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Viabilidades Técnica e Económica da Digestão Anaeróbia Aplicada

1. baixo J explora es Sistema de explora o Maioritariamente intensivo Extensivo Extensivo Exclusivamente extensivo Maioritariamente extensivo Exclusivamente extensivo Exclusivamente extensivo Exclusivamente extensivo Exclusivamente extensivo n d n o definido Tipo de instala o Livre chorume Sistema de limpeza Frequ ncia de limpeza Manual arrastamento hidraulico n d Manual arrastamento hidr ulico n d n d n d n d n d n d n d n d n d n d 11 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP O tipo de produ o em conjunto com o sexo idade e fim a que de destinam define a nomenclatura dos bovinos Anexo 1 e Efectivo bovino n mero de explora es e dimens o m dia das explora es Relativamente ao n mero de efectivos a produ o bovina tem maior express o no ALE que conta com 39 do efectivo nacional seguindo se as regi es de EDM 18 e os A ores 17 No que respeita ao n mero de explora es a regi o de EDM apresenta o maior n mero de boviniculturas o que corresponde a 39 do total de boviniculturas a n vel nacional seguindo se as regi es da BL e dos A ores cada uma com 16 do total de explora es INE 2011 A dimens o m dia das explora es vari vel No ALE e o RO predominam explora es de
2. rhus Filskov Studsg rd Bl bjerg Snertinge Blahgj Vaarst Fjellerad Nysted Tanque de vacuo lt S SIS RS SIS S SIS SIS SINIS lt S n d n d V Tanque de recep o lt S SINIS n d SIS Tanque de mistura Tanque interm dio n d n d V V V V Digestor es Viv lo nal W IW A nal Tanque de higieniza o V V na V VILLI viv nd V caer o diga de Vila nal lt rolo to too naly sistema praa do V v na V V Viv V V na Gas metro V V na Viv ll o V Vi A nal Caldeira a g s Viv nal Viv V nd V Instala o de cogera o Viv Vi Ving W W IW IW IV IV W LW IW too nal n d nao definido 11 Notas O tanque de mistura pode se encontrar antes ou depois do tanque de pr armazenamento Algumas instala es executam higieniza o dos res duos antes de estes serem alimentados ao digestor sendo no entanto mais comum uma higieniza o do produto digerido Em alguns casos o produto digerido e o biog s s o armazenados no mesmo tanque XIII Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela vi Investimento inicial dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 Sistemas Centr
3. fixo ao longo do processo e o biog s continuamente produzido Em oposi o nos digestores descontinuos o substrato introduzido no reactor e l permanece at ao final da digest o Tchobanoglous et al 1993 Embora os digestores a operar em descont nuo sejam mais baratos e mais simples o risco de entupimento nestes digestores elevado e a produ o de biog s n o se mant m em n veis elevados existindo picos seguidos de uma diminui o da produ o medida que os res duos s o consumidos Assim sendo os digestores cont nuos s o os indicados para projectos em que se valorize a produ o de biog s Vandevivere et al 2003 Juniper 2007 O uso das gamas mesof lica e termof lica de temperaturas j foi discutido previamente H v rios estudos com an lises controv rsias uns defendendo que os microrganismos que operam na gama mesof lica s o mais robustos podem tolerar maiores altera es dos par metros circundantes e requerem menor consumo de energia do que os sistemas termof licos Nguyen et al 2007 e outros a defender a aplica o da gama termof lica devido aos seus maiores rendimentos de produ o de biog s TRH inferiores e garantia de higieniza o do produto digerido Chavez Vazquez and Bagley 2002 Burke 2001 Ultimamente t m sido implementados maioritariamente digestores a operar na gama termof lica e a tend ncia para a sua crescente aplica o Escobar e Heikkila 1999 ADENE 2003
4. o singular de calor na forma de gua quente ou vapor ou electricidade quer para produ o combinada de calor e electricidade cogera o O calor gerado pode ser utilizado no aquecimento do pr prio processo de digest o o qual geralmente utiliza cerca de 1 3 da energia do biog s ou noutros locais pr ximos como o caso de instala es da unidade de DA e ind strias e ou habita es pr ximas A produ o singular de electricidade realizada com recurso a um motor ligado a um gerador de energia el ctrica e esta pode ser usada na pr pria instala o ou injectada na rede Nos sistemas de cogera o utilizam se grupos motor gerador Dur o 2009 ADENE 2003 O biog s pode ser tamb m utilizado como combust vel veicular em c lulas de combust vel e em redes de g s natural embora estas utiliza es sejam pouco comuns ADENE 2003 O biog s produzido cont m contaminantes e impurezas como o caso principalmente de humidade part culas e H S sendo necess rio proceder sua purifica o previamente sua utiliza o ADENE 2003 5 2 2 Produto digerido O produto digerido geralmente transferido para um tanque de armazenamento e posteriormente poder ser utilizado como fertilizante condicionante atrav s do espalhamento directo em solo agr cola No entanto este produto digerido apenas pode ser considerado como parcialmente tratado sendo assim necess rio proceder ao seu tratamento antes da sua utiliza
5. Os primeiros sistemas implantados precisavam de um subs dio de cerca de 30 40 para alcan arem equil brio econ mico mas as novas unidades necessitam de menos de 20 de subs dio sendo este de 0 em alguns casos Durante os ltimos anos houve melhorias na constru o e os pre os diminu ram Contudo o grande desafio dos sistemas centralizados continua a ser a obten o de viabilidade econ mica sem ser necess ria a utiliza o de co susbtratos Escobar e Heikkil 1999 5 5 Caracteriza o dos Digestores Anaer bios Nos ltimos 60 anos foram desenvolvidos a n vel mundial v rios tipos de digestores anaer bios aplicados ao tratamento de res duos municipais da ind stria alimentar e agro pecu rios Burke 2001 Ogejo et al 2009 Os digestores anaer bios s o sujeitos a diferentes classifica es de acordo com as suas caracter sticas Algumas das principais classifica es poss veis s o as seguintes e Digestores cont nuos ou descont nuos batch quanto ao modo de alimenta o e Digestores mesof licos ou termof licos quanto gama de temperaturas utilizada 32 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP e Digestores com biomassa em suspens o ou biomassa fixa quando situa o de reten o da biomassa Nos digestores a operar continuamente o substrato est sempre a ser adicionado ao reactor e assim o volume
6. Universidade do Porto F E U P Faculdade de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da rea Metropolitana do Porto Maria Francisca da Costa Moreira Disserta o submetida para obten o do grau de MESTRE EM ENGENHARIA DO AMBIENTE RAMO DE GEST O Desenvolvimento em Ambiente Empresarial Lol Presidente do J ri Manuel Afonso Magalh es da Fonseca Almeida Professor Associado do Departamento de Engenharia Metal rgica e de Materiais da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Orientador acad mico Sara Maria dos Santos Rodrigues da Cruz Professora Auxiliar do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Orientador na empresa Joaquim Guedes Director T cnico da empresa Ecoinside Solu es em Ecoefici ncia e Sustentabilidade Lta Porto Julho de 2011 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE 2010 2011 Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr Roberto Frias 4200 465 PORTO Portugal Tel 351 22 508 1400 Fax 351 22 508 1440 Correio electr nico feup fe up pt Endere o electr nico http www fe up pt Reprodu es parciais deste documento ser o autorizadas na condi o que seja mencionado o Autor e feita refer ncia a Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente 2010 2011
7. cogera o ou grupo moto gerador para produ o exclusiva de electricidade Escobar e Heikkil 1999 Os digestores de lagoa coberta os digestores de fluxo pist o e os reactores perfeitamente agitados em ingl s Continuous Stirred Tank Reactors CSTRs a operar na gama mesof lica s o os mais utilizados US EPA 2004 Burke 2001 A aplica o do processo de DA de modo a produzir uma quantidade de biog s Biog s suficiente para viabilizar economicamente o investimento est limitada exist ncia de um efectivo pecu rio m nimo US EPA 2004 N mero de Trabalhos realizados demonstram que a produ o de energia el ctrica a partir do animais biog s s dever ser equacionada em explora es de bovinicultura com mais de aplic vel cerca de 500 vacas leiteiras US EPA 2004 Soares et al 2005 TRH 10 30 dias ADENE 2003 necess rio o acompanhamento do processo por t cnicos especializados de modo Opera o a garantir o seu correcto funcionamento e resolu o de problemas no caso de alguma falha o que constitui um entrave implementa o destes sistemas Economia Estes sistemas em geral n o s o economicamente vi veis O custo de investimento aproximado de uma unidade de DA individual para 100 bovinos de 68 000 82 000 Escobar e Heikkil 1999 28 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Bovinicult
8. o da bovinicultura em Portugal por regi o adaptado de INE 2011 DRAEDM et AUS fe DOO TZ E EEE ies siren criem pda cone CPU CRT cu PSUS ER one Be SO PED Uh gn fabs Waited yay ela NAO ei Pci gana OPA esis bere ae PS cates 11 Tabela 3 Caracteriza o dos chorumes e estrumes ceceessssececececsessscececececseesaesecececseseaaesecececeeseaseseeeescceseaaeaeeeesees 15 Tabela 4 Quantidade de estrumes t e de chorumes m n o dilu dos produzidos anualmente pelas diferentes classes de bovinos adaptado de CBPA 2009 ccccsscccssssccecsssceceesseeecsssseceeseseceessececsssseceesseseceesaeeecsesseeeeseeeceeaaes 17 Tabela 5 Composi o m dia dos estrumes e chorumes n o dilu dos produzidos anualmente pelas diferentes classes de bovinos adaptado de CBPA 2009 cccccsccccssssccecssscecsesseeeceessececsseeeceesseeecessseceessesecsesaeeecsesseceesaeseceeaas 17 Tabela 6 Caracteriza o das guas sujas cececessessscecececeesesecesecececseseeeesecececsesseseseeececsesesaeseeeceseeseaaeseeeesceeseaaeaeeeeeees 17 Tabela 7 Caracteriza o das escorr ncias de silagem ccccccccccccesssssscecececeesesseaesececeesesesaeseecescsesesaeseeeesesesnsasaeeeesees 18 Tabela 8 Caracteriza o dos sistemas individuais de DA c cccccccssssssecececeesesssaececececseseeaeseeccscsesesaeseeececeeseaaeaeeeeeees 28 Tabela 9 Caracter sticas dos substratos dos sistemas centralizados de DA erre 29 Tab
9. o por descarga em ETARs pode ser inclu da a proximidade as ETARs como crit rio de escolha do local de implementa o das CDA gt Deve ser equacionada futuramente a utiliza o do calor excedente do processo em instala es industriais e ou edif cios das redondezas sendo necess rio proceder ao seu levantamento e avalia o gt Dever ser verificada a exist ncia de rede g s natural e efectuar uma an lise da viabilidade de injec o do biog s purificado nesta rede gt Deve ser analisada a viabilidade de constru o de CDA com capacidades mais elevadas do que as constru das at agora a qual deve ser realizada por parte de uma equipa de projecto devidamente conhecedora das caracter sticas de constru o civil funcionamento do processo electricidade seguran a log stica etc gt Uma an lise futura mais complexa recai sobre a execu o de uma avalia o de cen rios com a considera o de diferentes n meros de CDA a implementar e consequentes diferentes capacidades associadas v rias localiza es poss veis sua implementa o diferentes combina es das fontes geradoras envolvidas entre outros par metros que se achem pertinentes A an lise deve ser feita em termos econ micos t cnicos ambientais e sociais gt Numa an lise t cnica e econ mica mais avan adas devem ser solicitadas propostas de empresas e pode ser elaborado um modelo de gest o e financiamento Os produtores devem ser
10. Manual Salas de leite e ordenha Arrastamento hidr ulico Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP e Estabula o livre ciprodu o de chorume e Estabula o presa ciprodu o de chorume e Estabula o livre c producao de estrume e Estabula o presa c produ o de estrume a Figura 6 a N mero de explora o por tipo de estabula o adaptado de INE 2011 b Representa o das explora es em estudo Relativamente ao sistema de limpeza das instala es e sua frequ ncia teve se por base os dados da BLPEDM pelo que n o h dados relativos ao concelho de Arouca Predomina a remo o manual dos chorumes estrumes no alojamento dos animais 43 das explora es da BLPEDM sendo 18 efectuada com recurso a p s de tractor e 15 a p s de arrasto Nas salas de leite e de ordenha notoriamente mais utilizado o arrastamento hidr ulico 85 das explora es da BLPEDM O alojamento dos animais limpo diariamente em 78 das instala es as restantes realizam a limpeza semanalmente e as salas de ordenha s o em 99 das explora es sujeitas a limpeza di ria reas menos usadas como a maternidade e a enfermaria s o limpas apenas semanalmente DRAEDM et al 2007 43 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 6 4 Caracteriza o dos
11. Os sistemas com biomassa em suspens o requerem um constante desenvolvimento das bact rias do processo de DA uma vez que as bact rias est o constantemente a ser removidas Nos sistemas com biomassa fixa o facto de as bact rias j estarem no sistema n o havendo necessidade da sua forma o leva obten o de uma maior produ o de biog s Burke 2001 Relativamente configura o dos sistemas s o muitas as alternativas poss veis Em particular os reactores aplicados ao tratamento dos res duos pecu rios podem ser divididos em digestores de lagoa coberta digestores de fluxo pist o reactores perfeitamente agitados digestores anaer bios de contacto e digestores h bridos Burke 2001 Uma vez que o presente estudo aborda somente as CDA ser o descritos em pormenor somente os tipos de digestores usados nestas centrais reactores perfeitamente agitados e de fluxo pist o Karellas et al 2010 5 5 1 Reactores Perfeitamente Agitados Os reactores perfeitamente agitados s o os digestores anaer bios mais comuns para o tratamento de lamas e de res duos industriais Burke 2001 vindo a ser operados h mais de 30 anos principalmente na Alemanha e na It lia Bicudo e Ribeiro 1996b Apresentam um n vel de tecnologia m dio Ocorrem 33 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP sob a forma de um tanque o qual se pode encontrar sob
12. Para as CDA 7 e 8 a receita menor visto se estarem a tratar menores quantidades de res duos e logo se esteja a produzir menos biog s A venda de energia el ctrica proporciona uma importante fonte de receita Tabela 31 Receita da venda de electricidade rede el ctrica nacional Pot ncia el ctrica anual Receita da venda da electricidade a rede MWh ano CDA1 6917 802368 CDA2 6873 797319 CDA3 6811 790077 CDA4 6950 806164 CDAS 6887 798909 CDA6 6508 754983 CDA7 5010 581195 CDA8 5583 647640 Total 51540 5 978 656 75 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 8 3 Balan o Econ mico Efectuou se um balan o econ mico simples aos custos e receitas anuais sem entrar em conta com o investimento inicial Tabela 32 Tabela 32 Balan o econ mico Balan o econ mico 1000 ano CDA1 140 CDA2 128 CDA3 123 CDA4 132 CDAS 145 CDA6 192 CDA7 454 CDA8 485 Total 1798 Verifica se que o saldo negativo havendo um preju zo de cerca de 1 800 000 por ano no total das CDA Nas CDA 7 e 80 preju zo muito superior ao verificado nas restantes centrais Tal deve se ao facto de os custos de transporte dos res duos nestas CDA ser mais elevado devido a um raio de ac o superior em combina o com uma menor receita de venda de biog s visto que se est o a tratar menores quantidades de res duo
13. Santo Tirso Trofa Maia Matosinhos e Oliveira de Azem is compreendendo uma rea aproximada de 158 000 ha DRAEDM et al 2007 excep o de Arouca todos os concelhos em estudo inserem se na BLPEDM As Figuras 4 e 5 ilustram as regi es de Portugal a AMP ao nivel continental a rea em estudo e a BLPEDM 39 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP pr 5 Aai l Lan s Beira p Interior a 1 1100000 Figura 5 BLPEDM fonte DRAEDM et al 2007 6 3 Caracteriza o da Bovinicultura na Area em Estudo A rea em estudo ser caracterizada quanto ao tipo de produ o leite carne efectivo bovino n mero de explora es dimens o m dia das explora es sistema de explora o extensivo ou intensivo tipo de instala o livre presa e com produ o de chorume estrume sistema de limpeza das instala es manual mec nica ou arrastamento hidr ulico e frequ ncia de limpeza das mesmas Na inexist ncia de informa o espec fica para cada concelho acerca de todos os par metros em an lise teve se de recorrer s informa es existentes para as regi es do EDM e BL e para a BLPEDM A Tabela 14 re ne 40 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP toda a caracteriza o da rea em estudo As classifica es apresentadas em termos
14. assim admitida a constru o em terrenos com pelo menos 10 000 m 1 ha 7 3 Produ o de Biog s A produ o de biog s pode ser estimada com base na carga ou na destrui o dos SV presentes nos res duos Cheng 2009 Murphy e Power 2006 Se se tiver por base a carga de SV conhecendo se a taxa de gera o de biog s poss vel determinar a produ o de biog s Os SV s o fun o da MS presente nos res duos A Equa o 6 apresenta a rela o existente entre os par metros descritos 67 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Pg ees Qr esime x MS E x SV x B es 6 com Pg Produ o de biog s Qr Quantidade de res duo B Taxa de gera o de biog s ou produ o espec fica de biog s Os valores dos par metros em an lise aplicados ao chorume produzido nas boviniculturas s o os exibidos pela Tabela 25 Tabela 25 Par metros para o c lculo do potencial de gera o de biog s adaptado de 1 CBPA 2009 2 Tricase e Lombardi 2009 MS 1 SV 2 B 2 kg MS m chorume m biog s kg SV Bovinos 90 68 85 0 20 0 26 Aplicando se a Equa o 6 poss vel calcular a produ o de biog s nas CDA em estudo Tabela 26 Admitiram se valores m dios de SV e B de 76 5 e 0 23 m biog s kg SV respectivamente Calculou se tamb m a energia do biog s admitindo se um p
15. cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 5 4 Sistemas Individuais e Centralizados de Digest o Anaer bia A DA de res duos pecu rios pode se realizar em diferentes escalas as quais podem ser divididas essencialmente em 2 situa es t picas e Sistemas individuais com utiliza o de res duos pecu rios gerados por uma nica explora o e implementados no pr prio local da explora o e Sistemas centralizados ou CDA onde se faz a digest o dos res duos org nicos de uma regi o grandes quantidades de res duos essencialmente provenientes de explora es pecu rias incorporando assim res duos de v rios produtores e podendo tamb m incluir outros res duos na sua maioria res duos industriais e lamas de ETARs co digest o Em geral a complexidade da gest o de um sistema de biog s aumenta com a respectiva escala no que diz respeito a quest es t cnicas de opera o fornecimento adequado de substrato e escoamento de produtos A n vel europeu predomina a implementa o dos sistemas individuais de DA Destaca se o n mero de sistemas individuais de DA implementados na Alemanha acima dos 3000 ver Anexo 8 Neste pa s os benef cios da aplica o de sistemas individuais s o elevados Tal deve se principalmente incorpora o de culturas energ ticas nos res duos alimentados ao digestor o que aumenta a produ o de biog s e ex
16. duos a tratar considerada apenas a recolha de chorume e assumido que este n o alvo de uma dilui o com guas de lavagem considera se que em todas as instala es se procede recolha do chorume admitindo se assim que todo o chorume produzido recolhido n o se considera a recolha e tratamento de co substratos produzidos por explora es pecu rias de outros tipos ind strias ou ETARs ir se admitir que todas as CDA ser o dimensionadas para processar 200 000 m ano de chorume 218 000 t ano 7 1 Transporte dos Residuos entre as Boviniculturas e as Centrais de Digest o Anaer bia O transporte dos chorumes ser efectuado por estrada em tanques de v cuo com trac o proporcionada por cami es Est presente uma grande variabilidade das produ es de chorumes entre as v rias explora es desde cerca de 1 m dia de chorume nas explora es mais pequenas at aproximadamente 30 m dia nas grandes explora es Admitir se que a capacidade dos cami es cisterna de 30 m Para as explora es maiores ser necess rio um cami o cisterna exclusivo enquanto para explora es mais pequenas poss vel que um cami o recolha os res duos de diversas explora es sendo necess rio tra ar o melhor percurso a efectuar Na totalidade das 8 CDA ser necess rio recorrer ao enchimento de 140 cisternas de 30 m por dia Poder ser equacionada uma rede de transportes exclusiva E Admitindo se uma densidade do
17. es em eSTUdO sssini a dTa dias a sda she b SUA neta ETNIA LUSO dda sehadanuusmadedeesslbasuas bee ede cess e a aa dE 43 Figura 7 Localiza o das CDA a CDA1 b CDA2 c CDA3 d CDA4 e CDAS f CDA6 g CDA7 h CDAS 55 Fig ra S Instala es das CDA ws siso a aces sos ia sdceede LET CASES RE adorado a a ATO SS NG ao ad Toda a LER eaa TOSA NES ani ota DES a anda dao 59 viii Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Nota o e Gloss rio Lista de Siglas ADENE Ag ncia para a Energia ALE Alentejo ALG Algarve AMP rea Metropolitana do Porto Bl Beira Interior BL Beira Litoral BLPEDM Bacia Leiteira Primaria do Entre Douro e Minho CBO Car ncia Bioqu mica de Oxig nio ap s 5 dias CBPA C digo de Boas Pr ticas Agr colas CDA Centrais de Digest o Anaer bia CE Comunidade Europeia CN Cabe a Normal DA Digest o Anaer bia DGV Direc o Geral de Veterin ria DL Decreto Lei DRAEDM Direc o Regional de Agricultura do Entre Douro e Minho EDM Entre Douro e Minho ENEAPAI Estrat gia Nacional para os Efluentes Agro Pecu rios e Agro Industriais ETAR Esta o de Tratamento de guas Residuais EUA Estados Unidos da Am rica FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto GEE Gases com Efeito de Estufa INE Instituto Nacional de Estat stica MAOTDR Minist rio do Ambiente do Ordenamento do Territ rio e do
18. o Para tal submetido a uma separa o s lido l quido originando um produto s lido vulgarmente designado por fibra e a um l quido clarificado A sua aplica o dever respeitar crit rios espec ficos em rela o ao tipo de solo cultura poca de espalhamento quantidades a aplicar modo de aplica o entre outros de acordo com a legisla o espec fica e com o CBPA MADRP 1997 24 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 5 2 2 1 Fibra A frac o s lida separada do produto digerido designada por fibra visto que composta predominantemente por material fibroso de digest o lenta tem normalmente um teor reduzido de nutrientes pelo que a sua utiliza o tende a limitar se ao condicionamento de solos A sua aplica o em solo mais f cil e barata do que o produto original para al m de que o odor libertado bastante menos ofensivo ADENE 2003 Uma alternativa poss vel para melhorar o valor da fibra proceder sua compostagem no sentido de obter um produto final mais estabilizado designado de composto org nico Este pode ser comercializado No entanto esta via requer ainda um desenvolvimento significativo do mercado para que a comercializa o possa ser vi vel em grande escala Actualmente qualquer venda de composto s pode ser feita a n vel local pois n o seria econ mica ou ambientalmente vi vel proceder ao r
19. o permitidas aplica es superiores aos valores determinados pelas Portarias respectivas e nas restantes reas agr colas embora de car cter facultativo as quantidades devem ser inferiores a 170 kg de azoto total ha ano e Digest o anaer bia aplicada ao tratamento dos res duos pecu rios O Regulamento CE n 1774 2002 de 3 de Outubro estabelece as regras sanit rias relativas recolha transporte armazenagem manuseamento transforma o e utiliza o ou elimina o dos subprodutos animais n o destinados ao consumo humano e tamb m respeitantes coloca o no mercado de subprodutos animais e de produtos deles derivados O chorume e conte do do aparelho digestivo est o inclu dos nas mat rias de categoria 2 No anexo V cap tulo est o presentes os requisitos gerais aplic veis s unidades de transforma o podendo se destacar a necessidade de exist ncia de um local coberto para a recep o dos res duos de exist ncia de capacidade de produ o de gua quente e vapor suficientes para a transforma o dos res duos de transforma o assim que poss vel ap s a chegada No anexo VIII cap tulo Ill s o definidos os requisitos aplic veis coloca o no mercado de chorume chorume transformado e produtos transformados derivados de chorume Relativamente ao chorume n o transformado s permitido o seu com rcio excep o do chorume proveniente de aves de capoeira ou de equ deos ao qual se a
