Gestão Sustentável de Resíduos Sólidos Urbanos : Otimização de Sistemas de Tratamento de Resíduos através de Conceitos Modulares

Optimization of Waste Treatment Systems Through Modular Concepts

RESUMO

Os impactos ambientais identificados a partir da disposição final dos resíduos sólidos urbanos entraram na pauta de discussões globais em decorrência da necessidade de preservar os recursos naturais e proteger o clima. Desta forma, todos esses fatores remontaram na formação de um arcabouço de tecnologias extremamente avançadas, com controles ambientais bastantes conservadores e altos índices de desvio de massa, seja na forma de incineração seja na forma de tratamento mecânico e biológico. Durante o mapeamento tecnológico abordamos neste artigo frentes de valorização de resíduos presentes a nível global que apontassem soluções voltadas tanto para a promoção da reciclagem quanto recuperação energética, quais sejam: compostagem, fermentação e produção de combustíveis derivados de resíduos. Desta forma, a empresa Eggersmann se posiciona no mercado de forma diferenciada não apenas por possuir grande flexibilidade na configuração dos seus sistemas, devido à construção modular, podendo, portanto, atender exigências básicas, elevadas e até exigências de alta complexidade, mas principalmente por deter uma carteira de projetos amparadas nas diversidades gravimétricas e multiculturais, permitindo assim que sua atuação atenda com plenitude a demanda dos parceiros.

Palavras-chave: Resíduos. Reciclagem. Modular. Aeróbio. Anaeróbio. Tratamento.

ABSTRACT

The environmental impacts identified from the final disposition of solid urban waste entered the agenda of global conversations as a consequence of the need to conserve natural resources and protect the climate. This way, all these factors resulted in formation of a technologies portfolio extremely advanced, with environmental controls quite conservative and high rates of mass reduction, either in the form of incineration is in the form of mechanical and biological treatment. During the technology mapping are discussed in this article a series of alternatives of waste recovery present at global level to pinpoint solutions geared both for the promotion of recycling and energy recovery, which are: composting, fermentation and production of waste fuels. In this way, the company Eggersmann positions itself in the market in a different way not only because it has great flexibility in the configuration of their systems, due to the modular construction, and, therefore, meet basic requirements, high and even demands of high complexity, but mainly by holding a portfolio of projects supported in gravimetric diversities and multicultural, thus allowing its performance meets with fullness the demand of partners.

Keywords: Residues. Recycling. Modular. Aerob. Anaerob. Treatment.

1 PORTFÓLIO DE SERVIÇOS

O grupo Eggersmann que engloba várias empresas independentes e hoje emprega cerca de 500 funcionários, emergiu da empresa Fechtelkord & Eggersmann, fundada em 1951 como empresa de construção civil, que abrange hoje os setores da engenharia civil geral e da construção “chave na mão” para municípios, para a indústria e para clientes particulares.

As atividades da Eggersmann Anlagenbau Kompoferm GmbH estão voltadas para a construção de plantas de tratamento de resíduos sólidos urbanos, com realização de sistemas “chave-na-mão” para o tratamento, por exemplo, de resíduos sólidos urbanos, resíduos orgânicos domésticos e verdes, resíduos do comércio e embalagens leves. A gama de serviços inclui todas as etapas que vão desde o planejamento, desenvolvimento, construção, montagem, comissionamento até os sistemas computacionais de controle tipo EMSR.

Desde 2012, a empresa Eggersmann Anlagenbau Backhus GmbH está integrada ao grupo. Essa empresa atua principalmente na área da tecnologia de sistemas móveis e fixos de reviramento para o tratamento de resíduos orgânicos, através do desenvolvimento, produção e comercialização, em nível mundial, de equipamentos móveis para o reviramento de leiras triangulares e sistemas fixos de reviramento em leiras alinhadas, e fornece também os sistemas periféricos necessários para preparo mecânico dos resíduos.

A empresa BRT Recycling Technologie GmbH se afiliou ao Grupo Eggersmann em 2013. O portfólio técnico engloba a comercialização, o desenvolvimento e a produção de equipamentos-chave para o tratamento de resíduos, como rompedores de sacolas, sistemas de peneiras mecânicas, sistemas de triagem e separação, bem como, a montagem, o comissionamento e os serviços de manutenção.

A empresa Kompotec Sistemas de Compostagem abrange a operação de plantas próprias de compostagem e biodigestão anaeróbia para o tratamento de resíduos orgânicos. A comercialização dos compostos produzidos é realizada pela empresa Bioterra GmbH que também opera um ecoponto para recebimento de materiais recicláveis.

Através da empresa Betriebs- und Umwelttechnik GmbH, a qual realiza e opera vários projetos de parceria pública privada (PPP, Public-Private-Partnership), como corpos de bombeiros, escolas e edifícios da administração pública, o Grupo Eggersmann está engajado na gestão de serviços. O Grupo Eggersmann é completado com a empresa de engenharia Eggersmann, um hotel (Lind-Hotel em Rietberg, Alemanha) e a empresa PantaTec GmbH, que desenvolveu e comercializa um aditivo para o tratamento de superfícies metálicas.

