza o aproveitamento energético do biogás de aterro, porém, os contatos
posteriores não foram bem-sucedidos e não foi possível mais obter dados dessa fonte.
46
No momento da visita foram observados alguns dos procedimentos do aterro, como o
fechamento diário da célula com terra. Além disso, foi relatado pela técnica do CTRCI que o
biogás de aterro seria queimado e que infelizmente estava com o sistema de queima parado
momentaneamente, porém o que foi possível perceber foi que provavelmente sequer existe o
flare e esse biogás é emitido diretamente para a atmosfera.
Os dados obtidos ao longo da visita foram:
i. Lista de municípios que destinam o RSU ao CTRCI;
ii. Informação de que não havia estações de transbordo de resíduos em Cachoeiro
de Itapemirim e que o resíduo que chegava ao aterro vinha diretamente da coleta
domiciliar;
iii. Apresentação da área do CTRCI e seu entorno;
iv. Apresentação do aterro e seus processos.
ESTUDO POPULACIONAL E DE GERAÇÃO DE RESÍDUOS
O estudo dos dados demográficos históricos e a projeção futura de crescimento para 20
anos de projeto, tempo definido baseando-se na lei federal nº 11.445 de 2007 que, em seu artigo
52, parágrafo segundo, estabelece que planos de resíduos sólidos devem ser projetados para
esse horizonte de tempo, foi realizado com base nos dados extraídos dos censos demográficos
do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Considerou-se também o
desmembramento de alguns municípios da região estudada ao longo das últimas décadas.
Para todos os municípios foram realizadas as projeções segundo os quatro métodos -
aritmético, geométrico, logístico e decrescente – e analisado o que mais se adequava de acordo
com os gráficos. Os dados obtidos são dos anos de 1970, 1980, 1991, 2000, 2010 e 2017, porém,
para os cálculos de projeção, foram usados valores retirados de interpolações para os anos de
1977, 1987, 1997 e 2007, projetando, assim, para o ano de 2037.
Devido a não disponibilização dos dados de geração de resíduos sólidos de cada
município por parte da empresa CTRCI, o estudo de geração de RSU e FORSU foi feito com
base em literatura adequada e, quando existiu, em valores apresentados pelos Planos Municipais
de Resíduos Sólidos e/ou de Saneamento Básico
47
5.2.1 Casos especiais – população
Alguns municípios apresentaram situações diferenciadas e a metodologia de cálculo
teve de ser desenvolvida para cada caso. Essas exceções serão apresentadas a seguir:
i. Algumas cidades da região pertenciam a um mesmo município e se
desmembraram nas últimas décadas, com isso, foi necessário realizar a
estimativa populacional considerando os dois municípios juntos, caso contrário
uma das cidades teria uma queda populacional drástica no ano de emancipação
de seu distrito. Esse foi o caso de: Afonso Cláudio e Brejetuba, Alegre e
Ibitirama, Cachoeiro de Itapemirim e Vargem Alta, Conceição do Castelo e
Venda Nova do Imigrante e Itapemirim e Marataízes.
ii. Alguns municípios apresentaram dados de população de 1977 e 1987 pouco
condizentes com os dados de 1997, 2007 e 2017, sendo assim, foi necessário
utilizar, então, apenas os últimos anos citados no cálculo da estimativa
populacional. Esse foi o caso de: Afonso Cláudio e Brejetuba, Ibatiba e
Itapemirim e Marataízes.
iii. Para identificação do crescimento populacional da cidade de Cachoeiro de
Itapemirim isoladamente, foi realizado o cálculo para Cachoeiro de Itapemirim
e Vargem Alta como uma única cidade, em seguida foram feitos os cálculos de
crescimento da cidade de Vargem Alta separadamente e subtraído o valor final
de população para o ano de 2037 desse município.
5.2.2 Casos especiais – geração de resíduos
Alguns municípios apresentaram situações diferenciadas e a metodologia de cálculo
teve de ser desenvolvida para cada caso. Essas exceções serão apresentadas a seguir.
i. Cachoeiro de Itapemirim: o documento base para esse município foram os dados
do Sistema Nacional de Informações de Saneamento (SNIS).
ii. Cachoeiro de Itapemirim: para identificação da FORSU desse município foi
utilizado como referência um estudo de composição gravimétrica da cidade de
Campo Mourão no Paraná, essa pesquisa apresenta metodologia e materiais de
estudo mais consistentes e condizentes com a situação deste projeto. Levou-se
em consideração os resultados de uma comparação dos dados demográficos,
48
econômicos e de território e saneamento dos dois municípios. Apesar do
distanciamento geográfico das cidades (uma na região sudeste e a outra na região
sul do país), elas apresentam renda média e PIB per capta equiparáveis além de
índices de saneamento próximos (IBGE, 2019a e IBGE, 2019b).
iii. Castelo: foi utilizada a média de destinação total de RSU ao aterro do ano de
2016, apresentados no Plano Municipal de Saneamento Básico e Gestão
Integrada de Resíduos Sólidos, e dividido pelo número de habitantes da cidade
no mesmo ano segundo o IBGE.
iv. Marataízes: foi utilizada a média de destinação total de RSU ao aterro de três
meses do ano de 2015, apresentados no Plano Municipal de Saneamento Básico
e Gestão Integrada de Resíduos Sólidos, e dividido pelo número de habitantes
da cidade no mesmo ano segundo o IBGE.
