Análise da eficiência de um processo de digestão anaeróbia de lamas de ETAR municipal do Choupal

Abstract

O presente estudo tem como principal objetivo analisar a eficiência do processo de digestão anaeróbia (AD) da ETAR municipal do Choupal, em Coimbra. Inicialmente, procedeu-se à caracterização físico-química e biológica das lamas, em relação às quais foram determinados diversos parâmetros, nomeadamente os sólidos totais, sólidos voláteis, pH, carência química de oxigénio, carbono orgânico total e fitotoxicidade. Neste âmbito, foram ainda avaliados compostos que podem causar instabilidade na metanogénese, designadamente o NH4 +, NH3, NO3 -, VFA e TA, bem como parâmetros de controlo como a temperatura, OLR e tempo de residência. De um modo geral, a caracterização físico-química às lamas conduziu a valores próximos dos reportados na literatura. Contudo, os testes de GI mostraram que as lamas antes e durante a AD apresentam elevada fitotoxicidade, contrariamente às lamas estabilizadas. A razão VFA/TA indicia valores próximos da instabilidade, pelo facto da alcalinidade ser mais baixa do que o recomendável. Globalmente, o digestor primário contribui em 70±8,3% na conversão de sólidos voláteis e o secundário com apenas 8±4%. O biogás produzido no período de Outubro de 2014 a Maio de 2015 contém em média cerca de 64,9±0,7% de CH4 e 971±100 ppm de H2S, que são valores típicos em ETAR municipal. Contudo, como é excedido o limite em H2S para aproveitamento energético, é utilizado um método limpeza, o qual evidenciou uma eficiência reduzida (6%). O rendimento de biogás foi 0,28 Nm3/kg VS. O aproveitamento do biogás na ETAR permitiu produzir até 37% de energia elétrica total consumida, mas em períodos de maior instabilidade a produção foi de apenas 20%. A análise da evolução do processo de AD sugere uma redução na composição em CH4 e um aumento em H2S nos últimos 3 anos, sendo que em relação à operação com os dois digestores em série não se observaram diferenças. Em suma, o estudo desenvolvido permite concluir que é importante estabelecer um maior controlo sobre os principais parâmetros do processo (temperatura, OLR e SRT) de modo a ter uma produção estável de biogás. No regime atual de operação, era importante aumentar a temperatura no digestor primário, e deixar de aquecer o digestor secundário que está a operar como um sedimentador. O atual de operação não tem permitido um aumento da produção de biogás, sendo importante proceder a alterações de regime operatório (e.g. recirculação da biomassa, regime TPAD ou regime de duas fases) para melhorar o desempenho da AD.

The main goal of this work is to analyse the efficiency of anaerobic digestion (AD) process in the municipal wastewater plant of Choupal, in Coimbra. For evaluating the performance of the process, parameters such as total solids, volatile solids, chemical oxygen demand, total organic carbon and fitotoxicity were determined. In addition, compounds that can induce instability on methanogenisis, particularly, NH4 +, NH3, NO3 -, VFA, TA and ratio VFA/TA, as well, control parameters like temperature, OLR, residence time were assessed. In general, the physico-chemical characterization of sludges revealed similar values to the literature. However, the germination tests showed that sludge after and during AD present very high fitotoxicity, in contrast with stabilized sludge. The ratio VFA/TA indicates values near to instability, due to alkalinity is lower than recommended. Globally, the primary digester contributes to 70±8,3% of volatile solids conversion, while the second digester only converts 8±4%. In general, the biogas produced has about 65% CH4 and 971 ppm H2S, which are typical values to municipal wastewater plants. The current cleaning method revealed low efficiency, since only 6% of H2S was removed. The mean biogas yield was 0,28 m3/kg VS. The recovered biogas may produce about 37% of the total consumed electric energy, but sometimes the production was as low as 20%. In last three years, the evaluation analysis of AD process suggests a slightly reduction in CH4 composition and an increase in H2S. To summarize, this study showed that some parameters should be controlled in a more effective way (e.g. temperature, OLR and SRT) in order to have a stable production of biogas. In the current operation regime, would be important to increase the primary digester temperature and stop to heat the second digestor which is now operating as sedimenter. In fact, the current operating regime does not allow an increase in biogas production. So, changes such as biomass recirculation, TPAD regime or two phases regime, would be essential.