20. o se obt m assim energia suficiente dispon vel para satisfazer os requisitos de calor Burke 2001 Muitos dos digestores s o aquecidos com recurso a permutadores de calor em espiral Nestes permutadores de calor um lado da espiral alimentado com gua quente e o outro lado da espiral recebe os res duos a tratar Os permutadores de calor em espiral t m sido bem sucedidos na transfer ncia de calor Burke 2001 O facto dos digestores de mistura completa serem aquecidos permite o seu uso em qualquer clima Ogejo et al 2009 Estes digestores s o configurados para processar o tratamento de res duos pecu rios com uma concentra o de s lidos de 2 a 10 Ogejo et al 2009 Operam melhor quando realizada a dilui o dos res duos pecu rios com gua como por exemplo com as guas de lavagem US EPA 2010 O TRH geralmente superior a 15 dias Ogejo et al 2009 Os custos de instala o e de energia associada mistura s o elevados os ltimos especialmente se estiveram presentes areias siltes e materiais flutuantes nos res duos No caso de se operar na gama termof lica de temperaturas a energia gasta para aquecimento acarreta custos adicionais Burke 2001 Em Balsam 2006 considera se que estes digestores s o mesmo os que apresentam os custos de instala o e opera o mais elevados Este sistema geralmente considerado o mais abrangente em rela o ao tipo de res duos pecu rios que capaz de tra
21. para o chorume CBPA 2009 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 6 Cabe as Normais Cabe a Normal CN a unidade padr o de equival ncia usada para comparar e agregar n meros de animais de diferentes esp cies ou categorias tendo em considera o a esp cie animal a idade o peso vivo e a voca o produtiva No DL n 214 2008 referente ao REAP nas explora es pecu rias entrepostos e centros de agrupamento Anexo Il Tabela n 2 encontra se a rela o entre a esp cie e tipo de animal e as CN A Tabela i recria a tabela apresentada no DL com refer ncia somente aos bovinos Tabela i Equival ncias em CN para os bovinos adaptado de DL n 214 2008 Tipo de animal CN Vaca leiteira com gt 600 kg e ou produ o de leite gt 7 000 kg 1 20 Bovino ou vaca aleitante com gt 500 kg Vaca leiteira com lt 7 000 kg Vaca aleitante ra as ligeiras com gt 24 meses e lt 500 kg em peso vivo 0 80 Bovino com 6 a 24 meses bezerro e novilho 0 60 Bovino com lt 6 meses vitelo 0 40 1 00 VI Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 7 Processo de Digest o Anaer bia Metanog nese cido ac tico 64 Hidrog nio 26 E cidos org nicos 29 13 fm gt mm Hidr lise
22. 1999 Sistemas Centralizados na Dinamarca Caracter sticas dos Substratos me 5 5 g do g 2 5 e n of fan o S 5 s E 2 E E of iz E pi o a gt E 5 a 5 gt Ano de constru o 1994 1994 1995 1995 1996 1996 1996 1997 1997 1998 RT digestor 5900 4600 7500 880 6 000 5000 2800 2800 2000 5000 N explora es 17 75 45 7 50 58 14 15 14 35 Reena 7822 29432 18413 17655 13908 58650 9949 20821 8458 8841 m ano Res Sui e anne 17718 45232 103401 841 72567 23703 19055 2120 6350 45550 Res Aves m ano 1138 165 Outros res 1957 15939 88 18 760 7207 E 342 m ano Total E T 27497 91741 121902 18514 87235 89560 29004 23283 14808 54556 8 Outros res 18657 23272 17443 11506 24235 25373 14805 6992 16489 3793 m ano Total res im Jano 46154 115013 139345 30020 111470 114933 43809 30275 31297 58349 E Inclui lamas de ETARs res duos industriais RSU entre outros Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela iv Caracter sticas t cnicas dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 Al Seadi 2000 Escobar e Heikkil 1999 S
23. 200 000 m ano de res duos tratados Chorume Produ o de Energia do Energia Energia Pot ncia afluente biog s biog s el ctrica calor fica el ctrica m d m d GJ d GJ d GJ d kW 548 8677 199 6 69 85 89 81 809 69 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 8 Viabilidade Econ mica N o se efectuou o pedido de propostas de projecto Por um lado seria necess rio o levantamento pr vio das caracter sticas detalhadas dos res duos afluentes assim como a contabiliza o de todas as explora es pecu rias dos concelhos da AMP ou pelo menos daqueles mais representativos Por outro lado na medida em que este estudo um trabalho acad mico dificilmente se obteria uma resposta por parte das empresas H muitos estudos relativos aos sistemas individuais de DA apresentando v rias equa es de c lculo e custos de instala es em implementadas Muitos dividem entre tipo de digestor perfeitamente agitado de fluxo pist o de lagoa anaer bia entre outros Baldwin e tal 2009 USDA 2007 No entanto para as CDA a informa o existente n o t o abundante A avalia o dos custos de investimento e O amp M excluindo os custos de transporte tiveram por base as CDA j implementadas principalmente as da Dinamarca Os custos de transporte foram calculados com base nas dist ncias m dias das CDA s explora es abrangent
24. Anaer bia CDA s o locais onde se procede digest o dos res duos org nicos de uma dada regi o essencialmente provenientes de explora es pecu rias mas havendo a possibilidade de realizar uma co digest o por exemplo com res duos industriais e lamas de Esta es de Tratamento de guas Residuais ETARs As CDA s o muito utilizadas na Dinamarca onde existem 20 unidades deste tipo e a tend ncia para a sua aplica o crescente AEAT 2005 Esta tend ncia deve se sua maior viabilidade econ mica e s dificuldades encontradas pelos produtores na opera o dos sistemas individuais de DA Dur o 2009 Bicudo e Ribeiro 1996b Em Portugal ainda n o foi implementada nenhuma CDA para tratamento dos res duos pecu rios Na rea Metropolitana do Porto AMP verifica se uma actividade bovin cola acentuada centrada particularmente na produ o de leite Os res duos pecu rios provenientes das boviniculturas representam um grave problema havendo necessidade de implementar solu es para a sua correcta gest o Muitas das instala es pecu rias n o est o providas com tanques de armazenamento dos res duos que permitam a sua acumula o pelo tempo necess rio de modo a dar cumprimento s pocas apropriadas para a sua aplica o e quantidades limite de acordo com a legisla o em vigor Neste mbito a Junta Metropolitana do Porto lan ou a concurso um projecto cujo objectivo era encontrar solu es para a gest o dos
25. Caracter sticas t cnicas dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 Sistemas Centralizados na Dinamarca Caracter sticas dos Substratos 9 T o v 2 5 e 5 E 2 29 g E Z R e 2 E E 3 o U z gt te c o g T gt a E u 5 5 Q gt N Ano de constru o 1984 1985 1988 1988 1989 1989 1990 1990 1992 1993 Ba ey digestor 500 800 750 2100 3200 540 4650 6 900 7000 880 N explora es 5 7 6 35 26 2 79 62 80 6 Res Bovi Ran te 7015 13656 6728 11980 11541 5311 91164 45671 51031 10449 m ano Res Suinos 3595 4707 23654 32462 2206 24492 32494 67372 1619 m ano Res Aves m ano 2482 917 Outros Tes E E 86 2019 3 2347 13 130 1075 180 m ano Total RR 10610 13656 11435 35720 48504 7517 118920 91295 119478 12248 7 Outros res 5636 6898 755 13723 9143 2272 43058 37870 36909 6234 m ano Total res fone 16246 20554 12190 49443 57647 9789 161978 129165 156387 18482 7 Inclui lamas de ETARs res duos industriais RSU entre outros Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela iii cont Caracter sticas t cnicas dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen
26. Di rio da Rep blica 12 s rie n 218 de 10 de Novembro Decreto Lei n 225 2007 Minist rio da Economia e da Inova o Di rio da Rep blica 12 s rie n 105 de 31 de Maio Demuynck M Nyns E J and Palz W 1984 Biogas plants in Europe A practical handbook D Reidel Publ Dordrecht Holanda Directiva 96 61 CE do Conselho de 24 de Setembro de 1996 relativa preven o e controlo integrados da polui o Jornal Oficial n L 257 de 10 10 1996 p 0026 0040 DRAEDM Direc o Regional de Agricultura do Entre Douro e Minho IDARN Instituto para o Desenvolvimento Agr rio da Regi o Norte Escola Superior Agr ria do Instituto Polit cnico de Viana do Castelo Universidade do Porto CIBIO 2007 Plano de Ordenamento da Bacia Leiteira Prim ria do Entre Douro e Minho volume Relat rio final Dur o V L C 2009 An lise Comparativa de Sistemas Centralizados e Descentralizados de Valoriza o de Chorumes de Suiniculturas utilizando o Software UMBERTO Disserta o de Mestrado Engenharia do Ambiente perfil de Engenharia Sanit ria Departamento de Ci ncia e Engenharia Ambiente Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa Escobar G J Heikkila M A 1999 Biogas production in farms though anaerobic digestion of cattle and pig manure Case Studies and research activities in Europe elaborado para TEKES OPET Finlandia ETSU Energy Technology Support
27. Novo no mbito do projecto PIGS Projecto Integrado para Gest o de Suiniculturas financiado atrav s do Programa LIFE Ambiente AD Nett The European Anaerobic Digestion Network dados de Abril de 2005 http www adnett org acedido a 24 de Junho de 2011 AEAEE AEA Energy amp Environment 2007 Outline Feasibility of Centralised Anaerobic Digestion Plants linked to Dairy Supply Chain elaborado para Dairy UK Institute of Grassland and Environmental Research e Department for Environmental Food and Rural Affairs AEAT ENV R 2408 ED05338 Final Report Issue 3 AEAT AEA Technology 2005 Assessment of Methane Management and Recovery Options for Livestock Manures and Slurries Relat rio final elaborado para Sustainable Agriculture Strategy Division e Department for Environmental Food and Rural Affairs AEAT ENV R 2104 Al Seadi T 2000 Danish Centralised Biogas Plants Plant Descriptions Bioenergy Department University of Southern Denmark Arati J M 2009 Evaluating the Economic Feasibility of Anaerobic Digestion of Kawangware Market Waste Disserta o de Mestrado Department of Agricultural Economics College of Agriculture Kansas State University Baldwin S Lau A Wang M 2009 Development of a Calculator for the Techno economic Assessment of Anaerobic Digestion Systems Relat rio final elaborado para BC Ministry of Agriculture e Land e BC Life Sciences Balsam J 2006 Anaerobic
28. Tabela 11 Economia dos sistemas centralizados de DA Sistemas Centralizados de DA Custos Na Dinamarca o investimento inicial total foi dos 775 000 at aos 7 4 M dependendo principalmente da capacidade da CDA e da tecnologia usada Verifica se que os principais custos de investimento est o associados constru o da instala o podendo estes ir dos cerca de 530 000 para instala es de menor Investimento z is z dimens o at aos 7 3 M para as instala es com maior capacidade E tamb m inicial da P necess rio considerar os investimentos relativos aos ve culos e em alguns casos aos tanques de armazenamento de lamas nas explora es e no caso de o processo incluir a separa o do produto digerido em fases s unidades de separa o s lido l quido Os investimentos nos ve culos podem ir dos cerca de 50 000 at aos cerca de 500 000 Os custos associados aos tanques de armazenamento de lamas nas 31 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP explora es dependem de v rios factores como o n mero de tanques implementados as suas dimens es entre outros variando dos 50 000 aos 1 7 ME Os custos de unidades de separa o mec nica do produto digerido podem ir de 400 000 a 780 000 De acordo com Nielsen e Hjort Gregersen 2002 e Baldwin et al 2009 verifica
29. Tabela 13 apresenta se o efectivo bovino considerado neste estudo face ao efectivo total de cada concelho assim como o correspondente em termos de n mero de explora es de acordo com os dados da DGV Norte 4 Entende se por tratamento dos dados a cria o a atribui o de coordenados geogr ficas a cada explora o pecu ria determina o do tipo de produ o leite carne e c lculo da produ o de chorume e estrume 5 Os totais de bovinos calculados segundo os dados fornecidos pela DGV Norte embora muito semelhantes diferem ligeiramente dos apresentados pelo INE relativos a 2009 38 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 13 Efectivo e n mero de explora es em estudo face ao efectivo e n mero de explora es total para cada concelho pea Efectivo Efectivo Efectivo N2 Explora es N Explora es Explora es em estudo total em estudo em estudo total em estudo Vila do Conde 37000 38011 97 3 393 585 67 2 P voa do Varzim 16236 17716 91 6 161 341 47 2 Oliveira de Azem is 4726 7292 64 8 85 603 14 1 Trofa 822 7046 11 7 12 264 4 5 Maia 5505 5797 95 0 86 183 47 0 Arouca 5229 6118 85 5 412 857 48 1 Santo Tirso 836 3851 21 7 11 317 3 5 Total 70354 34410 204 5 1160 1105 105 0 Enquanto para os restantes concelhos est se a abordar quase a totalidade dos bovinos para os concelhos da Trofa e Santo Tirso a an lise
30. Tabela viii Caracteriza o detalhada das CDA Localiza o Rates P voa do Freguesias constituintes 4 Estela La ndos Terroso e Rates Varzim CDAL rea total dispon vel 34 2 ha Dist ncia m xima CDA Explora o 6 km CDA1 Numero de explora es abrangidas 94 Chorume afluente m ano 195 324 m ano de 195 324 m ano 100 Localiza o Rio Mau fronteira entre Rio Mau e Touguinh Vila do Conde Freguesias constituintes 8 P voa do Varzim 5 Terroso Amorim Beiriz P voa do Varzim Argivai Vila do Conde 3 Rio Mau Touguinh Touguinha CDA i Area total dispon vel 1 72 ha P voa do Dist ncia m xima CDA Explora o 6 km Varzim e Vila N mero de explora es abrangidas 92 do Conde Chorume afluente m ano 194 095 m ano de 194 095 m ano 100 Localiza o Arcos Vila do Conde CDA2 CDA3 Freguesias constituintes 3 P voa do Varzim 1 Balazar Vila do Conde 2 Outeiro Maior Arcos CDA3 rea total dispon vel 4 5 ha Dist ncia m xima CDA Explora o 4 km N mero de explora es abrangidas 86 Chorume afluente m ano 192 332 m ano de 192 332 m ano 100 Localiza o Bagunte Freguesias constituintes 6 Junqueira Bagunte Macieira da Maia Fornelo Ferreir Parada CDA4 rea total dispon vel 3 6 ha rea favor vel 3 7 ha rea conveniente Dist ncia m xima CDA Explora o 5 km N mero de explora es abrangidas 98 Chorume
31. afluente m ano 196 248 m ano de 196 248 m ano 100 Localiza o rvore Vila do Conde Freguesias constituintes 9 Vila do Conde Azurara Retorta Tougues CDA4 CDAS rvore Mindelo Fajozes Vair o Vila Ch CDA6 CDAS rea total dispon vel 70 6 ha Dist ncia m xima CDA Explora o 5 km N mero de explora es abrangidas 96 Chorume afluente m ano 194 482 m ano de 194 482 m ano 100 Localiza o Modivas CDA6 Freguesias constituintes 10 Gi o Canidelo Malta Modivas Labruge Vilar Guilhabreu Mosteir Aveleda Vilar de Pinheiro XXI Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP rea total dispon vel 1 78 ha rea favor vel 1 64 ha rea conveniente Dist ncia m xima CDA Explora o 5 km N mero de explora es abrangidas 87 Chorume afluente m ano 183 789 m ano de 183 789 m ano 100 Maia Trofa e Santo Tirso CDA7 CDA7 Localiza o Muro Trofa Freguesias constituintes 10 Maia 13 S o Pedro de Avioso Gemunde Santa Maria de Avioso Vila Nova da Telha Moreira Barca Gondim Silva Escura Folgosa S o Pedro Fins Milheir s Gueif es guas Santas Trofa 4 S o Mamede do Coronado Covelas Santiago de Bougado S o Martinho de Bougado Santo Tirso 8 gua Longa Reguenga Guimarei Carreira Refojos de Riba de Ave Monte C rdova Sa
32. and Sustainable Energy Reviews xx 2005 1 18 86 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Regulamento CE n 1774 2002 do Parlamento Europeu e do Conselho de 3 de Outubro que estabelece regras sanit rias relativas aos subprodutos animais n o destinados ao consumo humano Santos P J P 2005 Modelo para An lise da Viabilidade T cnica e Financeira da Co Digest o de Res duos Org nicos em Sistemas Colectivos Aplica o ao Caso de Montemor o Novo Disserta o de Mestrado Bioenergia Grupo de Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa Soares M Castanheira E Costa M L Ribeiro C Pereira C D 2005 A Digest o Anaer bia no tratamento de efluentes de origem bovina viabilidade em explora es da Beira Litoral e Entre Douro e Minho CERNAS Escola Superior Agr ria de Coimbra Tchobanoglous G Theisen H Vigil S 1993 Integrated solid waste management McGraw Hill International Editions Teixeira J 2011 Viabilidade s cio econ mica da implementa o de digestores anaer bios para o tratamento de res duos provenientes das explora es bovinas da Grande rea Metropolitana do Porto Disserta o de Mestrado em Engenharia do Ambiente Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Tricase C Lombardi M 2009 State of the art an
33. chorume de 1090 kg m 57 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Sabe se que a recolha dos chorumes nas boviniculturas realizada diariamente que h necessidade de uma cont nua alimenta o dos res duos ao processo e que aconselhado o seu tratamento o mais depressa poss vel de modo a evitar a sua degrada o pelo que ser admitido que os chorumes produzidos s o transportados para as CDA diariamente Ao fim de semana h a possibilidade de as empresas de transporte n o realizarem a recolha dos res duos e esta pode tamb m n o ser efectuada por todos os produtores Assim sendo equaciona se a realiza o da recolha di ria dos res duos nos 5 dias teis da semana e que ao fim de semana estes n o s o transportados levando a que Segunda feira se receba os res duos de 3 dias As unidades de transporte dever o estar equipadas com bombas de v cuo ou outras para carregamento do efluente na cisterna Dependendo das caracter sticas da bomba as opera es de carga e descarga poder o ser por vezes os passos limitantes de todo o processo de transporte dos res duos ADENE 2003 A Portaria n 631 2009 de 9 de Junho obriga a que todos os ve culos de recolha dos efluentes pecu rios sejam estanques e cobertos necess rio tamb m que os ve culos se mantenham em bom estado de limpeza sendo limpos lavados e desinfectados ap s c
34. consegue resistir um a velocidade m xima do vento de 160 km h Cheng 2009 O volume de armazenamento deve ser analisado e dimensionado de acordo com as taxas de produ o e de utiliza o do biog s tendo em conta as poss veis flutua es A capacidade de armazenamento depende do regime de utiliza o desejado para a convers o do biog s podendo variar entre 1 4 horas para sistemas de utiliza o regular e cont nua do g s at 12 horas para utiliza es preferenciais durante o per odo diurno ADENE 2003 Dur o 2009 No caso de estudo ser prevista uma capacidade de armazenamento de 4 horas admitindo se uma utiliza o do biog s ao longo das 24 horas Admitindo se a recep o de 200 000 m ano de chorume 538 m dia segundo a Equa o 6 sec o 7 3 a produ o di ria de biog s de 8 677 m e ser para essa quantidade e de acordo com as considera es anteriores que o volume do gas metro a implementar ser calculado A Tabela 22 apresenta as dimens es do gas metro 64 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 22 Dimens es do gas metro Gas metro Biog s m dia 8677 Per odo de armazenamento h 4 Volume de armazenamento a 0 Ce 1 atm 1446 Press o no gas metro atm 1 02 Temperatura m xima ambiente C 40 Volume necess rio m 1626 Di metro calculado m 14 6 Di metro admitido
35. de 42 do efectivo bovino e este tamb m se verificou nas regi es da BI 12 A ores 4 e Madeira 3 Deste modo o efectivo bovino total n o se ressentiu Os decr scimos verificados ocorreram principalmente ao n vel das vacas leiteiras levando ao desaparecimento de 22 das vacas e foram particularmente acentuados na BL e no EDM 45 e 19 das vacas leiteiras respectivamente Relativamente as 12 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP explora es verificou se em todas as regi es uma forte diminui o do seu n mero sendo no entanto esta diminui o menos acentuada no ALE e nos A ores INE 2011 No Anexo 3 ilustra se esta varia o do n mero de explora es e cabe as efectivo bovino por regi o e Sistema de explora o O sistema de explora o pode ser classificado em extensivo ou intensivo A produ o pecu ria extensiva desenvolve se em grandes extens es de terra os animais vivem soltos e alimentam se no pasto geralmente n o h a aplica o de grandes recursos tecnol gicos nem de investimentos financeiros e recursos veterin rios importantes Esta pr tica origina uma baixa produ o de leite e ou carne Em contraste a produ o pecu ria intensiva desenvolve se em pequenas reas com recurso ao confinamento dos animais a alimenta o baseada em ra o utilizam se recursos tecnol gicos avan ados
36. de aproximadamente 360 000 m de chorume anuais Maia Oliveira de Azem is e Arouca t m uma produ o anual de chorume aproximada de cerca de 100 000 m Santo Tirso e Trofa t m a produ o mais baixa dado que se est a considerar apenas uma pequena parte das explora es apresentando apenas cerca de 18 000 m ano em cada concelho No total s o produzidos anualmente nos concelhos em estudo cerca de 1 500 000 m de chorume 6 5 N mero e Localiza o das Centrais de Digest o Anaer bia 6 5 1 Obten o das Coordenadas Geogr ficas das Boviniculturas Para a obten o das coordenadas geogr ficas das boviniculturas a partir das moradas facultadas introduziram se estas no Google Earth Surgiram algumas dificuldades problemas e em alguns casos foi necess rio proceder se a algumas considera es Anexo 10 6 5 2 Determina o de reas Inconvenientes Convenientes e Favor veis para a Localiza o das Centrais de Digest o Anaer bia Recorreu se ao software ArcGIS 9 3 Este software um Sistema de Informa o Geogr fica que permite a an lise representa o e compreens o de informa o geogr fica combinando um conjunto de informa es dispostas por layers Os dados necess rios implementa o do problema em an lise foram fornecidos pelo Departamento de Engenharia Civil da FEUP excep o da rede hidrogr fica a qual foi retirada do Instituto Geogr fico do Ex rcito A maioria dos dados fornecidos pert
37. de dois factores e Quantidades de res duos a serem recolhidos e tratados e localiza o das suas origens e Capacidade de tratamento das CDA Ser admitido que todo o chorume produzido nas boviniculturas pass vel de ser recolhido e enviado para tratamento nas CDA A aplica o da fun o Kernel Density descrita anteriormente permite representar a distribui o da densidade de chorume ao longo do territ rio m de chorume por ha associando assim as quantidades de chorume a tratar e a localiza o das suas origens Uma vez que os concelhos de Oliveira de Azem is e Arouca se encontram distantes dos restantes concelhos dist ncia em linha recta entre a extremidade inferior da Maia e a extremidade superior de Arouca de cerca de 18 km ser sempre necess ria a implementa o de pelo menos 2 CDA uma destinada aos concelhos de Oliveira de Azem is e Arouca e outra para os restantes concelhos Aplicou se a fun o Kernel Density a cada conjunto destes concelhos em separado Verifica se que a maior produ o de chorume e n mero de explora es est o presentes nos concelhos de Vila do Conde e P voa do Varzim No total estes 2 concelhos geram 1 157 584 m ano de chorume A Maia Trofa e Santo Tirso produzem em conjunto 145 188 m ano de res duos Oliveira de Azem is e Arouca produzem anualmente um total de 207 593 m de chorume Ao se adoptar uma localiza o para uma CDA no n cleo de maior densidade da fun o Kernel aplicada
38. digest o sistema de purifica o do biog s gas metro sistema de cogera o e queimador de biog s A rea de recep o ser num edif cio fechado com renova o de ar e em depress o de modo a evitar a propaga o de maus odores para a vizinhan a O tanque de recep o ser coberto O processo de DA ocorrer em regime termof lico a uma temperatura de aproximadamente 52 C num total de 4 digestores anaer bios do tipo perfeitamente agitados com mistura e aquecimento O TRH ser de 15 dias A higieniza o do efluente ser executada nos pr prios digestores termof licos Ap s a digest o o efluente segue para 2 tanques de p s digest o providos com cobertura para recolha do biog s O biog s produzido no sistema passar por um sistema de purifica o constitu do por um condensador sedimentador para remo o de gua e part culas e por um biorreactor que permitir a dessulfuriza o do biog s O armazenamento do biog s ter lugar num gas metro de esfera insufl vel de dupla membrana Ser o produzidos calor e electricidade a partir da energia do biog s prevendo se o uso de calor para aquecimento dos digestores e a venda da energia el ctrica rede el ctrica nacional O sistema de cogera o ser composto por grupos motor gerador Ser colocada uma caldeira de apoio a g s natural Na necessidade de se 77 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Bovinic
39. dos Res duos das Boviniculturas da AMP 6 Caso de Estudo Implementa o de Centrais de Digest o Anaer bia na rea Metropolitana do Porto 6 1 Boviniculturas Consideradas no Caso de Estudo Na impossibilidade inviabilidade de se abordarem todos os concelhos da AMP total de 16 concelhos designadamente Arouca Espinho Gondomar Maia Matosinhos Oliveira de Azem is Porto P voa de Varzim Santa Maria da Feira Santo Tirso S o Jo o da Madeira Trofa Vale de Cambra Valongo Vila do Conde e Vila Nova de Gaia de acordo com a Lei n 46 2008 de 27 de Agosto devido quer a limita es temporais quer pouca representatividade dos res duos pecu rios produzidos em alguns dos concelhos optou se por utilizar os concelhos que alocam o maior n mero de bovinos A Tabela 12 apresenta o n mero de efectivos e o n mero de explora es para todos os concelhos da AMP levantados no mbito do Recenseamento Agricola de 2009 efectuado pelo Instituto Nacional de Estat stica INE INE 2009c Tabela 12 N mero de efectivos e explora es de bovinos nos concelhos da AMP em 2009 adaptado de INE 2009c Concelho Matosinhos N Efectivos Efectivos N Explora es Explora es 4751 4 8 143 4 1 Santo Tirso 3565 3 6 246 7 0 Santa Maria da Feira 2460 25 211 6 0 Valongo 1694 1 7 73 2 1 Vale de Cambra 1374 1 4 421 12 0 Gondomar 1107 1 1 84 2 4 Vila Nova de Gaia 716 0 7 94 2 7 Espinh