ANÁLISE DOS DADOS
Após estudos iniciais dos 25 municípios e cálculo do crescimento populacional foi
realizada uma análise dos dados obtidos com objetivo de entender melhor a situação trabalhada
e escolher a técnica a ser utilizada no processo. Após essa análise optou-se por trabalhar
somente com a cidade de Cachoeiro de Itapemirim (decisão melhor explicada no capítulo de
resultados), sendo assim, a partir de agora este trabalho apresentará enfoque especial nesse
município ainda que siga discorrendo brevemente sobre os demais.
ESCOLHA DA TÉCNICA UTILIZADA
Realizada a análise inicial dos dados de crescimento populacional e de geração de
resíduos dos municípios da região estudada, iniciou-se a reflexão sobre a técnica de digestão a
ser utilizada.
O principal ponto de mudança do projeto foi a constatação de que o volume de resíduos
orgânicos passaria de 60 t por dia o que tornaria a digestão úmida pouco adequada devido à alta
utilização de água no processo, gerando um grande impacto ambiental e aumentando o volume
de resíduo líquido a ser tratado.
Ao considerar a realização do projeto com tecnologias de metanização seca e/ou
extrasseca, o estudo da técnica de TMBS, utilizada na Usina do Caju no Rio de Janeiro, se fez
49
bastante interessante devido à sua inovação tecnológica enquanto nova proposta de tratamento
da FORSU e ao fato de a tecnologia ser tão recente e ainda apresentar muitas lacunas de
pesquisa, além de apresentar vantagens operacionais como elevado grau de aceitação de
impurezas e baixo consumo de energia (QUIAN et al, 2016).
VISITA À USINA DO CAJU
Foi realizada uma pesquisa de campo com visita técnica à planta de digestão anaeróbia
do CTR Caju na cidade do Rio de Janeiro, projeto TMethar realizado pela empresa Methanum
Resíduo e Energia. Essa visita representa tem como objetivo principal a absorção de
conhecimento sobre a tecnologia inovadora aplicada na usina e obtenção de parâmetros de
construção e operação.
Apesar de haver algumas restrições de divulgação de dados do projeto, os funcionários
revelaram parâmetros importantes para o processo, assim como detalhes da técnica, que foram
usados como base principal para o desenvolvimento deste documento.
ESCOLHA DOS PARÂMETROS
Dentre os parâmetros apresentados no subitem 4.3.6 foram eleitos valores para o projeto
com base em indicações de literatura, restrições de normas técnicas, cálculos com base na
situação trabalhada e dados consultados à empresa Methanum.
DIMENSIONAMENTO PRELIMINAR DOS ELEMENTOS DA USINA
5.7.1 Cálculo do volume de resíduo
Através de entrevistas com os funcionários do projeto TMethar, optou-se por utilizar o
valor médio relatado do peso específico da FORSU recém coletada, de 542 kg/m³ (TMETHAR,
2019) como referência para o cálculo do volume diário de resíduo a ser tratado neste projeto.
50
5.7.2 Cálculo do número de garagens de digestão
Para calcular o número de garagens levou-se em consideração o tempo de retenção de
sólidos escolhido. Foram avaliadas algumas opções em um intervalo de volume útil, ocupado
pelos resíduos por garagem entre 120m³ e 200m³, com base nas entrevistas sobre o projeto
TMethar que utiliza valores em torno de 100m³ por túnel.
5.7.3 Projeto preliminar das garagens de digestão
Para desenvolver o projeto preliminar das garagens de digestão mais uma vez foram
utilizados como base os dados do TMethar, apresentados em forma de texto e figuras, cedidos
pela Methanum.
Considerou-se o pé direito da garagem de 5 m e a altura da pilha de resíduos de 3 m,
medidas indicadas pelos funcionários da Methanum que apontaram problemas de
desestruturação da pilha de resíduos quando utilizadas medidas superiores. O cálculo do volume
de resíduos por garagem estimou que a pilha de resíduos possui um formato próximo ao de um
prisma horizontal de base trapezoidal e comprimento do tamanho do comprimento da garagem.
A imagem esquemática do perfil da garagem é apresentada na Figura 14.
Figura 14 - Imagem esquemática dos itens da garagem de digestão (TMETHAR, 2019).
51
5.7.4 Escolha da área de instalação da usina
A empresa CTRCI não disponibilizou as plantas baixas do terreno, sendo assim a
escolha do local de implantação da usina precisou ser realizada com base em dados obtidos pelo
software Google Earth Pro, além das análises feitas na visita ao local realizada em 23 de abril
de 2018. Observou-se na escolha as cotas da região e a facilidade da operação com os
caminhões.