2 SISTEMAS MODULARES PARA O TRATAMENTO DE RESÍDUOS DOMÉSTICOS E COMERCIAIS

As instalações para o tratamento de resíduos domésticos e comerciais possuem uma construção modular a qual é interligada à planta principal por interfaces específicas. Os módulos mais relevantes dessa cadeia de processos são:

Área de descarregamento;
Pré-triagem e pré-tratamento mecânico;
Tratamento mecânico;
Tratamento biológico; e,
Processamento mecânico do produto do tratamento biológico.

Os módulos e, portanto, a instalação, são configurados de acordo com as exigências do projeto em relação aos substratos, metas de processamento, especialmente no que tange as frações e qualidades a serem produzidas, considerando ainda as especificações legais e a possível produção de energia.

Figura 1 – Processos modulares

Fonte: Arquivo Eggersmann.

2.1 Área de Descarregamento

A área de descarregamento normalmente é construída como sistema fechado dentro de um galpão arejado. A escolha entre pátio plano ou reservatório profundo dependerá da capacidade da planta, do material entregue e das condições topográficas encontradas para o local de construção.

Instalações com reservatório profundo são preferencialmente recomendadas para plantas de capacidade operacional elevada, em virtude das grandes movimentações de descarregamento, sendo a movimentação dos resíduos gerenciados por um ou vários sistemas de guindaste com garra. A grande vantagem deste sistema está na separação entre os caminhões de coleta e os equipamentos necessários para a operação da planta, por exemplo, as pás-carregadeiras utilizadas para a alimentação da instalação.

O descarregamento e armazenamento dos resíduos entregues em plantas de pequena escala, muitas vezes descentrais, ocorre em áreas cobertas. Nestes casos, pátios planos são instalados e operados por pás-carregadeiras.

Figura 2 – Reservatório profundo

Fonte: Arquivo Eggersmann.

2.2 Pré-Triagem e Pré-Tratamento Mecânico

Os resíduos descarregados, sejam domésticos da coleta tradicional ou resíduos comerciais, contêm objetos volumosos que dificultam o processo de tratamento ou provocam distúrbios e danos aos equipamentos. Desta forma, antes de alimentar o sistema, estes materiais são removidos por meio de uma pá-carregadeira ou uma garra.

O fluxo de material é conduzido, por meio de um sistema de carregamento, para trituração, por exemplo através de rompedor de sacolas ou de triturador de baixa rotação, com o objetivo de romper as embalagens e produzir a granulometria máxima necessária para os processos de tratamento a jusante.

O material triturado é conduzido para o peneiramento, cuja parte menor consiste em uma fração fina e rica em material orgânico, e a parte maior consiste em um fluxo rico em recicláveis e de frações de alto valor calorífico. Os metais ferrosos oriundos dos dois fluxos são removidos por meio de um separador magnético.

Os materiais recicláveis, por exemplo: plásticos, são removidos manualmente da fração maior, e o restante é conduzido para o módulo de tratamento mecânico, ou, junto com a fração fina e rica em material orgânico, conduzido para o módulo da secagem biológica.

A fração fina e rica em material orgânico é tratada, de acordo com os objetivos do projeto, a partir das soluções modulares para tratamento biológico. No âmbito do tratamento biológico podemos ter os processos aeróbios onde podem ser produzidos composto orgânico, ou rejeitos estabilizados apropriados para a disposição em aterros ou mesmo combustível derivado de resíduos, e também os processos anaeróbios para a produção de biogás e consequente produção de energia.

De modo geral, os equipamentos de pré-triagem são instalados em um galpão fechado, com arejamento forçado. Plantas menores, e muitas vezes descentrais, devem prever galpão coberto. Nestes casos, os equipamentos do módulo de pré-triagem/pré-tratamento são concebidos de forma móveis ou semimóveis.

Figura 3 – Unidade de triagem – Tecnologia de transporte

Fonte: Arquivo Eggersmann.

2.3 Tratamento Mecânico

O fluxo de material, depois de segregadas as frações orgânicas e os metais ferrosos, é conduzido para o módulo de processamento mecânico.

De acordo com os objetivos do projeto, vários outros materiais recicláveis são separados manualmente ou automaticamente por meio da integração de equipamentos de separação como, separação por corrente de ar, separação balística, cortadores de metais não ferrosos e separadores e separadores ópticos como o NIR (espectrômetro infravermelho).

Figura 4 – Sistema de separação por fluxos de ar, durante a produção de CDR

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 5 – Peneira rotativa e cabine de triagem manual

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Como alternativa ou complementando a produção de materiais recicláveis, a produção de combustíveis derivados de resíduos (CDR) é possível, produzindo um combustível regular de acordo com as especificações do projeto. Os teores de substâncias nocivas e o valor calorífico mínimo deste combustível são adequados pela segregação automática de resíduos perigosos, e pelo enriquecimento por materiais de alto valor calorífico, porém, quando se opta pela prevalência da produção de CDR, temos como resultado a redução do fluxo de materiais para destinação na forma de reciclagem, afastando a produção de matérias-primas recicladas.

Os rejeitos produzidos durante o processamento mecânico devem ser aproveitados ou eliminados de acordo com os regulamentos legais.

O módulo da separação mecânica deve ser implementado em galpão fechado com arejamento forçado, objetivando reduzir as emissões de odores e particulados.

2.4 Tratamento Biológico

Considerando a elevada presença de frações orgânicas, superior a 50%, nos resíduos domésticos, temos que o tratamento biológico é uma ferramenta estratégica de redução de massa e de teores contaminantes destas frações.