40. dos animais palhas e ou fenos Bicudo e Ribeiro 1996a MADRP 1997 Por sua vez os estrumes definem se como sendo uma mistura de fezes urina e quantidades significativas de material usado nas camas dos animais Bicudo e Ribeiro 1996a A Tabela 3 caracteriza os chorumes e estrumes quanto s quantidades geradas composi o utiliza o e potencial de polui o Tabela 3 Caracteriza o dos chorumes e estrumes Chorumes e Estrumes As quantidades de chorumes e estrumes produzidos anualmente nas explora es por unidade animal dependem sobretudo das caracter sticas dos animais e dos sistemas de explora o MADRP 1997 Na Tabela 4 apresentam se as quantidades de estrume em t e de chorume em m produzidas pelas v rias classes de bovinos Os Quantidades valores s o referentes a uma produ o m dia relativamente ao sistema de explora o extensivo ou intensivo No Anexo 5 apresentam se as considera es referentes aos valores apresentados Destaca se o facto de se estarem a considerar quantidades de chorume correspondentes a chorume n o dilu do isto exclusivamente aos dejectos totais excluindo a adi o de guas de lavagem ou pluviais Os chorumes e estrumes apresentam uma elevada carga org nica e s o ricos em Composi o nutrientes principalmente em azoto N f sforo P e pot ssio K o que lhes confere boas caracter sticas para serem utilizados como correctivos ou fertilizantes org ni
41. e logo s o necess rios investimentos financeiros consider veis e recorre se a recursos veterin rios avan ados Nesta pr tica s o alcan ados elevados ndices de produtividade Uma an lise presen a aus ncia de estabula o isto o sistema em que os animais est o confinados a um determinado espa o f sico instala o de forma permanente ou tempor ria permite avaliar a utiliza o de sistemas extensivos ou intensivos na medida em que os sistemas intensivos se caracterizam por apresentar os animais confinados isto estabulados A estabula o de bovinos mais expressiva no EDM onde 80 do efectivo bovino se encontra estabulado o correspondente a 22 das explora es e na BL onde 76 dos bovinos se encontra estabulado o equivalente a 19 das explora es Sendo assim estas duas regi es s o as que concentram os sistemas mais intensivos de produ o de bovinos Pelo contr rio a express o da estabula o minima na BI ALE ALG A ores e Madeira pelo que se pratica a utiliza o quase exclusiva de sistemas extensivos nestas regi es INE 2011 e Tipo de instala o Relativamente ao tipo de instala o a estabula o dos bovinos pode ser presa se os animais tiverem os movimentos muito condicionados encontrando se permanentemente restringidos a um espa o f sico individual ou livre quando os animais podem circular na instala o pela rea a eles destinada n o se encontrando confinados a
42. e cabe as efectivo bovino por regi o fonte INE 2011 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 4 N mero de explora es por tipo de estabula o d o TT ura E Soe gt A P cA A de ae tes Pd e Estabula o livre ciprodu o de chorume e Estabula o presa ciprodu o de chorume e Estabula o livre c produ o de estrume e Estabula o presa c produ o de estrume Figura v N mero de explora es por tipo de estabula o de bovinos em 2009 fonte INE 2011 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 5 Considera es tidas na caracteriza o dos chorumes e estrumes quanto s quantidades e composi o m dia A Tabela 4 referente s quantidades de chorume e estrume apresenta as seguintes considera es As quantidades de chorume referidas correspondem a chorume n o dilu do isto exclusivamente aos dejectos totais excluindo a adi o de guas de lavagens ou pluviais para al m das caracter sticas dos animais e do sistema de explora o a produ o de estrume ou de chorume depende do sistema de estabula o e assim se o sistema de estabula o previr a produ o conjunta de estrumes e chorumes devem ser atribu das percentagens a cada um destes res duos para as vacas leiteiras os valores s o report
43. e em alguns casos foi detect vel a partir da imagem a rea a localiza o da explora o Surgiu o aparecimento de n meros oficiais de explora o repetidos associados a diferentes n meros de bovinos Uma vez que h a possibilidade de o mesmo n mero oficial de explora o estar registado em mais do que um nome podendo ser esse o motivo da sua repeti o e por outro lado no caso de um s n mero de efectivos ser o correcto n o se saber qual procedeu se soma do n mero de animais Em alguns casos a mesma morada encontrava se associada a diferentes n meros oficiais de explora o Tal situa o perfeitamente poss vel visto que as mesmas instala es ou instala es cont guas podem comportar diferentes n meros de explora o Em algumas situa es tinha se a morada das explora es mas n o existiam dados da DGV Norte pelo que o mais certo que as explora es tenham encerrado tendo se exclu do estas Noutros casos existiam dados da DGV Norte mas n o se possu a a morada pelo que tamb m estas explora es foram exclu das do estudo Outras situa es surgiram como identifica o apenas de rua em vez de travessa e vice versa uma ou outra moradas correspondem a zonas urbanas exclusivamente com moradias pelo que o mais certo que a morada fornecida corresponda n o morada da explora o pecu rias mas sim resid ncia do produtor tendo se exclu do estas ex
44. e o P no solo que podem conduzir a problemas de fitotoxicidade para as culturas colocar em perigo a sa de dos animais e ou a eutrofiza o das guas doces superficiais atrav s da eros o dos solos a absor o de N em quantidades excessivas pelas plantas prejudicando a qualidade de certas culturas e a liberta o de maus cheiros Bicudo e Ribeiro 1996a Os microrganismos presentes nos chorumes e estrumes podem ser patog nicos Bicudo e Ribeiro 1996a 16 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 4 Quantidade de estrumes t e de chorumes m n o dilu dos produzidos anualmente pelas diferentes classes de bovinos adaptado de CBPA 2009 Efluente pecu rio tou m animal ano ae Estrume t 21 0 Vaca leiteira 3 Chorume m 23 0 Estrume t 14 0 Vaca aleitante 3 Chorume m 15 5 Estrume t 7 0 Bovino de recria 6 a 24 meses Chorume m 8 0 J Estrume t 6 8 Bovino de engorda intensiva 3 Chorume m 7 5 Tabela 5 Composi o m dia dos estrumes e chorumes n o dilu dos produzidos anualmente pelas diferentes classes de bovinos adaptado de CBPA 2009 Efluente pecu rio MS MO JN Naisp P20 KO Estrume kg t 210 175 5 3 1 3 25 2 2 10 8 Chorume kg m 90 70 4 3 2 2 3 0 1 8 8 0 Estrume kg t 210 175 5 3 1 3 25 2 2 10 8 Chorume kg m 90 70 4 3 2 2 3 0 1 8 8 0 Estrume kg t 210 17
45. e tamb m cuidados espec ficos e rigorosos a tomar S o v rias as op es para a gest o dos res duos pecu rios com vista melhoraria das suas caracter sticas de armazenamento e transporte redu o do seu potencial poluente e ou valoriza o nomeadamente a separa o mec nica arejamento dos efluentes l quidos compostagem digest o anaer bia DA evapora o e secagem tratamento t rmico aplica o de aditivos para redu o de odores entre outros Portaria n 631 2009 De entre as diversas alternativas para a gest o dos res duos pecu rios a DA surge como uma alternativa particularmente interessante Os processos anaer bios possibilitam a valoriza o energ tica dos res duos org nicos na medida em que levam produ o de biog s o qual pode ser utilizado como fonte de energia evitando custos ambientais associados s fontes de energia f ssil A energia do biog s geralmente utilizada na produ o combinada de calor e electricidade cogera o ou na produ o singular de calor ou electricidade O calor pode ser usado no aquecimento do pr prio processo de digest o e ou no aquecimento de ind strias habita es pr ximas A electricidade pode ser usada na pr pria instala o e ou ser vendida rede A DA possibilita tamb m a valoriza o reciclagem dos Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP nutrientes contidos
46. fins agr colas existe um regulamento que estabelece as condi es de higieniza o que devem ser aplicadas aos res duos de forma a permitir a sua reutiliza o agr cola Neste regulamento combinam se determinados tempos de reten o garantida e respectivas temperaturas que permitem igualar o grau de higieniza o obtido pela aplica o de 70 C durante 1 hora Anexo 14 A higieniza o pode ocorrer nos pr prios digestores termof licos ou num tanque em separado quer antes quer depois da digest o do produto Ser admitido que esta ir ocorrer nos digestores De acordo com a temperatura de opera o dos digestores admitida 52 C a legisla o dinamarquesa estabelece um tempo m nimo de perman ncia garantida de 10 horas e define tamb m que a digest o termof lica tenha um TRH de pelo menos 7 dias o qual cumprido e ultrapassado 7 2 4 Tanques de P s digest o Depois de digerido e higienizado o efluente dever seguir para os tanques de p s digest o onde permanece at ser transportado para os locais de armazenamento Esses tanques semelhan a do tanque de recep o s o tamb m geralmente constru dos em bet o ou a o e ser o dimensionados para armazenarem o equivalente a 15 dias de admiss o de efluente ADENE 2003 Ter o uma cobertura que permite a recolha e eventual armazenamento de parte do biog s remanescente Mais de 10 do biog s produzido pode provir desta via o que representa uma mais valia significa
47. fornecidos os dados das maiores explora es pelo que a dimens o m dia destas elevada Para a Trofa foram fornecidos dados quer de grandes quer de m dias explora es tendo se no conjunto explora es de dimens o m dia As explora es de Vila do Conde P voa do Varzim Trofa Maia e Santo Tirso concelhos todos pertencentes regi o do EDM apresentam um sistema de explora o maioritariamente intensivo J nas explora es de Oliveira de Azem is e Arouca englobadas na BL verifica se um regime de explora o extensivo claramente predominante a presen a de instala es com estabula o livre e com produ o de chorume A Figura 6 faz uma representa o do n mero de explora es por tipo de explora o na rea em estudo em contraste com as explora es em estudo Em Arouca apesar de se verificar para al m da estabula o livre com produ o de chorume uma presen a significativa da estabula o livre com produ o de estrume de acordo com a localiza o das explora es efectuada verificou se a grande maioria das boviniculturas se localiza na zona com estabula o livre com produ o de chorume Em Oliveira de Azem is verifica se uma distribui o entre estabula o livre com produ o de estrume ou chorume e estabula o presa com produ o de chorume no entanto vis vel que as explora es em estudo concentram se na zona onde a estabula o livre com produ o de chorume dominante Alguns e
48. grandes dimens es 138 e 66 cabe as por explora o respectivamente Em contraste na Madeira prevalecem as pequenas explora es 5 cabe as explora o As regi es do EDM e BL apesar de apresentarem os maiores n meros de explora es de bovinos a n vel nacional apresentam explora es de pequena dimens o dimens o m dia de 13 e 11 cabe as explora o respectivamente No Anexo 2 apresentam se diagramas do efectivo bovino n mero de explora es e dimens o m dia das explora es por regi o e Tend ncia de desenvolvimento As estat sticas nacionais indicam que o n mero de bovinos tem se mantido constante enquanto o n mero de boviniculturas tem diminu do consideravelmente principalmente as dedicadas produ o de leite Embora muitas explora es tenham desaparecido a sua dimens o tem aumentado e t m sido implementados equipamentos tecnol gicos mais avan ados Mesmo com o encerramento de uma grande parte das explora es de leite a produ o de leite n o foi afectada resultado do aumento de produtividade do sector em grande parte devido ao investimento em tecnologia e ao melhoramento gen tico do efectivo leiteiro INE 2011 Contemplando os dados estat sticos entre 1999 e 2009 o efectivo bovino sofreu mesmo um ligeiro acr scimo de 1 enquanto o n mero de boviniculturas diminuiu em 51 Embora o efectivo bovino apresente uma redu o em quase todas as regi es no ALE registou se um aumento
49. lugares individuais INE 2011 Pode ser tamb m classificada relativamente ao tipo de res duo produzido em estabula o com produ o predominantemente de estrume na qual o pavimento se encontra coberto por material de cama palha serradura aparas de madeira ou outros misturado com fezes e urina dos animais e estabula o com produ o predominante de chorume onde 13 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP se produzem efluentes pecu rios de consist ncia fluida a pastosa necessitando de estruturas de armazenamento capazes de conter as escorr ncias tanques ou lagoas INE 2011 Analisando a combina o da estabula o livre presa com a estabula o com produ o de chorume estrume verifica se que na regi o do EDM predominante a estabula o livre com produ o de chorume 55 dos bovinos estabulados seguindo se a estabula o livre com produ o de estrume 19 do efectivo predomin ncia de estabula o livre Na BL coexistem tr s tipos de estabula o estabula o livre com produ o de estrume 41 do efectivo estabula o presa com produ o de estrume 31 do efectivo e estabula o livre com produ o de chorume 22 do efectivo Nas restantes regi es a estabula o livre com produ o de estrume claramente dominante INE 2011 O estudo levado a cabo pela DRAEDM et al 2007 confirma que a estabul
50. m 14 9 rea transversal admitida m 167 Volume admitido m 1732 7 2 7 Sistema de Cogera o A energia do biog s ser convertida em calor e electricidade recorrendo se para tal a motor geradores Utilizar se um equipamento originalmente utilizado com g s natural pelo que ter se a disponibilidade uma ampla gama de pot ncias A efici ncia de convers o do biog s em energia el ctrica relativamente limitada Dependendo da sua pot ncia os grupos motor gerador t m efici ncias de convers o de energia el ctrica que variam dos 25 a 40 relativamente energia inicialmente presente no biog s ADENE 2003 De acordo com Cheng 2009 e Fujino et al 2005 a efici ncia de convers o de energia el ctrica normalmente de 25 AEAEE 2007 AEAT 2005 e ADENE 2003 apresentam um valor de 35 Optou se por considerar um valor de 35 para a convers o da energia el ctrica Admitir se que toda a energia el ctrica produzida ser vendida rede Durante o processo o calor libertado para as fases l quida e gasosa gua de arrefecimento do motor 12 a 18 leo de lubrifica o 5 a 10 gases de exaust o 25 a 35 para al m do que perdido por radia o e convec o 10 a 25 Parte desta energia t rmica pode ser recuperada atrav s da utiliza o de permutadores para os circuitos de arrefecimento do motor do leo de lubrifica o e dos gases de escape Santos 2005 Segundo Fujino et al 200
51. nos res duos uma vez que culmina na produ o de um produto digerido que pode ser facilmente utilizado como fertilizante condicionante agr cola quer directamente por espalhamento no solo quer ap s separa o mec nica de fases a qual d origem a um produto s lido vulgarmente designado por fibra e a um l quido clarificado A fibra pode ser sujeita a compostagem obtendo se um produto estabilizado composto org nico que pode ser comercializado Na Europa predomina a utiliza o de sistemas individuais de DA no tratamento dos res duos pecu rios ou seja sistemas que se destinam ao tratamento dos res duos gerados por uma nica unidade produtora e se localizam no pr prio lugar de produ o A Alemanha o pa s com maior aplica o destes sistemas apresentando mais de 3 000 unidades A sua aplica o tamb m elevada na ustria Portugal Su a It lia e Dinamarca Birkmose et al 2007 AD Nett 2005 AEAT 2005 Gomez e Guest 2004 Em Portugal existiam em 2005 cerca de 100 sistemas individuais de DA dos quais 71 se destinavam ao tratamento de res duos de suiniculturas 8 de res duos provenientes de aviculturas e 5 de boviniculturas AD Nett 2005 Berardino 2009 Uma percentagem alta destes sistemas recorre utiliza o de digestores anaer bios r sticos e de opera o simples a operarem a cerca de 20 C Bicudo e Ribeiro 1996b Os sistemas centralizados de DA tamb m designados por Centrais de Digest o
52. questionados quanto aceita o do tratamento dos res duos e poss vel pagamento a efectuar nesse sentido 80 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP e Todo o presente estudo deve ter em considera o que a tend ncia actual para a diminui o crescente do n mero de bovinos na AMP embora cada vez as explora es sejam de maiores dimens es pelo que toda a an lise deve ser tomada com as devidas precau es 9 3 Aprecia o final Considera se o trabalho desenvolvido de muita import ncia na medida em que fornece um importante contributo na busca por uma solu o de tratamento dos res duos pecu rios da AMP permitindo mitigar a polui o ambiental associada ao destino final que lhes dado actualmente Uma vez que se trata de um projecto muito ambicioso e com uma grande quantidade de abordagens poss veis ficou a pena da impossibilidade de realiza o de um estudo mais complexo no mbito de uma tese de mestrado Espera se sinceramente que este trabalho tenha continuidade no futuro 81 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Refer ncias ADENE Ag ncia de Energia 2003 Estudo de viabilidade do tratamento centralizado de res duos agro pecu rios no Concelho de Montemor o Novo Relat rio final elaborado para a C mara Municipal de Montemor o
53. res duos pecu rios da AMP A empresa Ecoinside em coopera o com a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FEUP mostraram interesse nesse assunto e assim surgiu esta tese de mestrado Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP O presente projecto tem por objectivos principais a avalia o das viabilidades t cnica e econ mica do tratamento dos res duos pecu rios provenientes das boviniculturas da AMP com recurso implementa o de CDA Foi inicialmente proposta a an lise dos concelhos de Vila do Conde P voa do Varzim Maia Trofa e Arouca mas acabou se por ir mais longe e incluir tamb m os concelhos de Oliveira de Azem is e Santo Tirso excep o de Santo Tirso os restantes seis concelhos referidos s o aqueles que apresentam maior efectivo bovino compreendendo 84 do efectivo bovino total da AMP juntamente com Santo Tirso tem se 87 do efectivo bovino total INE 2009c Na an lise viabilidade t cnica pretende se obter uma descri o das principais unidades do processo de DA relacionadas com a digest o dos res duos e gest o do biog s rea de recep o e descarga tanque de recep o digestores anaer bios tanques de p s digest o sistema de purifica o do biog s gas metro sistema de co gera o e queimador de biog s Ser tamb m abordado o transporte dos res duos desde as boviniculturas at s CD
54. revis o Regime do Exerc cio da Actividade Pecu ria Minist rio da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas Cervi R G Esperancini M S T Bueno O C 2010 Viabilidade Econ mica da Utiliza o do Biog s produzido em Granja Suin cola para Gera o de Energia El ctrica Eng Agric Jaboticabal v 30 n 5 p 831 844 set out 2010 Chavez Vazquez M Bagley D M 2002 Evaluation of the Performance of Different Anaerobic Digestion Technologies for Solid Waste Treatment Department of Civil Engineering University of Toronto Cheng C Y 2009 Tratamento Biol gico de Lamas documento de texto e documento Excel Anexo 5 2 1 apontamentos da disciplina Tecnologias e Sistemas de Tratamento de guas Mestrado em Engenharia do Ambiente Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto vers o 2008 1 ltima actualiza o 24 11 2009 Chibante V G Ferraz M C A 2009 Diapositivos da disciplina de Gest o e Controlo de Emiss es Gasosas Departamento de Engenharia Qu mica Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Cordebella A 2006 Viabilidade do uso do biog s da bovinicultura e suinicultura para gera o de energia el ctrica e irriga o em propriedades rurais Disserta o de Mestrado Engenharia de Sistemas Agroindustriais Universidade Estadual do Oeste do Paran Brasil Cordebella A Souza S N M Souza J K
55. s por unidade de volume tratado Admiss o de produ o de chorume n o dilu do devido inexist ncia de dados sobre a mistura deste efluente com guas sujas o que uma grande limita o na medida em que a adi o destas guas leva sua dilui o do chorume alterando as suas caracter sticas e aumentando os volumes de res duos a tratar Envio para tratamento de todo o chorume produzido visto que n o h informa o das perdas e eventuais impossibilidades da sua recolha nas explora es Determina o n o rigorosa das boviniculturas destinadas produ o de leite ou de carne gt Um importante trabalho futuro ser o levantamento de informa o pormenorizada relativa aos aspectos descritos anteriormente e Uma outra grande limita o do presente trabalho reside no facto de n o se ter considerado a incorpora o quer de res duos de outras actividades pecu rias nomeadamente da suinicultura e da avicultura quer de co substratos como o caso de res duos da ind stria alimentar e lamas provenientes de ETARs Considerando apenas o uso dos chorumes as CDA desviar se o do seu conceito e funcionar o na pr tica como uma ETAR convencional O uso de co substratos poderia ser muito interessante principalmente do ponto de vista econ mico uma vez que a incorpora o de outros res duos para al m dos res duos das boviniculturas traz benef cios acrescidos ao projecto defendendo se em alguns casos que
56. temperatura constatado nos digestores implementados na Dinamarca H que ter em considera o as vantagens e desvantagens destas duas gamas de temperatura j discutidas anteriormente A configura o dos sistemas utilizados vari vel dependendo de diversos factores nomeadamente caracter sticas e quantidades dos substratos dispon veis clima da regi o dist ncias de transporte necessidades de energia calor da regi o valor de mercado da energia el ctrica necessidades de fertiliza o da regi o e aceita o de um composto org nico no mercado entre outros Verifica se que predomina a exist ncia de CDA com as seguintes unidades tanque de recep o gt Digestor es anaer bio s gt Tanque de higieniza o gt Tanque de armazenamento do produto digerido gt Sistema de purifica o do biog s gt Configura o Gas metro gt Caldeira a g s gt Instala o de cogera o dos sistemas Os digestores mais usados nas CDA s o reactores perfeitamente agitados ou reactores de fluxo pist o Karellas et al 2010 Os digestores implementados na Dinamarca apresentam diferentes capacidades volumes variando desde os 750 m at aos 7 500 m muito frequente a utiliza o de v rios digestores acoplados Uma vez que se est a lidar com grandes quantidades de res duos deve ser equacionada a separa o s lido l quido do produto digerido e a posterior compostagem da frac o s lida com coloca o no me
57. 09 9 8 Blahgj 30275 8 0 18 Custos de O amp M 16 14 12 y 1284 4x 9472 R 0 8557 10 0 Custos de O amp M unit rios ano m O N A Q o 0 50000 100000 150000 200000 Capacidade de tratamento m ano Figura x Representa o gr fica da fun o para o c lculo do investimento inicial XXV Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 17 Custos de Transporte Tabela xii Custos de transporte para a CDA1 Total Dist ncia CDA Bovinicultura km 1 2 3 4 5 6 N mero de boviniculturas 13 20 36 9 6 10 94 Total de chorume m ano 32249 46410 75697 14556 11291 15121 195324 Custo de transporte ano 7740 22277 54502 13974 13549 21774 133816 Tabela xiii Custos de transporte para a CDA2 Total Dist ncia CDA Bovinicultura km 1 2 3 4 5 6 N mero de boviniculturas 10 35 29 12 5 1 92 Total de chorume m ano 25678 81478 58452 20792 6874 821 194095 Custo de transporte ano 6163 39109 42085 19960 8249 1182 116749 Tabela xiv Custos de transporte para a CDA3 Total Distancia CDA Bovinicultura km 1 2 3 4 Numero de boviniculturas 16 39 25 6 86 Total de chorume m ano 36542 78465 67254 10071 192332 Custo de transporte ano 8770 37663 48423 9668 104524 Tabela xv Custos de transporte para a CDA4 Total Distancia CDA Bovinicultura km 1 2 3 4 5 Numero de bovinic