5.7.5 Estudo do projeto do CTR
Faz-se necessário avaliar as necessidades e condições para a construção de um centro
de triagem de resíduos (CTR) com objetivo de retirar a FORSU do RSU destinado ao aterro.
Esse estudo envolve pesquisa sobre as condições da gestão de resíduos local, área para
instalação do CTR e logística do processo.
5.7.6 Estudo do projeto preliminar da unidade de produção de inóculo
O estudo do volume e área necessários para construção das unidades de produção de
inóculo utilizou como base as restrições da norma técnica da ABNT (1992), NBR 12209, que
indica parâmetros para construção de reatores de digestão anaeróbia em estações de tratamento
de esgotos, por considerar que o processo no interior do biodigestor é bastante parecido e ainda
faltar literatura específica sobre o tema.
Sendo assim, utilizou-se TRH de 30 dias (pela NBR 12209, tempo para reatores com
homogeinização), volume de lixiviado produzido igual a 25% do volume inserido de resíduos
e 15% de volume vazio no reator para liberação do biogás produzido.
5.7.7 Escolha da área de instalação das leiras de compostagem
A técnica das garagens de metanização exige degradação final do resíduo sólido efluente
por meio aeróbio, com isso, seria necessário construir leiras de compostagem para esse
substrato. Levou-se em conta para escolha da área de compostagem a proximidade com a área
de instalação da planta de tratamento de FORSU, além da disponibilidade de grandes áreas com
o máximo de uniformidade topográfica.
52
CÁLCULO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO ENERGÉTICO
A técnica de túneis de metanização apresenta pouca literatura devido ao curto período
de operação (segundo PROBIOGÁS, 2015 – A, as primeiras usinas foram instaladas entre 2006
e 2007). Com isso, o estudo prévio do potencial de geração energético da planta deste projeto
utilizou como referência os valores de produção de biogás disponibilizados pela Methanum
(apresentados na Tabela 4), que foram utilizados nos estudos para elaboração do projeto
TMethar. Ainda assim, é importante ressaltar que essa estimativa inicial pode apresentar
grandes erros já que ainda não existe material de pesquisa adequado sobre o assunto.
53
6 ESTUDO DE CASO
O trabalho tem como objeto de estudo os resíduos destinados ao aterro sanitário CTRCI
localizado na região sul do estado do Espírito Santo no município de Cachoeiro de Itapemirim,
o aterro recebe o RSU de 25 municípios da região sul do estado, mas neste trabalho leva-se em
conta apenas o RSU com origem em Cachoeiro de Itapemirim. O estado e seus municípios serão
melhor apresentados neste capítulo com o objetivo de contextualizar a região e os resíduos
destinados ao aterro do trabalho.
O ESTADO
O Espírito Santo é o estado com menos habitantes (pouco menos de 4 milhões) da região
sudeste do Brasil e possui índice de desenvolvimento humano (IDH) de 0,740, considerado alto
(IBGE, 2019d). O rendimento nominal mensal domiciliar per capita do estado é de R$1295,00,
colocando o estado em 11º no ranking nacional (IBGE, 2019d).
O IEMA (Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos) é o órgão
responsável por “planejar, coordenar, executar, fiscalizar e controlar as atividades de meio
ambiente, dos recursos hídricos estaduais e dos recursos naturais federais, cuja gestão tenha
sido delegada pela União”, sendo assim a instituição da Secretaria de Estado de Meio Ambiente
e Recursos Hídricos (SEAMA) responsável por licenciamento ambiental e parte do corpo que
elabora o Plano Estadual de Resíduos Sólidos (IEMA, 2019).
A Secretaria de Estado de Saneamento, Habitação e Desenvolvimento Urbano
(SEDURB) é a repartição do governo estadual responsável por implementar a PERS e um de
seus programas é o “Espírito Santo sem lixão” que visa a destinação de todo o RSU do estado
para aterros sanitários (SEDURB, 2019). O programa divide o estado em três consórcios
públicos regionais que objetivam aumentar a viabilidade de implantação de destinações
ambientalmente adequadas para os resíduos gerados nos municípios, estratégia incentivada
tanto pela PERS quanto pela PNRS (SEDURB, 2019). A Figura 15 a seguir apresenta a divisão
dos três consórcios.
54
Figura 15 - Divisão do estado do Espírito Santo em consórcios públicos regionais (SEDURB, 2019)
OS MUNICÍPIOS
Ainda que neste projeto esteja-se considerando apenas o RSU do município de
Cachoeiro de Itapemirim, é válido apresentar as outras 24 cidades que compõe a região que
destina os resíduos ao Centro de Tratamento de Resíduos CTRCI. É nítida a semelhança entre
os munícios apresentados na PERS como integrantes do possível consórcio “Consul”, em rosa
na Figura 15, e as cidades destacadas no mapa da Figura 16 que apresentam os municípios que
efetivamente destinam resíduos para o aterro. Como o aterro foi inicialmente projetado para
55
atender a Cachoeiro de Itapemirim, os outros municípios foram sendo adicionados por contratos
separados, não foi, então, pensado originalmente como consórcio (RABELO, 2018).
