Das microalgas ao Biodiesel - Resumo

Um dos grandes desafios tecnológicos para proporcionar um desenvolvimento sustentável para o séc XXI é a produção dos biocombústíveis e das energias limpas. Um desses biocombustíveis em que se tem investido é o biodiesel, capaz de ser produzido a partir de diferentes materiais vegetais.

Neste trabalho apresentam-se as microalgas como o matéria prima à produção do biodiesel. Esse processo vem sendo mencionado desde 1950, com um grande marco entre 1980 a1995 com o desenvolvimento do Algae Species Program pelo Departamento da Energia e o Laboratório Nacional das Energias Renováveis americanos.

Através de processos de extracção diversos como a prensagem do óleo, o método de fluídos supercríticos ou ainda o método com solvente hexano, é extraído o óleo da biomassa das algas em percentuais diferentes mediante a técnica de extracção.

O processo de conversão deste óleo a biodiesel é uma transterificação, que é a reação de um triglicérido com um álcool (metanol) na presença de um catalisador, dando origem ao Biodiesel e o glicerol. Esse processo é seguido de uma separação das fases, recuperação e desidratação do álcool, destilação do glicerol e purificação do biodiesel.

O que faz das microalgas uma aposta à segurança energética, centra-se principalmente nos seguintes aspéctos:

• O combustível proveniente das microalgas é um combustível CO2 neutro, possui valor agregado pelos créditos de carbono em casos de explorações industriais;
• Esses organismos possuem a capacidade de realizar a fotossíntese, processo que requer energia luminosa, CO2, água, e alguns nutrientes, portando-se como um sumidouro de carbono atmosférico – e transforma essa energia fotossintética em energia química;
• Em relação aos vegetais superiores, as microalgas apresentam várias vantagens, tais como maior eficiência fotossintética, rápido crescimento, maior produção de biomassa por área;
• Com algumas estirpes, consegue-se utilizar para a produção de biodiesel cerca de 68% da sua matéria seca;
• Possuem uma grande variedade específica, sendo capazes de se adaptarem a vários meios segundo sua estirpe (águas salinas, doces, salobras, etc);
• Os óleos encontrados nas microalgas apresentam uma composição em ácidos gordos semelhante à dos óleos vegetais;
• A colheita da biomassa das microalgas não segue regime de safras, pode ser realizada diariamante, pois tem um tempo de geração de poucas horas, o que permite o cultivo contínuos;
• Não são necessárias áreas aráveis ou água potável para a produção das algas, não entrando em competição com as culturas alimentares, podendo ser reaproveitada para a sua produção a capacidade nutritiva das águas residuais domésticas servindo-se como factor de depuração;
  

Uma vez extraída o óleo para a transterificação, os resíduos da produção do biodiesel são fundamentalmente, o meio de cultura (água) que é reaproveitada e volta ao processo, os resíduos celulares que podem ser usados na produção de biogás por digestão anaeróbica e posterior co-geração de energia elétrica e/ou térmica. Este resíduo pode ainda ser utilizado como suplemento para a ração animal.

Outro resíduo de interesse no processo é o glicerol formado. Apesar de conter as impurezas do processo, o glicerol pode ser utilizado na indústria farmacêutica e cosmética. Dependendo do catalisador utilizado para o processo, esse resíduo terá composições diferentes, e consequentemente valores económicos associados também diferentes.

O que é um resíduo

A meu ver, resíduo é todo o desperdício da actividade económica e de consumo. Tudo o que não possui mais valor para o fim que foi destinado.
É interessante seguir o percurso de um resíduo, e perceber que ao longo do tempo ele deixa de ser resíduo e passa a ser material de trabalho e de produção, que certamente produzirá novos resíduos diferentes após sua elaboração.
Entendo que as actividades RRR moldaram e de que forma o conceito dos resíduos, deixando de ser simplesmente lixo para dar uso às suas potencialidades.
Esses materiais são capazes de iluminar, aquecer, abastecer tanques de combustível, produzir biogás, ... enfim, reintroduzir-se no mercado de várias formas, com um custo ecológico muito reduzido.