58. 1996 1996 1997 a digestor 2 900 4 600 7 500 880 6 000 5000 2 800 2 800 N de explora es 17 75 45 7 50 58 14 15 Custos de O amp M 307 565 1170 252 1653 549 429 243 1000 ano Receitas 572 899 920 476 2 099 1059 721 491 1000 ano Balan o econ mico 265 334 250 224 446 510 292 248 1000 ano Valor das receitas no ponto de equil brio 1000 ano 201 241 469 201 858 402 382 255 E Categoria Aceit vel Seis Insatisfat rio Sob press o Insatisfat rio Aceit vel Insatisfat rio Sob press o 18 N o existem valores para as centrais Sinding rre Vaarst Fjellerad e Nysted XVII Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 10 Dificuldades considera es na obten o das coordenadas geogr ficas das explora es pecu rias Algumas moradas foram fornecidas sem n mero da porta pelo que embora tenham sido marcadas na rua correcta foram alvo de uma pequena aproxima o Em algumas situa es a localiza o da explora o era percept vel atrav s da imagem a rea do Google Earth O Google Earth n o reconheceu em alguns casos o n mero da porta n o existindo para as ruas em quest o n meros da porta atribu dos Recorreu se ao Google Maps e ao Bing Maps de modo a verificar se algum deles reconhecia o n mero da porta mas em todos os casos n o se obteve sucesso Mais uma vez procedeu se a uma aproxima o
59. 2 de Mar o de 2011 excep o dos relativos a Santo Tirso os quais foram recolhidos a 23 de Maio de 2011 As moradas das explora es foram fornecidas pelas Cooperativas Agr colas de cada concelho com pedido de garantia de confidencialidade pelo que ser o mantidas em total sigilo Foram muitas as dificuldades encontradas na obten o das moradas das explora es n o tendo sido fornecidas as moradas de todas as explora es para todos os concelhos Inicialmente admitiu se incluir no estudo 95 do efectivo bovino total de cada concelho compreendido nas explora es de maior dimens o de modo a excluir as explora es de muito pequena dimens o nas quais dificilmente vi vel a integra o dos seus res duos pecu rios numa CDA No entanto ficou se limitado s moradas fornecidas pelas Cooperativas pelo que nem para todos os concelhos foi poss vel incorporar 95 do efectivo Em particular para o concelho de Arouca uma vez que as explora es regra geral s o de muito pequena dimens o existindo uma grande quantidade de explora es com 1 e 2 animais optou se por incluir as explora es com 3 ou mais bovinos o que corresponde a 85 5 do efectivo bovino do concelho Para o concelho de Vila do Conde tamb m foi necess rio adoptar outro crit rio devido ao elevado n mero de explora es presente tendo se contabilizado as explora es com 10 ou mais animais o correspondente a 97 3 do efectivo bovino total De seguida
60. 250 000 t ano Estes valores dizem respeito somente opera o e manuten o da instala o Tendo em conta todos os valores apresentados anteriormente poss vel estabelecer um intervalo dentro do qual os custos de O amp M se podem incluir Assim sendo os custos de O amp M no presente caso de estudo podem ser de cerca de 300 000 950 000 ano para cada CDA em particular e de aproximadamente 2 400 000 7 600 000 ano para o conjunto das 8 CDA propostas A diferen a entre os valores m nimos e m ximos muito elevada Toda a an lise est limitada aos par metros contemplados na avalia o destes custos os quais nem sempre est o claramente definidos Para efeitos de c lculo ser o considerados custos de O amp M de 808 000 ano para cada central num total de 6 467 000 ano valores obtidos tendo em conta as CDA dinamarquesas Podem se discriminar os custos tidos com pessoal De acordo com ADENE 2003 CDA com capacidade id ntica s analisadas necessitam de um engenheiro respons vel 1 500 m s 2 t cnicos 1 000 m s 1 administrador 700 m s e 2 operadores 600 m s com um custo total de 94 500 ano 8 1 2 1 Custos de Transporte dos Res duos Os custos de transporte dos res duos pecu rios entre as explora es e as CDA s o um aspecto fundamental a ter em considera o na implementa o das CDA havendo necessidade de optimizar o sistema de recolha dos res duos e assim minimiz
61. 37218 66218 106448 30650 2369 324093 XXVII
62. 42 Studsg rd 111470 56 Bl bjerg 114933 41 Snertinge 43809 57 Blahgj 30275 73 Vaarst Fjellerad 31297 133 Nysted 58349 73 180 Investimento inicial 160 PN 140 120 100 y 10692x 0 48 80 R 0 8052 60 40 20 Investimento inicial unit rio m 0 50000 100000 150000 200000 Capacidade de tratamento m ano Figura ix Representa o gr fica da fun o para o c lculo do investimento inicial XXIV Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 16 Determina o dos custos de O amp M Ajustou se uma fun o potencial aos pontos apresentados na Tabela xi Foi necess rio eliminar alguns as 2 g m pontos os que est o a cinzento de modo a se obter um R elevado com a inser o de todos os pontos tem se um R 0 2521 um valor muito baixo Obteve se a fun o representada na Figura x Tabela xi Capacidade de tratamento versus custos de O amp M unit rios nas CDA implementadas na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 CDA Capacidade de tratamento m ano Custos de O amp M unit rios ano m V Hjermitslev 16246 17 1 Vegger 20554 16 0 Davinde 12190 4 0 Fangel 57647 6 0 Revninge 9789 16 8 Ribe 161978 4 7 Lintrup 129165 5 6 Lemvig 156387 5 6 Hodsager 18482 11 0 Hashgj 46154 6 7 Thors 115013 4 9 rhus 139345 8 4 Filskov 30020 8 4 Studsg rd 111470 14 8 Bl bjerg 114933 4 8 Snertinge 438
63. 5 a efici ncia de convers o do biog s em calor de 45 AEAEE 2007 e AEAT 2005 consideram um valor de 50 Neste estudo optar se por um valor de 45 Admitir se que 50 do calor produzido ser usado na CDA para aquecimento dos digestores Futuramente o calor restante poder ser usado no aquecimento de edif cios ind strias pr ximos ap s se realizar o levantamento dos mesmos Tal como j foi visto ser colocada uma caldeira a operar a g s natural que preveja a gera o singular de calor de modo a proporcionar energia t rmica ao processo no caso de falha dos grupos motor gerador e tamb m na fase arranque do processo 65 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 7 2 8 Queimador de Biog s necess ria a exist ncia de um queimador para eventual impossibilidade de aproveitamento do biog s ou quantidade excedente Uma vez que um dispositivo de seguran a o seu funcionamento de emerg ncia deve ser totalmente autom tico constitu do por 2 partes principais o controlador e o queimador elevado Cheng 2009 O controlador mediante circuitos electr nicos e um tubo de Venturi regulariza os caudais de biog s e ar e acende a chama piloto que deve ser mantida de forma permanente e est vel O dispositivo tamb m pode detectar as situa es anormais e emitir sinais de alarme Deve ficar a uma dist ncia de seguran a do qu
64. 5 5 3 1 3 2 5 2 2 10 8 Chorume kg m 90 70 4 3 2 2 3 0 1 8 8 0 Estrume kg t 210 155 54 13 25 23 89 Chorume kg m 90 65 43 2 2 3 0 1 7 5 2 Vaca leiteira Vaca aleitante Bovino de recria 6 a 24 meses Bovino de engorda intensiva 4 3 2 guas Sujas As guas sujas resultam das opera es de lavagem dos pavilh es das salas de ordenha e reas adjacentes e da mistura das guas das chuvas com os dejectos nos parques descobertos Incorporam assim restos de leite desinfectantes e detergentes fezes urina e restos de ra o Bicudo e Ribeiro 1996a A Tabela 6 caracteriza as guas sujas quanto s quantidades geradas composi o utiliza o e potencial de polui o Tabela 6 Caracteriza o das guas sujas guas Sujas A quantidade de guas sujas gerada fortemente afectada pelo tipo de lavagem das a instala es e poca do ano n vel de precipita o MADRP 1997 Quantidades No CBPA MADRP 1997 apresenta se um valor de 7 m CN ano para a gua de limpeza do est bulo e de tratamento dos animais Este valor devido s varia es a 2 No Anexo 6 apresentada a correspond ncia entre Cabe as Normais CN e o n mero de animais 17 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP que est sujeito deve ser tomado com as devidas reservas Segundo Pereira 2005 os bovinos de leite requere
65. 984 e 1998 Caracter sticas T cnicas Ke e gt g oo E 2 me e a oS Sm e E 5 E 3 2 E E E of El gt Ano de constru o 1994 1994 1995 1995 1996 1996 1996 1997 1997 1998 a ep 46154 115013 139 345 30020 111470 114933 43809 30275 31297 58349 Capacidade do digestor 4650 8 500 880 6 000 5000 3 000 1 320 3 000 2 000 5 000 m 2x2325 2x3600 1300 2x440 2x3000 2x2500 3x1000 2x660 N de explora es 17 75 45 7 50 58 14 15 14 35 Gama de temperatura m t a E l t m P 37 C 53 C 38 C 53 C 52 C 53 5 C 52 5 C 53 C 38 C TRH dias n d n d n d n d n d n d n d n d n d n d Produ o de biogas 2504 3281 3860 1224 5841 3300 1694 1353 2382 1450 1000 m ano Capacidade de armazenamento de biog s m 2 200 2 790 370 100 170 4 000 200 1 200 n d 2 500 Distancia m dia de transporte km 4 7 5 5 5 4 5 5 5 5 n d 7 n d n o definido 10 ne is m mesof lica t termofilica XI Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela v Unidades constituintes dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Al Seadi 2000 Sistemas Centralizados na Dinamarca entre 1984 e 1998 Unidades Constituintes Vester Hjermitslev Vegger Davinde Sinding rre Fangel Revninge Ribe Lintrup Lemvig Hodsager Hashgj Thors
66. A Fica fora do mbito de estudo a an lise da gest o do produto digerido e dimensionamento de uma CDA De modo a avaliar as unidades de gest o do biog s foi necess rio avaliar a produ o de biog s sendo esta tamb m um objectivo do presente trabalho Economicamente pretende se dar uma no o dos custos do projecto investimento inicial custos de opera o e manuten o 0 amp M e custos de transporte e das receitas associadas venda da energia el ctrica produzida a partir do biog s gerado De modo a ser poss vel a an lise das viabilidades t cnica e econ mica das CDA foi necess rio proceder ao cumprimento de outros objectivos pr vios nomeadamente o levantamento dos dados relativos s boviniculturas dos concelhos em estudo e realiza o de uma georeferencia o das mesmas a caracteriza o da bovinicultura na rea em estudo e determina o dos res duos pecu rios produzidos e a determina o do n mero e da localiza o das CDA a implementar A determina o do n mero e localiza o das CDA culminou num trabalho exaustivo e considera se a sua execu o de grande import ncia na medida em que apresenta uma poss vel metodologia a seguir na execu o de uma an lise deste tipo concelho de Santo Tirso foi inclu do no estudo devido ao facto de terem sido fornecidos dados relativos a este concelho aquando da ced ncia de dados do concelho da Trofa por parte da Cooperativa dos Agricultores dos Concelhos
67. Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP transporte s o significativamente inferiores aos verificados nas CDA 7 e 8 onde a dist ncia m xima de transporte de 15 km Este facto aliado aos elevados custos verificados remete para a grande import ncia da proximidade das fontes geradoras de res duos s CDA O custo de transporte vai dos 0 54 m na CDA3 Vila do Conde at aos 2 06 m observados nos concelhos de Oliveira de Azem is e Arouca 8 2 Receitas 8 2 1 Venda da Energia El ctrica do Biog s Rede De acordo com o DL n 225 2007 de 31 de Maio a tarifa de electricidade produzida com recuso valoriza o res duos por DA RSU res duos de ETAR e res duos agro pecu rios assume um valor de 115 117 MWh at ao limite de uma pot ncia instalada a n vel nacional de 150 MW Superado este limite a tarifa aplicada passa a ser de 74 76 MWh Estas tarifas s o aplic veis durante os primeiros 15 anos a contar desde o in cio do fornecimento de electricidade rede Como j tinha sido visto ir se admitir o aproveitamento cont nuo da energia do biog s 24 horas A partir da pot ncia el ctrica anual e admitindo se um pre o de venda do biog s rede el ctrica nacional de 116 MWh tem se uma receita da venda de electricidade de cerca de 6 000 000 anuais no conjunto das 8 CDA Tabela 31 Cada CDA em particular pode receber cerca de 800 000 ano da venda de biog s
68. Desenvolvimento Regional MO Mat ria Org nica MS Mat ria Seca O amp M Opera o e Manuten o PDM Plano Director Municipal PEAD Polietileno de Alta Densidade PNAC Programa Nacional para as Altera es Clim ticas PVC Policloreto de Vinilo RAN Reserva Agr cola Nacional REAP Regime do Exerc cio da Actividade Pecu ria REN Reserva Ecol gica Nacional RO Ribatejo e Oeste ST S lidos Totais SV S lidos Vol teis TM Tr s os Montes TRH Tempo de Reten o Hidr ulico TRS Tempo de Reten o dos S lidos US EPA United States Environmental Protection Agency Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Unidades d Dia h Hora ha Hectare kg Quilograma L Litro m Metro mm Mil metro m Metro quadrado m Metro c bico t Tonelada S mbolos C Carbono M Milh es de euros N Azoto Naisp Azoto disponivel Ny Azoto total P F sforo K Pot ssio R Coeficiente de correla o Euro Formulas Quimicas CH COOH cido ac tico co Mon xido de carbono co Didxido de carbono H2O gua H2S Sulfureto de hidrog nio K O xido de pot ssio N2 Azoto NH3 Amon aco P O Anidrido fosf rico Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 1 Introdu o 1 1 Enquadramento e Apresenta o do Projecto As pr ticas actuais de tratamento e desti
69. Digestion of Animal Wastes Factors to Consider Publica o de ATTRA National Sustainable Agriculture Information Service 1 800 346 9140 Berardino S D 2009 Energia da Biomassa em Portugal Potencialidades Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inova o Workshop Novas Oportunidades na Gest o de Res duos Lisboa 2 de Abril de 2009 Bicudo J R Ribeiro R 1996a Efluentes produzidos nas explora es de gado leiteiro Caracter sticas e efeitos poluentes Ver Holstein N 4 p 38 44 Bicudo J R Ribeiro R 1996b Efluentes produzidos nas explora es de gado leiteiro Tecnologias de tratamento digest o anaer bia Rev Holstein N 6 p 52 57 Birkmose T Foged H L Hinge J 2007 State of biogas plants en European agriculture Danish Agricultural Advisory Service National Centre elaborado para European Parliament IP B AGRI IC 2007 020 82 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Burke D A 2001 Dairy Waste Anaerobic Digestion Handbook Options for Recovering Beneficial Products from Dairy Manure Environmental Energy Company 360 923 2000 CBPA C digo de Boas Pr ticas Agr colas para 2009 2009 Anexo Il Quantidade m dia de nutrientes principais excretados anualmente por unidade animal de diferentes esp cies pecu rias e sua convers o em cabe a normal CN documento em
70. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto Portugal 2011 As opini es e informa es inclu das neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor n o podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em rela o a erros ou omiss es que possam existir Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Agradecimentos Professora Doutora Sara Cruz orientadora desta tese de mestrado por parte da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto agrade o o acompanhamento de execu o do trabalho principalmente na utiliza o do software ArcGIS e sugest es dadas Ao Professor Doutor Rui Boaventura agrade o toda a ajuda prestada disponibilidade ideias partilha de conhecimentos tempo dispensado e revis o do manuscrito Ao Senhor Manuel Guimar es t cnico de inform tica do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto agrade o toda a ajuda prestada que foi muita na manipula o do software ArcGIS disponibilidade para esclarecimento de d vidas e tempo dispensado Ao Professor Doutor Cheng Chia Yau agrade o toda a disponibilidade e importante ajuda Ao Professor Doutor Jos Soeiro de Carvalho agrade o toda a disponibilidade boa vontade e ajuda prestada no manuseamento do software ArcGIS Direc o Geral de Veterin ria do Norte ag
71. I EN cr Material org nico 100 Figura vi Esquema do processo de DA adaptado de Cheng 2009 VII Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 8 N mero de sistemas individuais e centralizados na Europa Tabela ii N mero de sistemas individuais e centralizados na Europa N mero de sistemas de DA Pa s Stoa tne Refer ncias individuais centralizados Alemanha 3279 Birkmose et al 2007 ustria 119 AD Nett 2005 B lgica 5 AD Nett 2005 Dinamarca 58 20 AEAT 2005 Eslovaquia 1 Birkmose et al 2007 Eslov nia 2 Birkmose et al 2007 Espanha 2 Birkmose et al 2007 Estonia 1 Birkmose et al 2007 Finlandia 5 Birkmose et al 2007 Fran a 5 AD Nett 2005 Gr cia 1 AD Nett 2005 Holanda 40 Birkmose et al 2007 Hungria 1 Birkmose et al 2007 Irlanda 5 Birkmose et al 2007 It lia 67 5 AD Nett 2005 Gomez e Guest 2004 Litu nia 4 AD Nett 2005 Luxemburgo 22 Birkmose et al 2007 Noruega 2 Birkmose et al 2007 Pol nia 15 AD Nett 2005 Portugal 100 AD Nett 2005 Su cia 11 Birkmose et al 2007 Su a 71 AEAT 2005 Reino Unido 20 1 Gomez e Guest 2004 Birkmose et al 2007 Rep blica Checa 10 AD Nett 2005 Vill Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 9 Centrais de Digest o Anaer bia implementadas na Dinamarca Tabela iii
72. M S Harper S R Wilkins W A 1988 Biogas Utilization Handbook Georgia Tech Research Institute Environmental Health and Safety Division elaborado para U S Department of Energy Southeastern Regional Biomass Energy Program Zhao Q Leonhardt E MacConnel C Freae C Chen S 2010 Purification Technologies for Biogas Generated by Anaerobic Digestion Climate Friendly Farming CSANR Research Report 2010 001 88 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 1 Nomenclatura dos bovinos Na produ o de leite as f meas com 2 ou mais anos que j tenham parido pelo menos uma vez e que se encontrem em lacta o sendo o leite usado para consumo humano s o designadas de vacas leiteiras INE 2011 Se lacta o for interrompida o que pode ser conseguido por diminui o da frequ ncia da ordenha ou cess o total da mesma permitindo as vacas ficarem prontas a parir novamente estas recebem a designa o de vacas secas Os machos com 2 ou mais anos designam se de bovinos de recria Na produ o de carne as f meas com 2 ou mais anos de idade que j tenham parido pelo menos uma vez e que n o sejam consideradas vacas leiteiras n o sendo geralmente separadas das suas crias ap s o parto tendo assim possibilidade de amament las s o designadas de vacas aleitantes INE 2011 Por sua vez os machos com 2 ou mais anos s o d
73. N EE Ga ieee es 23 5 2 2 Produto digerido seeni naeia son sas o aii vceeeasdosuasbcdace vsawarzenaddede a a a eied aiai 24 5 3 Substratos para a Digest o Anaer bia sccccsscscsssscsssscsssssssssscssccccccccccsssscccesscccsccsscsssscscsesessseees 26 5 4 Sistemas Individuais e Centralizados de Digest o Anaer bia sscccccsssssscscsssssssssssssssssssssseceeeees 27 5 4 1 Sistemas Individuais de Digest o ANaerObia ccccccccccecsessssssecccecsesscnscecececeeseaeaeceesceesesesaeseeseseeesees 28 5 4 2 Sistemas Centralizados de Digest o Anaer bia cccccccccssssssecececsesssnscecececeeseeeseseeecesseseeaeseesesenesees 29 5 5 Caracteriza o dos Digestores ANaerODi0S ccccccccccsscssccccccccccccecccssecseeeescesssessseeseeesseessesesssseeeeeeees 32 5 5 1 Reactores Perfeitamente Agitados cccccccccsssssscecccecsesesnesecececeesesaseeseesceesesasseseesceesasseeseeseeeseeeeaeees 33 5 5 2 Digestores de FIUxO PIST O mama seiserssarra a a a a a a eant 35 6 Caso de Estudo Implementa o de Centrais de Digest o Anaer bia na rea Metropolitana do Porto 37 6 1 Boviniculturas Consideradas no Caso de Estudo sssssesssessesssessseeeeeesesseeeeseeeeesseseseeeeesseeeeeeseesseessseeee 37 6 2 Contexto Geogr fico da rea em EStudo ccccsssssssssssssssssscsssssssesssscssssessessssssessessesssessessessessusensenseass 39 6 3 Caracteriza o da Bovinicultura na rea em Estudo scsssssss
74. Res duos Pecu rios produzidos na rea em Estudo Como se viu no subcap tulo anterior a estabula o na rea em estudo quase exclusivamente realizada com produ o de chorume Assim sendo ir se admitir somente a recolha e tratamento do chorume Este efluente para al m de ser claramente o mais produzido nas explora es em estudo tamb m o que acarreta mais problemas aos produtores As instala es t m de estar providas de tanques de armazenamento pr prios que permitam a acumula o deste efluente pelo tempo necess rio a dar cumprimento s pocas apropriadas para a sua aplica o e quantidades usadas de acordo com a legisla o em vigor o que geralmente n o se verifica A m gest o deste efluente est fortemente associada liberta o de maus odores contamina o das guas subterr neas eutrofiza o de guas doces superficiais estragos em algumas culturas Bicudo e Ribeiro 1996a O c lculo do chorume produzido na rea em estudo foi realizado com base na Tabela 4 Os valores obtidos n o incluem a adi o de guas sujas A quantidade de guas sujas fortemente afectada pelo tipo de lavagem e pela precipita o A precipita o tem influ ncia nas instala es a c u aberto e uma vez que estas praticamente n o s o usadas na rea em estudo a sua influ ncia reduzida Acerca do sistema de limpeza utilizado sabe se que nas explora es em estudo n o se utilizam sistemas com uso de gua sob pre
75. Unit 1997 Anaerobic digestion of farm and food processing residues Good Practice guidelines Reino Unido Ferreira A M N 2009 Modelo de Gest o de aflu ncia a Digestor Anaer bio Disserta o de Mestrado Engenharia do Ambiente perfil de Engenharia Sanit ria Departamento de Ci ncia e Engenharia Ambiente Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa Fischer T Krieg A 2000 Farm scale Biogas Plants Krieg amp Fischer Ingenieure GmbH Alemanha Fujino J Morita A Matsuoka Y Sawayama S 2005 Vision for utilization of livestock residue as bioenergy resource in Japan Biomass and Bioenergy 29 2005 367 374 84 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Gerardi M H 2003 The Microbiology of Anaerobic Digesters John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey ISBN 0 471 20693 8 Gomez C C G Guest C 2004 Current progress and practice in the adoption of anaerobic digestion in the European Union Biogas in Society European Biogas Conference Enniskillen Northern Ireland 21 23 October 2004 Goncalves C S 2010 Avalia o do Potencial de Gera o de Biog s a partir de Res duos de Boviniculturas na Area Metropolitana do Porto Disserta o de Mestrado em Engenharia do Ambiente Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Gon alves M S 2005 Gest o de Res du
76. a o utilizada nas explora es destinadas produ o de leite nomeadamente nas pertencentes BLPEDM a BLPEDM engloba a grande parte do EDM e a parte norte da BL a estabula o livre cerca de 75 das f meas vacas leiteiras e secas e novilhas s o sujeitas a este tipo de estabula o Destaca se a estabula o livre com cub culos com cerca de 47 das vacas leiteiras e secas e 21 das novilhas A estabula o presa ainda tem uma express o importante sendo utilizado por aproximadamente 23 das f meas DRAEDM et al 2007 No Anexo 4 apresenta se a distribui o das explora es por tipo de estabula o ao longo de Portugal e Sistema de limpeza e frequ ncia de limpeza Relativamente ao sistema de limpeza das instala es na BLPEDM 43 das explora es removem os chorumes estrumes presentes nos alojamentos dos animais manualmente 18 efectua remo o mec nica com p s de tractor e 15 remove os chorumes estrumes mecanicamente com p de arrasto Nas salas de leite e de ordenha o sistema mais utilizado cerca de 85 das explora es a gua de press o arrastamento hidr ulico DRAEDM et al 2007 Tem se aproximadamente 78 das explora es a realizar a limpeza do alojamento dos animais diariamente e 16 realizam na semanalmente Nas salas de ordenha em 99 das explora es a limpeza feita diariamente e nas reas de maternidade e enfermaria a limpeza geralmente realizada semanalmente o que
77. a favor vel mas aplicando se um raio de abrang ncia de modo a determinar as boviniculturas a incluir Aplicou se um raio de 15 km raio m ximo vi vel frequentemente indicado por estudos j realizados Na escolha do local para a implementa o da CDAS os crit rios utilizados diferiram um pouco uma vez que se est a lidar com dois n cleos de maior densidade em locais distintos um em Oliveira de Azem is e outro em Arouca Tinha se 3 op es localizar a CDA no n cleo de Oliveira de Azem is no n cleo de Arouca ou na zona entre estes 2 n cleos Uma vez que o n cleo de Oliveira de Azem is apresenta maior dimens o isto devido ao facto de as explora es em Arouca embora sejam em elevado n mero serem de muito pequena dimens o e muito dispersas ao longo do territ rio optou se pela localiza o da CDA 50 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP no n cleo de Oliveira de Azem is Dentro deste n cleo aproximou se a CDA o mais poss vel de Arouca e numa rea favor vel Posteriormente semelhan a da CDA7 aplicou se um raio de 15 km Teve se em aten o a rea dispon vel para a implementa o de modo a n o se optar por uma rea com dimens es insuficientes De acordo com a rea estimada na sec o 7 2 deve ser escolhido um terreno com pelo menos 1 ha Praticamente todas as reas favor veis e convenientes dispon veis apresent