Figura 16 - Municípios do ES que destinam RSU ao CTRCI (IJSN, 2018, adaptado).
Para efeito de facilitação da comparação entre os municípios foi elaborada a Tabela 6
que expões dados de cada uma das 25 cidades.
56
Tabela 6 - Comparação entre os municípios que destinam RSU ao CTRCI (IBGE, 2019 - elaboração
própria)
Município
População
(estimada
2018)
Salário médio mensal dos
trabalhadores formais
[em salários mínimos]
PIB per
capita [R$]
Distância até o
CTRCI [km]
Afonso Cláudio 30.720 1,8 14.579,47 123
Alegre 30.568 2,2 15.145,44 54
Apiacá 7.580 1,6 11.766,2 97
Atílio Vivacqua 11.765 1,7 22.858,06 18
Bom Jesus do Norte 9.910 1,5 13.116,9 111
Brejetuba 12.381 1,8 20.275,59 103
Cachoeiro de
Itapemirim 207.324 2,0 22.904,87 13
Castelo 37.317 1,8 23.339,54 30
Conceição de Castelo 12.638 1,7 15.993,99 67
Divino de São
Lourenço 4.338 2,0 14.309,32 95
Dores do Rio Preto 6.727 1,7 18.333,31 107
Guaçuí 30.607 1,7 18.334,27 76
Ibatiba 25.732 2,0 12.898,65 117
Ibitirama 8.919 1,9 16.506,04 98
Itapemirim 34.032 2,3 57.370,27 36
Jerônimo Monteiro 11.744 1.8 11.263,91 35
Marataízes 38.108 2,0 29.171,51 57
Mimoso do Sul 26.191 1,9 16.475,97 48
Muniz Freire 17.613 2,1 16.311,14 86
Muqui 15.370 1,7 10.783,05 30
Presidente Kennedy 11.488 2,4 169.012,45 51
Rio Novo do Sul 11.618 1,8 15.855,76 40
São José do Calçado 10.566 1,7 15.946,79 113
Vargem Alta 21.207 1,9 17.863,8 33
Venda Nova do
Imigrante 24.800 2,0 22.503,03 70
Nota:
PIB – Produto Interno Bruto
CTRCI – Centro de Tratamento de Resíduos de Cachoeiro de Itapemirim
57
7 RESULTADOS
Este trabalho apresentará estudos iniciais contemplando os 25 municípios da região sul
do estado do Espírito Santo que destinam resíduos ao CTRCI, porém, em seguida, voltará a
abordar somente os resíduos provenientes da cidade de Cachoeiro de Itapemirim.
ESTUDO POPULACIONAL E DE GERAÇÃO DE RESÍDUOS
Na Tabela 7 é possível observar os resultados encontrados no estudo de estimativa
populacional de cada município.
Tabela 7 - Estimativa populacional para final de projeto. (IBGE, 2018 - elaboração própria)
Município 2017 Curva utilizada 2037
Afonso Cláudio (ES) 32.361 Aritmético 47.785
Brejetuba (ES) 12.838
Alegre (ES) 32.146 Aritmético 44.500
Ibitirama (ES) 9.373
Apiacá (ES) 7.932 Geométrico 8.588
Atílio Vivacqua (ES) 11.804 Aritmético 14.556
Bom Jesus do Norte (ES) 10.254 Logístico 10.841
Cachoeiro de Itapemirim (ES) 211.649 Aritmético 291.558
Vargem Alta (ES) 21.584
Castelo (ES) 38.304 Aritmético 44.532
Conceição do Castelo (ES) 12.944 Aritmético 47.966
Venda Nova do Imigrante (ES) 24.575
Divino de São Lourenço (ES) 4.612 Aritmético 5.131
Dores do Rio Preto (ES) 6.949 Aritmético 8.463
Guaçuí (ES) 31.201 Aritmético 37.503
Ibatiba (ES) 25.882 Aritmético 33.771
Itapemirim (ES) 34.628 Aritmético 92.616
Marataízes (ES) 38.670
Jerônimo Monteiro (ES) 12.036 Aritmético 14.062
Mimoso do Sul (ES) 27.388 Geométrico 29.614
Muniz Freire (ES) 18.745 Aritmético 18.660
Muqui (ES) 15.806 Geométrico 17.706
Presidente Kennedy (ES) 11.742 Geométrico 12.662
Rio Novo do Sul (ES) 12.095 Aritmético 13.653
São José do Calçado (ES) 11.036 Aritmético 11.916
Total 676.554 - 806.083
58
Os estudos de geração de RSU foram interrompidos para realização de análise dos dados
até então encontrados. Sendo assim, fez-se mais coerente a apresentação dos resultados deste
subitem ao final da seção “ANÁLISE DOS DADOS”.
