Comportamento de reactores Comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção orgânica...
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Comportamento de reactores Comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção anaeróbios tratando a fracção
orgânicaorgânica dos resíduos sólidos urbanosdos resíduos sólidos urbanos
Orientação Científica:
Dr.º Luís Arroja*Co-orientação
Drª Isabel Fernandes*
* Professor(a) Associado(a) do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro
António Pedro Conde Pinto Flor
Bolsa de Doutoramento SFRH/BD/1066/2000
Projecto POCTI/CTA/39181/2001
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprir os requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Ciências aplicadas ao Ambiente
Departamento de Ambiente e Ordenamento
6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS
5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI_CONTÌNUOS 5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI_CONTÌNUOS - reactores semi-contínuos e contínuos- reactores semi-contínuos e contínuos
1 – INTRODUÇÃO e OBJECTIVOS 1 – INTRODUÇÃO e OBJECTIVOS
2 – TECNOLOGIAS2 – TECNOLOGIAS
3 – METODOLOGIAS3 – METODOLOGIAS
4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE 4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE - reactores descontínuos- reactores descontínuos
7 – CONCLUSÕES FINAIS7 – CONCLUSÕES FINAIS
AGENDA
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Objectivos Gerais
Avaliar o potencial das tecnologias no contexto Português e o estado da arte
FORSU e LS
Desempenho de reactores contínuos
Modelação matemática
Departamento de Ambiente e Ordenamento
FORSU; 15
4 3
10 Total; 32
0 10 20 30 40
Potencial estimado
Potencial 10 6 m3 (CH4).dia-1
0
5
10
15
20
25
30
35
Lamas de etar FORSU Águas residuais industriais Resíduos de agropecuária Total
Potencial aproveitado *
1,7 FORSU ; 4,5
São produzidos 7,5 M m3 (CH4) por dia
Apenas 23% do possível
Tecnologia antiga (século X a.c)
Protocolo de Kyoto Directivas 1999/31/CE
• Aumento de 0,3 M (ton).ano-1 em 2003 (apenas 0,4 M (ton) de aumento na década de 90).
1 – INTRODUÇÃO
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Portugal
0,03
Espanha
0,8
Alemanha
0,7
A Alemanha aumentou 6 vezes na última década.No final de 2003 tinha sido ligeiramente ultrapassada pela Espanha.
1 – INTRODUÇÃO
Departamento de Ambiente e Ordenamento
CO-DIGESTÃO
1 – INTRODUÇÃO
(FORSU)Fracção Orgânica dos
Resíduos Sólidos Urbanos
Lamas de ETAR
BIOGÁS :
VANTAGENS- Nutrientes - Cargas orgânicas (CO) e tempos de retenção hidráulico (TRH)- Economia de escala, por partilha de equipamentos
Incineração Compostagem
DESVANTAGENS-Transporte de resíduos-Entraves legislativos,
5% das unidades funcionam em co-digestão a nível Europeu
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Digestão anaeróbia da FORSU
> 50 processos patenteados
Contínuos
VALORGA
(França)
DRANCO
(Bélgica)
FUNNEL
(EUA)
BTA
(Alemanha)
Via Húmida
HERNING
(Dinamarca)
BIOMET
(Suiça)
2 – TECNOLOGIAS
Descontínuos
BIOCEL
(Holanda)
SEBAC
(EUA)
Via Seca
As vantagens e desvantagens são equilibrados. - 54% “via seca”- 46% “via húmida”
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Processos por via seca DRANCO ©
Restos
FORSU sep. origem
ChãoVibratório
CrivoCrivoRotativo
Doseador
DigestorØ 7 mH= 21m
Bomba
Biogás
Gerador de Vapor
Maturação aeróbia Humotex
Tratamento de
águaPrens
a
Processo contínuos
2 – TECNOLOGIAS
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Biogás
Digestato
Água de recirculação
Hidropulper DesarenadorMoínho
Inertes
Reactor
Processos por via húmida
BTA ©
Biotechnische Abfallverwertung
2 – TECNOLOGIAS
Departamento de Ambiente e Ordenamento
FORSU simulada/restaurante típico
Equipamento muito comum e disponível
3 – METODOLOGIAS
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Reactores - Equipamento
Motor
Saída para recolha de amostras
Saída de biogás
Solução de NaOH 20%
35ºC +/- 1ºC
Reactor batch
Sistema de medição de volume de gás por deslocamento de água
Frasco borbulhador para retenção de CO2
Saída para recolha de amostras
Saída de biogás
Solução de NaOH 20%
35ºC +/- 1ºC
Reactor batch
Sistema de medição de volume de gás por deslocamento de água
Frasco borbulhador para retenção de CO2
Departamento de Ambiente e Ordenamento
4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE
- reactores descontínuosObjectivos
Procedimento experimental
Sinergismos FORSU/LS Biodegradabilidade e Estabilidade
Teor de Sólidos
0% 25% 50% 75% 100%
2
10
20 ª ª
% FORSU
% S
ólid
os
Departamento de Ambiente e Ordenamento
25 %
A FORSU usada é mais biodegradável do que as LS e ...
