A produção de biogás a partir de águas residuais é um processo eficiente e sustentável que está a tornar-se cada vez mais importante no tratamento de águas residuais industriais. Particularmente na indústria alimentar, nas fábricas de lacticínios, na indústria do açúcar e no tratamento de lamas flotadas, a produção de biogás oferece uma excelente oportunidade para utilizar materiais orgânicos residuais e, simultaneamente, gerar energia sob a forma de metano.
Índice
Contexto técnico: Biogás a partir de águas residuais
A digestão anaeróbia de águas residuais e lamas é o principal processo pelo qual o biogás é produzido. As águas residuais provenientes do processamento de alimentos são particularmente ricas em substâncias orgânicas, como gorduras, proteínas e hidratos de carbono, que são substratos ideais para os microrganismos anaeróbios. Em condições anaeróbicas (ou seja, sem oxigénio), os microrganismos decompõem estas substâncias orgânicas e produzem principalmente metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂). A fração de metano do biogás produzido pode ser utilizada para gerar eletricidade e calor.
O biogás é produzido em quatro fases:
Hidrólise: Os compostos macromoleculares, como os hidratos de carbono, as gorduras e as proteínas, são decompostos pelos microrganismos em moléculas mais pequenas, como os açúcares, os ácidos gordos e os aminoácidos.
Acidogénese: Nesta fase, as substâncias produzidas pela hidrólise são posteriormente decompostas por microrganismos em ácidos gordos voláteis, álcoois, hidrogénio e dióxido de carbono.
Acetogénese: Os ácidos gordos voláteis e os álcoois são convertidos em ácido acético, dióxido de carbono e hidrogénio.
Metanogénese: Nesta fase final, o metano é produzido por bactérias metanogénicas a partir de ácido acético, dióxido de carbono e hidrogénio. A maior parte do biogás é constituída por metano (cerca de 50-75 %) e dióxido de carbono (cerca de 25-50 %).
Águas residuais da indústria alimentar
A indústria alimentar produz grandes quantidades de águas residuais contaminadas organicamente, particularmente a partir do processamento de gorduras, proteínas e hidratos de carbono. As fontes típicas de águas residuais são
Queijarias: As águas residuais do processamento do leite, como o soro, contêm elevadas concentrações de lactose (açúcar do leite) e gordura, que podem ser convertidas em biogás durante a fermentação anaeróbia.
Indústria açucareira: A indústria açucareira, em especial a transformação da beterraba sacarina, produz águas residuais com um elevado teor orgânico. Estas contêm hidratos de carbono (resíduos de açúcar) e matéria vegetal, que são substratos ideais para a produção de biogás.
Indústria de transformação de carne: A transformação de carne e os matadouros produzem águas residuais com um elevado teor de gordura e proteínas, que também podem ser utilizadas como matéria-prima para a produção de biogás.
Indústria de bebidas e de fabrico de cerveja: A indústria de bebidas, especialmente as fábricas de cerveja, produz águas residuais organicamente contaminadas que contêm grandes quantidades de ácidos orgânicos e hidratos de carbono.
Foto: Instalação de biogás da ALMA BHU GMR para a indústria açucareira
Lamas de flotação
As lamas de flotato são um subproduto típico do pré-tratamento físico-químico de águas residuais industriais, especialmente no processamento de alimentos. São produzidas pelo processo de flotaçãono qual as gorduras, os óleos e as partículas que contêm sólidos são removidos das águas residuais. Estas lamas flotadas estão fortemente carregadas de matéria orgânica e oferecem um elevado potencial para a produção de biogás.
Como as lamas de flotato contêm frequentemente uma elevada concentração de gorduras e óleos, são particularmente adequadas para a produção de metano, uma vez que as gorduras têm uma densidade energética muito elevada e produzem mais biogás por unidade de massa durante a fermentação do que outras substâncias orgânicas.
Foto: Lamas flotadas com uma elevada carga orgânica. As lamas flotadas podem ser utilizadas em instalações de biogás(instalação de flotação ALMA NeoDAF)
Processo de produção de biogás a partir de águas residuais
O biogás é normalmente produzido a partir de águas residuais industriais em digestores ou reactores anaeróbios. reactores anaeróbios. As águas residuais ou lamas são recolhidas num tanque selado no qual os microrganismos anaeróbios decompõem as substâncias orgânicas. Este processo envolve várias fases:
Pré-tratamento das águas residuais: Antes da fermentação, as águas residuais têm normalmente de ser pré-tratadas para remover partículas grandes e substâncias não dissolvidas. Isto é frequentemente feito por filtração mecânica ou flotação.
Fermentação anaeróbia: Num reator anaeróbio, as bactérias decompõem a matéria orgânica na ausência de oxigénio. Este processo decorre em várias etapas: Em primeiro lugar, as substâncias orgânicas complexas são decompostas em componentes mais pequenos por bactérias hidrolíticas, que são depois convertidas em ácidos gordos voláteis por bactérias acidogénicas. Finalmente, as bactérias metanogénicas convertem os ácidos gordos em metano e dióxido de carbono.
Utilização do biogás: O biogás produzido é geralmente utilizado em centrais de produção combinada de calor e eletricidade (PCCE) para gerar energia eléctrica e calor, que podem ser utilizados para o funcionamento da própria central ou para cobrir as necessidades energéticas da unidade de produção.
Foto: Central de biogás GMR da ALMA BHU com pós-tratamento e recirculação de biomassa
Vantagens da produção de biogás a partir de águas residuais
Geração de energia: A fermentação de águas residuais organicamente contaminadas não só purifica as águas residuais, como também produz biogás que pode ser utilizado para gerar eletricidade e calor. Este facto contribui para a redução dos custos energéticos e aumenta a eficiência energética da instalação.
Redução de resíduos: A digestão anaeróbia reduz a quantidade de lamas que precisam de ser eliminadas, uma vez que uma grande parte da matéria orgânica é convertida em biogás. Isto leva a uma redução do custo de eliminação das lamas de depuração ou das lamas de flotação.
Sustentabilidade: A produção de biogás a partir de águas residuais contribui para a economia circular, uma vez que os resíduos orgânicos são utilizados e convertidos em energia renovável. Isto ajuda as empresas a melhorar a sua pegada de carbono e a reduzir o seu impacto ambiental.
Redução das emissões de gases com efeito de estufa: A digestão anaeróbia permite que o metano, que de outra forma seria libertado para a atmosfera durante a decomposição natural da matéria orgânica, seja controlado e utilizado para a produção de energia. Isto ajuda a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa.
Os desafios
Complexidade do substrato: As águas residuais da indústria alimentar contêm frequentemente substratos gordos ou ricos em proteínas que requerem culturas bacterianas especiais e reactores personalizados para garantir uma produção eficaz de biogás.
Tratamento do gás: Para além do metano, o biogás também contém sulfureto de hidrogénio (H₂S) e outras impurezas que têm de ser removidas antes da utilização. Isto requer tecnologias de tratamento adicionais.
Conclusão
A produção de biogás a partir de águas residuaisespecialmente da indústria alimentar, dos lacticínios, da indústria açucareira e das lamas de flotação, é um método ecológica e economicamente viável de converter resíduos orgânicos em energia renovável. A utilização de reactores anaeróbios permite reduzir os custos das águas residuais, bem como os custos de energia, reduzindo simultaneamente a pegada de carbono da empresa.
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