ANÁLISE DOS DADOS
Os cálculos iniciais deste projeto envolviam o desenvolvimento de uma planta de
tratamento de FORSU que tratasse o resíduo de todos os 25 municípios que destinam RSU para
o CTRCI, esses cálculos indicavam um volume de resíduos a serem tratados diariamente da
ordem de 340 toneladas, em tempo final de projeto. Sendo esse volume um valor elevado,
considerando a alta demanda territorial da planta de tratamento de FORSU e a baixa
disponibilidade de terra no CTRCI, além da dificuldade em obter dados consistentes dos
municípios menores da região em comparação à cidade de Cachoeiro, foi tomada a decisão,
então, de fazer o projeto para tratamento dos resíduos somente originários da cidade de
Cachoeiro de Itapemirim, reduzindo, assim, a dimensão da planta e aumentando a viabilidade
de execução da sua construção.
Com isso, obtém-se também uma vantagem operacional para o tratamento da FORSU
uma vez que o RSU destinado estará mais fresco (a origem e o destino são o mesmo município)
e manterá a regularidade de chegada, já que o município de Cachoeiro de Itapemirim não possui
estações de transbordo de resíduos, enviando os mesmos diretamente da coleta para o aterro
sanitário diariamente (RABELO, 2018). Além disso, foi considerado que a gestão de resíduos
descentralizada apresenta vantagens ambientais interessantes com a diminuição do transporte
dos resíduos e redução da emissão de gases do efeito estufa.
A Tabela 8 apresenta os resultados de estimativa populacional e de geração de resíduos
para o município de Cachoeiro de Itapemirim.
Tabela 8- População e geração de resíduos para Cachoeiro de Itapemirim (várias fontes - elaboração
própria).
Município
População (IBGE, 2018)
Geração média de RSU [t/d] (SNIS, 2017)
FORSU [t/d] (GASQUES, 2013)
2017 2037 per capta
(kg/d) 2017 2037 Fração do
RSU 2017 2037
Cachoeiro de Itapemirim (ES) 211.649 264.335 0,532 112,549 140,566 46,00% 51,773 64,660
Total - 112,549 140,566 - 51,773 64,660
59
ESCOLHA DA TÉCNICA UTILIZADA
Com base em avaliação dos seguintes fatores foi eleita a técnica de digestão anaeróbia
extrasseca por bateladas em túneis de digestão, semelhante à técnica do projeto TMethar:
i. Volume de resíduo a ser tratado: com base nos resultados preliminares
encontrados, foi decidido por utilizar o biodigestor de túneis por facilitar o
manejo de grandes volumes de resíduos.
ii. Redução de impacto ambiental: também levando em conta a quantidade grande
de resíduos a serem tratados, optou-se por utilizar a digestão anaeróbia
extrasseca evitando-se, assim, a adição de um volume muito grande de água que
resultaria em volumosas quantias de efluente líquido a ser tratado.
iii. Vantagens e desvantagens operacionais: a técnica por bateladas em garagens de
digestão anaeróbia apresenta vantagens operacionais como baixa necessidade de
pré-preparo do substrato, resiste bem a resíduos pouco homogêneos e com
elevado teor de impróprios (PROBIOGÁS, 2015a), baixa utilização de energia
elétrica, além da redução das chances de acúmulo de inibidores no reator já que
o espaço é totalmente esvaziado a cada batelada (PROBIOGÁS, 2015b).
ESCOLHA DOS PARÂMETROS
7.4.1 Tempo de retenção de sólidos
Usando como referência os dados do projeto Tmethar, elegeu-se um tempo de retenção
de sólidos similar ao do projeto da empresa Methanum Resíduo e Energia de 30 dias,
ressaltando-se que a própria companhia estuda a possibilidade de extensão desse prazo,
pesquisa essa que acontece ainda no momento do desenvolvimento deste texto.
7.4.2 Temperatura
Foi eleita a faixa de temperaturas mesofílicas (37°C a 42°C) para a digestão anaeróbia
deste projeto objetivando alcançar o processo mais estável possível ainda que visando altos
índices de produção de biogás. Além desses fatores, o aquecimento dos reatores exigiria um
gasto excessivo de energia que deve ser evitado.
60
DIMENSIONAMENTO PRELIMINAR DOS ELEMENTOS DA USINA
7.5.1 Cálculo do volume de resíduo
Os resultados do cálculo de volume de FORSU a ser tratado no CTRCI são apresentados
na Tabela 9.
