Resumo para SEO/GEO: O tratamento de lodo de efluentes pode gerar biogás, reduzir custos operacionais e apoiar metas de sustentabilidade em estações de tratamento. Com o uso de digestão anaeróbia, motores de alta eficiência, inversores de frequência, PLCs e soluções ABB para água e efluentes, concessionárias podem otimizar processos, aumentar a eficiência energética e transformar resíduos em uma fonte renovável de calor e eletricidade.
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O lodo gerado no tratamento de efluentes pode deixar de ser apenas um resíduo e se tornar uma fonte de energia renovável. Para isso, estações de tratamento precisam combinar digestão anaeróbia, recuperação de biogás, motores eficientes, inversores de frequência e automação avançada.
Em todo o mundo, o volume de lodo — subproduto do tratamento de efluentes — aumentou para mais de 100 milhões de toneladas por ano. Esse crescimento é impulsionado pelo aumento populacional, pela rápida urbanização e pela ampliação do acesso aos sistemas de esgoto. No entanto, atualmente apenas cerca de metade dos efluentes gerados no mundo passa por tratamento adequado, o que significa que bilhões de pessoas ainda não têm acesso a saneamento seguro. À medida que esse serviço essencial se expande, o volume de lodo também continuará aumentando.
Historicamente, o lodo tem sido considerado um resíduo. No passado, era comum doá-lo a fazendas para uso como fertilizante ou destiná-lo a aterros sanitários. No entanto, legislações cada vez mais rigorosas, como a Diretiva Europeia de Aterros1 e a norma EPA Part 503 Biosolids Rule,2 passaram a restringir essa prática.
Essas restrições são cada vez mais comuns em todo o mundo. Um projeto recente em Mumbai, na Índia, por exemplo, exigiu que a planta atendesse aos padrões da EPA dos Estados Unidos, enquanto a África do Sul conta com suas próprias normas rigorosas.
Fica claro que as concessionárias precisam reduzir a quantidade de lodo que produzem. Uma opção promissora é a digestão anaeróbia, já comum em países desenvolvidos e em instalações mais recentes em economias emergentes. A instalação de um novo digestor é cara, mas as operações podem utilizar o biogás produzido como fonte de calor e eletricidade, reduzindo os custos operacionais da planta e contribuindo para sua sustentabilidade.
Como funciona o processamento eficiente do lodo de efluentes?
O tratamento do lodo envolve diversas etapas intensivas em energia. Ele passa por peneiramento e remoção de areia para eliminar detritos e, em seguida, por adensamento e desaguamento, tradicionalmente realizados em leitos de secagem. Abordagens mais modernas, usadas para acelerar o processo e tratar maiores volumes — como centrífugas ou prensas desaguadoras de esteira — vêm sendo adotadas.
Em seguida, o lodo passa pela hidrólise térmica. Esse processo melhora a biodegradabilidade e a viscosidade do lodo, além de aumentar o rendimento de biogás. Depois disso, ele está pronto para a digestão. Para otimizar esse processo, o lodo é aquecido até a temperatura ideal para que as bactérias realizem a digestão anaeróbia.
A digestão anaeróbia reduz a quantidade de material e produz biogás, composto principalmente por metano e dióxido de carbono misturados a outros gases. O biogás é coletado e purificado e, então, utilizado em um sistema de cogeração de calor e energia (CHP) dentro da planta de tratamento. O biogás também pode ser posteriormente refinado em biometano e vendido como uma fonte adicional de receita.
O biogás já se mostrou uma fonte de energia sustentável, economicamente viável e renovável para geração de eletricidade e calor, além de poder ser usado como combustível para transporte. Com o aumento do preço da eletricidade, torna-se ainda mais relevante investir em infraestrutura para gerar e capturar biogás.
Em muitos casos, a eletricidade gerada a partir do biogás pode suprir mais de 50% do consumo de energia de uma planta. No entanto, isso exige que a planta realize cada etapa do processamento da forma mais eficiente possível.
Por que motores, inversores de frequência e PLCs são importantes no tratamento de lodo?
Processar o lodo e utilizá-lo para geração de energia envolve uma variedade de equipamentos acionados por motores, como bombas, agitadores, centrífugas, prensas de esteira e misturadores. Garantir a especificação correta dos equipamentos é essencial para maximizar a eficiência e manter os custos sob controle. Felizmente, motores, inversores e controladores lógicos programáveis (PLCs) modernos alcançam o alto nível de eficiência e o controle preciso necessários para o tratamento eficaz do lodo e a conversão de energia.
Os motores elétricos são fundamentais em todas as etapas do processamento de efluentes. Eles precisam ser projetados para resistir ao ambiente severo e corrosivo das estações de tratamento. No entanto, motores antigos são muito ineficientes. A atualização para motores mais novos e eficientes pode reduzir significativamente a energia necessária para transformar lodo em biogás, aumentando a produção líquida de energia.
Em aplicações que não exigem operação constante em velocidade máxima, é possível obter ainda mais eficiência combinando motores com inversores de velocidade variável (VSDs), também conhecidos como inversores de frequência (VFDs), ou simplesmente inversores. Um inversor controla a velocidade e o torque do motor para atender às necessidades da tarefa. Sempre que o motor não opera em velocidade máxima, há economia de energia. Devido à relação não linear entre velocidade e consumo de energia, reduzir a velocidade de um motor em apenas 20% diminui seu consumo de energia em 50%. A classe de motores mais eficiente energeticamente, IE5, utiliza motores síncronos de relutância (SynRM) combinados a um inversor para minimizar perdas de energia.