Relatório de Estágio

Empresa: INTERAGUA

Data: 10/02/2010

Visita à estação de tratamento de águas residuais doméstica em Serpins- Coimbra
Sistema de tratamento: MBBR - Moving bed biofilm reactor

Constituição do sistema:
1. Obra de entrada compacta (pré-tratamentos)

· Tamizador 2mm com um parafuso sem fim que evacua os materias grossos para fora num contentor

· Desarenor de fundo e classificador de areia

· Raspador dos flotantes

2. Sonda de medição do caudal

3. Tanque equalizador do caudar, que também tem a função da desnitrificação e de manter o sistema em suspensação, através de um misturador.

· 2 bombas de alimentação ao tanque biológico

· Passividade de receber lama recirculada caso houver excessos

4. Tanque biológico (oxidação)

O tratamento biológico é realizado num sistema de leito fluidizado cujo meio de enchimento são pequenas estruturas em pvc - FXSINO, sobre o qual fixam e desenvolvem os microorganismos. A estrutura da ETAR foi concedida de forma a ocupar o mínimo de espaço possível, por isso o aproveitamento da grande área superficial do meio de enchimento, que economiza o espaço e é de uma eficiência maior por unidade de área.

· Difusores

· Sonda de oxigénio

A comunicação ao decantador secundário dá-se através de uma caixa filtradora, que impossibilita a passagem do material de enchimento, e a saída da água desse reactor é feita através de um tubo.

5. Decantador

· Bomba de descarga de água tratada que segue para o tratamento terciário

· Bomba de descarga de lamas encaminhada para o espessador de lamas

A entrada da água no decantador é feita num tubo central de forma que não afecte a decantação ora estabelizada.

O espessador de lamas (facilidade na recolha por camião) possibilidade de recircular a lama para o tanque de equalização)

6. Tratamento terciário por Filtro de bandas e radiação ultra-violeta

A água tratada da ETAR é reutilizada para o circuito interno da etar (lavagem das instalações e dos coonstituintes do tratamento).

A existência de um by-pass a cada orgão de tratamento, permitindo que haja sempre controle e segurança da ETAR e facilitando as obras amortização quando necessárias.

A imperceptibilidade da existência de maus odores e do funcionamento dos compressores e das bombas, aliado ao alto nível de remoção de poluentes, realçando uma qualidde visual muito agradável da água tratada,a conformidade legal do efluente e a preocupação com a segurança dos monitorizadores, faz com que os responsáveis da ETAR e os vizitantes no geral sitam satisfeitos por qualquer investimento feito.

Relatório de Estágio

Empresa: INTERAGUA

Data: 08/02/2010

Visita à estação de tratamento de águas residuais industriais de uma industria de produção de tinteiros em Leiria

Responsável pela obra:INTERAGUA

O estudo desta estação de tratamento traz o conhecimento do que é e dos constrangimentos a enfrentar no tratamento de águas industriais, nesse caso com uma baixa razão CBO/CQO. A empresa trabalha com a resina, e consome muito água no processo de produção, o que faz com que o caudal seja grande e que o CQO seja muito maior do que nas ETARs domésticas.
A ETAR foi dimensionada para um caudal máximo de 13,2 m3/dia com uma carga de CQO máxima de 140000mg/l. O efluente médio que recebe diariamente é de 10m3/dia com uma carga variada chegando a atingir valores da ordem de 150000mg/l de CQO.
Os valores paramétricos do efluente tratado encontram-se abaixo dos valores limites estabelecidos pela legislação, embora com a baixa temperatura do inverno, período onde começou o funcionamento da ETAR, o desenvolvimento das colónias dos microorganismos seja muito lenta, não permitindo que a totalidade do efluente da fábrica seja tratada na ETAR nesse momento, pensando na sobrevivência dos microrganismos do tratamento biológico, seguindo o que sobra para uma empresa de tratamento.

Tanque de Equalização

O tratamento do efluente inicia num tanque equalizador à entrada, não sendo desnecessário portas de entrada para pré-tratamentos, devido à homogeneidade do efluente.
No mesmo tanque é feito o controlo do pH com a adição de NaOH com critério de paragem 7,5, controlado por uma sonda.

Ao entrar na conduta de encaminhamento ao reactor fisico-químico, adiciona-se o floculante ao efluente que passa por uma bomba, o misturador estático, promovendo a mistura dos dois líquidos.

Decantador

A estrutura do decantador primário, permite que a entrada de água no tanque não afecte o processo que decorre.

A entrada dá-se por baixo, enquanto que a saída dá-se por cima mantendo o nível de líquido constante no decantador.

A saída das lamas dá-se a nível do fundo onde são recuperadas em sacos filtrantes, passando o escorrimento para o tanque físico-químico assim como o sobre-nadante do tanque.

