Comparação entre tecnologias de aproveitamento energético de resíduos sólidos urbanos e balanço de emissões de gases de efeito estufa no município do Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Comparison between energy recovery technologies for municipal solid waste and greenhouse gas emissions balance in the city of Rio de Janeiro, RJ, Brazil

RESUMO O presente estudo analisou o potencial de recuperação energética dos resíduos sólidos urbanos (RSU) e o balanço de emissões de gases de efeito estufa (GEE) resultante no município do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, com base em três cenários tecnológicos alternativos. Os potenciais de geração foram calculados para a recuperação de gás de lixo (GDL) em 363,98 GWhe.ano-1 e 0,181 MWhe.t-1, para a biodigestão anaeróbica em 367,27 GWhe.ano-1 e 0,247 MWhe.t-1; e para a incineração em 1.139,33 GWhe.ano-1 e 0,459 MWhe.t-1. Os indicadores de intensidade de carbono mostram que, ao se considerar somente as emissões de GEE de combustão, a recuperação de GDL e a biodigestão anaeróbica apresentam os menores valores (7,488.10-4 tCO2eq.MWhe-1), enquanto a incineração apresenta o valor de 1,248 tCO2eq.MWhe-1. Por outro lado, ao se considerar também as emissões de aterro associadas, os indicadores dos dois primeiros cenários correspondem a 8,191 e 3,552 tCO2eq.MWhe-1, respectivamente.

ABSTRACT The present study analyzes the energy recovery potential of municipal solid waste (MSW) and the resulting greenhouse gas (GHG) emission balance in the city of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil, based on three alternative technological scenarios. The generation potentials were calculated for waste gas recovery (WGR) to be 363.98 GWhe.year-1 and 0.181 MWhe.t-1, 367.27 GWhe.year-1 and 0.247 MWhe.t-1 for anaerobic biodigestion, and 1.139.33 GWhe.year-1 and 0.459 MWhe.t-1 for incineration. Carbon intensity indicators show that, when only considering GHG emissions from the combustion process, WGR recovery and anaerobic biodigestion present the lowest values, of 7.488.10-4 tCO2eq.MWhe-1, while the value for incineration corresponds to 1.248 tCO2eq.MWhe-1. On the other hand, when considering associated landfill GHG emissions, the indicators in the first two scenarios correspond to 8.191 and 3.552 tCO2eq.MWhe-1, respectively.

Análise do potencial de aproveitamento energético de biogás de aterro e simulação de emissões de gases do efeito estufa em diferentes cenários de gestão de resíduos sólidos urbanos em Varginha (MG) / Analysis of the potential use of landfill biogas energy and simulation of greenhouse gas emissions of different municipal solid waste management scenarios in Varginha, MG, Brazil

RESUMO O presente trabalho propõe avaliar a viabilidade econômica e ambiental de aproveitamento energético do biogás do aterro sanitário do município de Varginha (MG), além de analisar as emissões de gases de efeito estufa (GEE) e o uso de energia em diferentes cenários hipotéticos de gerenciamento de resíduos sólidos urbanos (RSU). Considerou-se uma projeção de geração de RSU em 20 anos de funcionamento do aterro, cuja produção de biogás foi estimada por meio do software LandGEM©. A análise de viabilidade econômica foi realizada por meio dos indicadores de valor presente líquido (VPL) e taxa interna de retorno (TIR). As emissões de GEE foram estimadas aplicando-se o modelo Waste Reduction Model (WARM©), considerando o cenário atual e três cenários alternativos de gerenciamento de RSU. Os cenários diversificaram em estratégias de reciclagem, digestão anaeróbia, incineração e disposição em aterro, com recuperação energética. Somente o aproveitamento energético com potência de 150 kW resultou em viabilidade econômica. Já os maiores benefícios ambientais foram obtidos pelo cenário 3, baseado na recuperação de materiais recicláveis, digestão anaeróbia e incineração dos RSU, reduzindo consideravelmente o volume de RSU destinados ao aterro. Dentre as práticas de gerenciamento dos cenários propostos, a reciclagem obteve os maiores ganhos energéticos e remoção de emissões de GEE.