78. ada utiliza o Poder ser equacionada a lavagem dos ve culos nas instala es de referir que n o se equaciona a instala o de sistemas de conduta e sistemas de bombagem destes efluentes visto que tal s se justifica nos casos em que a origem dos res duos est pr xima da central e necess rio que as condi es topogr ficas varia es e declive acumulado e de terreno terra ou rocha permitam uma instala o e opera o eficiente e econ mica do sistema 7 2 Instala es das Centrais de Digest o Anaer bia A Figura 8 apresenta um diagrama com as principais unidades constituintes das CDA 58 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP P e e y l Areade Recep o e l I Descarga Se d Gas metro Siste le Purifica o mar nico Queimador de Biog s do Biog s Sistema de Cogera o Figura 8 Instala es das CDA 7 2 1 rea de Recep o e Descarga Uma rea de recep o e descarga dos res duos ser considerada no sentido de facilitar estas opera es e ao mesmo tempo permitir o controlo e mitiga o de odores da resultantes Esta rea dever ser composta por um edif cio implantado numa zona da instala o onde seja facilitado o acesso e manobras aos ve culos pesados Ser confinada e dotada de portas de isolamento autom ticas adequadas ao acesso das viaturas A de
79. adas todas as explora es de Oliveira de Azem is 85 no entanto ficam de fora 266 boviniculturas de Arouca sendo contemplado 75 9 do chorume produzido nos 2 concelhos 157 657 m ano Em Arouca seria de muita utilidade a realiza o de um estudo pormenorizado da viabilidade do tratamento dos res duos dado o grande n mero de explora es de reduzida dimens o e dif cil acesso devido aos terrenos declinados que se verificam 56 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 7 Viabilidade T cnica Na an lise viabilidade t cnica determinar se o as principais unidades constituintes das instala es das CDA e fornecer se o indica es das suas caracter sticas mais relevantes assim como dos volumes e reas ocupados N o se pretende entrar em pormenores de dimensionamento Ser tamb m abordado o transporte dos res duos desde as boviniculturas at s CDA Nesta sec o encontra se tamb m exibida a produ o de biog s energia proveniente deste e sua convers o em energias el ctrica e t rmica A quantidade de chorume recebida pelas 8 CDA n o igual Enquanto as CDA 1 2 3 4 5 e 6 recebem uma quantidade de chorume anual muito pr xima dos 200 000 m as CDA 7 e 8 recebem quantidades de chorume na ordem dos 150 000 m ano No entanto devido s limita es que este estudo apresenta em rela o estimativa das quantidades de res
80. ados a uma produ o m dia de 7 000 kg de leite no caso dos bovinos de recria com menos de 1 ano de 1 a 2 anos ou com mais de 2 anos o volume de efluentes produzidos por animal e ano deve ser de 5 7 ou 10 t de estrume ou 5 5 8 e 11 m de chorume respectivamente com as mesmas caracter sticas dos efluentes das vacas aleitantes CBPA 2009 A Tabela 5 referentes composi o m dia de chorume e estrume apresenta as seguintes considera es O valor de N inclui as perdas de N principalmente na forma de amon aco Para os bovinos estas perdas s o de 15 se a estabula o for presa e de 20 se for livre O Naisp corresponde frac o que resulta da mineraliza o do N org nico que pode ser utilizada pelas culturas em condi es ptimas incluindo o N que est dispon vel a curto prazo bem como o N que ficar dispon vel nos anos seguintes Nas parcelas de terreno que recebem regularmente estrumes ou chorumes ser o valor de Ngisp que dever ser tomado em conta no plano de fertiliza o pois assim entra se em considera o com o efeito residual do azoto fornecido atrav s daqueles efluentes em anos anteriores Nos chorumes e estrumes das boviniculturas devem considerar se os valores superiores do intervalo de varia o do Ngisp apresentado No caso de uma aplica o isolada de estrume ou chorume a percentagem do N que ficar dispon vel para a cultura no 1 ano pode ser estimada em cerca de 20 para o estrume e 60
81. alizados na Dinamarca entre 1984 e 1998 Investimento Inicial E o A ov v a bo o E g 2 ka g 4 2 5 x Bp do 5 c Z E n o g 5 E a E o s gt N Ano de constru o 1984 1985 1988 1988 1989 1989 1990 1990 1992 1993 aae digestor 1500 800 750 2100 3200 540 4650 6900 7000 880 N de explora es 5 7 6 35 26 2 79 62 80 6 Instala o 1000 1514 1673 519 2782 2125 1522 3883 4334 5812 899 Veiculos 80 47 80 335 174 87 496 410 479 67 1000 Tanques de armazenamento de lamas nas explora es y y i 389 691 i 1690 319 1113 E 1000 Unidade de separa o mec nica 1000 396 778 Outros custos 1000 71 74 176 1609 AA total 1665 1794 775 3506 3386 1609 6069 5841 7404 2575 12 p j Unidade de DA incluindo tanques de pr e p s armazenamento tubagens e sistema de cogera o 13 mc a at Inclui aerogeradores unidades de incinera o de palhas e outros componentes org nicos gasodutos para bombagem de lamas XIV Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela vi cont Investimento inicial dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 Sistemas Centralizados na Dinamarca entre 1984 e 1998 Investim
82. am mais do que esta rea e todas as reas escolhidas s o superiores a 1 ha b CDA2 51 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP d CDA4 52 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP e CDAS f CDA6 53 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP g CDA7 h CDA8 54 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Legenda 6 CDA e Boviniculturas E reas Favor veis reas Convenientes J contorno Concelhos Contorno Freguesias Figura 7 Localiza o das CDA a CDA1 b CDA2 c CDA3 d CDA4 e CDAS f CDA6 g CDA7 h CDA8 A Tabela 18 caracteriza as CDA determinadas quanto sua localiza o quantidade de chorume afluente e dist ncia m xima CDA explora es No Anexo 13 apresenta se uma caracteriza o mais exaustiva Tabela 18 Caracter sticas das CDA ae Chorume Dist ncia maxima CDA explora es Localiza o m ano km CDA1 Rates P voa do Varzim 195 324 6 CDA2 Rio Mau Vila do Conde 194 095 6 CDA3 Arcos Vila do Conde 192 332 4 CDA4 Bagunte Vila do Conde 196 248 5 CDA5 Arvore Vila do Conde 194 482 5 CDA6 Modivas Vila d
83. anceiro anual No ano passado no mesmo mbito da presente tese foi elaborada uma tese de mestrado pela agora Mestre Catarina Gon alves intitulada Avalia o do Potencial de Gera o de Biog s a partir de Res duos de Boviniculturas na rea Metropolitana do Porto Esta disserta o teve como principal objectivo fazer uma avalia o do potencial de gera o de biog s nas boviniculturas da AMP atrav s de um levantamento do n mero de bovinos existente nessa rea Concluiu se que os concelhos com maior potencial de gera o de biog s eram Vila de Conde P voa do Varzim Trofa Maia Matosinhos Arouca e Oliveira de Azem is Avaliou se tamb m a implementa o de digestores anaer bios individuais e centralizados Apenas foi identificada uma explora o nos concelhos da AMP cujo n mero de bovinos justificava a implementa o de um sistema individual implementa o vi vel acima de 500 animais Quanto implementa o de instala es centralizadas devido indisponibilidade de dados este estudo apenas abordou o concelho da P voa de Varzim Com o aux lio do programa Spatial Analysis do ArcGIS foram elaborados v rios mapas que permitiram a localiza o das zonas com um maior n mero de animais e assim ter uma ideia do melhor local para a implementa o de CDA Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 3 Enquadramento Legislativo T
84. aos concelhos mais a norte e se aplicar um raio de actua o de 15 km raio m ximo at ao qual o transporte de res duos geralmente considerado vi vel segundo Santos 2005 e ADENE 2003 verifica se que tal culmina na necessidade 48 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP de implementa o de uma CDA com capacidade para tratamento de pelo menos cerca de 1 250 000 m ano englobando quase a totalidade dos res duos produzidos nestes concelhos no total tem se 1 302 772 m ano e quase a totalidades das explora es cerca de 600 de 663 Relativamente aos concelhos de Oliveira de Azem is e Arouca no total estes dois concelhos englobam 207 593 m ano de chorume e admitindo uma CDA no n cleo de maior densidade de Oliveira de Azem is a aplica o de um raio de 15 km leva inclus o de cerca de 160 000 m ano No Anexo 12 est o ilustradas estas representa es Dada a grande quantidade de res duos a tratar nos concelhos mais a norte especialmente produzidos por Vila do Conde e P voa do Varzim a capacidade m xima das centrais uma quest o muito pertinente no processo de decis o do n mero de centrais a implementar No entanto este assunto pode gerar alguma controv rsia A dimens o m xima encontrada nas instala es europeias situa se geralmente entre 100 000 e 200 000 t ano de res duos Al Seadi 2000 Santos 2005 ADENE 2003 Este l
85. ar os custos N o objectivo do presente estudo a optimiza o deste sistema S com base num sistema de recolha onde par metros como os percursos efectuados dist ncias percorridas n mero de cami es usados frequ ncia de recolha entre outros estejam bem definidos poss vel avaliar correctamente os custos de transporte 73 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP A an lise dos custos de transporte efectuada neste estudo tem por base as dist ncias em linha recta e aproximadas entre as CDA e as explora es pecu rias e os custos de transporte por quantidade de res duos transportados e dist ncia percorrida Trata se assim de uma an lise grosseira e com erros grandes associados Tentou se a obten o da rede vi ria em formato que permitisse a implementa o em ArcGIS 9 3 e deste modo calcular as dist ncias reais entre as explora es e as CDA mas tal n o foi conseguido Contudo tal an lise tamb m n o conteria a optimiza o de um percurso de recolha pelo que embora menores seriam tamb m cometidos erros Na tentativa de se tentar aprimorar ao m ximo a an lise efectuada dentro das limita es associadas determinaram se as explora es que se encontram ao alcance de um raio de 1 2 3 4 x km de cada CDA de modo a se usarem dist ncias mais pr ximas da realidade em vez de um s valor de dist ncia A determina o dest
86. as CDA do pa s com 39 e 33 do total de res duos admitidos a tratamento respectivamente Os res duos com origem nas aviculturas representam apenas 0 3 do total de res duos tratados A dimens o m xima encontrada nas instala es europeias ditada normalmente por Quantidades quest es log sticas de transporte e manuseamento dos res duos situa se geralmente entre 100 000 e 200 000 t ano de res duos ADENE 2003 Na Dinamarca a quantidade total de res duos agro pecu rios tratada por cada central varia desde os cerca de 7 500 m ano at aos cerca de 122 000 m ano A quantidade de co substratos menos expressiva variando desde os cerca de 755 m ano at aos aproximadamente 43 000 m ano No total as CDA na Dinamarca processam desde os cerca de 12 000 m ano at aos 162 000 m ano 5 4 2 2 Caracteristicas T cnicas Alguns dos aspectos t cnicos que caracterizam as CDA s o apresentados na Tabela 10 29 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 10 Caracter sticas t cnicas dos sistemas centralizados de DA Sistemas Centralizados de DA Caracter sticas T cnicas Durante muitos anos a utiliza o de sistemas a operar na gama mesof lica de temperaturas foi dominante no entanto a maioria dos ltimos digestores a serem Gama de constru dos opera na gama termof lica Escobar e Heikkil 1999 Tal tamb m
87. as dist ncias foi realizada com recurso s funcionalidades do ArcGIS 9 3 Os custos de transporte dos chorumes segundo uma empresa contactada por Dur o 2009 s o de 0 12 m km para a carga completa correspondente a cami es com cisternas de 30 m e a negociar caso o transporte seja efectuado com carga inferior capacidade do ve culo De acordo com este valor a quantidade chorume transportada e as dist ncias percorridas Equa o 9 calcularam se os custos de transporte para cada CDA Tabela 30 Apresenta se tamb m o custo de transporte por m de chorume No Anexo 17 apresentam se estes custos com informa o mais detalhada 3 Custos de transporte YL 0 12 x Total de chorume x Dist ncia i km x 2 9 a l com i dist ncia 1 2 3 4 6 8 10 12 14 ou 15 A multiplica o da dist ncia por 2 ocorre de modo a se incluir as viagens de ida e de volta Tabela 30 Custos de transporte dos res duos Custo de Transporte ano Custo de Transporte m CDA1 133816 0 69 CDA2 116749 0 60 CDA3 104524 0 54 CDA4 129593 0 66 CDA5 135211 0 70 CDA6 138369 0 75 CDA7 226548 1 60 CDA8 324093 2 06 Total 1 308 903 Verifica se que nas CDA 1 2 3 4 e 5 correspondentes ao tratamento dos concelhos da P voa do Varzim e Vila do Conde onde as dist ncias m ximas de transporte n o ultrapassam os 6 km os custos de 74 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia
88. b m necess rio inserir reas de protec o s linhas de gua A REN j inclui reas de protec o de 50 e 100 m para as linhas de guas de acordo com a sua import ncia DL n 166 2008 Procedeu se a e Exclus o da rede hidrogr fica incluindo rios principais e secund rios ribeiras limites de lagoas reas de sapal e bacias hidrogr ficas 4 crit rio Topografia As reas com depress es naturais acentuadas onde os trabalhos de constru o opera o e acessos s o dificultados devem ser exclu das A medida adoptada neste sentido foi e Exclus o das reas com declive superior a 3 46 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Para Oliveira de Azem is n o foi poss vel ter acesso aos layers com os parques urbanos nem com a topografia excep o destes crit rios foram aplicados todos os crit rios descritos anteriormente para todos os concelhos em estudo 6 5 2 2 Determina o das reas Convenientes Ap s a determina o das reas inconvenientes as reas restantes correspondem s reas convenientes exceptuam se alguns cursos de gua que possam n o ter sido considerados e limita es relativas topografia ou seja reas onde a localiza o das CDA permitida Estas reas incluem reas de transforma o condicionada reas florestais e reas industriais 6 5 2 3 Determina o das rea
89. bastantes reas convenientes e destas algumas s o mesmo favor veis 47 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Na determina o das reas mais favor veis acrescentou se um crit rio relativo proximidade s fontes geradoras de res duos o qual se optou por considerar parte uma vez que a sua representa o no mapa difere da dos restantes crit rios A proximidade s fontes geradoras de res duos de muita import ncia na medida em que permite a minimiza o do transporte e dos custos econ micos e ambientais a este associados Recorreu se utiliza o da fun o de densidade Kernel Density do ArcGIS 9 3 Esta ferramenta calcula uma magnitude por unidade de rea a partir das quantidades de um dado fen meno registadas em cada local o que neste caso correspondeu quantidade de chorume produzida por cada bovinicultura e usando uma fun o Kernel ajusta uma superf cie suavemente c nica aos pontos Obt m se assim n cleos com diferentes densidades de produ o de chorume Os locais abrangidos pelo n cleo com maior densidade correspondem as localiza es mais favor veis implementa o das CDA ou seja os locais que est o mais pr ximas das boviniculturas com maior produ o de chorume 6 5 2 4 Determina o do N mero de Centrais de Digest o Anaer bia Considerou se a determina o do n mero de CDA a implementar dependente
90. bios 4 digestores anaer bios do tipo perfeitamente agitados 4 x 2 270 m a operar em regime termof lico 52 C com um TRH de 15 dias onde ocorre a higieniza o do efluente Tanques de P s digest o 2 tanques de p s digest o providos com cobertura para recolha do biog s 2 x 4 155 m Sistema de Purifica o do Biog s Condensador sedimentador para remo o de gua e part culas Biorreactor para dessulfuriza o Gas metro 1 esfera insufl vel de dupla membrana 1 732 m Sistema de Cogera o Grupos motor gerador e caldeira de apoio a g s natural Queimador de Biog s 1 queimador de biog s com capacidade maxima de 452 m h Edif cios e sistemas de controlo e monitoriza o com uma rea de 1 000 m A rea total de terreno necess rio tendo em conta as instala es descritas ser de aproximadamente 4 000 m Deve ser considerado terreno suplementar de modo a permitir reas de separa o e circula o entre as unidades reas para o sistema de purifica o do biog s sistema de aquecimento sistema de cogera o queimador de biog s e dist ncias de seguran a associadas reas para tubagens e bombas espa o para o armazenamento do produto digerido poss veis separa o s lido l quido tratamento da fibra compostagem e do l quido clarificado e tamb m pode ser considerada a possibilidade de aumento da capacidade da instala o Ser
91. cal and economic feasibility of Oporto Metropolitan Area dairy cattle farming livestock s using Centralised Anaerobic Digestion plants The technical feasibility aim was to describe the units belonging to Centralised plants to carry out with Anaerobic Digestion process and biogas production and use Economically the intent was to analyze the project s costs and revenues To perform the project main goals it was necessary to determine the number and location of Centralised Anaerobic Digestion plants using ArcGIS software for this purpose It was established the implementation of 8 Centralised Anaerobic Digestion plants each one of them with a capacity of 200 000 m of livestock per year The main units will be a reception and discharge area a receiving tank anaerobic digesters post digestion tanks biogas purification system gasholder combined heat and power system and biogas flare Anaerobic Digestion process will use termophilic temperature and continuous stirred tank reactors with mixture and heating The biogas will be used to produce both thermal and electric energy and the electricity will be sold to the electrical grid The initial investment was estimated in about 48 8 M A combination between the annual operation maintenance and transport costs and the revenue obtained with the sale of biogas electrical energy to the grid took to a negative income Therefore it is necessary to consider the organic compost sale the use of foreign
92. capital like the transport costs assured by farmers and national and or European financial support Key words Cattle Farming Centralised Anaerobic Digestion Plants Oporto Metropolitan Area Technical Feasibility Economic Feasibility Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP ndice Lista de Tabelas e Figuras seis ieesme siena scstucesctcswcescucsuctentesweeecescueeecccsucvesuccvedescessevesescudsecacsvevecescucsescccuevesecce vii Nota o e GIOSSANIO i icciccsccecceecscscccceccscccscscectscsceneccscscsccccesenocescsecccessceneccscscsssecesesecescsascceusseneccscscesseceseseccscsascdeasscse ix 1 ui go o Ne o sess 3 554 c02ee IRES RE EAR e RES ED RE ERR E E PESAR AR OR DE SE 1 1 1 Enquadramento e Apresenta o do ProjectO sssssssccccssssssssseeeccccccsssseeeecccccaassseseseeccceasseseeeseesoas 1 1 2 Apresenta o da Empresa 2m 2 052053 s0ectoccbesseeSscoccdeesbesssssannccoaeadesssceaceccssadeesseneaceesaseadessncdeveieesesaee 4 1 3 Organiza o da Tese ss sscasassmsasspiiocacanososassriiocalonsiaga ss ier S a r dessa sa GU Is Ta candca Bass DU Ea ac terai TES ca Cen sees 4 2 Contexto e Estado da Art css ss sass cemsersisata pace deacerids copiada Sedes niscda e e de Tone Ee aE deita s asas aa teme Setas saads 5 3 Enquadramento LegislatiVO ssesecsscce co sabesccesscecsusssucdececconeduesdsedececacsasvesgoceceasacseccssd
93. centagem de 5 ao investimento inicial obtido tem se que os custos de O amp M do presente estudo s o de cerca de 2 440 000 ano para a totalidade das CDA e de aproximadamente 305 000 ano para cada CDA Este valor substancialmente inferior ao calculado 72 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP segundo a experi ncia dada pela Dinamarca menos de metade ADENE 2003 refere que em particular os custos de manuten o correspondem a 2 3 do investimento inicial o que aplicado ao caso de estudo remete para um custo de manuten o de 140 000 ano para cada CDA num total de 1 123 000 ano para as 8 CDA Birkmose et al 2007 estabelece um custo de O amp M de 950 250 ano para uma CDA a tratar cerca de 250 000 t ano de res duos pecu rios discriminando que 630 000 ano s o custos de opera o e 320 250 ano referem se a custos de manuten o Este autor define este custos como sendo os que est o relacionados com investimentos adicionais e com a produ o de biog s Analisaram se tamb m os custos de O amp M previstos por algumas empresas em propostas efectuadas a ADENE 2003 para CDA com caracter sticas semelhantes s neste estudo analisadas Um cons rcio constitu do pelas empresas NIRAS Consulting Enginners and Planners A S e PIASA apresenta um custo de O amp M de 447 000 ano aplicados a uma CDA com capacidade de
94. cess rio remover a humidade as part culas o H2S e o NH contidos no biog s produzido de modo a minimizar a pot ncia de corros o e aumentar o valor energ tico espec fico S o v rias as op es para levar a cabo esta tarefa Logo a jusante dos digestores ser introduzido um condensador sedimentador que permitir a remo o da gua e das part culas A remo o realizada por uma combina o de for a centr fuga e uma queda acentuada na velocidade medida que o g s entra no mecanismo Varec 2011 Na remo o do H S dessulfuriza o ser utilizado um processo biol gico Para os sistemas de grande dimens o esta a tend ncia actual Estes processos s o econ micos e amigos do ambiente ADENE 2003 Ir se recorrer a microrganismos da fam lia Thiobacillus os quais ir o oxidar o HS a enxofre elementar ou sulfatos Pode se usar um tanque de fibra de vidro envolto num meio pl stico e equipado com uma bomba de recircula o de gua O biog s primeiro sujeito a uma lavagem scrubbing h mida a qual ocorre num absorvedor e usado um l quido com caracter sticas alcalinas sendo o H3S 63 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP absorvido A solu o alcalina atomizada no distribuidor de l quido existente no topo do absorvedor e contacta com o g s em contra corrente O biog s virtualmente livre de HS sai ent o pel
95. consumo humano obrigat ria a utiliza o de adjuvantes antiodor aditivos em distribui es de chorume a dist ncias inferiores a 70 m de habita es de terceiros obrigat ria a incorpora o no solo dos efluentes at 24 horas ap s a sua aplica o com excep o de aplica o em sementeiras directas em que se deve preceder a rega ou aplica o por injec o no solo aplica o em cobertura nos meses de Fevereiro e Mar o cobertura de Abril a Outubro devendo proceder se a rega As quantidades limite de aplica o de efluentes com uma composi o de 2 8 kg de azoto m ao solo encontram se definidas na Tabela 1 Os valores apresentados dependem do tipo de uso do solo da rea onde se pretende efectuar a aplica o e da tecnologia de tratamento dos efluentes Tabela 1 Quantidades limite de aplica o de efluentes ao solo adaptado de DL n 202 2005 Quantidades m ximas de estrumes ou chorumes a aplicar no solo m ha ano Sem separa o de frac es Com separa o de frac es Solo com duas culturas por ano 120 140 Solo com uma cultura de regadio ano 90 110 Solo com uma cultura de sequeiro ano 40 50 Solo florestal e terrenos n o cultivados 20 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP O conte do do CBPA MADRP 1997 a este respeito tamb m pode ser analisado Declara que nas zonas vulner veis n o s
96. contida na tabela apoiada em dados estat sticos ser efectuada de seguida e Tipo de produ o Em Portugal a bovinicultura tem como objectivos principais a produ o de leite e ou a produ o de carne Enquanto nas regi es do Alentejo Ribatejo e Oeste Algarve Beira Interior Tr s os Montes e Madeira a produ o quase exclusivamente dirigida para a produ o de carne as regi es de EDM BL e A ores s o predominantemente leiteiras e det m no seu conjunto mais de 75 do efectivo leiteiro nacional EDM 33 BL 12 e A ores 33 INE 2011 10 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 2 Resumo da caracteriza o da bovinicultura em Portugal por regi o adaptado de INE 2011 DRAEDM et al 2007 Tipo de Efectivo N de Dimens o m dia Tend ncia de produ o bovino explora es cabe as explora o desenvolvimento j Eu Muito CC efectivo EDM Leite Pequena elevado 4 explora es efectivo TM Pequena i J explora es E J efectivo BL Pequena J explora es 1 efectivo BI Baixo 2 J explora es R efectivo RO Baixo J explora es Muito 3 M efectivo ALE Baixo Muito grande elevado 4 explora es Muito P p J efectivo ALG x Muito baixo baixo J explora es E 1 efectivo A ores Leite a J explora es Muito p 7 efectivo Madeira Muito baixo Muito pequena
97. cos 15 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP A composi o m dia dos estrumes e chorumes apresentada na Tabela 5 a qual inclui a composi o em mat ria seca MS mat ria org nica MO N sob a forma de azoto total N e azoto dispon vel Naisp P expresso em anidrido fosf rico P gt 0s e K expresso em xido de pot ssio K 0 No Anexo 5 apresentam se as considera es referentes aos valores apresentados O teor de MS manifesto nos estrumes superior ao apresentado pelos chorumes na medida em que os estrumes incorporam quantidades significativas de material usado na cama dos animais Em termos de percentagem os estrumes apresentam um teor de MS de cerca de 21 25 CBPA 2009 Bicudo e Ribeiro 1996a enquanto o teor de MS dos chorumes varia entre 2 12 ADENE 2003 sendo comum um valor de aproximadamente 9 10 CBPA 2009 Bicudo e Ribeiro 1996a O teor em MO varia normalmente entre 70 e mais de 95 da MS ADENE 2003 A raz o C N nos chorumes tem um valor de aproximadamente 6 ADENE 2003 Utiliza o Em geral o estrume e chorume s o utilizados como correctivos ou fertilizantes org nicos nos terrenos agr colas Nas regi es do EDM TM BL e BI chega quase a ser exclusiva a aplica o destes efluentes nos solos com valores na ordem dos 99 Apenas nos A ores se reparte com signific ncia entre o uso no s