Tratamento físico-químico

Devido a baixa concentração de
nutrientes neste tipo de afluentes, adiciona-se nutriente ao sistema, assim como água residual doméstica produzida na empresa.

O tanque físico-químico tem a capacidade de 2400m2, com uma altura de 7,5metros e 22 metros de diâmetro.
É constituído por um arejador de superfície, difusores de fundo alimentados por um compressor, uma sonda de oxigénio.
A grande dimensão do tanque de arejamento permite que o tempo de retenção seja grande, o que é imprescindível ao tratamento deste tipo de efluente.
O tratamento biológico realiza-se da melhor forma à uma temperatura de 26ºC sendo muito importante o contributo do funcionamento dos difusores na manutenção desse valor.
A entrada em funcionamento do arejador de superfície dá-se principalmente quando da necessidade de reduzir a temperatura do efluente.
Ambos têm a mesma potência da bomba, tendo os difusores maior rentabilidade na difusão do oxigénio, perdendo a eficiência só além dos 12 metros de água, o que não é possível por no caso pois a altura útil (efectiva) do tanque ronda os 6 metros.

O DAF

O DAF é um sistema de flotação por oxigénio dissolvido. Permite que o efluente tratado biologicamente seja separado mecanicamente através da injecção de ar e de floculante no água, e posteriormente levado para um reservatório. O reservatório é circular e a entrada de água dá-se por baixo.
O raspador de lamas, transportadas à superfície pelo ar, conduz essa lama para um corredor que vai dar ao receptor de lamas. A água tratada do processo sai através de um sistema de comportas comunicantes não permitindo que, de forma alguma, a passagem de lamas para a água tratada, que segue para uma lagoa onde será novamente utilizado nas actividades da ETAR. A lama segue para o aterro sanitário.

O funcionamento dos períodos de bombagem, de arranque dos difusores (compressores), de bombagem de nutrientes, de arranque do arejador e toda outra actividade na ETAR são controlados electronicamente, podendo também ser feito manualmente, usando um quadro electrónico.
A cada dia tenta-se aumentar a população microbiana existente no tanque biológico afim de existir maior resiliência do meio permitindo o aumento do caudal a tratar com cargas cada vez mais altas de CQO. Está-se a conseguir, de uma forma lenta. Essa situação será revertida com o aumento da temperatura ambiente.
Embora estando os valores paramétricos em conformidade com o que manda a lei, a INTERAGUA continua investindo no melhoramento da percentagem de remoção do CQO pois essas taxas encontram-se abaixo dos valores que a empresa consegue alcançar.

Valorização das águas cinzentas na Agricultura

As águas cinzentas são a fracção das águas residuais domésticas, constituídas fundamentalmente pelas águas usadas nas lavagens, que geralmente não contém concentrações significantes de excreta. Pode-se dizer que é toda a água residual excepto os 40% que constituem as águas usadas no toilette, tendo como fonte principal as cozinhas.
Na EU, a produção diária estimada de águas cinzentas é de 66 a 274 litros por habitante. Para os países sub-desenvolvidos, esse valor chega a ser inferior a 14 litros.

Nos países de clima árido a semi-árido, o uso das águas cinzentas tem sido de grande importância na produção agrícola.
Com a grande pressão populacional aumentando a demanda pelos recursos hídricos e levanto a um linear aumento na produção de água residual, a reciclagem das águas cinzentas desempenha um papel cada vez mais importante na redução da demanda pelo recurso água doce, abastecendo o sector de maior consumo de água, a agricultura, além de aliviar as ETARs reduzindo o seu efluente a tratar.
A reciclagem de águas cinzentas para fins agrícolas utiliza o recurso no local e recupera os nutrientes desperdiçados. Segundo Bethume e Roberts (2002) a fertilidade da terra também é mantida.
Mais de 10% da população do mundo consome alimentos produzidos por irrigação com águas residuais. O percentual será consideravelmente mais elevado entre as populações de baixa renda (M. Halalsheh et al, 2008).

A qualidade das águas cinzentas produzidas, está intimamente ligado à quantidade de água potável consumida. Sendo assim, nas regiões onde o consumo percápta de água é baixo, correspondente às regiões de clima árido ou semi-árido, essas águas contêm maior concentração de substâncias características das águas cinzentas. Essa concentração também varia de acordo com a fonte de produção dessa água. Literaturas estabelecem a sua constituição percentual média em azoto, fósforo e CBO em 50%, 10% e 40% respectivamente, comparado com a outra porção das águas residuais constituída pelas águas negras.