Tabela 9- Cálculo do volume diário de resíduo a ser tratado (TMETHAR 2019 - elaboração própria)
Município FORSU [t/d] Peso específico [kg/m³]
(TMETHAR, 2019)
FORSU [m³/d]
2017 2037 2017 2037
Cachoeiro de Itapemirim (ES) 51,773 64,660 542,25 95,478 119,246
Total 51,773 64,660 - 95,478 119,246
7.5.2 Cálculo do número de garagens de digestão
O resultado das análises de número de garagens é apresentado na Tabela 10. Optou-se
por realizar a construção de 24 garagens com capacidade de digestão anaeróbia de até 150 m³
de FORSU cada.
Tabela 10 - Estudo do número de garagens de digestão anaeróbia.
Volume de
resíduo por
garagem [m³]
Número de garagens
2017 2037
120 23,9 29,8
140 20,5 25,6
150 19,1 23,8
160 17,9 22,4
170 16,8 21,0
180 15,9 19,9
190 15,1 18,8
200 14,3 17,9
Como em tempo inicial serão necessárias apenas 20 garagens de digestão, as 4 garagens
restantes poderão ser utilizadas como área de compostagem do resíduo efluente do processo,
ou poderá optar-se por construir as novas garagens em tempos futuros.
61
7.5.3 Projeto preliminar das garagens de digestão
Os resultados do estudo do projeto preliminar das garagens de digestão são apresentados
na Tabela 11. Foi realizada uma iteração entre possíveis áreas de garagens e a disposição delas
na região escolhida para instalação da usina de metanização, considerando garagens
retangulares de diferentes larguras e profundidades e disposições em fila única ou em duas filas.
Foi escolhida a opção que apresenta 6,0 m de largura e 19,0 m de comprimento com duas filas,
uma com 10 garagens e outra com 14 garagens. É possível observar melhor o estudo das
medidas na Figura 17.
Tabela 11 - Estudo das medidas das garagens de digestão anaeróbia.
Largura
[m]
Comprimento
[m]
Altura da garagem /
altura da pilha de
resíduos [m]
Volume de
resíduo [m³]
5.5 15,5 5 / 3 146,3
6 15 5 / 3 152,3
6.5 14,5 5 / 3 157,5
7 14 5 / 3 162,0
7.5 13,5 5 / 3 165,8
Figura 17 - Medidas da garagem de digestão.
62
7.5.4 Escolha da área de instalação da usina
Devido à inexistência de informações e levantamentos topográficos da área, através do
software Google Earth Pro foram estimadas cotas de 20 pontos da única área livre (segundo
RABELO, 2018) em local de fácil acesso para a chegada dos caminhões de resíduos. Com essas
cotas, observou-se um declive no terreno que seria aproveitado para posicionar as unidades de
produção de inóculo na região mais baixa facilitando a coleta de lixiviado. Ainda assim, com
estudo posterior e levantamento topográfico adequado seria necessário avaliar uma possível
elevação da cota em 1 m ou 2 m. As Figuras 18, 19 e 20 ilustram parte do processo de escolha
da área da usina.
Figura 18 – Pontos com cotas estimadas através do software Google Earth Pro.
63
Figura 19 – Local escolhido para instalação da usina – vista superior.
Figura 20 – Local escolhido para instalação da usina – vista lateral (acervo próprio).
A região escolhida para instalação da usina apresenta área de aproximadamente 11.320
m², segundo levantamento realizado pelo software Google Earth Pro.
64
7.5.5 Estudo do projeto do CTR
O centro de triagem de resíduos (CTR) foi pensado originalmente no projeto quando
esse atenderia a todos os 25 municípios da região, a partir do momento que optou-se por
trabalhar apenas com a cidade de Cachoeiro de Itapemirim a instalação foi repensada. Como
indicado pela Prefeitura Municipal da cidade, a coleta seletiva já foi implantada e teve
reconhecível expansão no ano de 2018 atingindo a maioria dos bairros da cidade e do interior,
retirando os resíduos recicláveis mais comuns e eletrônicos (PMCI, 2018).
Considerando esse fato, a falta de espaço adequado no local para instalação de um CTR
e a alta capacidade da técnica utilizada de receber resíduo com elevado teor de impróprios,
optou-se por utilizar os resíduos frescos sem pré-tratamento ou separação.
7.5.6 Estudo do projeto preliminar da unidade de produção de inóculo
O estudo considerou a construção de sete reatores, três menores recebendo o lixiviado
das 10 garagens de uma das linhas e quatro maiores recebendo o lixiviado das 14 garagens da
outra linha. As Tabelas 12, 13 e 14 a seguir apresentam os resultados encontrados.
Tabela 12 - Cálculo do volume do reator para receber o lixiviado de 10 garagens de digestão anaeróbia
(ABNT, 1992- elaboração própria).
Volume diário de
produção de lixiviado
[m³/d]
TRH [dias]
(ABNT, 1992)
Volume
inicial do
reator [m³]
Volume
final do
reator [m³]
305 30 9.135 10.505,25
Nota:
TRH – Tempo de Retenção Hidráulico
Tabela 13- Cálculo do volume do reator para receber o lixiviado de 14 garagens de digestão anaeróbia
(ABNT, 1992- elaboração própria).