O tratamento biológico tem sua atuação enfatizada quando se depara com o objetivo de geração de CDR, onde a massa a ser submetida à secagem biológica pode atingir até 90% do total de resíduos coletados.

A escolha dos processos de tratamento biológico ocorre segundo os objetivos do projeto, por exemplo:

Produção de compostos orgânicos ou semelhantes;

Produção de material estabilizado para disposição em aterro, de acordo com as especificações legais;

Produção do biogás;

Produção de combustíveis derivados de resíduos conforme parâmetros definidos em projeto.

Desta forma, a etapa de tratamento biológico pode abranger uma série de formas de tratamento, desde o aeróbio, anaeróbio até o combo aeróbio/anaeróbio, estes em sistemas abertos ou completamente fechados, completamente ou parcialmente automatizados ou mesmo de controle manual, estes disponíveis em modular, adequados para a configuração e adaptação, de acordo com as exigências do projeto, quais sejam:

Processos aeróbios:

Compostagem / secagem biológica em leiras triangulares, sob cobertura;
Compostagem / secagem biológica em leiras em linhas, sob cobertura;

Compostagem em leiras em linhas, em galpões fechados;

Compostagem em leiras em linhas / secagem biológica em leiras encapsuladas;

Compostagem em túneis / secagem biológica em túneis de compostagem fechados.

Processos anaeróbios:

KOMPOFERM - biodigestão a seco descontínua em túneis (batelada).

Biodigestão híbrida (seco e úmido).

2.4.1 Tratamentos aeróbios

Os objetivos do tratamento biológico aeróbio são a produção de compostos orgânicos ou produtos semelhantes, um material estabilizado apropriado para a disposição em aterros conforme os regulamentos legais ou a secagem biológica para melhorar as condições físicas dos materiais quando da produção de combustível derivado de resíduos.

Enquanto na compostagem, uma grande parte do material orgânico é degradada pelos micro-organismos, sob libertação de calor, na secagem biológica, apenas uma pequena porção do material orgânico é degradada pelos micro-organismos, também sob libertação de calor. Este calor está sendo utilizado para a evaporação da umidade contida no material e é suficiente, dependendo do tempo de tratamento e do processo escolhido, para a secagem do material para teores de umidade de < 20%, ou, com período prolongado de tratamento, atingindo teor de umidade < 15%. Portanto, o período de tratamento necessário para a secagem biológica é expressivamente mais curto, comparado com a compostagem.

Outro fator importante para a escolha do processo de tratamento aeróbio adequado consiste no tipo de substrato a ser tratado. Para o tratamento da fração rica em material orgânico, frações mistas ou resíduos orgânicos selecionados, basicamente todos os processos aeróbios são apropriados, enquanto que no tratamento de resíduos da biodigestão anaeróbia, a gama de processos adequados é reduzida, limitando-se em processos encapsulados da compostagem em linhas ou em túneis. Estes sistemas estão disponíveis com aeração forçada, com condução do ar em ciclo fechado e inclusão de calor de fontes externas no ar de alimentação.

A integração, mesmo que parcial, de um sistema de aquecimento no piso das linhas ou túneis de compostagem é bastante favorável. Esta medida resulta na aceleração do início do processo aeróbio, promove uma eventual higienização do material, e otimiza a redução do teor de umidade das frações digeridas anaerobicamente. Os sistemas de aquecimento do ar e do piso, respectivamente, são empregados, preferencialmente, o calor residual do sistema de cogeração.

Em muitos projetos, é imprescindível observar as características locais do projeto, principalmente no que concerne ao impacto da vizinhança. Esta análise será determinante na escolha de sistemas totalmente abertos, cobertos ou fechados. Muitas vezes, sistemas mais simples abertos ou cobertos, podem ser realizados em áreas de aterramento, em locais ermos, onde há grandes distâncias de áreas urbanas, ou em plantas com pequenas capacidades. Plantas de tratamento próximas às áreas urbanizadas ou com maiores capacidades de operação deverão ser realizadas em ambiente fechado.

É possível a combinação da compostagem intensiva, esta com forte emissão de odores, portanto implementada em galpões fechados, com sistemas de pós-tratamento aeróbio, com menores impactos de odor podendo ocorrer em áreas abertas ou apenas cobertas.

Os sistemas fechados de compostagem em linhas e em túneis apresentam demanda reduzida de área devido a otimização da área disponível, e a condução do ar em ciclo fechado possibilita um ótimo desenvolvimento do processo de compostagem resultando em período de tratamento curtos. A compostagem em leiras triangulares, com períodos de tratamento prolongados, resulta em uma maior disponibilidade de área.

Figura 6 – Sistema móvel de reviramento para leiras triangulares

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 7 – Sistema de reviramento das linhas (Lane Turner) com operário

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 8 – Sistema de reviramento de linhas (Lane Turner) automatizado

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 9 – Sistema de reviramento de linhas (Lane Turner) retirada do material

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 10 – Sistema de reviramento de linhas, linha fechada (Lane Turner Closed)

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 11 – Túneis de compostagem com sistema de carregamento automatizado

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Os Quadros 1a, 1b, 1c e 1d apresentam um comparativo entre os tratamentos aeróbios com: os objetivos do processo, secagem biológica e compostagem; os materiais a serem tratados; as áreas de aplicação; as emissões; o sistema para a aeração do material; a integração de calor de fontes externas no processo da compostagem; a demanda de área; as propriedades específicas e características dos diversos processos de tratamento aeróbio.