ABSTRACT The present work proposes to evaluate the economic and environmental viability of energy recovery from biogas in the landfill of Varginha-MG, as well to analyze greenhouse gas emissions (GHG) and energy consumption in different scenarios of municipal solid waste (MSW) management. A 20-year projection of MSW generation and landfill operation were considered, whose biogas production was estimated through LandGEM software. The economic feasibility analysis was performed using the net present value (NPV), and the internal rate of return (IRR) as indicators. GHG emissions were estimated by applying the WARM model (Waste Reduction Model) considering the current MSW management scenario and three alternative ones. The scenarios diversified into recycling strategies, anaerobic digestion, landfill disposal and incineration with energy recovery. Only the energy recovery with a power of 150 kW resulted in economic viability. Moreover, the largest environmental benefits were obtained by scenario 3, based on the recovery of recyclable materials, anaerobic digestion and incineration of MSW, considerably reducing the volume of MSW landfilled. Among all management practices of the proposed scenarios, recycling resulted in greater energy gains and GHG emission removal.

Potencial energético de resíduos sólidos domiciliares do município de Ponta Grossa, Paraná, Brasil / Energy potencial of household solid waste (HSW) in the city of Ponta Grossa, Paraná, Brazil

RESUMO A disposição dos resíduos sólidos domiciliares (RSD) é um desafio na maior parte dos municípios brasileiros, pois é realizada sem tratamento prévio, trazendo inúmeros impactos. A utilização de incineração com recuperação energética possibilita a redução dos impactos. O objetivo deste estudo foi analisar o potencial energético dos RSD do município de Ponta Grossa, Paraná, Brasil. Para isso, foram coletadas amostras no aterro do município para a realização das análises. A caracterização gravimétrica apresentou valores de 0,28 kg kg-1 para os recicláveis, 0,44 kg kg-1 para a matéria orgânica e 0,28kg kg-1 para os rejeitos. Os conteúdos de carbono fixo variaram de 0,06 a 0,09 kg kg-1, os de materiais voláteis de 0,75 a 0,81 kg kg-1 e os de cinzas de 0,10 a 0,18 kg kg-1. E o poder calorífico superior médio apresentou valor elevado, 19.807 kJ kg-1, se comparado com o de resíduos de outras cidades do mundo.

ABSTRACT Household solid waste (HSW) disposition is a challenge for the majority of the Brazilian cities, most held without pretreatment, which causes impacts. Incineration with recovery energy is an alternative to reduce impacts. In this study we analyzed the energy potential of HSW in the city of Ponta Grossa, Paraná, Brazil. Samples were collected at the municipal landfill for the analysis. Waste gravimetric characterization showed value 0.28 kg kg-1for recyclables, 0.44 kg kg-1for organic matter and 0.28 kg kg-1 for rejects. The fixed carbon content ranged from 0.06 to 0.09 kg kg-1, the volatile materials from 0.75 to 0.81 kg kg-1 and ashes from 0.10 to 0.18 kg kg-1. The average gross calorific value showed high value, 19,807 kJ kg-1, compared to the waste of other cities in the world.

Potencial energético e alternativas para o aproveitamento do biogás e lodo de reatores UASB: estudo de caso Estação de tratamento de efluentes Laboreaux (Itabira) / Energy potential and alternative usages of biogas and sludge from UASB reactors: case study of the Laboreaux wastewater treatment plant (Itabira)

