Eliminação do efluente líquido de aterros sanitários a partir de integração energética

Abstract

O presente trabalho propõe sistemas para eliminar o efluente líquido (lixiviado) de um aterro sanitário a partir da combustão do efluente gasoso (biogás) gerado no mesmo local, caracterizando a integração energética dos dois efluentes. As gerações de biogás e lixiviado são referentes ao aterro de Guajuviras e são estimadas usando o modelo de IPCC, 2006 e o modelo de balanço hídrico respetivamente, estimando também suas incertezas de geração. Os resultados foram obtidos para a fase de operação e posteriormente de fechamento de um aterro real, com uma incerteza estimada de 50%. A integração energética dos efluentes é primeiramente verificada para situações de máxima eficiência por meio de balanços de massa e energia. Em sequencia, cinco propostas conceituais de sistemas são apresentadas, tendo em comum a completa eliminação do lixiviado a partir da energia do biogás. Os sistemas Combustor-Evaporador (CE) e Incinerador-Evaporador (IE) tem como produto apenas a evaporação do lixiviado, e consomem cerca de 30% do biogás disponível no aterro. Os sistemas Motor-Evaporador (ME), Combustor-Motor-Evaporador (CME) e Incinerador-Motor-Evaporador (IME) são montados com a finalidade de aproveitar o excedente de biogás, mantendo sempre a evaporação completa do lixiviado. O desempenho dos sistemas propostos é avaliado por meio de indicadores técnico-ambientais e financeiros ao longo de um período de vinte anos, e sua importância é ordenada usando elementos da análise hierárquica de processos (AHP). Todos os sistemas propostos indicam ser viáveis, destacando-se aqueles que produzem energia elétrica, que se mostraram mais atraentes do ponto de vista técnico-ambiental, porém com investimentos específicos altos. Os sistemas que promovem a eliminação do lixiviado e produzem eletricidade com o excedente de biogás (CME e IME) são os mais viáveis financeiramente, com payback de 7 e 8 anos, VPL na media de US $4.790.00 e TIR de 39% aproximadamente. A AHP indica que os sistemas baseados em cogeração têm pesos similares, variando só em 3% ao serem avaliados num viés ambiental. Da mesma forma, o cenário de viés financeiro apresentou uma pequena diferença entre os sistemas CME, IME e CE.

The present work proposes systems to carry out the thermal decommissioning of the liquid effluent (leachate) from a sanitary landfill through the combustion of the gas effluent (biogas) produced in the same place, characterizing the energy integration of the two effluents. The biogas and leachate productions refer to the Guajuviras landfill and are estimated using the IPCC model, 2006, and the water balance model respectively, their production uncertainties are also estimated. The results are obtained for the operation phase and afterwards for a former real landfill, with an estimated uncertainty of 50%. The energy integration of effluents is first verified for situations of maximum efficiency through mass and energy balances. In the sequence, five conceptual proposals of systems are presented, having in common the complete reduction of the leachate from the biogas energy. The simplest CE and CI systems have only the leachate evaporation, and consume about 30% of the biogas available in the landfill. The ME, CME and IME systems are set up to take advantage of the biogas surplus, always maintaining complete evaporation of the leachate. The performance of the proposed systems is evaluated through technical-environmental (PEB and PEL) and financial indicators (IES, NPV, TIR and PB) over a period of twenty years, and their importance is ordered using the Analytic Hierarchy Process (AHP). All proposed systems indicate that they are feasible, especially those that produce electricity, which have been more attractive from an environmental and technical point of view, but with high specific investments (IES). The systems that promote leachate abatement and produce electricity with biogas surplus (CME and EMI) are the most financially viable, with paybacks of 7 and 8 years, NPV average of US $ 4,790.00 and IRR of approximately 39%. The AHP indicates that the cogeneration-based systems have similar weights, varying only by 3% when evaluated in an environmental bias. Likewise, the financial bias scenario presented a small difference between the CME, EMI and EC systems.