Quadro 1a – Comparativo entre os tratamentos aeróbios

		Compostagem / secagem biológica em leiras triangulares cobertas	Compostagem / secagem biológica em linhas de compostagem cobertas	Compostagem em linhas em sistema fechado
Objetivo do processo	Compostagem	• Produção de composto orgânico e produtos similares, bem como rejeitos estabilizados para disposição em aterros;	• Produção de composto orgânico e produtos similares, bem como rejeitos estabilizados para disposição em aterros;	• Produção de composto orgânico e produtos similares, bem como rejeitos estabilizados para disposição em aterros;
Objetivo do processo	Secagem biológica	• Produção de fração seca como matéria-prima para o processamento mecânico para fins de produção de CDR.	• Produção de fração seca como matéria-prima para o processamento mecânico para fins de produção de CDR.	• Produção de fração seca como matéria-prima para o processamento mecânico para fins de produção de CDR.
Material a ser tratado		• Fração rica em material orgânico de resíduos sólidos urbanos (RSU); • Frações mistas da coleta tradicional de RSU; • Resíduos orgânicos da coleta seletiva e verdes.	• Fração rica em material orgânico de resíduos sólidos urbanos (RSU); • Frações mistas da coleta tradicional de RSU; • Resíduos orgânicos da coleta seletiva e verdes.	• Fração rica em material orgânico de resíduos sólidos urbanos (RSU); • Frações mistas da coleta tradicional de RSU; • Resíduos orgânicos da coleta seletiva e verdes.
Aplicações		• Sistemas com capacidades menores; • Pós-tratamento após a compostagem intensiva em sistema fechado.	• Sistemas com capacidades menores; • Pós-tratamento após a compostagem intensiva em sistema fechado.	• Sistemas com capacidades menores e médias.
Emissões		• Altas, devido à construção aberta.	• Altas, devido à construção aberta.	• Baixas, devido ao sistema fechado e aeração forçada.

Fonte: Elaborado pelo autor com dados Eggersmann.

Quadro 1b – Comparativo entre os tratamentos aeróbios

	Compostagem / secagem biológica em leiras triangulares cobertas	Compostagem / secagem biológica em linhas de compostagem cobertas	Compostagem em linhas em sistema fechado
Integração de calor de fontes externas no processo da compostagem	• Não existe.	• Não existe.	• Não existe.
Sistema para a aeração do material	• Não existe.	• Não existe.	• Aeração por exaustão.
Demanda de área	• Alta, devido à eficiência reduzida e tempos de tratamento prolongados.	• Média, devido a eficiência maior da utilização da área, com tempos de tratamento prolongados.	• Média a baixa devido à alta eficiência no uso da área, com tempos de tratamentos médios.
Operação / Condução do processo	• Tratamento dinâmico; • Construção das leiras por meio de uma pá carregadora; • Reviramento das leiras por meio de um sistema móvel de reviramento; • Desmontagem das leiras por meio de uma pá carregadora.	• Tratamento dinâmico; • Carregamento das linhas por meio de uma pá carregadeira, a automatização por sistemas de transporte é opcional; • Reviramento do material por meio de um sistema fixo com controle manual; a automatização do sistema é opcional; • Retirada do material por meio de uma pá carregadeira; a retirada por meio do sistema de reviramento em conjunto de um sistema de transporte automatizado é opcional.	• Tratamento dinâmico; • Carregamento das linhas por meio de uma pá carregadeira, a automatização por sistemas de transporte é opcional; • Reviramento do material por meio de um sistema fixo com controle manual; a automatização do sistema é opcional; • Retirada do material por meio de uma pá carregadeira; a retirada por meio do sistema de reviramento em conjunto de um sistema de transporte automatizado é opcional.

Fonte: Elaborado pelo autor com dados Eggersmann.

Quadro 1c – Comparativo entre os tratamentos aeróbios

		Compostagem em linhas / secagem biológica em linhas encapsuladas	Compostagem em túnel / secagem biológica em túneis de compostagem fechados
Objetivo do processo	Compostagem	• Produção de composto orgânico e produtos similares, bem como rejeitos estabilizados para disposição em aterros;	• Produção de composto orgânico e produtos similares, bem como rejeitos estabilizados para disposição em aterros;
Objetivo do processo	Secagem biológica	• Produção de fração seca como matéria-prima para o processamento mecânico para fins de produção de CDR.	• Produção de fração seca como matéria-prima para o processamento mecânico para fins de produção de CDR.
Material a ser tratado		• Fração rica em material orgânico de resíduos sólidos urbanos (RSU); • Frações mistas da coleta tradicional de RSU; • Resíduos orgânicos da coleta seletiva e verdes; • Resíduos da biodigestão, misturas de resíduos da biodigestão.	• Fração rica em material orgânico de resíduos sólidos urbanos (RSU); • Frações mistas da coleta tradicional de RSU; • Resíduos orgânicos da coleta seletiva e verdes; • Resíduos da biodigestão, misturas de resíduos da biodigestão.
Aplicações		• Sistemas com capacidade média a grande.	• Sistemas com capacidade média a grande.
Emissões		• Poucas, devido à encapsulação das linhas de compostagem.	• Poucas, devido aos túneis de compostagem fechados.

Fonte: Elaborado pelo autor com dados Eggersmann.