Volume diário de
produção de lixiviado
[m³/d]
TRH [dias]
(ABNT, 1992)
Volume do
reator inicial
[m³]
Volume do
reator final
[m³]
426,3 30 12.789 14.707,35
Nota:
TRH – Tempo de Retenção Hidráulico
Tabela 14 - Cálculo das dimensões das unidades de produção de inóculo (elaboração própria).
Nº de reatores Raio [m] Área [m²] Altura [m] Volume unitário [m³] Volume total [m³]
3 9 254,47 14 3.562,6 10.687,7
4 9,4 277,59 13,5 3.747,5 14.989,9
65
A área de instalação dos reatores está inserida na área de instalação da usina de produção
de biogás, mas a Figura 21 a seguir apresenta mais especificamente a região de construção das
unidades de produção de inóculo.
Figura 21 - Região de instalação das unidades de produção de inóculo.
A região escolhida para instalação das UPIs tem aproximadamente 5.537 m² segundo
levantamento realizado com auxílio do software Google Earth Pro.
7.5.7 Escolha da área de instalação das leiras de compostagem
Observando a área ao redor da região escolhida para instalação da planta de tratamento
de FORSU foi escolhido o espaço assinalado na Figura 22 que apresenta área
consideravelmente plana, o que reduz os custos de terraplanagem.
Figura 22 - Área para instalação das leiras de compostagem.
66
A região escolhida para instalação das leiras de compostagem tem aproximadamente
8.383 m² segundo levantamento realizado com auxílio do software Google Earth Pro.
7.5.8 Layout da usina
A Figura 23 apresenta o layout completo da planta de tratamento de FORSU com
produção de biogás. A planta com medidas e em escala 1:200 encontra-se no Apêndice B. A
região ocupada pela instalação da usina teria uma área de aproximadamente 10.341 m² segundo
levantamento realizado com auxílio do software AutoCad.
Figura 23 - Layout geral da planta de tratamento de FORSU (sem escala – elaboração própria).
7.5.9 Cálculo do potencial de geração energético
A Tabela 15 apresenta os resultados da estimativa preliminar de produção de biogás na
usina do CTRCI.
67
Tabela 15 - Estimativa de produção de biogás na usina do CTRCI (PROBIOGÁS, 2015a - elaboração
própria).
Tempo
FORSU
tratada
diariamente
(t)
FORSU
tratada
anualmente
(t)
Taxa de
produção de
biogás
(Nm³/t)
Potencial de
produção de
biogás
diariamente
(Nm³/d)
Potencial de
produção de
biogás
anualmente
(Nm³)
Início de plano -
2017
51,77 18.897 100 5.177,26 1.889.698
Fim de plano -
2037
64,66 23.601 100 6.466,04 2.360.103
A usina pode ser considerada de médio porte (entre 2.501 e 12.500 Nm³/d) e faria parte
do atual grupo de 68 usinas de produção de biogás de médio porte em instalação, operação ou
reforma no Brasil (CIBIOGÁS, 2019).
68
8 CONCLUSÕES
Realizou-se neste trabalho um estudo prévio para a construção de uma planta de
tratamento de FORSU por digestão anaeróbia extrasseca com produção de biogás a ser instalada
no CTRCI em Cachoeiro de Itapemirim, no Espírito Santo.
Os estudos iniciais visavam a elaboração de um projeto para tratar a FORSU proveniente
dos 25 municípios da região sul do estado que destinam seu RSU para o CTRCI. Contudo, após
os estudos iniciais de crescimento populacional e geração de resíduos, percebeu-se que o
volume de resíduos a ser tratado exigia uma usina de dimensões muito maiores do que o espaço
disponibilizado no aterro, tornando, assim, inviável a sua execução.
Optou-se, então, por trabalhar apenas com a cidade de Cachoeiro de Itapemirim, por ser
a maior da região (representa mais de 30% da população da região estudada) e por apresentar
maior facilidade na obtenção de dados. Com isso, este trabalho traz uma importante conclusão
de que possivelmente a tecnologia do TMBS torne-se inviável para tratamento de grandes
volumes de FORSU, sendo mais apropriada como tecnologia de gestão descentralizada dos
resíduos.
Para solucionar o problema do tratamento da FORSU dos outros municípios da região,
acredita-se que o desenvolvimento de projetos-padrão de plantas de geração de biogás menores
que atendam a cada 4 ou 5 municípios vizinhos faça sentido, ficando assim como sugestão de
trabalhos futuros.
Durante o dimensionamento das unidades da usina, foram enfrentados muitos desafios
devido à falta de literatura adequada, o que resultou em um dimensionamento pouco preciso,
ainda que preliminar, e pôs luz à oportunidade de pesquisas no tema para otimização de
parâmetros e boas práticas de projetos utilizando a TMBS. Outra lacuna encontrada foi a de
estudos técnicos sobre a produção média de biogás em uma usina com essa tecnologia, mais
uma sugestão para futuros trabalhos.