98. d prospects of Italian biogas production from animal sewage Technical economic considerations Renewable Energy 34 2009 477 485 US EPA United States Environmentaal Protection Agency ltima actualiza o a 24 de Setembro de 2010 http www epa gov agstar anaerobic acedido a 9 de Junho de 2011 US EPA United States Environmental Protection Agency 2004 AgSTAR Handbook A Manual For Developing Biogas Systems at Commercial Farms in the United States EPA 430 B 97 015 USDA United States Department of Agriculture 2007 An Analysis of Energy Production Costs from Anaerobic Digestion Systems on US Livestock Production Facilities Technical Note No 1 Vandevivere P De Baere L Verstraete W 2003 Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes Types of anaerobic digesters for solid wastes Departamento de Engenharia Qu mica Universidade de Barcelona Barcelona Espanha IWA Publishing Varec 2011 Varec Biogas http www varec biogas com acedido a 9 de Julho de 2011 Verma S 2002 Anaerobic Digestion of Biodegradable Organics in Municipal Solid Wastes Department of Earth amp Environmental Engineering Henry Krumb School of Mines Fu Foundation School of Engineering amp Applied Science Columbia University 87 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Walsh J L Ross C C Smith
99. da AMP Os subcap tulos seguintes descrevem os sistemas individuais e centralizados de DA apresentando se para os sistemas individuais de DA uma caracteriza o mais geral e para as CDA uma caracteriza o mais detalhada uma vez que as CDA s o o sistema de DA a implementar no presente projecto 5 4 1 Sistemas Individuais de Digest o Anaer bia A Tabela 8 descreve os sistemas individuais de DA relativamente s caracter sticas dos substratos caracter sticas t cnicas e economia Tabela 8 Caracteriza o dos sistemas individuais de DA Sistemas Individuais de DA Substratos Utilizados Os principais substratos utilizados nestes sistemas s o chorumes provenientes da suinicultura avicultura e bovinicultura Podem ser tamb m adicionados res duos unos org nicos provenientes da ind stria alimentar embora n o seja muito usual Escobar e Heikkil 1999 Quantidades 1000 70000 m ano Fischer e Krieg 2000 Caracter sticas T cnicas Gama de Ei at Predominantemente utilizam se sistemas na gama mesofilica ADENE 2003 temperatura poss vel distinguir mais de 100 configura es de sistemas individuais de DA na Europa Escobar e Heikkil 1999 Estes sistemas s o constitu dos geralmente por Tanque de recep o gt Digestor es anaer bio s gt Tanque de higieniza o Configura o facultativo gt Tanque de armazenamento do produto digerido gt Instala o de dos sistemas
100. da para uma degrada o anaer bia eficiente situa se na ordem de 100 5 1 5 2 Produtos da Digest o Anaer bia No final do processo de DA tem se produto gasoso designado por biog s e produto digerido O produto digerido pode ser submetido a uma separa o s lido l quido originando um res duo s lido maioritariamente composto por fibra e um l quido clarificado ETSU 1997 ADENE 2003 Dur o 2009 Durante o processo de DA h tamb m a liberta o de grandes quantidades de calor Escobar e Heikkil 1999 A Figura 1 ilustra o balan o de massa t pico de um sistema de DA Biog s N te xR 7 25 Liq Liq Clarificado Figura 1 Balanco de massa tipico de um sistema de DA percentagens massicas adaptado de ETSU 1997 100 E 96 98 Res duo Digestor Afluente Anaer bio Separa o S l Calor 5 2 1 Biog s O biog s uma mistura gasosa composta maioritariamente por CH e CO e por quantidades mais ou menos residuais de outros componentes como H N H2S mon xido de carbono CO e amon aco NH3 Cordebella et al 2006 A composi o e quantidade do biog s variam com o tipo e quantidade de substrato utilizado e com as condi es de opera o do processo dependendo de factores clim ticos dimens es do digestor anaer bio entre outros Cervi et al 2010 No caso de funcionamento adequado do processo o biog s obtido apresenta aproximadamente 50 80 de CH e 20 40 d
101. de Santo Tirso e Trofa Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 1 2 Apresenta o da Empresa A Ecoinside Solu es em Ecoefici ncia e Sustentabilidade Lda dedica se integralmente s quest es da ecoefici ncia e da sustentabilidade ambiental a primeira spin off do 1 Curso de Empreendedorismo da Universidade do Porto da responsabilidade da Escola de Gest o do Porto sendo fortemente acarinhada por estas duas institui es A actividade principal da Ecoinside consiste na presta o de servi os personalizados s empresas de todos os ramos de actividade desde o com rcio e servi os at ind stria extractiva produtora ou transformadora Atrav s das mais inovadoras tecnologias e produtos nas reas da ecoefici ncia empresarial e da sustentabilidade ambiental proporciona significativas redu es de custos fixos ao mesmo tempo que reduz o impacte ambiental provocado Destacam se nas suas compet ncias espec ficas a redu o e racionaliza o dos consumos com a energia ilumina o aquecimento arrefecimento ou funcionamento a optimiza o dos consumos de gua a redu o das emiss es gasosas nomeadamente de gases que contribuem para o aquecimento global e gases depletores da camada do ozono e ainda a gest o e valoriza o dos desperd cios e res duos produzidos 1 3 Organiza o da Tese No Cap tulo 2 Contex
102. dedica destacando se em Portugal a cria o de bovinos bovinicultura de su nos suinicultura de ovinos ovinicultura de caprinos caprinicultura de equ deos equinicultura de aves avicultura e de coelhos cunicultura Em 2009 contabilizou se um total de cerca de 432 mil explora es pecu rias dos tipos acima referidos e um total de cerca de 42 480 cabe as Do total de explora es pecu rias 12 destas a n vel nacional eram boviniculturas 12 suiniculturas 12 oviniculturas 8 capriniculturas 6 equiniculturas 37 aviculturas e 14 cuniculturas INE 2011 4 2 Caracteriza o da Bovinicultura Ir se proceder a uma an lise da bovinicultura a n vel nacional discriminada por regi es Em primeiro lugar ser efectuada uma an lise relativa ao tipo de produ o efectivo bovino n mero de explora es dimens o m dia das explora es e tend ncia de desenvolvimento Relativamente s caracter sticas particulares das boviniculturas podem ser avaliados os seguintes par metros sistema de explora o extensivo ou intensivo tipo de instala o sistema de limpeza das instala es manual mec nico ou hidr ulico e sua frequ ncia entre outros A Tabela 2 resume a caracteriza o da bovinicultura em Portugal As classifica es apresentadas em termos qualitativos s o subjectivas e foram realizadas com o intuito de dar uma melhor percep o da informa o Uma an lise mais detalhada da informa o
103. do a conversar melhor a energia t rmica O material usado na sua constru o pode ser bet o ou metal embora em Portugal seja mais comum a utiliza o de bet o pelo que se pode admitir aqui o seu uso O digestor tem de ser equipado com um sistema de mistura e um sistema de aquecimento A mistura ser efectuada por agitadores mec nicos Para aquecimento do digestor ser o implementados permutadores de calor em espiral com controlo autom tico da temperatura Os permutadores s o constitu dos por um sistema de circula o de gua quente a 60 70 C a qual pode ser produzida por recupera o de calor dos motor geradores instalados para aproveitamento do biog s Cheng 2009 Ser tamb m colocada uma caldeira a g s natural para aquecimento do digestor na fase de arranque quando ainda n o existe biog s dispon vel A Tabela 20 apresenta as dimens es dos digestores e algumas das considera es usadas para o seu c lculo Tabela 20 Dimens es dos digestores anaer bios Digestores Anaer bios Caudal de res duos afluente m dia 548 TRH dias 15 Volume total calculado m 8219 N mero de digestores em servi o arbitrado 4 Volume unit rio calculado m 2055 Altura unit ria arbitrada m 10 rea superficial unit ria calculada m 205 Di metro unit rio calculado m 16 2 Di metro unit rio adoptado m 17 0 rea superficial unit ria adoptada m 227 Volume unit rio adoptado m 2270 rea sup
104. e CO Cordebella et al 2006 A composi o t pica do biog s em CH resultante da DA de 65 GTI 1988 O biog s pode ser prejudicial para o ambiente uma vez que o teor em CH do biog s faz com que esta mistura gasosa tenha um contributo importante em termos do efeito de estufa Este g s tem uma capacidade cerca de 21 vezes superior ao CO para reter a radia o infravermelha emitida pela terra para a atmosfera tendo assim uma forte contribui o para o feito de estufa Para minimizar esta situa o o CH no biog s deve ser queimado e convertido em CO ADENE 2003 O H S e NH conferem 23 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP caracter sticas corrosivas ao biog s pelo que geralmente necess rio proceder sua purifica o Dur o 2009 Por outro lado o biog s gerado numa instala o de DA representa um recurso energ tico potencialmente valoriz vel e renov vel Em fun o da participa o percentual do CH na composi o do biog s o valor energ tico deste pode variar de 20 9 MJ m a 29 3 MJ m Cervi et al 2010 Arati 2009 apresenta um valor energ tico do biog s produzido a partir de res duos de bovinos de 23 25 MJ m Existem diversas op es poss veis para a convers o directa ou indirecta do biog s em energia til As mais vulgares s o a utiliza o directa em sistemas de combust o quer para produ
105. e aquecimento O biog s produzido ser aproveitado para gera o de energia el ctrica e calor sendo efectuada a venda de electricidade rede O investimento inicial foi estimado em cerca de 48 8 M Avaliando se os custos anuais de opera o manuten o e transporte dos res duos e as receitas geradas com a venda da energia el ctrica do biog s rede obteve se um saldo negativo Sendo assim deve ser equacionada a venda de composto org nico o recurso a capitais alheios como o caso do financiamento do transporte dos res duos pelos produtores e a subs dios nacionais e ou europeus Palavras Chave Boviniculturas Centrais de Digest o Anaer bia rea Metropolitana do Porto Viabilidade T cnica Viabilidade Econ mica Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Abstract In Oporto Metropolitan Area there is a very strong dairy cattle farming activity whose livestock generated lacks of a controlled and efficient management The undue application of manure and slurry in soils leads to nasty environmental problems which need to be reduced Simultaneously it is necessary carry out with current legislation which sets periods and quantities of manure and slurry allowable to be applied on land In the amount of livestock management technologies Anaerobic Digestion is a particularly attractive choice The project s aim was to assess the techni
106. ecdoussdeveseacaccbossbavsescecees 7 4 O Sector Pecu rio em Portugal csessissass caso coc eos ccesesack cases s avesenndc on a rose nan ssTi east o seas sTadava EE SEE oaie 10 4 1 Aspectos GEL als 3 sovcscesdoecectisnesesiiccecesuedessaveucguonsuseevccecccensdsussvecencousesdsvscgue cotoudeodsusececouendyedeetcesouseeresees 10 4 2 Caracteriza o da Bovinicultura sssri iiri Keniten iiir E KEE NEER R E EERS e 10 4 3 Caracteriza o dos Res duos da Bovinicultura ccccccccccscssssccccccccsscceeececesesessessscesssesssssseseseeseeeeeeees 15 4 3 1 Chorumes e EStruUMES iness sessar raisen denenen eke EITS sa ss PANE r RL Dada EAE nina Dra sa sas Ladino Den aaa Sa LEA E 15 ABD AGUAS SUJAS rice seis eu Essas Tan TESTES Ip DE 17 4 3 3 Escorrencias de Silagem arames nro aneea nen a e a sus Ted ue buen nm cas seicateoveisescantucesest 18 5 Digest o Anaerobia s s sis setspras sera Seere paredes sussveceSeneSessoeseveseseseSuss sesevecsdencSecssesevessDegedevssessverssencdevsoensd 19 5 1 Processo de Digest o Anaer bia ccssssssssssssssssssssssssssesessssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssseeegs 19 5 1 1 Par metros que influenciam o Processo de Digest o Anaer bia cccccessscecececeesssssceceeseessensnaeees 20 5 2 Produtos da Digest o Anaerobia ccssssssssssssssssssssssssssssessssessssssssssssssssssssssssssssssssssssssesssssssssseees 23 5 2 1 Bi ORAS css E Seeded A a Se DESAPARECE TEE
107. ecesvececcess 79 9 3 APFEClaCaO filial EEE T S E T S sa enc d ass rena isa nos dates 81 Refer ncias 25 casscssssass esse penoso casas io pace foss ga son SEicads POR ola ORiGa do Basica cos DEioo PE NUSG ES or OR cada nU TA 82 Anexo 1 Nomenclatura dos DOVINOS ssssccccssssssssscceeeessssssssceeeeeessssscssceeesessssccssceeeeessssecsceeeeeessssscssseeeeees l Anexo 2 Efectivo bovino n mero de explora es e dimens o m dia das explora es em Portugal Il Anexo 3 Tend ncia de desenvolvimento das boviniculturas em Portugal ccccccccccccscccecesesssesseseseeseeeeees IH Anexo 4 N mero de explora es por tipo de estabula o sssssseecccccssssssseeeccccccesssseeecececccassseseeeeseeeas IV Anexo 5 Considera es tidas na caracteriza o dos chorumes e estrumes quanto s quantidades e composi o M dia ss e255 ves3ccgcvecdovseeed3ccbweadecdavedgsce ouoodeesecesbeedausbdesecensacabovsbdesacuecooudeevtgens duecauetevsigecacuesseebevetiecoouesaey V Anexo 6 Cabecas Normais usess cesso desses isa aoennasinIa Lina sangra sb tee NES E E ETT VI Anexo 7 Processo de Digest o Anaer bia sssssssssssesseeeeseseseeeeeseeeseeeeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee VII Anexo 8 N mero de sistemas individuais e centralizados na Europa sssssssssssssssecesssesseseeossssssseecesssese vill Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Re
108. ees 60 Tide Tan Gues de POs digestao ceccessesess Lecccatechsenst ies teove tbe seal les See tenace ciel Leia gana LINA DEU TSC Las coil atdewkealeashan wakes 62 7 2 5 Sistema de Purifica o do BiO BAS eiennenn ie E O A E E RE et 63 TAPA RE E oA EAE PEE A E E E A AE A ES 64 TA Sirem de Cop ea O a e e eaa aa a da e aa a ea aE aeia a oaet 65 7 28 QueimadoridaBIOsAS E EE E E A E T 66 7 2 9 Resumo das Caracter sticas das Instala es c cccccccccsssssscecececsesesseeeceesceeseaeaeseesceesesaseeseeseeeseaaaeees 67 7 3 Produ o Ge BIO BAS EE E E ET 67 8 Viabilidade aea ea E E E dal ontsa cslsssadotases 70 8 1 CUSTOS E E E E E E E E E ca sora sadoma sado 70 SLT Investimento Iniciales aa EEEE A aE ai 70 8 1 2 Custos de Opera o e Manuten o cccssssccccecsessssssecececeeseessececccseseseseesecsceeseseeaeseeecesseaaeeeesesseesees 72 8 2 Receitas oer a a E E E E E E E E E E essa obese 75 8 2 1 Venda da Energia El ctrica do Biog s Rede cccsssccccecsessssesecececeeseaecececsceeseaaeaeseeeceesesesaeseeseseseeeea 75 8 3 Balan o ECON MICO s cssss casos cacecesasccshescteccstesceessucececonuaderedeutecuoseensecencccevedsuedeedee voonsoessecouedeuodesdestocdeoes 76 9 CONCIUS ES oie RE EE E EE E INTERE E EEE E N TE RN 77 9 1 Objectivos Realizad OS a a a an a S E nores asa dasoo 78 9 2 Limita es e Trabalho PUturo i cc5 5 03sicce0 ceoseseetsesenlocsvsssectecwescoosessisecneseesnssessceccuevenses sseouedsess
109. efectuada muito limitada 6 2 Contexto Geogr fico da rea em Estudo A AMP tem sede na cidade do Porto e em 2009 totalizava 1 684 872 habitantes em 1 883 km de rea INE 2009b num total de 16 concelhos Arouca Espinho Gondomar Maia Matosinhos Oliveira de Azem is Porto P voa de Varzim Santa Maria da Feira Santo Tirso S o Jo o da Madeira Trofa Vale de Cambra Valongo Vila do Conde e Vila Nova de Gaia Quase a totalidade da AMP excep o dos concelhos de Arouca e Oliveira de Azem is est inserida na regi o do EDM Esta regi o situa se na regi o Norte de Portugal e composta pelos distritos de Viana do Castelo Braga Porto e parte dos distritos de Aveiro Viseu e Vila Real englobando um total de 48 concelhos e parte do concelho de Montalegre Os concelhos de Arouca e Oliveira de Azem is incluem se na regi o da BL Esta regi o a qual composta por 33 concelhos faz parte na sua quase totalidade da regi o Centro abarcando por m 3 concelhos situados na regi o Norte Oliveira de Azem is S o Jo o da Madeira e Vale de Cambra Quanto aos concelhos da regi o Centro abarca quase a plenitude do distrito de Aveiro grande parte do distrito de Coimbra metade do concelho de Leiria e um concelho do distrito de Santar m Our m Nas regides do EDM e BL est inserida a BLPEDM constitu da por um conjunto de 11 concelhos Viana do Castelo Barcelos Esposende P voa de Varzim Vila Nova de Famalic o Vila do Conde
110. eimador e ser equipado com dispositivos de seguran a incluindo v lvula de anti retorno e corte de chama Cheng 2009 O queimador elevado protegido por uma camisa contra o vento e colocado a uma altura m nima de 2 m a qual dependente do caudal de g s a queimar Os caudais de g s ou seja a capacidade do queimador v o dos 100 at 6330 m h O queimador de emerg ncia pode operar a uma press o m nima de 12 mm de coluna de gua Cheng 2009 Na Tabela 23 apresenta se a capacidade do queimador considerando se um factor de seguran a de 1 25 Cheng 2009 Tabela 23 Capacidade do queimador de biog s Queimador de Biog s Capacidade m xima calculada m h 362 Factor de seguran a 1 25 Capacidade m xima seleccionada m h 452 66 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 7 2 9 Resumo das Caracter sticas das Instala es A Tabela 24 resume as principais caracter sticas das instala es das CDA Tabela 24 Resumo das principais caracter sticas das instala es das CDA Instala o dimensionada para processar 200 000 m ano de res duos 218 000 t ano dotada das seguintes unidades rea de Recep o e Descargas rea de 700 m em edif cio fechado com renova o de ar e em depress o Tanque de Recep o 1 tanque de recep o coberto 2 835 m para o chorume Digestores Anaer
111. eis SV alimentados ao digestor por unidade de volume do digestor e por dia apresentando geralmente as unidades kg m d Burke 2001 A taxa de alimenta o do digestor A pode ser calculada se o TRH e a concentra o do res duo afluente C forem conhecidos Equa o 5 Burke 2001 21 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP rin s Os SV s o uma medida da quantidade de MO nos res duos alimentados Em geral materiais com elevados teores de SV produzem mais biog s Ogejo et al 2009 Aumentando a taxa de alimenta o o volume do digestor diminui mas simultaneamente a percentagem de SV convertidos a biog s tamb m diminui Burke 2001 5 1 1 4 Alcalinidade e pH A presen a de alcalinidade suficiente nos digestores essencial para se manter um controlo adequado do pH na medida em que a alcalinidade funciona como um tamp o que previne r pidas altera es de pH Gerardi 2003 Por sua vez necess rio manter um valor aceit vel de pH no digestor para que o sistema funcione bem Bact rias acidog nicas preferem um pH acima de 5 0 e bact rias metanog nicas desenvolvem se melhor com valores de pH acima dos 6 2 Gerardi 2003 Ogejo et al 2009 A maioria das bact rias anaer bias tem um bom desempenho com valores de pH neutros entre 6 8 e 7 2 Gerardi 2003 Ogejo et al 2009 5 1 1 5 Mistura O conte do dos diges
112. ela 10 Caracter sticas t cnicas dos sistemas centralizados de DA esseceseeeesseceseeeeeeceeeeeeaeeceeeeeeaaeceeneeenaeenees 30 Tabela 11 Economia dos sistemas centralizados de DA erre eeeearaa ce eenaaeaa ne eenearaa acena 31 Tabela 12 N mero de efectivos e explora es de bovinos nos concelhos da AMP em 2009 adaptado de INE DOODC PRENA EN O EEE EU CR PEN cas ou stsSo sncedastan Gras Cum SD EEE da CUT PS ARTS E ates 37 Tabela 13 Efectivo e n mero de explora es em estudo face ao efectivo e n mero de explora es total para cada GONCEING PRM rerna PODRE ER PNR DUNNE REPARE RNA A RAP RR RR PRE E RE PRP TO ERR Thos 39 Tabela 14 Resumo da caracteriza o da bovinicultura na rea em estudo por concelho cesssseccceceessstseeeeeeees 42 Tabela 15 Produ o de chorume na rea em estudo por concelho eceeeceessssecececesseseeaeceeececseseeaeseceescsessaaeaeeeesees 44 Tabela 16 Crit rios para a determina o das reas inconvenientes cecesecesesececesseececeenaeeeceeeeeceesneeeceeaeeeseenaeees 46 Tabela 17 Crit rio para a determina o das reas faVOraveis cccecccccceceesesssesecececseseseeseeccsceesesaeseeeesceeseaeaeeeeeees 47 Tabela 18 Caracteristicas das CDA iioa iaa ser E ENE E a eae EE S EEEE E EET ai Es 55 Tabela 19 Dimens es do tanque de reCOPCdO cssccccccscsssssscececscseseseeeecececeeseeeeesececeeseseaaesesecsceeeaeseeeescceseaaeaeeeesees 60 Tabela 20 Dimen
113. ence ao Atlas da Grande rea Metropolitana do Porto Pinho 2009 6 5 2 1 Determina o das reas Inconvenientes Numa primeira fase determinaram se quais eram as reas inconvenientes para a implementa o das CDA ou seja as reas onde n o aconselhada a constru o destas centrais Para tal aplicaram se os seguintes crit rios Tabela 16 45 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 16 Crit rios para a determina o das reas inconvenientes 1 crit rio Isolamento As povoa es e reas residenciais t m de se situar a uma dist ncia m nima das CDA de modo a serem protegidas principalmente do arrastamento de odores As medidas tomadas neste sentido foram e Exclus o das reas urbanizadas e urbaniz veis designadas a partir de agora por reas urbanas as quais correspondem s reas urbanas consolidadas e s reas com urbaniza o em curso urbaniza o programada ou pass veis de serem urbanizadas Pinho 2009 Introdu o de um buffer rea de influ ncia de 200 m volta destas reas onde tamb m inconveniente a constru o A dist ncia adoptada teve por base o PDM de Oliveira de Azem is o qual diz interdita a execu o de quaisquer edifica es a menos de 200 m dos limites das Instala es de Recolha e Tratamento de Lixos salvo em casos justificados tecnicamente Nos PDM dos restan
114. endo em conta o mbito e os objectivos do presente trabalho poss vel dividir a legisla o aplic vel nos seguintes principais dom nios gest o em termos gerais dos diferentes res duos pecu rios limites de aplica o dos efluentes pecu rios no solo e DA aplicada ao tratamento dos res duos pecu rios e Gest o dos res duos pecu rios Em Portugal a legisla o relativa gest o dos diferentes res duos pecu rios tem por base o REAP aprovado pelo Decreto Lei DL n 214 2008 de 10 de Novembro O DL n 214 2008 para al m de garantir o respeito pelas normas de bem estar animal a defesa higio sanit ria dos efectivos a salvaguarda da sa de a seguran a de pessoas e bens a qualidade do ambiente e o ordenamento do territ rio estabelece em complemento ao DL n 122 2006 de 27 de Junho o regime a aplicar s actividades de gest o por valoriza o ou elimina o dos efluentes pecu rios incluindo as unidades de produ o de biog s Da legisla o aplic vel no mbito do REAP destaca se a Portaria n 631 2009 de 9 de Junho a qual estabelece as normas regulamentares a que obedece a gest o dos efluentes das actividades pecu rias e tamb m as normas t cnicas a observar no mbito do licenciamento das actividades de transforma o dos efluentes pecu rios tendo em vista promover as condi es adequadas de produ o recolha armazenamento transporte valoriza o e destino final Relativamente ao encamin
115. ento Inicial Ko e gt g bo E 2 me e n De dm e ai S 5 E 2 P e E 3 E lt ir 2 3 E a c 3 m a x gt Ano de constru o 1994 1994 1995 1995 1996 1996 1996 1997 1997 1998 T digestor 2900 4600 7500 880 6000 5000 2800 2800 2000 5000 N de explora es 17 75 45 7 50 58 14 15 14 35 14 Instala o 2454 3433 7270 1274 6243 4748 2495 2213 4151 4251 1000 Ve culos 161 469 94 496 469 161 54 174 161 1000 Tanques de armazenamento de lamas nas explora es 309 E E 134 382 402 161 54 241 1000 Unidade de separa o mec nica i i i 1000 Outros custos s 1610 349 3595 2159 1204 1000 PN ae total 2924 3902 7270 3112 7470 5619 6412 4480 4325 5857 14 F Unidade de DA incluindo tanques de pr e p s armazenamento tubagens e sistema de cogera o 15 A a ran Inclui aerogeradores unidades de incinera o de palhas e outros componentes org nicos gasodutos para bombagem de lamas XV Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela vii Custos de O amp M e receitas dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 Sistemas Centralizados na Dinamarca entre 1984 e 1998 Custos de Ope