Quadro 1d – Comparativo entre os tratamentos aeróbios

	Compostagem em linhas / secagem biológica em linhas encapsuladas	Compostagem em túnel / secagem biológica em túneis de compostagem fechados
Integração de calor de fontes externas no processo da compostagem	• Trocadores de calor para o aquecimento do ar de alimentação do processo, nas aplicações para a compostagem de resíduos da biodigestão e misturas destes resíduos, opcionais nas aplicações para a secagem biológica; • Sistema de aquecimento integrado no piso das linhas de compostagem, para aplicações na compostagem de resíduos da biodigestão e misturas destes resíduos.	• Trocadores de calor para o aquecimento do ar de alimentação do processo, nas aplicações para a compostagem de resíduos da biodigestão e misturas destes resíduos, opcionais nas aplicações para a secagem biológica; • Sistema de aquecimento integrado no chão dos túneis de compostagem, para aplicações para a compostagem de resíduos da biodigestão e misturas destes resíduos.
Sistema para a aeração do material	• Aeração por pressão nas aplicações de secagem biológica; • Ar recirculado nas aplicações para a compostagem.	• Ar recirculado.
Demanda de área	• Pequena, devido da alta eficiência no uso da área, com tempo de tratamento curto.	• Pequena, devido da alta eficiência no uso da área, com tempo de tratamento curto.
Operação / Condução do processo	• Tratamento dinâmico; • Carregamento das linhas por meio de uma pá carregadeira, a automatização por sistemas de transporte é opcional; • Reviramento do material por meio de um sistema fixo automatizado; • Retirada do material por meio de uma pá carregadeira; a retirada por meio do sistema de reviramento em conjunto de um sistema de transporte automatizado é opcional.	• Tratamento estático; • Carregamento dos túneis por meio de uma pá carregadeira; o carregamento do material nos túneis por meio de um sistema automatizado é opcional; • Retirada dos túneis por meio de uma pá carregadeira; a retirada do material por meio de um sistema automatizado é opcional; • Reviramento dos túneis de compostagem por meio de uma combinação do carregamento e da retirada.

Fonte: Elaborado pelo autor com dados Eggersmann.

Especialmente os sistemas encapsulados, respectivamente fechados, com recirculação do ar, oferecem a possibilidade de amplo controle do processo no que se refere ao tratamento de materiais com baixos teores de energia, por exemplo: os resíduos da biodigestão e as misturas destes materiais. Estes sistemas permitem a adaptação das taxas de aeração, de fluxos de ar expelido e o pré-aquecimento do ar de alimentação. Além disso, a importação e exportação de energia do processo pode ser adaptada de acordo com as necessidades do projeto, por exemplo por meio do sistema de aquecimento no piso. O gerenciamento do sistema ocorre automaticamente através de sistema computacional ou por seleção manual dos parâmetros de processo.

Na área do tratamento aeróbio, o sistema de condução do ar de aeração é integrado entre os módulos. Este contém a captação do ar exaurido por cada um dos módulos bem como, a reutilização dos fluxos de ar exaurido dos diversos galpões para a aeração do processo aeróbio, além do tratamento de todos os fluxos de ar exauridos.

O tratamento das emissões gasosas é realizado por meio de processos certificados como umidificadores de ar, sistemas químicos por absorção e biofiltros.

2.4.2 Processos de tratamento anaeróbio

O objetivo principal da biodigestão anaeróbia de frações ricas em material orgânico advindo de RSU é a produção de energia em forma de biogás com alta presença de metano.

A degradação da matéria orgânica se encontra em sinergia com os objetivos da compostagem aeróbia para a produção de composto orgânico, produtos semelhantes ou de rejeito estabilizado para a disposição em aterros, pois frequentemente a etapa de fermentação antecede a de tratamento aeróbio.

A composição heterogênea dos RSU remonta a presença de contaminantes como metais, pedras, plásticos, películas, redes, entre outros, na massa a ser submetida à biodigestão, estes devem ser afastados para garantir um ótimo desempenho do sistema. Estes contaminantes interferem significativamente nos sistemas anaeróbios contínuos, exigindo maior complexidade dos módulos de tratamento mecânico para fins de conservação dos equipamentos e garantia da eficiência dos sistemas.

Sistemas contínuos transformam a massa orgânica em um substrato adequado para ser bombeado, de forma pastosa ou viscosa, a partir da adição de água de processo. Problemas com a segurança de funcionamento e desgaste de componentes e equipamentos são relacionados à consistência do substrato. Em seguida, o substrato é conduzido para sistemas de prensagem, os quais apresentam desgaste e consumo de energia elevados, durante a desidratação da massa digerida a ser submetida ao pós-tratamento aeróbio, são geradas emissões líquidas.

Para mitigar comprometimentos operacionais foi desenvolvido um tratamento anaeróbio com alta segurança de funcionamento e com baixa exigência no que concerne ao preparo anterior da massa quando do tratamento mecânico. Este objetivo foi atingido com sucesso pelo processo anaeróbio a seco do tipo KOMPOFERM, conduzido em batelada.

2.4.2.1 KOMPOFERM – Tratamento anaeróbio – seco descontínuo

O processo de tratamento anaeróbio a seco descontínuo KOMPOFERM se constitui em um sistema de biodigestão para a biomassa sólida, por exemplo a fração rica em material orgânico derivada de RSU ou de resíduos orgânicos, em túneis de biodigestão anaeróbia, em túneis de fermentação herméticos, construídos em concreto armado e operados em batelada.