RESUMO: Este trabalho estuda o potencial de aproveitamento energético dos subprodutos biogás e lodo gerados na estação de tratamento de efluentes (ETE) Laboreaux em Itabira (MG), composta de reatores UASB, filtros biológicos percoladores e unidade de desaguamento do lodo por filtro prensa. Os subprodutos biogás e lodo foram caracterizados em termos quantitativos (produção) e qualitativos (composição e poder calorífico) durante 12 meses de monitoramento. Foram estudados dois cenários de aproveitamento energético dos subprodutos: (i) uso prioritário do biogás para a secagem térmica do lodo e o excedente de biogás para geração de eletricidade em motor de combustão interna; e (ii) uso prioritário do biogás visando à geração de eletricidade e ao aproveitamento do calor dos gases de exaustão para a secagem térmica de lodo. Para a análise desses cenários, utilizou-se o software CHEMCAD(r) a fim de determinar as condições de queima do biogás em câmara de combustão e em motor de combustão interna, assim como na determinação dos balanços de massa e energia. O estudo analisou o potencial de aproveitamento dos subprodutos do tratamento como fonte de energia renovável para uso na própria ETE e para fornecimento a terceiros. No cenário 1, a geração de eletricidade é menor (atendendo 22,2% da demanda de energia da ETE), mas a secagem térmica possibilita maior redução no volume final de lodo a ser disposto ou a eliminação completa de disposição final se o lodo seco final (com 10% de umidade) for utilizado como combustível por terceiros. No cenário 2, a geração de eletricidade é capaz de suprir 57,6% da demanda de energia da ETE, todavia o calor contido nos gases de exaustão não é suficiente para a secagem de todo o lodo desaguado, configurando uma menor redução na quantidade de lodo a ser disposto (13,5 ou 24,9% de redução em massa, conforme a alternativa de remoção de umidade selecionada).

ABSTRACT: This work assesses the potential of energy recovery of the byproducts biogas and sludge produced at the Laboreaux wastewater treatment plant (WWTP), in Itabira (MG), which is integrated by UASB reactors, trickling filters and sludge dehydration unit (filter press). The byproducts biogas and sludge were quantitatively (production) and qualitatively (composition and calorific value) characterized during a monitoring period of 12 months. Two scenarios for energy recovery from the byproducts were considered: (i) priority use of biogas for sludge thermal drying and the excess of biogas being used for power generation in an internal combustion engine (ICE); and (ii) primary use of biogas for power generation and the heat of the engine exhaustion gases being used for sludge thermal drying. Biogas burning conditions into a combustion chamber and in an internal combustion engine, as well as mass and energy balances for each scenario, were assessed with the CHEMCAD(r) software. The study analysed the potential use of the byproducts as sources of renewable energy for use in the WWTP itself and to be offered to third party. In scenario 1, the electricity generation is lower (fulfilling 22.2% of the WWTP energy demand), but thermal drying allows greater reduction of sludge volume to be disposed of, or the entire elimination of final disposal if the dry sludge (with 10% moisture content) is used as fuel by the third party. As for scenario 2, the electricity generation is sufficient to supply 57.6% of the WWTP energy demand, nevertheless the heat contained in exhausted gases is not enough to dry the whole dehydrated sludge, configuring a lower reduction of sludge amount to be disposed of (13.5 or 24.9% of mass reduction, depending on the moisture reduction alternative chosen).

Anaerobic bacterial degradation of kitchen waste - a review.

Kitchen (food waste) was collected from hostels of Cancer Hospital & Research Institute (CHRI), Gwalior’s Mess as feedstock for bio-reactor which works as anaerobic digester system to produce biogas energy. Production of biogas ,used as energy source, will be more cost effective, eco-friendly, cut down on landfill waste, generate a high-quality renewable fuel, and reduce CH4 and CO2 emissions, and also bio-fertilizer which contains beneficial bacterial community. This bacterial community plays a major role in the regulation of soil properties on the basis of their biological activity. The absence of oxygen leads to controlled conversion of complex organic pollutions, mainly CH4 and CO2. Anaerobic treatment has favourable effects like removal of higher organic concentration, low sludge production, high pathogen removal, high biogas gas production and low energy consumption. The continuously fed digester requires addition of sodium hydroxide (NaOH) to maintain the alkalinity and pH at 7.0. For this purpose, we have prepared an excellent bacterial community which is applied into mixture of cow dung slurry along with the kitchen waste in bioreactor for CH4 production in large quantity. A combination of these, an excellent bacterial community, was used for biogas production at 37°C in small scale laboratory reactor of 10L capacity.