116. erficial total adoptada m 908 Volume total adoptado m 9079 61 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 7 2 3 1 Higieniza o A higieniza o dos res duos particularmente importante em sistemas centralizados de modo a reduzir os riscos de propaga o de doen as entre explora es pecu rias e assegurar a protec o da sa de p blica contamina o de produtos agr colas Devem por isso ser tomados cuidados espec ficos ao n vel da elimina o eficaz de organismos patog nicos A gama de temperatura utilizada na digest o gama termof lica embora garanta uma maior efici ncia de elimina o de patog nicos pode n o ser suficiente para garantir os n veis desej veis de descontamina o ETSU 1997 Os par metros que condicionam a higieniza o dos produtos da DA s o principalmente a temperatura a que os res duos s o sujeitos em determinada fase do processo ou na sua totalidade em combina o com o tempo m nimo de reten o garantida A n vel nacional n o existe legisla o sobre este tema no entanto tal como j foi visto o Regulamento CE n 1774 2002 exige que o chorume sujeito ao processo de DA e que se destina a ser comercializado seja sujeito a um processo de tratamento t rmico em que alcancem pelo menos 70 C durante um m nimo de 1 hora Na Dinamarca pa s pioneiro no controlo da aplica o de res duos para
117. es as quais foram obtidas com recurso s funcionalidades do ArcGIS 9 3 Nas receitas apenas se contabilizou a venda de electricidade produzida a partir do biog s com base nos pre os praticados de acordo com a legisla o em vigor em Portugal Posteriormente realizou se uma an lise ao conjunto de custos e receitas obtidos 8 1 Custos 8 1 1 Investimento Inicial O investimento inicial inclui as unidades de DA nomeadamente tanque s de recep o digestor es tanque s de higieniza o tanque s de armazenamento do produto digerido sistema de purifica o do biog s gas metro s caldeira a g s instala o de cogera o e tubagens Tamb m poder o fazer parte dos custos de investimento inicial os tanques de armazenamento de lamas nas explora es as unidades de separa o mec nica do produto digerido a aquisi o do terreno entre outros mas tal n o englobado na presente an lise Hjort Gregersen 1999 Esses custos dependem de muitos factores de entre os quais se destacam o tipo de tecnologia e capacidade do sistema a implementar ADENE 2003 Hjort Gregersen 1999 De acordo com Nielsen e Hjort Gregersen 2002 e Baldwin et al 2009 este custo afectado por economias de escala 70 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Embora seja uma estimativa grosseira poss vel avaliar o investimento inicial a partir dos dados
118. es duos devido a quest es de transporte necess rio operar o tanque de modo a que seja garantido o fornecimento cont nuo de res duos ao digestor durante estes 2 dias Considera se um volume do tanque superior a 5 vezes o volume di rio de res duos afluentes Os tanques poder o ser constru dos em bet o ou em a o acima e ou abaixo do n vel do solo e ser o cobertos de forma a evitar a propaga o de cheiros O ar extra do dever ser conduzido para o sistema de filtragem para depura o de odores ADENE 2003 Admitiu se a forma cil ndrica A Tabela 19 apresenta as dimens es do tanque de recep o calculadas tendo em conta as considera es anteriormente mencionadas Tabela 19 Dimens es do tanque de recep o Tanque de recep o Caudal de res duos afluente m dia 548 Volume calculado m 2740 Altura arbitrada m 10 rea superficial calculada m 274 Di metro calculado m 18 7 Di metro adoptado m 19 0 rea superficial adoptada m 284 Volume adoptado m 2835 7 2 3 Digestores Anaer bios Tendo por base a an lise efectuada anteriormente aos tipos de digestores anaer bios sec o 5 5 poss vel escolher o digestor que melhor se adequa ao presente caso de estudo de acordo com as caracter sticas dos res duos e as suas quantidades Comparando os dois tipos de digestores mais usados nas CDA os reactores perfeitamente agitados e os digestores de fluxo pist o os reactores
119. es ou depois da garantida num digestor digest o num digestor digest o num digestor termof lico h termofilico mesof lico 52 0 10 53 5 8 55 0 6 5 5 7 5 60 0 2 5 3 5 A digest o pode ter lugar antes ou depois da higieniza o Digest o termof lica aqui definida como o tratamento com um TRH de pelo menos 7 dias temperatura de 52 C Digest o mesof lica aqui definida como tratamento com um TRH de pelo menos 14 dias temperatura de 20 52 C XXIII Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 15 Determina o do Investimento Inicial Ajustou se uma fun o potencial aos pontos apresentados na Tabela x Foi necess rio eliminar alguns m r 2 m pontos os que est o a cinzento de modo a se obter um R elevado com a inclus o de todos os pontos tem se um R 0 4282 um valor muito baixo Obteve se a fun o representada na Figura ix Tabela x Capacidade de tratamento versus investimento inicial unit rio nas CDA implementadas na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 CDA Capacidade de tratmento m ano Investimento inicial unitario m V Hjermitslev 16246 93 Vegger 20554 81 Davinde 12190 43 Sinding rre 49443 56 Fangel 57647 37 Revninge 9789 155 Ribe 161978 24 Lintrup 129165 34 Lemvig 156387 37 Hodsager 18482 49 Hash j 46154 53 Thors 115013 30 rhus 139345 52 Filskov 30020
120. es ou tractores A capacidade dos tanques utilizados pelos tractores reduzida entre os 8 e 10 m ADENE 2003 enquanto a capacidade dos cami es cisterna varia dos 10 aos 30 m ADENE 2003 Dur o 2009 De acordo com Al Seadi 2000 o transporte dos res duos das explora es pecu rias at s CDA na Dinamarca feito em cami es com tanques de v cuo com capacidades de 15 m 16 m 18 m ou 20 m sendo que a grande maioria dos tanques apresenta uma capacidade de 20 m 5 4 2 3 Economia Devem ser analisados os custos de investimento inicial os custos de opera o pessoal custos administrativos encargos com an lises f sico qu micas electricidade entre outros os custos de manuten o equipamento electromec nico e de constru o civil entre outros e os custos de transporte dos res duos De um outro lado t m se as receitas relativas venda de electricidade e calor a terceiros e caso se aplique da venda de composto org nico Em alguns pa ses como o caso da Dinamarca geram se tamb m receitas da aplica o de taxas de recep o dos res duos na central mas tal n o est estabelecido ainda em Portugal Pode ser efectuado um balan o econ mico ou seja a diferen a entre as receitas e os custos Tamb m pode ser avaliada a necessidade de subsidiar as CDA Na seguinte tabela Tabela 11 apresenta se uma descri o dos custos receitas balan o econ mico e subs dios aplicados s CDA
121. esignados de bovinos de engorda intensiva Em ambos os tipos de produ o as crias das vacas t m o nome de vitelos vitelas at aos 6 meses de idade s o designados de bezerros bezerras de 6 meses a 1 ano de idade e denominam se novilhos novilhas os animais com 1 a 2 anos de idade Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 2 Efectivo bovino n mero de explora es e dimens o m dia das explora es em Portugal Distribui o do efectivo bovino em Distribui o das explora es de bovinos em Portugal Portugal 2 m EDM mTM mBL mBI RO mALE mALG m A ores Madeira Figuras i e ii Distribui o do efectivo bovino e das explora es de bovinos respectivamente em Portugal adaptado de INE 2011 Dimens o m dia das boviniculturas em Portugal cabe as explora o mEDM ETM EBL mBl RO mALE mALG mA ores Madeira Figura iii Dimens o m dia das boviniculturas em Portugal cabe as explora o adaptado de INE 2011 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 3 Tend ncia de desenvolvimento das boviniculturas em Portugal Portugal Continente EDM TM BL BI RO Alg A ores Madeira 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 m Explora es mCabecas Figura iv Varia o do numero de explora es
122. espectivo transporte a longas dist ncias Outro aspecto a considerar na comercializa o deste produto a sazonalidade da procura o que obriga exist ncia de infra estruturas que permitam o armazenamento do produto por um per odo m nimo de seis meses e em condi es adequadas protegido da chuva e dos insectos e com controlo das escorr ncias ADENE 2003 Sendo assim antes de se optar pela comercializa o de um composto org nico necess rio realizar um estudo de mercado e garantir a exist ncia das infra estruturas necess rias ao seu armazenamento 5 2 2 2 L quido Clarificado O l quido digerido proveniente do processo anaer bio apresenta uma diversidade de nutrientes embora em n veis geralmente reduzidos e um elevado teor de gua Pode ser utilizado para irriga o de campos agr colas com o efeito acumulado de os fertilizar fertirriga o Dur o 2009 Dever o ser tidas em aten o as caracter sticas do l quido nomeadamente a quantidade e tamanho das part culas de modo a n o ocorrerem entupimentos nas tubagens e sistemas de aspers o Os m todos de espalhamento e os per odos de aplica o para o efeito dependem do tipo de cultura em que aplicado do estado de crescimento da planta e do tipo de solo O espalhamento dever respeitar regras que evitem a lixivia o dos nutrientes para guas subterr neas ou superficiais e que preservem o ambiente ADENE 2003 O l quido geralmente armazenado e
123. estes compostos bastante dif cil o que faz com que haja uma diminui o significativa no rendimento espec fico destes res duos Por outro lado o facto de nestes animais a degrada o da maioria do C biodegrad vel ocorrer no est mago e no r men leva a que a produ o de biog s seja bastante inferior que se verifica nos res duos provenientes das suiniculturas e aviculturas Tamb m o facto de a alimenta o destes animais poder variar consoante a esta o do ano Ver o ou Inverno influencia a produ o de biog s Ferreira 2009 Componentes como palha aparas de madeira material inorg nico areias vidros e metais e material polim rico afectam negativamente a din mica de fluidos e biodegradabilidade dos substratos No entanto dependendo do tipo de reactor e do tamanho da palha esta pode mesmo melhorar substancialmente a produ o de biog s atrav s de regula o da raz o C N para valores na ordem dos 25 30 A adi o de estrume como material de caracter sticas s lidas permite reduzir a dilui o da mistura a tratar melhorando a produ o de biog s por unidade de volume tratado ADENE 2003 A co digest o dos res duos das boviniculturas com outros res duos pode levar ao aumento do rendimento do processo o caso da co digest o com res duos da ind stria alimentar com lamas de ETARs e com res duos de outras actividades pecu rias como a suinicultura e avicultura Ferreira 2009 26 Viabilidades T
124. ferior No entanto a energia necess ria para operar este sistema maior do que a verificada nos sistemas mesof licos e podem ser necess rias infra estruturas adicionais para promover aquecimento suficiente No caso de se utilizarem estrumes o sistema est mais facilmente sujeito a que n o esteja dispon vel calor suficiente para se alcan arem temperaturas termof licas sendo conveniente diluir os res duos Burke 2001 necess rio que a temperatura se mantenha uniforme ao longo do reactor e deve assim ser gerida de modo a prevenir zonas com quebras de temperatura Ogejo et al 2009 20 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 5 1 1 2 Tempos de reten o O n mero de dias que a MO permanece no digestor designado por tempo de reten o H dois tempos de reten o a considerar nos digestores anaer bios o tempo de reten o de s lidos TRS e o TRH Gerardi 2003 O TRS o tempo m dio que as bact rias s lidos se encontram no interior do digestor o tempo de reten o mais importante e o par metro mais importante na convers o dos s lidos dos res duos a produtos gasosos Burke 2001 Pode ser calculado atrav s da quantidade de s lidos mantida no digestor dividida pela quantidade de s lidos descarregada diariamente Equa o 3 TRS 3 onde V o volume do digestor Cy a concentra o de s l
125. filica ou termof lica de temperatura Burke 2001 Normalmente s o aquecidos por um sistema de tubagem de gua quente que se encontra no interior no reactor Burke 2001 Podem assim ser usados em qualquer clima Ogejo et al 2009 Os digestores de fluxo pist o operam melhor com res duos com 11 13 de ST US EPA 2004 Balsam 2006 e contendo uma quantidade diminuta de areias e siltes Burke 2001 Os sistemas de fluxo pist o est o sujeitos a que ocorra uma estratifica o dos materiais materiais pesados areias e siltes sedimentam no fundo do reactor enquanto materiais leves fibras org nicas flutuam superf cie Ogejo et al 2009 Burke 2001 A estratifica o pode ser parcialmente evitada se se mantiver uma concentra o elevada de s lidos no digestor Burke 2001 O TRH neste tipo de digestores superior a 15 dias Ogejo et al 2009 Estes digestores s o economicamente atractivos No entanto os custos de limpeza dos s lidos remanescentes no reactor a qual deve ser efectuada periodicamente s o consider veis uma vez que o reactor tem de ser desligado Tamb m s o induzidos elevados custos de opera o se ocorrer estratifica o devido a res duos dilu dos ou excesso de areias e siltes Burke 2001 Estes reactores n o podem tratar res duos oriundos da suinicultura devido sua falta de fibras US EPA 2004 36 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento
126. hamento tratamento e destino final dos res duos esta Portaria determina que tal deve ser assegurado pelos seguintes procedimentos utiliza o pr pria dos res duos ou transfer ncia para terceiros para efeitos de valoriza o agr cola tratamento e descarga nas massas de gua ou aplica o no solo nos termos do regime de utiliza o dos recursos h dricos tratamento numa unidade t cnica de efluentes pecu rios numa unidade de produ o de fertilizantes org nicos ou numa unidade de transforma o de subprodutos animais nos termos do Regulamento CE n 1774 2002 do Parlamento Europeu e do Conselho de 3 de Outubro tratamento em unidade de compostagem ou de produ o de biog s nos termos da presente Portaria ou no mbito do regime geral de gest o de res duos aprovado pelo DL n 178 2006 de 5 de Setembro tratamento em unidade de tratamento t rmico ou de produ o de energia ou de materiais com ou sem recupera o de energia t rmica gerada pela combust o Esta Portaria remete para o C digo de Boas Pr ticas Agr colas CBPA MADRP 1997 e defende que as explora es pecu rias devem promover a aplica o das orienta es previstas neste documento O CBPA resulta da aplica o do DL n 194 2000 de 21 de Agosto o qual transp e para ordem jur dica interna a Directiva n 96 61 CE e tem como objectivo fundamental auxiliar os agricultores e os t cnicos para a Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer b
127. hed edeuducocd Aaheuavevdvevedsa S ea dc SEDA shone 69 Tabela 28 Investimento Inicial seria sssusissessiiajo re aaae E EAEE AEE a SE inner idosas seas banida ds 71 Tabela 29 Custos de O amp M airea erini b Faso chani Eb nan iss PEndlaL GU Sues gicounesbiundoedseedesbopbesusbbetuenebalboshepasdnsoasnsdadtespsboenads 72 Tabela 30 Custos de transporte dos reSiduos ccccccsscccesssceceesececsecceceesececeeaaececeeeeecessueeeceeaaeeeceeeaeceeueeeceeaeeesseaeeess 74 Tabela 31 Receita da venda de electricidade rede el ctrica nacional rena 75 Tabela 32 Balan o econ mico assis cccceccesteccececeevescecacvceacaesestnctsesseeceevsidedeensstecuenacdectnetseectethvcnhcdaesvedeaaseneteetesndecsesedaees 76 Figura 1 Balan o de massa t pico de um sistema de DA percentagens m ssicas adaptado de ETSU 1997 23 Figura 2 Digestor de mistura completa adaptado de US EPA 2010 ccecccccsssscccsssceceesececeeseececsssseceeaeeecsssaeees 34 Figura 3 Digestor de fluxo pist o horizontal adaptado de US EPA 2010 ccccccccesscceessscecsssseceesssceceeseeeesssaeees 36 Figura 4 a Regi es de Portugal b AMP c rea em estudo aeee 40 Figura 5 BLPEDM fonte DRAEDM et al 2007 cccssssssssecssscesseeceecseceeceascssseeceaeeseaeecsueeseseecsaeeseseeceueeeeaeecaeeseeeesea 40 Figura 6 a N mero de explora o por tipo de estabula o adaptado de INE 2011 b Representa o das explora
128. ia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 2 Contexto e Estado da Arte Os problemas ambientais decorrentes dos efluentes gerados pelas actividades agro pecu rias e agro industriais j v m a ser notados h longa data e levaram ao desenvolvimento de uma estrat gia nacional para a sua gest o Assim surgiu a Estrat gia Nacional para os Efluentes Agro Pecu rios e Agro Industriais ENEAPAI publicada em 2007 pelo Minist rio do Ambiente do Ordenamento do Territ rio e do Desenvolvimento Regional MAOTDR Esta estrat gia caracteriza a situa o actual das actividades agro pecu rias e agro industriais incluindo a bovinicultura e procede identifica o de zonas com maior press o e defini o de n cleos de ac o priorit ria Na bovinicultura os concelhos de Vila do Conde P voa do Varzim Santo Tirso e Maia encontram se inclu dos num n cleo de ac o priorit ria e por sua vez os concelhos de Oliveira de Azem is e Arouca est o presentes num outro n cleo de ac o priorit ria De modo a melhorar a situa o corrente apresentada uma s rie de medidas a implementar entre as quais se incluem solu es t cnicas de tratamento dos res duos que potenciem a produ o de energias renov veis e contribuam para a integra o regional sendo a aplica o de CDA uma solu o poss vel No que diz respeito mais especificamente aos problemas ambientais da actividade leiteira a Direc o Regio
129. ia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP racionaliza o da pr tica da fertiliza o e de todo um conjunto de pr ticas culturais que podem interferir na din mica de azoto no ecossistema diminuindo assim o seu efeito poluidor As medidas descritas no CBPA s o de aplica o facultativa excepto nas zonas vulner veis que t m car cter obrigat rio e Limites de aplica o dos efluentes pecu rios no solo Por imposi o do DL n 202 2005 de 24 de Novembro todas as explora es que procedam valoriza o agr cola dos efluentes pecu rios como fertilizantes ou correctivos org nicos assim como as explora es intensivas e as semi extensivas s o obrigadas a implementar um Plano de Gest o de Efluentes A gest o dos efluentes poder n o ser efectuada exclusivamente na explora o podendo haver contrata o com entidades p blicas privadas ou de associa es de produtores No anexo IV do DL s o estabelecidas normas quanto aplica o dos efluentes no solo e sua quantidade limite Relativamente aplica o dos efluentes no solo tem se que A aplica o dos efluentes usados para a fertirriga o dos solos fica condicionada nos meses de Novembro Dezembro e Janeiro em solos inundados ou inund veis e em solos declivosos por classe de declive de acordo com o CBPA N o permitida a aplica o de efluentes nas margens das linhas de gua e junto das capta es de gua para
130. idos no digestor Q o caudal di rio de res duo digerido e C a concentra o de s lidos no res duo Burke 2001 A presen a de elevados TRS vantajosa para os digestores anaer bios na medida em que maximiza a capacidade de produ o de biog s permite digestores de menor volume e proporciona capacidade tamp o de protec o contra cargas inesperadas e subst ncias t xicas Gerardi 2003 Ogejo et al 2009 Tipicamente os TRS para os digestores anaer bios s o superiores a 12 dias TRS inferiores a 10 dias n o s o recomendados O TRS n o significativamente afectado pela natureza dos res duos a tratar a n o ser que estes possuam elementos t xicos para as bact rias Gerardi 2003 Por sua vez o TRH o tempo que os res duos permanecem no digestor Burke 2001 O TRH igual ao volume do digestor V dividido pelo caudal di rio Q Equa o 4 Burke 2001 V TRH 4 Q Este tempo de reten o estabelece a extens o convers o da MO a biog s Burke 2001 Os TRH t picos v o dos 10 25 dias Raven e Gregersen 2005 5 1 1 3 Taxa de alimenta o Os tempos de reten o por si s n o permitem avaliar o impacto que a concentra o do residuo afluente tem no digestor anaer bio e assim avaliar a capacidade do digestor converter a MO em biog s sendo necess rio o conhecimento da taxa de alimenta o A taxa de alimenta o vulgarmente definida como a quantidade de s lidos vol t
131. imite ditado principalmente por dificuldades log sticas maioritariamente associadas ao transporte de res duos e de manuseamento dos res duos de acordo com Santos 2005 e ADENE 2003 sendo esta informa o fornecida nomeadamente numa proposta de um cons rcio constitu do pelas empresas ZAGOPE HESE Umwelt Krieg amp Fischer Ingenieure Utambiente e Tech M5 O uso de um n mero muito reduzido de CDA de grande capacidade pode ser problem tico no caso de ocorrer uma falha no processo n o se apresentando solu es alternativas para o tratamento dos res duos certo que o uso de digestores anaer bios a funcionar em paralelo pode reduzir o risco de falha mas h tamb m a possibilidade de ocorrerem problemas noutras etapas do processo Por outro lado o limite de capacidade apresentado encontra se influenciado pelas caracter sticas da produ o de res duos quantidades e localiza o das fontes geradoras das regi es onde est o implementados Por exemplo na Dinamarca a produ o de res duos pecu rios n o t o concentrada como na AMP Al Saedi 2000 Assim o limite de constru o de CDA com capacidade m xima de 200 000 t ano de res duos n o deve ser considerado intranspon vel O investimento inicial e os custos de opera o das CDA s o sujeitos a economias de escala Nielsen e Hjort Gregersen 2002 Baldwin et al 2009 pelo que pode ser economicamente vi vel a constru o de centrais de maior escala Na falta de info
132. io H2S Cheng 2009 Durante a acetog nese esta mistura complexa de cidos formada durante a acidog nese transformada em cido ac tico pelas bact rias acetog nicas com a liberta o simult nea de CO e H Gon alves 2005 Na metanog nese a produ o de CH pode resultar de dois mecanismos distintos a transforma o do cido ac tico CHCOOH pelas bact rias metanog nicas em CH e CO Equa o 1 e a reac o entre o H2 e o CO originando CH e vapor de gua H O Equa o 2 A reac o 1 denominada metanog nese acetocl stica e a reac o 2 metanog nese redutora e ambas podem ser provocadas por bact rias metanog nicas as quais apresentam elevada diversidade morfol gica Cheng 2009 CHCOOH gt CH CO 1 cido ac tico metano di xido de carbono AH CO gt CH 2H0 2 hidrog nio di xido de carbono metano vapor de gua 19 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP A reac o 1 mais dominante Embora na etapa de acidog nese seja produzido H gt a sua concentra o na fase l quida da digest o muito reduzida n o resultando significativamente na forma o de CH Cheng 2009 Estima se que aproximadamente 70 do CH produzido provenha da reac o 1 e os restantes 30 resultem da reac o 2 Bicudo e Ribeiro 1996b No Anexo 7 ilustra se o processo de DA descrito a
133. ist ncia de um mercado de digestores anaer bios escala individual muito desenvolvido com muita oferta e um forte apoio t cnico AEAT 2005 No entanto verificou se um aumento dos custos de produ o das culturas energ ticas o que reduz a viabilidade econ mica destes sistemas prevendo se assim uma desacelera o da tend ncia de crescimento da aplica o de unidades descentralizadas Dur o 2009 Os sistemas centralizados de DA s o maioritariamente utilizados na Dinamarca registando este pa s 20 CDA em 2005 Na Dinamarca h uma aposta pol tica e estrat gica clara concretizada em programas de ac o espec ficos para promover a utiliza o das CDA Dur o 2009 De acordo com AD Nett 2005 em Portugal contabilizam se 100 sistemas individuais de DA Segundo Berardino 2009 71 destes sistemas destinam se ao tratamento de res duos provenientes de suiniculturas 8 de aviculturas e 5 de boviniculturas Uma percentagem alta destes sistemas recorre utiliza o de digestores anaer bios r sticos e de opera o simples a operarem a cerca de 20 C Bicudo e Ribeiro 1996b 3 Alguns autores assumem outras classifica es nomeadamente ADENE 2003 refere 3 tipos de sistemas individuais comuns e centralizados e Ogejo et al 2009 classifica os em individuais centralizados e com co digest o 27 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas
134. istemas Centralizados na Dinamarca entre 1984 e 1998 Caracter sticas T cnicas o A k v F v a bo o E g E S g E 2 3 x Bp eTe S c c E wn 5 9 E S E E E 3 x gt a e nal e gt N Ano de constru o 1984 1985 1988 1988 1989 1989 1990 1990 1992 1993 a e 16246 20554 12190 49443 57647 9789 161978 129165 156387 18482 Capacidade do digestor 1500 920 750 2 250 3 750 540 5 235 7 200 7 600 880 m 3x500 4x230 3x750 2x1600 550 3x1745 3x2400 3x2533 2x440 N2 de explora es 5 7 6 35 26 2 79 62 80 6 Gama de temperatura m m i m m t m p 37 C 55 C 36 C 51 C 37 C 53 C 53 C 52 5 C 37 C TRH dias 34 15 28 16 21 15 12 20 17 n d produgse de biogas 1492 2013 282 2 348 2275 355 4762 3718 5 302 656 1000 m ano Capacidade de armazenamento de biogas m 50 148 30 150 50 n d 1 000 1 000 5 000 100 Dist ncia m dia de transporte km 1 5 5 5 7 5 6 5 n d 11 7 5 7 5 3 n d n o definido m mesof lica t termofilica XI Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela iv cont Caracter sticas t cnicas dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca adaptado de Hjort Gregersen 1999 Al Seadi 2000 Escobar e Heikkil 1999 Sistemas Centralizados na Dinamarca entre 1