Este sistema é caracterizado pelas seguintes etapas de processo:

Carregamento de um túnel de biodigestão com biomassa fresca, sem recirculação de resíduo da biodigestão;

Iniciação aeróbia do processo até atingir a temperatura de processo pré-definida;

Biodigestão anaeróbia com recirculação da água de processo, denominada percolado;

Encerramento aeróbio do processo através da aeração do material dentro do túnel de biodigestão;

Descarregamento do túnel de biodigestão.

Estas etapas de processo se repetem em cada batelada. Considerando o tempo médio de tratamento de 21 dias, e baseado na capacidade operacional de cada equipamento, até oito túneis de tratamento poderão ser agrupados em um módulo.

Os sistemas KOMPOFERM se distinguem pelas seguintes características:

Túneis de tratamento em concreto armado com:

Piso aerado do tipo Spigot para a aeração do material durante as etapas de iniciação e encerramento do processo, bem como, da drenagem da água de processo durante a etapa de tratamento anaeróbio;

Declive desde a entrada do túnel, parte frontal até a parede traseira, parte inferior;

Chapas de drenagem laterais para a desumidificação eficiente do material e retenção de componentes mais grossos do circuito de percolado;

Fossos laterais com declive para a remoção segura do percolado dos túneis de tratamento para a caixa de areia, sem utilização de bombas;

Sistema de umedecimento embutido no teto;

Portão hermético.

Caixa de areia bem dimensionada para a recepção dos fluxos de percolado decorrentes dos túneis com separação eficiente de materiais pesados e sedimentáveis;

Reservatório de grande volume, para o tratamento anaeróbio do percolado e para o armazenamento de calor;

Gasômetro de grande volume, instalado com preferência no teto dos túneis de tratamento;

Flare para a combustão do gás com baixo teor de metano e para emergências, instalado de preferência no teto dos túneis de tratamento.

Contêineres, montados, testados e instalados de preferência na cobertura dos túneis de tratamento, contendo a tecnologia EMSR com o sistema de controle de processo, a central de aquecimento, o sistema de recirculação e abastecimento sob pressão de ar, bem como, os equipamentos e máquinas, consistindo do compressor para a aeração do material durante as etapas de iniciação e encerramento do processo, o ventilador de ar exaurido e diversos outros equipamentos.

Área de acesso atrás dos túneis de fermentação para a instalação da tubulação do ar de alimentação, ar exaurido, do biogás e do percolado todas produzidas em aço inox, com os respectivos acessórios bem como, o trocador de calor para o aquecimento do percolado na caixa de areia e em todo o reservatório de percolados.

Uma das maiores vantagens do processo de tratamento anaeróbio a seco descontínuo KOMPOFERM consiste na sua segurança de funcionamento, pois opera sem necessidade de bombeamento ou transporte do substrato, durante o processo. Os corpos estranhos que se encontram no substrato não se constituem em distúrbios para a operação.

A segurança de funcionamento também é baseada na separação da fase líquida da fase sólida, por meio das extensas chapas de drenagem. Estas chapas de drenagem otimizam a retirada da umidade do resíduo sólido da biodigestão antes de descarregar o túnel de tratamento, resultando em um elevado teor de matéria seca e estruturada sem necessidade de uma etapa de desidratação a jusante, apresentando propriedades favoráveis para o pós-tratamento aeróbio controlado.

O encerramento aeróbio do processo por aeração do material provoca, em um primeiro passo, a expulsão de restos de biogás e gás amoníaco, ainda contidos no resíduo de biodigestão, os quais são conduzidos para o tratamento do ar exaurido. Esta medida garante uma redução significativa das emissões, durante o pós-tratamento dos resíduos da biodigestão.

As chapas de drenagem não apenas influenciam o processo de desidratação da massa mas também impedem, de maneira eficiente, a entrada de componentes sólidos ou corpos estranhos no sistema de percolação. O teor de matéria seca do percolado é bastante baixo, apresentando granulometria < 2 mm. A segurança de funcionamento do sistema de percolação é portanto garantida por estas medidas.

Durante os últimos anos, o processo KOMPOFERM tem passado por adaptações, melhorando sua funcionalidade. Uma melhoria decisiva foi a construção do reservatório de percolado em forma de sistema “plug-flow”, seja ele instalado subterrâneo em forma de porão embaixo dos túneis ou na superfície, na área do acesso técnico. Esta forma de fluxo é decisiva para a higienização do percolado durante sua permanência no reservatório.

Figura 12 – Túnel de tratamento anaeróbio

Fonte: Arquivo Eggersmann.

No caso da instalação do reservatório em forma de porão, embaixo dos túneis de tratamento, temos menores demandas por área e por tecnologia de bombeamento pela condução do líquido por gravidade, e poucas perdas de calor, pela redução das superfícies. Outra etapa de desenvolvimento tecnológico foi o avanço da estabilização biológica da faixa mesofílica para a termofílica, esta última garantindo a higienização da massa digerida.

Também foram aperfeiçoados outros sistemas tais como lavagem de biogás e de CO₂ e o teto de membrana dentro dos túneis de fermentação.

Figura 13 – Túnel de fermentação com sistema de carregamento automatizado

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 14 – Planta de tratamento anaeróbio a seco
com tanque de armazenagem de percolado e tratamento aeróbio em túneis

Fonte: Arquivo Eggersmann.