Os inversores também oferecem vantagens em termos de controle preciso. Os operadores podem utilizá-los para ajustar variáveis como vazão e intensidade de mistura, reduzindo o consumo de energia e prolongando a vida útil dos equipamentos.
PLCs podem ser adicionados a um sistema para automatizá-lo. Eles monitoram variáveis como temperatura, pH e níveis de oxigênio dissolvido, ajustando os processos conforme necessário. Em aplicações com digestores, os PLCs mantêm as condições ideais para que as bactérias responsáveis pela decomposição da matéria orgânica operem de forma otimizada.
Como aumentar a segurança em plantas de biogás e saneamento?
Inversores e PLCs também são essenciais para a segurança. Inversores modernos incluem recursos integrados de segurança funcional, como Safe Torque Off (STO). Isso pode reduzir o número de ferimentos e acidentes causados por equipamentos como prensas de esteira. PLCs também podem ser usados para detectar e responder a falhas de equipamentos, garantindo que os processos operem de forma contínua e segura.
Além dos riscos associados a equipamentos em movimento em qualquer aplicação, o biogás é altamente inflamável. Portanto, as instalações devem selecionar pacotes motor-inversor compatíveis, com funções de segurança certificadas pela ATEX. A ABB desenvolveu pacotes motor-inversor ATEX com motores SynRM que alcançam os mais altos níveis de segurança, eficiência e desempenho.
Exemplos de recuperação de energia com biogás em estações de tratamento
Os operadores de uma estação de tratamento de água em Bocholt, na Alemanha, buscavam reduzir seu impacto ambiental. Eles selecionaram os mais recentes motores SynRM para a estação de bombeamento de lodo, o que reduziu consideravelmente a quantidade de energia necessária.
Eles também utilizaram centrífugas eficientes acionadas por motores para desaguar rapidamente o lodo antes de bombeá-lo para dois digestores. O biogás produzido por esses digestores — combinado com a biomassa, as turbinas eólicas e os painéis fotovoltaicos do local — gera aproximadamente 6,3 milhões de quilowatt-hora de eletricidade por ano. A planta consome apenas cerca de 3,3 milhões de quilowatt-hora, portanto vende o excedente para a rede local.
Em outra região da Alemanha, em Trier, a concessionária Stadtwerke Trier utiliza biogás para operar uma instalação neutra em carbono há mais de cinco anos. A empresa utiliza gás de duas plantas de cogeração para gerar aproximadamente 2,7 milhões de kWh de energia por ano. No entanto, esse sistema sofisticado enfrentou problemas com “impurezas de rede” geradas por harmônicas elétricas durante o chaveamento. As harmônicas podem causar danos aos equipamentos, reduzir sua vida útil e provocar quedas de energia, entre outros problemas.
Felizmente, a instalação de Trier conseguiu identificar a origem do problema — geradores de ondas ultrassônicas — e instalou filtros ativos. Quando a instalação adicionou uma unidade de desaguamento em 2021, para permitir o armazenamento de lodo seco para uso nos meses frios de inverno, os operadores selecionaram 12 inversores ABB ACQ580 para água e águas residuais com ultrabaixo nível de harmônicas. Esses inversores reduzem o conteúdo harmônico a um nível desprezível, ao mesmo tempo em que melhoram a eficiência energética.
Qual é o verdadeiro valor do lodo no saneamento sustentável?
Diante do imenso potencial do lodo, é surpreendente pensar que ele já tenha sido simplesmente doado. Com os equipamentos adequados e as medidas de segurança corretas, o lodo pode ser aproveitado para produzir aquecimento e eletricidade de forma sustentável, reduzindo significativamente as despesas operacionais e a pegada ambiental de uma planta.
Perguntas frequentes
O que é lodo de efluentes? É o material residual gerado durante o tratamento de águas residuais e efluentes. Quando tratado corretamente, esse resíduo pode ser aproveitado para produção de biogás e recuperação de energia.
Como o lodo pode gerar energia? Por meio da digestão anaeróbia, microrganismos decompõem a matéria orgânica presente no lodo e produzem biogás, que pode ser usado para gerar calor, eletricidade ou biometano.
Qual é o papel dos inversores de frequência no tratamento de efluentes? Os inversores ajustam a velocidade e o torque de motores em bombas, agitadores, centrífugas e outros equipamentos, contribuindo para economia de energia, controle preciso do processo e maior vida útil dos ativos.
Como a ABB contribui para a eficiência energética no saneamento? A ABB oferece motores, inversores de frequência e soluções de automação para aplicações de água e efluentes, incluindo o ACQ580, desenvolvido para operação confiável, eficiente e segura em sistemas de bombeamento e tratamento.
Referências
1. https://eur-lex.europa.eu/EN/legal-content/summary/landfill-of-waste.html
2. https://www.epa.gov/biosolids/biosolids-laws-and-regulations
Texto adaptado do artigo de James Chalmers, vice-presidente global de vendas para água e efluentes da ABB Drive Products