Estas características conferem-lhe facilidades de uso e de tratamento, em relação às águas negras o que faz com que seja amplamente defendida a sua separação, que requer instalações diferenciadas.

Os valores dos parâmetros relativos a substancias encontradas nas águas cinzentas mostram que existem riscos associados a seu uso na agricultura, e as tendências desses valores podem variar localmente.
A formulação das políticas convida para uma boa análise das tendências relevantes no contexto local e das opções para soluções de gestão de risco. Esta informação deve ser a base para desenvolver critérios de decisão e os procedimentos em torno da utilização das águas cinzentas na agricultura.

Os riscos tanto para a saúde humana como para o ambiente, inerentes ao uso dessas águas na agricultura, advêm da presença de agentes patogénicos relacionados com as excretas, algumas doenças transmitidas por vectores presentes na comunidade, e determinados produtos químicos sensíveis de afectar o bem-estar humano. Como forma de atribuir um mecanismo de gestão desse risco, a OMS publicou recentemente o WHO GUIDELINES FOR THE SAFE USE OF WASTEWATER,EXCRETA AND GREYWATER.

O tratamento pode reduzir significativamente as concentrações de alguns contaminantes (por exemplo, excretas, patógenos e alguns produtos químicos) e, portanto, o risco de transmissão de doenças.
A técnica de tratamento terá de ir ao encontro das condição sócio-económicas da região de uso dessas águas, que tem sido maioritariamente os países em desenvolvimento. Uma vez que o incentivo à recuperação dessas águas está sendo feito a nível familiar, as soluções de tratamento terão de se adequar a esse meio.
Uma das soluções mais simples, mais baratas e mais difundida é o depósito séptico seguido de filtro intermitente de areia, capaz de remover 90% do CBO da água, e outros contaminantes através de processos físicos e biológicos.

Outra opções de tratamento de baixo custo é o Sistema Wetland em que águas cinzentas passam lentamente através do sistema radicular , do cascalho, e rizomas do vegetação plantada. A remoção de contaminantes ocorre por processos físicos, químicos e biológicos.


A experiência de Cabo Verde – País insolar

O regime de precipitação de país é definido por uma estação das chuvas de 3 meses com uma precipitação média anual rondando os 250mm, e a estação seca a maior parte do ano. O gradiente de temperatura anual é baixo, e a média ronda os 25°C.
O país vive uma constante escassez de recursos hídricos, e mais de 50% da população é abastecida com água desalinizada, com um consumo médio percápta de 14 a 45 litros por dia.A agricultura é familiar (de subsistência), predominando as culturas do milho e do feijão que ocorre na estação das chuvas.
A frequência da agricultura de regadio é maior nas regiões onde há disponibilidade de água subterrânea e é mais intensa no período das chuvas.
O sector não é suficientemente capaz a assegurar a alimentação no país, que apresenta níveis de subnutrição significativos.

Num dos municípios rurais da ilha de Santiago, uma das de maior vocação agrícola, decorre um projecto de separação e aproveitamento das águas cinzentas, iniciado em 2009, e tem contado com a adesão de um número significativo de famílias, empenhadas na criação de um horto familiar perspectivando a melhoria da qualidade da alimentação, investindo principalmente em culturas hortícolas.
Além das ligações de separação da água, o sistema submete a água cinzenta a um tratamento físico reduzindo o seu risco para a saúde, antes de usa-la para rega num sistema de micro-irrigação. O resultado dessa experiência precoce tem incentivado famílias de outras comunidades a estabelecer instalações de separação das águas residuais, aproveitando do mesmo modo as águas cinzentas.

Definição dos Resíduos

Depois do contacto com o artigo de Pongrácz & Pohjola, 2003, que questiona várias definições que eu conhecia de resíduos apontando situações que estas não difenem os resíduos, interiorizei que os Resíduos são produtos da actividade de produção e de consumo, cujo detentor defaz ou tem a intenção de se desfazer, pois o benefício deste, para ele, é negativo ou nulo. Pensando desse modo, reduzir os resíduos seria reduzir o produto de uma actividade, que não traduz benefício, e o significado de desfazer, em vez de eliminar, pode-se entender como abandono, efectuado num lugar adequado.