2.4.2.2 Tratamento híbrido

O módulo processual mais eficiente é o que combina os tratamentos biológicos disponíveis, maximizando a quantidade de biogás produzida, o teor de metano, e, portanto, com melhor rendimento energético.

O desenvolvimento deste processo foi baseado nos seguintes aspectos:

Otimização da produção específica de biogás pela biodigestão de um fluxo parcial de frações ricas em material orgânico, em um reservatório externo aos túneis de fermentação, mantendo o alto padrão de segurança de operação;

Utilização elevada do calor residual do sistema de cogeração;

Redução de sedimentos por meio da caixa de areia do processo de tratamento a seco KOMPOFERM;

Redução da proporção pastosa dos resíduos da biodigestão e, portanto, simplificação da aeração no pós-tratamento aeróbio;

Pós-tratamento diferenciado dos resíduos da biodigestão, por exemplo: por secagem térmica dos componentes mais finos e pós-tratamento aeróbio dos componentes mais grossos.

O tratamento híbrido consiste de uma separação da fração rica em material orgânico, em uma parte mais grossa e uma parte mais fina. A fração mais grossa, que tende conter a maior proporção de corpos estranhos, é tratada por um sistema de fermentação a seco KOMPOFERM, com a respectiva segurança de funcionamento.

O tratamento da fração rica em material orgânico, porém com teor negligenciável de corpos estranhos, ocorre por biodigestão anaeróbia a úmido convencional. Os restos da biodigestão são submetidos a uma separação sólido / líquido.

Outra característica do processo híbrido consiste no sistema compartilhado da água de processo, entre os componentes da biodigestão a úmido e o processo de tratamento a seco KOMPOFERM. A fase líquida da separação sólido / líquido oriunda da biodigestão a úmido é conduzida para o sistema de percolação, do qual a água de processo para a preparação do substrato é retirada. Portanto ambos os sistemas possuem um sistema de água de processo integrado.

Além do sistema de água de processo, os dois sistemas também possuem um sistema de biogás integrado, composto de gasômetro, flare para o gás com baixo teor de metano e emergências bem como, as instalações para a purificação do biogás e o sistema de cogeração.

Os sólidos obtidos na separação sólido / líquido da biodigestão a úmido são submetidos a uma secagem térmica em secador de esteira aquecida com o calor residual do sistema de cogeração, ou submetidos a um pós-tratamento aeróbio junto com os resíduos da biodigestão a seco KOMPOFERM. A separação sólido / líquido e a secagem térmica são operados em sistema contínuo, resultando em uma utilização equilibrada do calor com elevados tempos de operação.

Os resíduos da biodigestão submetidos ao pós-tratamento aeróbios são transformados em combustíveis derivados de resíduos, e os sólidos da biodigestão a úmido, submetidos à secagem térmica, processados em um material adequado para a disposição.

O tratamento híbrido aumenta a produção de energia através da produção do biogás e a utilização do calor residual do sistema de cogeração. O tratamento seletivo dos resíduos do tratamento anaeróbio facilita e otimiza os demais passos do tratamento.

Figura 15 – Fermentação híbrida

Fonte: Arquivo Eggersmann.

2.4.3 Variante preferencial de tratamento biológico da fração rica em material orgânico

Considerando as vantagens processuais específicas bem como, o sistema de tratamento biológico como um todo, o sistema descrito a seguir se mostra notadamente vantajoso para o tratamento da fração rica em material orgânico nos RSU:

Separação da fração rica em material orgânico, em uma fração fina e uma fração grossa, ambas ricas em material orgânico;

Tratamento anaeróbio da fração grossa, rica em material orgânico, pelo processo da biodigestão anaeróbia a seco KOMPOFERM;

Tratamento aeróbio da fração fina rica em material orgânico junto com os resíduos do processo da biodigestão anaeróbia a seco KOMPOFERM em um sistema de tratamento aeróbio fechado com recirculação do ar e a opção da inclusão de calor de fontes externas ao processo, ou no ar de alimentação ou pelo sistema de aquecimento do piso.

Este processo modular identificado como “1/2 híbrido”, oferece as seguintes vantagens:

A fração fina rica em material orgânico não será umedecida durante o tratamento anaeróbio, mantendo sua forma pastosa, permanecendo assim em um estado físico que permite uma boa aeração;

A proporção elevada de material inerte contida na fração fina, não é conduzida para o tratamento anaeróbio e portanto, reduz os problemas causados por sedimentação;

No tratamento aeróbio da fração fina rica em material orgânico junto com os resíduos da biodigestão, a primeira absorve a água contida nos resíduos da biodigestão, portanto, o substrato produzido tem teor de umidade balanceado para o tratamento aeróbio;

A fração fina, rica em material orgânico, aumenta a produção de calor através da degradação microbiológica da matéria orgânica e, portanto, promove a evaporação da umidade, no tratamento aeróbio.

Devido a degradação elevada da matéria orgânica no tratamento aeróbio, este pode ser aplicado tanto para compostagem quanto para a secagem. O processo “1/2 híbrido” oferece a opção de transformar o material em CDR ou em composto orgânico ou em material similar.

2.5 Condicionamento Mecânico das Frações Tratadas Biologicamente

O material produzido no tratamento biológico é conduzido para a etapa de condicionamento mecânico, segundo as exigências do projeto, podendo gerar CDR, composto orgânico ou rejeito estabilizado adequado para disposição em aterro, conforme os regulamentos legais.

As frações que foram submetidas ao tratamento biológico, dependendo da finalidade do condicionamento, podem passar por diversas fases de condicionamento mecânico através de peneiras, trituradores, separadores por fluxo de ar, separadores de materiais duros, separadores balísticos bem como, cortadores de metais não ferrosos e separadores ópticos como NIR (espectrômetro infravermelho).

Figura 16 – Condicionamento mecânico

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Os rejeitos produzidos durante o condicionamento devem ser conduzidos para o aproveitamento térmico ou para a disposição final em aterros, conforme os regulamentos legais.

3 EXEMPLOS DE PLANTAS DE TRATAMENTO MECÂNICO-BIOLÓGICO

De acordo com as exigências e condições específicas, cada projeto é planejado individualmente. Devido à construção modular, um grande número de diferentes configurações está disponível, podendo ser agrupadas da seguinte maneira:

Básico;

Intermediário;

Complexo; e,

Complexo Híbrido.

Como exemplo, a seguir são descritas uma configuração dos grupos “Intermediário” e “Complexo”.

Figura 17 – Fluxograma do tratamento mecânico-biológico com compostagem

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 18 – Layout do tratamento mecânico-biológico com compostagem

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 19 – Fluxograma do tratamento mecânico-biológico com biodigestão anaeróbia e compostagem

Fonte: Arquivo Eggersmann.

Figura 20 – Layout do tratamento mecânico-biológico com biodigestão anaeróbia e compostagem

Fonte: Arquivo Eggersmann.

4 CONCLUSÕES

Os impactos ambientais identificados a partir da disposição final dos resíduos sólidos urbanos entraram na pauta de discussões globais em decorrência da necessidade de preservar os recursos naturais e proteger o clima. Esta empreitada tomou força no momento em que o valor da energia alcançou níveis elevados, foram identificadas a influência na mudança climática provocada pela emissão de gases de efeito estufa a partir dos aterros, podendo representar entre 8 a 12% das emissões antrópicas, e foram valorizados alguns elementos químicos como metais pesados, fosfato, entre outros.

Desta forma, todos esses fatores remontaram na formação de um arcabouço de tecnologias extremamente avançadas, com controles ambientais bastantes conservadores e altos índices de desvio de massa, seja na forma de incineração seja na forma de tratamento mecânico e biológico.

Durante o mapeamento tecnológico abordamos neste artigo frentes de valorização de resíduos presentes a nível global que apontassem soluções voltadas tanto para a promoção da reciclagem quanto recuperação energética, quais sejam: compostagem, fermentação e produção de combustíveis derivados de resíduos.

Algumas destas frentes tecnológicas foram apresentadas em versões variando das mais simples até mais complexas em relação ao avanço tecnológico provendo faixas que variam entre menores a maiores desvio de massa e complexidade operacional diversificada.

Todas estas tecnologias possuem nuances que devem ser consideradas isoladamente, contemplando aspectos operacionais, econômicos e ambientais, para afastar experiências desastrosas que não consideram os aspectos locais e as demandas de projeto.

Atualmente no Brasil há pouca presença tecnológica para a promoção da valorização dos resíduos e as práticas existentes são aplicadas em baixa escala, sendo necessárias adaptações tecnológicas e parcerias internacionais para o desenvolvimento de parque industrial nacional voltado para a valorização dos resíduos, acompanhando assim uma tendência que transpassa nas fronteiras e é identificada globalmente.

Desta forma, a empresa Eggersmann se posiciona no mercado de forma diferenciada não apenas por possuir grande flexibilidade na configuração dos seus sistemas, devido à construção modular, podendo, portanto, atender exigências básicas, elevadas e até exigências de alta complexidade, mas principalmente por deter uma carteira de projetos amparadas nas diversidades gravimétricas e multiculturais, permitindo assim que sua atuação atenda com plenitude a demanda dos parceiros.

Além disso, a empresa entende que é necessário prover a maximização da geração dos subprodutos, afastando ao máximo resíduos do aterro e dispondo apenas àquelas frações não mais passíveis de valorização, desde que estes sistemas sejam justificados economicamente, contribuindo assim com a preservação ambiental e otimizando os custos de gestão atual dos resíduos.

REFERÊNCIA

PEREIRA, Christiane Dias. Rota tecnológica para a gestão sustentável de resíduos sólidos domiciliares. 2014. Trabalho de conclusão de curso (Especialização) – Curso de Pós-Graduação em Direito Ambiental, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2014.

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Uso autorizado desde que citada a fonte e informado via e-mail: gsrsu.br@gmail.com

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Como citar [ABNT NBR 6023:2002]:

EGGERSMANN, Karlgünter. Otimização de Sistemas de Tratamento de Resíduos através de Conceitos Modulares. In: FRICKE, Klaus; PEREIRA, Christiane; LEITE, Aguinaldo; BAGNATI, Marius. (Coords.). Gestão sustentável de resíduos sólidos urbanos: transferência de experiência entre a Alemanha e o Brasil. Braunschweig: Technische Universität Braunschweig, 2015. Disponível em: <https://goo.gl/BE246I>. Acesso em: .

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9 de março de 2017

Otimização de Sistemas de Tratamento de Resíduos através de Conceitos Modulares