Parte do estudo necessário para expansão da utilização da tecnologia TMBS já está
sendo realizado no Usina do Caju, na planta TMethar, graças ao trabalho da empresa Methanum
Resíduos e Energia, com parcerias da Universidade Federal de Minas Gerais, da Comlurb e
C40, e com o financiamento do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social
(TMETHAR, 2019). Importante reconhecer os esforços dessas instituições em desenvolver a
tecnologia e incentivar a pesquisa científica na área.
Além das dificuldades comuns a todos os trabalhos que envolvem tecnologia muito
novas e com pouco bibliografia, este projeto enfrentou o desafio de propor uma solução de
69
tratamento de FORSU, através da construção de uma usina com tecnologia TMBS, sem
informações da Prefeitura Municipal de Cachoeiro de Itapemirim e sem apoio de dados da
empresa CTRCI. Sendo assim, foi um desafio realizar o projeto na única área apresentada como
disponível pela empresa administradora do aterro e sem informações topográficas e
hidrogeológicas do local.
Alguns outros temas estudados neste trabalho despertaram especial interesse e dúvida,
devido à pouca literatura existente, como estudos sobre a relação entre a temperatura do
processo e a produção de biogás, em escala industrial, e não somente em escala de bancada, ou
mesmo estudos sobre tempo de retenção de sólidos (TRS) ideal e taxa de produção de biogás
média para a técnica de garagens de metanização, temas relevantes para futuros trabalhos a
serem desenvolvidos na área.
70
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de tratamento de esgoto sanitário”, 1992.
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projetos de aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos”, 1996.
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Resíduos Sólidos”, Brasília, 2012.
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gerenciamento integrado”, edição IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado
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biogás no Brasil em 2018”, Foz do Iguaçu, 2019.
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71
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Nascimento. “Plano de Gerenciamento Integrado de Resíduos Orgânicos”, Belo
Horizonte, 2011.
72
29. PMCI, Prefeitura Municipal de Cachoeiro de Itapemirim. “Coleta seletiva e proteção de
nascentes avançaram em Cachoeiro”, 2018.
http://www.cachoeiro.es.gov.br/site.php?nomePagina=NOTICIA&id_item=Coleta_sel
etiva_e_protecao_de_nascentes_avancaram_em_Cachoeiro, obtido em 06 de março de
2019.
30. PROBIOGÁS (A), Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento
Energético de Biogás no Brasil. “O estado da arte da tecnologia de metanização seca”,
Brasília, 2015.
31. PROBIOGÁS (B), Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético
de Biogás no Brasil. “Tecnologias de digestão anaeróbia com relevância para o Brasil
– substratos, digestores e uso de biogás”, Brasília, 2015.
32. PROBIOGÁS, Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético de
Biogás no Brasil. “Guia prático do biogás – geração e utilização”, Gülzow, 2010.
33. QUIAN, M. Y.; LI, R. H.; LI, J.; WEDWITSCHKA, H.; NELLES, M.; STINNER,
W.; ZHOU, H. J., “Industrial scale garage-type dry fermentation of municipal solid
waste to biogas”, Pequim, 2016.
34. RABELO, Marcia Helena. Entrevista concedida à Gabriela Moreira Borges em visita
ao Centro de Tratamento de Resíduos de Cachoeiro de Itapemirim, realizada em 23 de
abril de 2018.
35. SEDURB, Secretaria de Estado de Saneamento, Habitação e Desenvolvimento Urbano.
Disponível em: https://sedurb.es.gov.br/programa-es-sem-lixao. Acesso em: 18 de
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36. SNIS, Sistema Nacional de Informações sobre Saneamnto, “Série Histórica -2017”.
Disponível em: http://app4.cidades.gov.br/serieHistorica/# Acesso em: 25 de março de
2019.
37. TMETHAR. Visita técnica realizada em 26 de fevereiro de 2019 na Usina de
metanização de resíduos orgânicos e aproveitamento energético de biogás – TMethar.
2019.
38. TWB, The World Bank. “What a Waste: A Global Review of Solid Waste
Management”, 2012.
39. VERMA, Shefali. “Anaerobic digestion of biodegradable organics in municipal solid
wastes”, dissertação de mestrado, Columbia University, Nova Iorque, 2002.
73
APÊNDICE A
Registro fotográfico de visita técnica realizada no CTRCI no dia 23 de abril de 2018.
Figura 24 - Unidade de pesagem de caminhões do CTRCI (acervo próprio).
Figura 25 - Unidade de lavagem de caminhões do CTRCI (acervo próprio).
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Figura 26 - Lagoa de armazenamento de lixiviado do CTRCI (acervo próprio).
Figura 27 - Vista da unidade de pesagem, do escritório administrativo e da entrada do CTRCI a partir
do topo de uma das células de aterramento (aervo próprio).
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APÊNDICE B
Plantas em escala 1:200 do projeto da planta de tratamento de FORSU com produção de biogás.