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Dias
l(C
H4)
.g-1(S
TV
)ad
0 %25 %
50%
50 %50 %
75 %
75 %75 %
100 %
100 %
100 %0 %
4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE - reactores descontínuos
Resultados e conclusões
Departamento de Ambiente e Ordenamento
4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE
- reactores descontínuos
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Dias
l(C
H4)
/g(S
TV
)ad
100% FORSU10% ST
75% FORSU10% ST
50% FORSU10% ST
25% FORSU10% ST
0% FORSU10% ST
10 % ST
0 %25 %
50% 75 %
100 %
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Dias
l(C
H4)
/g(S
TV
)ad
100% FORSU20% ST
75% FORSU20% ST
50% FORSU20% ST
20 % ST
50 %
75 %
100 %
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Dias
l(C
H4)
/g(S
TV
)ad
100% FORSU2% ST
75% FORSU2% ST
50% FORSU2% ST
25% FORSU2% ST
0% FORSU2% ST
2 % ST
25 %
50 %
75 %
100 %
0 %
os sistemas por via húmida têm um melhor comportamento.
Resultados e conclusões
2 %
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Dias
l(C
H4)
.g-1(S
TV
)ad
10 %10 %
10%
2 %20 %
2 %
20 %10 %
10 %
2 %
20 %2 %
Departamento de Ambiente e Ordenamento
60 e acima60 e acima60 e acima
Remoção de STV (%)
+ FORSU
- ST
0,45 e acima0,45 e acima
Produção específica de metano (l(CH4).g-1(STV))
Menos sólidos e + FORSU = melhor desempenho
+ FORSU%
Resultados e conclusões
4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE
- reactores descontínuos
Departamento de Ambiente e Ordenamento
A adição de LS tem um efeito estabilizador na performance do reactor.
10075
50 25
02% ST
10% ST
20% ST-
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000 A
OV
s m
g(A
cA).
l-1
FORSU (%) ST (%
)
+ FORSU
Resultados e conclusões
4 – ENSAIOS DE BIODEGRADABILIDADE
- reactores descontínuos
Departamento de Ambiente e Ordenamento
5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI CONTÌNUOS – reactores semi-contínuos e contínuos
Objectivos
Produção de biogás e metano nos reactores
Estudar a remoção de CQO e STV em função da carga orgânica aplicada
Avaliar a influência do modo de alimentação (contínuo e semi-contínuo)
Departamento de Ambiente e Ordenamento
377 378
298
320
227250287
301180239263280
346320
0
50
100
150
200
250
300
350
400
2 5 8 11 14 17 20
CO (kg(CQO).m-3.dia-1
PE
M (
m3(C
H4).
ton
-1S
TV
0
25
50
75
100
CH
4 (%
V/V
)`
PEM C PEM SC % CH4 C % CH4 SC
36
912
14
377 m3(CH4).ton-1(STV)
Reactor semi-contínuo SC
Reactor contínuo CC
CH4 = 3,1 X o volume útil do reactor para 17 Kg(CQO).m-3.dia-1.
1719
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
3
PV
M m
3(C
H4).
m-3
reac
tor.d
ia-1
6 9 12 14 17 19
CO Kg(CQO).m-3reactor.dia-1
36
912
14
PVM contínuo
PVM semi-contínuo
1719
A percentagem de metano desceu dos 60 para 40% (V/V)
Resultados e conclusões
5 – ENSAIOS CONTÌNUOS E SEMI CONTÌNUOS – reactores semi-contínuos e contínuos
Departamento de Ambiente e Ordenamento
6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICAObjectivos
Compreender o comportamento do reactorAplicação do modelo ADM1
Determinar os parâmetros mais importantes para o desempenho do reactor.
Departamento de Ambiente e Ordenamento
-
500
1.000
1.500
2.000
2.500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Dias
Met
ano
ml(
CH
4 )
Metano - modelo
Metano - experimental
Antes do ajuste
-
500
1.000
1.500
2.000
2.500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Dias
Met
ano
ml(
CH
4 )
Metano - modelo
Metano - experimentalDepois do ajuste
È capaz de simular a produção de metano
Reactores descontínuos
Ajuste de parâmetros
Km_ac=8 d-1
Kdis=0,5 d-1
Kdis=1,14 d-1
Km_ac=0,46d-1
Resultados e conclusões6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Os parâmetros mais importantes para o REACTOR DESCONTÌNUO
CO carga orgânica f_ch_Xc
polissacarídeos
Resultados e conclusões
6 – MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RESULTADOS
Os parâmetros mais importantes no REACTOR CONTÍNUO
CQO alimentação
Kdis
Produção de metano
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Potencial de crescimento
FORSU + Biodegradável --- LS + estabilidade
Contínuo (maior alcalinidade) <> semi-contínuo
Aplicação do ADM1 é viável
7 – CONCLUSÕES FINAIS
Departamento de Ambiente e Ordenamento
7 – CONCLUSÕES GERAIS
No contexto Português:
• A co-digestão de FORSU/LS é viável…..
• Porque não…..
Departamento de Ambiente e Ordenamento
……. à sustentabilidade
7 – CONCLUSÕES GERAIS
……. Avançar: