Avaliação da sustentabilidade no gerenciamento do lodo e biogás, em estação de tratamento de esgotos, utilizando a técnica de ACV

Orientador: Prof. Dr. Miguel Mansur Aisse

Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Rafael Collere Possetti

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 27/04/2018

Inclui referências: p.138-150

Resumo: Reatores de manta de lodo anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), usados no tratamento de esgoto, geram dois subprodutos que podem ser utilizados: lodo e biogás. Atualmente, no Brasil, a maior parte desse lodo resultante é descartada em aterros sanitários, enquanto o biogás é comumente conduzido para queimadores abertos de baixa eficiência. O objetivo do presente estudo foi realizar a avaliação da sustentabilidade de quatro diferentes cenários de tratamento e destinação final do lodo biológico e biogás. A avaliação dos impactos ambientais foi realizada através da avaliação do ciclo de vida, utilizando-se como método de avaliação o ReCiPe 2016. Para a avaliação social foram utilizados os indicadores da avaliação de ciclo de vida social. A avaliação econômica foi realizada através da análise dos custos do ciclo de vida. Para a avaliação global da sustentabilidade, foi utilizado o método Dashboard of sustainability. Com relação à dimensão ambiental, o cenário base, no qual o lodo foi higienizado usando Estabilização Alcalina Prolongada - EAP e, posteriormente, direcionado para aplicação agrícola e o biogás conduzido para queimadores abertos, teve o maior impacto nas categorias de mudanças climáticas, ecotoxicidade terrestre e toxicidade não carcinogênica humana. O cenário 1, em que o calor resultante da combustão do biogás é usado para secar o lodo, mostrou melhorias significativas em relação ao cenário base em todas as categorias de impacto avaliadas. A recuperação do calor da combustão do biogás diminui em 44% o impacto ambiental associado à categoria de mudanças climáticas. A combustão do lodo é outra alternativa para melhorar o gerenciamento de lodo. Embora ocorra a redução do volume de lodo para as cinzas, há impactos ambientais inerentes à formação de ozônio e acidificação terrestre. Com relação à dimensão social, as vantagens da tecnologia EAP se referem aos salários dos trabalhadores, capacidade de geração de emprego e ao aproveitamento de nutrientes presentes no lodo biológico (N e P). No cenário 2, onde é realizada a combustão do lodo, a principal vantagem se refere à parte interessada "consumidores", pelo alto teor de nutrientes presente nas cinzas e ausência de patógenos. O cenário 3, em que as cinzas da combustão do lodo são destinadas para aterro, não obteve desempenho na categoria de consumidores devido ao não aproveitamento do produto final. Na avaliação econômica, o cenário base é o cenário com o menor custo do ciclo de vida. O alto custo dos cenários 1, 2 e 3 se deve à etapa de higienização onde o valor de aquisição do equipamento para a secagem do lodo utilizando-se o calor do biogás e do lodo representa 56%. Com relação à avaliação global da sustentabilidade, o cenário 1, onde é utilizado o calor do biogás para a secagem do lodo e esse destinado na agricultura, obteve a maior pontuação (melhor cenário) no DoS e o cenário base apresentou a menor pontuação (pior cenário).

Abstract: Upflow anaerobic sludge blanket reactors (UASB), used in the treatment of sewage, generate two by-products that can be used: sludge and biogas. Currently, in Brazil, most of this resulting sludge is disposed of in landfills, while biogas is commonly burned off in low-efficiency flares. The objective of the present study was to evaluate the sustainability of four different scenarios of treatment and final destination of biological sludge and biogas. The environmental impact assessment was performed through the life cycle assessment, using the ReCiPe 2016 as the evaluation method. For the social evaluation, the social life cycle assessment indicators were used. The economic evaluation was performed through the analysis of life cycle costs. For the global assessment of sustainability, the Dashboard of sustainability method was used. Regarding the environmental dimension, the so-called baseline scenario, in which the sludge was sanitized using prolonged alkaline stabilization - PAS and later directed to agricultural application and the biogas conducted to open burners, had the greatest impact in the categories of climate change, ecotoxicity terrestrial and human noncarcinogenic toxicity. Scenario 1, where the heat resulting from the biogas combustion is used to dry the sludge, showed significant improvements in relation to the baseline scenario in all impact categories evaluated. Recovery of the heat from the combustion of biogas significantly reduces the environmental impact associated with the category of climate change in 44%. Combustion of sludge is another alternative to improve sludge management. Although there is a reduction in the volume of sludge to ash, there are environmental impacts inherent to ozone formation and terrestrial acidification. Regarding the social dimension, the advantages of PAS technology refer to the workers' salaries, the capacity to generate employment and the use of nutrients present in biological sludge (N and P). In scenario 2, where the combustion of the sludge is carried out, the main advantage refers to the interested party "consumers", because of the high nutrient content in the ash and absence of pathogens. Scenario 3, in which sludge combustion ash is destined for landfill, did not achieve performance in the category of consumers due to non-use of the final product. In the economic evaluation, the base scenario is the scenario with the lowest cost of the life cycle. The high cost of scenarios 1, 2 and 3 is due to the hygienization stage where the acquisition value of the equipment for the sludge drying using the biogas and sludge heat represents 56%.Regarding the global assessment of sustainability, scenario 1, where the biogas heat is used for sludge drying and the one used in agriculture, obtained the highest score (best scenario) in the DoS and the baseline scenario presented the lowest score.