135. m a utiliza o de 50 L animal dia de gua para lavagem das instala es e os bovinos de carne utilizam 40 L animal dia A gua utilizada nas salas de ordenha varia entre 14 e 22 L animal dia para sistemas de lavagem sem press o e entre 27 a 45 L animal dia para sistemas com press o Bicudo e Ribeiro 1996a Z i i 0 Composi o Estas guas apresentam um teor de MS geralmente inferior a 3 Os teores de CBOs s o muito vari veis Bicudo e Ribeiro 1996a Estas guas podem ser utilizadas na irriga o de campos embora o seu valor fertilizante seja significativamente inferior ao dos chorumes e estrumes Bicudo e Utiliza o Ribeiro 1996a Na maioria das vezes estas guas s o armazenadas juntamente com os chorumes em fossas de armazenamento nas explora es pecu rias ADENE 2003 Potencial de O potencial de polui o das guas sujas cerca de 3 a 5 vezes superior ao das guas Polui o residuais urbanas n o tratadas Bicudo e Ribeiro 1996a 4 3 3 Escorr ncias de Silagem As escorr ncias de silagem prov m das instala es silos onde se conservam as forragens nome dado alimenta o ou material das camas dos animais MADRP 1997 A Tabela 7 caracteriza as escorr ncias de silagem quanto s quantidades geradas composi o utiliza o e potencial de polui o Tabela 7 Caracteriza o das escorr ncias de silagem Escorr ncias de Silagem As quantidades produzidas depende
136. m do maior ou menor teor de humidade do Quantidades material ensilado O teor de humidade por sua vez depende de factores como o grau de matura o do material das condi es meteorol gicas da utiliza o de aditivos e absorventes e se os silos s o cobertos ou n o Bicudo e Ribeiro 1996a As escorr ncias de silagem s o ricas em subst ncias org nicas facilmente Composi o biodegrad veis algumas delas azotadas MADRP 1997 Podem ser utilizadas como material fertilizante aplicando se nos solos ou serem Utiliza o usadas na alimenta o do gado necess rio armazen las convenientemente antes da sua utiliza o MADRP 1997 Este efluente possui um grande potencial poluente dada a sua composi o Os valores de CBOs apresentados s o cerca de 200 vezes superiores aos das guas Potencial de residuais urbanas n o tratadas Bicudo e Ribeiro 1996a Para al m disso estas Polui o escorr ncias s o bastante corrosivas MADRP 1997 Os acidentes de polui o com estes efluentes poder o ser devidos a silos e ou fossas de recolha mal concebidos deficientemente constru dos ou mantidos MADRP 1997 18 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 5 Digest o Anaer bia 5 1 Processo de Digest o Anaer bia A DA da mat ria org nica biodegrad vel ocorre na aus ncia de oxig nio e na presen a de microrganis
137. m se consider veis economias de escala nos custos de investimento Custos de Os custos de O amp M verificados em 1998 ou 1997 98 nas CDA da Dinamarca variam opera o e de dos 49 000 ano at aos 1 6 M ano De acordo com Nielsen e Hjort Gregersen manuten o 2002 verificam se consider veis economias de escala nos custos de opera o Custos de transporte Est estimado que o custo de transporte dos res duos constitua 35 50 dos custos dos res duos totais de opera o da instala o Escobar e Heikkil 1999 Receitas Venda de electricidade e A electricidade produzida a partir da energia do biog s pode ser vendida rede el ctrica podendo se obter receitas que conduzem economia dos sistemas O calor eventualmente tamb m poder ser vendido aos edif cios ind strias das calor redondezas A op o de venda da electricidade rede sempre considerada em todas as CDA dinamarquesas Venda A venda de um composto org nico ap s separa o s lido l quido e poss vel enda de E compostagem da fibra pode gerar receitas que permitem a economia dos sistemas composto wae no ro O mercado aceita o de venda de um composto org nico necessita de ser alvo de org nico um estudo particular Balan o Econ mico O balan o econ mico foi positivo em todas as instala es dinamarquesas no ano de 1998 ou 1997 98 excep o de apenas uma CDA Subs dios
138. mara Municipal de Montemor o Novo cujo tema foi Estudo de Viabilidade do Tratamento Centralizado de Res duos Agro Pecu rios no Concelho de Montemor o Novo Neste estudo Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP fez se em primeiro lugar o levantamento e caracteriza o de todos os res duos org nicos gerados no concelho de Montemor o Novo res duos pecu rios res duos industriais agricolas por exemplo res duos de ind strias alimentares como ind stria de processamento de arroz e panificadoras de um matadouro de destilarias entre outros e lamas de ETARs De modo a se implementar um sistema que apresentasse ser o mais tecnicamente economicamente e socialmente vi vel procedeu se avalia o de v rios cen rios os quais tiveram por base os seguintes crit rios e pressupostos localiza o das CDA raio de ac o das unidades de transporte de res duos tipo de res duos a integrar nas CDA venda a terceiros do calor excedente separa o de s lidos venda a granel da frac o s lida separada compostagem do material s lidos separado embalagem do composto tratamento complementar da frac o l quida armazenamento final do produto digerido entre outros A sua avalia o foi feita de acordo com a viabilidade financeira expressa em termos do per odo de retorno do investimento PRI da taxa interna de rentabilidade TIR e do balan o fin
139. mesmo indispens vel para a viabilidade e equil brio financeiro 79 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP gt Futuramente deve ser feito o levantamento das poss veis fontes de co substratos e efectuada uma an lise da viabilidade da sua incorpora o nas CDA e Todo o processo de obten o das moradas das explora es pecu rias foi muito moroso havendo muita apreens o por parte das Cooperativas Agr colas em fornecer estes dados Neste sentido os dados correspondentes ao concelho da Trofa n o s o muito significativos gt Futuramente recomenda se o levantamento de todas as explora es da Trofa assim como poder o ser estudadas todas as explora es pecu rias da AMP e Est fora do mbito de estudo a considera o da gest o do produto digerido resultante do processo de DA No entanto a sua an lise revela se essencial para a determina o da economia dos sistemas gt Recomenda se a avalia o da receptividade do mercado para um composto org nico produzido a partir do produto digerido e a avalia o da sua influ ncia na economia do sistema No caso de n o se optar pela compostagem do produto devem ser verificadas as caracter sticas do produto e a possibilidade impossibilidade da sua aplica o no solo Recomenda se tamb m a avalia o do destino final a dar ao l quido clarificado ap s separa o s lido l quido No caso de op
140. mos anaer bios A DA consequ ncia de uma s rie de interac es metab licas entre v rios grupos de microrganismos que cooperam entre si auto regulando o processo de digest o Verma 2002 Desenvolve se segundo quatro etapas distintas hidr lise acidog nese acetog nese e metanog nese Cheng 2009 Na hidr lise a mat ria org nica biodegrad vel que cont m principalmente carbohidratos prote nas e gorduras na forma s lida sujeita a desintegra o isto hidr lise levada a cabo por microrganismos facultativos que segregam enzimas Estas enzimas transformam o material polim rico em mon meros a cares simples monossacar deos amino cidos e cidos gordos na forma l quida Cheng 2009 Gon alves 2005 Estes compostos v o constituir substrato para a ac o dos microrganismos que actuam na acidog nese A actividade hidrol tica pode limitar o processo de DA sendo por vezes utilizados produtos qu micos para melhorar esta etapa resultando num menor tempo de digest o e numa maior produ o de metano CH Verma 2002 Na acidog nese isto gera o de cidos os produtos sol veis da hidr lise s o absorvidos e utilizados por microrganismos anaer bios ou facultativos de onde resulta a excre o de cidos org nicos cidos propi nico val rico l ctico e but rico lcoois e compostos inorg nicos tais como di xido de carbono CO hidrog nio H am nia NH3 e sulfureto de hidrog n
141. nal de Agricultura do Entre Douro e Minho DRAEDM publicou em 2007 o Plano de Ordenamento da Bacia Leiteira Prim ria do Entre Douro e Minho BLPEDM A BLPEDM insere se nas regi es do Entre Douro e Minho EDM e Beira Litoral BL e constitu da por um conjunto de 11 concelhos a saber Viana do Castelo Barcelos Esposende P voa de Varzim Vila Nova de Famalic o Vila do Conde Santo Tirso Trofa Maia Matosinhos e Oliveira de Azem is compreendendo uma rea aproximada de 158 000 ha excep o de Arouca todos os concelhos em estudo inserem se na BLPEDM Este Plano apresenta uma s rie de medidas e ac es a adoptar no sentido de solucionar os problemas decorrentes da actividade leiteira nesta regi o Uma das medidas propostas a implementa o de equipamentos e sistemas de tratamento e valoriza o de res duos e efluentes e uma das ac es a tomar no mbito desta medida a valoriza o energ tica de res duos org nicos por co digest o anaer bia em sistemas colectivos Esta aplica o permitir obter um g s combust vel biog s o qual um recurso energ tico renov vel com um importante valor econ mico associado podendo ser utilizado para aquecimento ou produ o de energia el ctrica Relativamente a projectos referentes avalia o da viabilidade t cnica e econ mica de CDA a n vel nacional n o h praticamente estudos nesse mbito A Ag ncia para a Energia ADENE realizou em 2003 um estudo para a C
142. nde a produ o de res duos deveras superior s o necess rias 6 CDA Agruparam se as freguesias vizinhas entre si na escolha de quais as explora es a fornecer res duos para uma dada central Os concelhos da Maia Trofa e Santo Tirso ter o uma CDA s para si e os concelhos de Oliveira de Azem is uma outra central 6 5 2 5 Determina o da Localiza o das Centrais de Digest o Anaer bia e sua Caracteriza o Criou se uma fun o de densidade Kernel para cada conjunto de explora es que ir o fornecer o chorume a uma dada central A Figura 7 ilustra a localiza o das CDA apresentando os n cleos de densidade Kernel as reas favor veis e convenientes a localiza o das boviniculturas e os contornos das freguesias e concelhos Deu se prefer ncia localiza o das centrais em reas favor veis que se encontrem dentro do n cleo de maior densidade No caso de n o haver reas favor veis dispon veis no n cleo de maior densidade CDA1 e CDA3 optou se por reas convenientes Na CDA5S embora seja vis vel uma rea favor vel no n cleo de maior densidade ao se sobrepor a carta militar respectiva verificou se que essa rea industrial j est ocupada Sendo assim optou se pela rea conveniente mais central Na CDA7 Maia Trofa e Santo Tirso n o h necessidade de se agruparem freguesias podendo ser escolhido o local tal como anteriormente dentro do n cleo de maior densidade e preferencialmente numa re
143. no final dos res duos pecu rios carecem de uma gest o controlada e mais eficiente que proporcione um enquadramento da actividade pecu ria no meio envolvente quer em termos ambientais e agr colas quer em termos econ micos e sociais A produ o de odores desagrad veis a polui o dos cursos de gua e a contamina o de solos e aqu feros s o alguns dos principais problemas causados pela m gest o dos res duos pecu rios e que determinam a necessidade de implementa o de solu es para a sua gest o Nas explora es pecu rias produzem se essencialmente tr s tipos de res duos os chorumes e estrumes as guas sujas e as escorr ncias de silagem O destino final dos chorumes definidos como uma mistura de fezes urina e gua com quantidades diminutas de restos de ra es e material usado nas camas dos animais palhas e ou fenos Bicudo e Ribeiro 1996a MADRP 1997 constitui geralmente um problema quer para os produtores quer para o meio ambiente embora estes possam ser utilizados como um fertilizante org nico natural Os produtores t m dificuldades no seu armazenamento e evacua o acabando por proceder a um armazenamento inapropriado e aplica o de quantidades excessivas nos solos N o cumprem assim a legisla o em vigor em Portugal relativa gest o dos diferentes res duos pecu rios a qual tem por base o Regime do Exerc cio da Actividade Pecu ria REAP e determina as doses e pocas de aplica o adequadas
144. nteriormente apresentando as percentagens de cada componente em cada etapa 5 1 1 Par metros que influenciam o Processo de Digest o Anaer bia S o muitos os par metros que influenciam o processo de DA Entre os principais est o a temperatura os tempos de reten o a taxa de alimenta o a alcalinidade e pH a mistura e os nutrientes 5 1 1 1 Temperatura H duas gamas distintas de temperatura nas quais o processo de DA pode ser operado a gama mesof lica e a gama termof lica Gerardi 2003 Balsam 2006 Hamilton n d Em cada uma delas interv m diferentes bact rias Os sistemas mesof licos operam num intervalo de 30 C a 40 C Ogejo et al 2009 sendo a temperatura de 35 C ideal Hamilton n d e neles predominam as bact rias mesof licas J os sistemas termof licos operam com temperaturas entre os 50 C e 60 C Ogejo et al 2009 sendo a temperatura de 55 C tida como ideal Hamilton n d e neles predominam as bact rias termof licas A temperaturas entre os 40 C e os 50 C as bact rias formadoras de metano s o inibidas Gerardi 2003 A digest o termof lica pode gerar uma maior taxa de crescimento das bact rias apresentando estas um tempo de reprodu o de 10 a 15 dias o qual contrasta com os mais de 30 dias registados pela digest o mesof lica Hamilton n d Apresenta tamb m maiores rendimentos de produ o de biog s o que resulta num tempo de reten o hidr ulico TRH in
145. nto Tirso Areias rea total dispon vel 9 1 ha Dist ncia m xima CDA Explora o 15 km N mero de explora es abrangidas 106 Chorume afluente m ano 141 483 m ano de 145 188 m ano 97 4 Oliveira de Azem is e Arouca CDA8 Localiza o S o Roque fronteira com Vila de Cucujdes Oliveira de Azem is Freguesias constituintes 33 Oliveira de Azem is 13 Loureiro Travanca UI Santiago de Riba Ul Madail S o Martinho da G ndara Vila de Cucuj es S o Roque Oliveira de Azem is Ossela Macinhata da Seixa Carregosa Faj es Arouca 20 Escariz Fermedo S o Miguel do Mato Mansores Chave Trope o Rossas V rzea Urr Santa Eul lia Abergaria da Serra Burgo Arouca Cabreiros Moldes Canelas Espiunca Covelo de Paiv Janarde Alvarenga rea total dispon vel 2 5 ha rea favor vel 16 4 ha rea conveniente Dist ncia m xima CDA Explora o 15 km N mero de explora es abrangidas 231 Chorume afluente m ano 157 658 m ano de 207 593 m ano 75 9 XXII Viabilidade T cnica e Econ mica da Digestao Anaer bia aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 14 Higieniza o Tabela ix Higieniza o controlada equivalente a aquecimento a 70 C durante 1 hora MAED 2000 Tempo m nimo de reten o garantida num tanque de higieniza o separado h Temperatura C Tempo m nimo de reten o Antes ou depois da Ant
146. o 314 0 3 4 0 1 Porto 50 0 1 6 0 2 S o Jo o da Madeira 0 0 0 0 0 0 Total 98662 100 3509 100 37 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Os concelhos de Vila do Conde P voa do Varzim Oliveira de Azem is Trofa Maia e Arouca foram os 6 concelhos escolhidos de in cio englobando 84 do efectivo bovino total Posteriormente aquando da recolha de dados foram fornecidos alguns dados relativos a Santo Tirso e decidiu se introduzir tamb m este concelho no estudo englobando se assim 87 4 do efectivo bovino da AMP Destes 7 concelhos ficou a cargo da autora deste trabalho a obten o e tratamento dos dados dos concelhos da P voa do Varzim Trofa Maia e Santo Tirso ficando Teixeira 2011 tese desenvolvida em paralelo encarregue da obten o e tratamento dos dados de Vila do Conde Oliveira de Azem is e Arouca Para a elabora o deste projecto foi necess ria a obten o dos seguintes dados para cada concelho n mero de bovinos por explora o discriminado por n mero de f meas e de machos e respectiva morada Tamb m se tentou obter a distin o entre as explora es que se destinavam produ o de leite e de carne no entanto tal s foi fornecido para o concelho da Maia O n mero de animais por explora o para cada concelho foi provido pela Direc o Geral de Veterin ria do Norte DGV Norte e os dados foram recolhidos a 2
147. o Conde 183 789 5 CDA7 Muro Trofa 141 483 15 CDA8 S o Roque Oliveira de Azem is 157658 15 Em todas as centrais da P voa do Varzim e ou Vila do Conde CDA1 CDA2 CDA3 CDA4 CDA5 CDA6 a aplica o de um raio de 4 5 ou 6 km permite contemplar todas as boviniculturas o que contrasta com as centrais da Maia Trofa e Santo Tirso CDA7 e Oliveira de Azem is e Arouca CDA8 onde o raio de aplica o de 15 km excep o das CDA7 e CDA8 o n mero de explora es abrangidas por cada central ronda as 90 explora es A CDA7 abrange 107 explora es n mero este que deveria ser bem superior no caso de se ter dados para todas as explora es da Trofa e Santo Tirso Na CDA8 o n mero de boviniculturas muito elevado 231 boviniculturas Este n mero elevado de explora es deve se ao grande n mero registado em Arouca 412 explora es na rea em estudo 55 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP As CDA da P voa do Varzim e ou Vila do Conde recebem um total de chorume de aproximadamente 200 000 m ano o correspondente ao total de chorume produzidos pelas freguesias abrangidas Nas CDA7 e CDA8 a aplica o de uma dist ncia m xima de 15 km n o permite abranger todas as explora es Na CDA7 ficam apenas 2 explora es de fora abrangendo 97 4 do total de chorume produzidos nos 3 concelhos 157 657 m ano Na CDA8 s o contempl
148. o qual varia desde os 123 000 192 000 ano nas centrais de Vila do Conde e P voa do Varzim at aos 454 000 485 000 ano nas centrais de implementadas em Oliveira de Azem is e Trofa onde as dist ncias de transporte s o maiores e as quantidades de res duos tratadas menores A capacidade das centrais deve ser aproveitada ao m ximo A venda do produto digerido ser fundamental para se obterem lucros e s com esta receita extra h a possibilidade de os sistemas de DA se auto financiarem e permitirem o retorno do capital investido Poder se tamb m considerar o uso de capitais alheios como o caso do financiamento do transporte dos res duos pelos produtores ou a cobran a de taxas de admiss o de res duos a tratamento Mediante os elevados custos de investimento ser necess rio o recurso a subs dios Para tal podem se criar programas de incentivo nacionais e ou europeus e realizar a procura de fontes de financiamento aplic veis 9 1 Objectivos Realizados A an lise de uma viabilidade t cnica centrada na descri o das unidades das CDA foi totalmente realizada Tamb m a avalia o de produ o de biog s e sua convers o em energias el ctrica e t rmica foi efectuada No que respeita avalia o da viabilidade econ mica apresentaram se os poss veis custos e receitas possibilitando uma boa no o da economia do processo tendo tamb m este objectivo sido bem sucedido O levantamento dos dados das bovinicultu
149. o topo O l quido contendo agora o enxofre entra no bioreactor onde as bact rias oxidam este composto Zhao et al 2010 Chibante e Ferraz 2009 Para que a reac o tenha lugar os microrganismos necessitam de quantidades estequiom tricas de oxig nio sendo adicionado ar ao biog s numa propor o de 2 a 6 ADENE 2003 O enxofre purgado e o l quido j livre de enxofre recirculado Zhao et al 2010 Chibante e Ferraz 2009 7 2 6 Gas metro O biog s produzido ser armazenado num gas metro Existem diferentes tipos de gas metros sendo comuns os tanques ou esferas de baixa m dia ou alta press o com camp nula de a o em gua ou tela pl stica Escobar e Heikkil 1999 ADENE 2003 Em Portugal os gas metros recentemente mais utilizados s o esferas insufl veis de dupla camada em membrana de poli ster endurecida com policloreto de vinilo PVC Cheng 2009 e ser esse o tipo de gas metro a utilizar A camada exterior continuamente sujeita a enchimento de ar atrav s de um soprador de ar para manter uma press o constante A camada interior para armazenamento de biog s e desloc vel sendo o volume de g s armazenado monitorizado por um detector ultras nico de n vel Comercialmente este tipo de gas metro pode ter capacidades desde 100 m at a 5000 m com di metros correspondentes de 6 9 e 22 9 m A press o de servi o de biog s armazenado de 0 02 atm baixa press o A estrutura do gas metro
150. oder energ tico do biog s de 23 MJ m As energias el ctrica e calor fica foram calculadas com base numa efici ncia de convers o da energia do biog s em electricidade de 35 e em calor de 45 A energia el ctrica em GJ d pode ser convertida a pot ncia el ctrica em kW factor de convers o de 11 575 kW GJ d ver Tabela 26 Tabela 26 Produ o de biog s energia do biog s e discrimina o em energia el ctrica e calor fica e pot ncia el ctrica por CDA Chorume Produ o Energia do Energia Energia Pot ncia afluente de biog s biog s el ctrica calor fica el ctrica m d m d GJ d GJ d GJ d kw CDA1 535 8474 194 9 68 22 87 71 790 CDA2 532 8421 193 7 67 79 87 16 785 CDA3 527 8344 191 9 67 17 86 36 778 CDA4 538 8514 195 8 68 54 88 12 793 CDAS 533 8438 194 1 67 92 87 33 786 CDA6 504 7974 183 4 64 19 82 53 743 CDA7 388 6138 141 2 49 41 63 53 572 CDA8 432 6840 157 3 55 06 70 79 637 Total 3 987 63 143 1452 508 654 5 884 68 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Para uma CDA que utilize a sua capacidade maxima 200 000 m de res duos por ano a produ o de biog s energia do biog s energia el ctrica e calor fica e pot ncia el ctrica tomam os valores da Tabela 27 Tabela 27 Produ o de biog s energia do biog s e discrimina o em energia el ctrica e calor fica e pot ncia el ctrica para
151. oheler A C 2006 Viabilidade da cogera o de energia el ctrica com biog s da bovinicultura de leite artigo apresentado no 6 Congresso Internacional sobre gera o Distribu da e Energia no Meio Rural AGRENER GD 2006 6 a 8 de Junho de 2006 Campinas Brasil Decreto Lei n 73 2009 RAN Reserva Agr cola Nacional Minist rio da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas Di rio da Rep blica 12 s rie n 63 de 31 de Mar o Decreto Lei n 122 2006 Minist rio da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas Di rio da Rep blica 12 s rie n 122 de 27 de Junho Decreto Lei n 166 2008 REN Reserva Ecol gica Nacional Minist rio do Ambiente do Ordenamento do Territ rio e do Desenvolvimento Regional Di rio da Rep blica 12 s rie n 162 de 22 de Agosto Decreto Lei n 178 2006 Minist rio do Ambiente do Ordenamento do Territ rio e do Desenvolvimento Regional Di rio da Rep blica 12 s rie n 171 de 5 de Setembro 83 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Decreto Lei n 194 2000 Minist rio do Ambiente e do Ordenamento do Territ rio Di rio da Rep blica 12 s rie n 192 de 21 de Agosto Decreto Lei n 202 2005 Di rio da Rep blica 12 s rie n 226 de 24 de Novembro Decreto Lei n 214 2008 Minist rio da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas
152. olo 54 e outras utiliza es 43 A utiliza o destes res duos para aproveitamento energ tico muit ssimo pouco expressiva INE 2011 Enquanto os produtores v em o estrume como um produto mais f cil de escoar podendo em alguns casos ser at vendido o destino final do chorume o qual geralmente acumulado juntamente com as guas sujas em fossas especificamente constru das para o efeito constitui normalmente um problema e geralmente espalhado em solo agr cola ADENE 2003 A sua aplica o no solo agr cola tem de obedecer s normas impostas pelo DL n 202 2005 o qual estabelece as pocas locais e quantidades limite de aplica o Muitas das instala es n o est o providas com tanques de armazenamento que permitam a acumula o destes efluentes pelo tempo necess rio a dar cumprimento s pocas apropriadas para a sua aplica o e quantidades usadas Deste modo importante encontrar uma solu o para o tratamento dos chorumes Potencial de Polui o O conte do em nutrientes dos res duos pecu rios em especial N e P pode provocar problemas de polui o A utiliza o dos estrumes e chorumes na fertiliza o dos terrenos nem sempre feita de modo apropriado nomeadamente no que respeita a quantidades pocas e t cnicas de aplica o Assim a sua utiliza o pode originar a contamina o das guas subterr neas principalmente com nitratos a acumula o de elementos como o cobre o K
153. os Org nicos SPI Sociedade Portuguesa de Inova o Consultadoria Empresarial e Fomento da Inova o S A Porto ISBN 972 8589 49 2 Hamilton D W n d Anaerobic Digestion of Animal Manures Understanding the Basic Processes Oklahoma Cooperative Extension Service Oklahoma State University BAE 1747 Hjort Gregersen K 1999 Centralised Biogas Plants Integrated Energy Production Waste Treatment and Nutrient Redistribution Facilities Danish Institute of Agricultural and Fisheries Economics IDEA Instituto para la Diversificaci n y Ahorro de la Energia 2007 Biomasa Digestores anaerobios ISBN 13 978 84 96680 21 0 INE Instituto Nacional de Estat stica 2009a Indicadores Agro Ambientais 1989 2007 ISBN 978 989 25 0041 6 INE Instituto Nacional de Estat stica 2009b Instituto Nacional de Estat stica Estat sticas Territoriais dados de 2009 http www ine pt acedido a 14 de Junho de 2011 INE Instituto Nacional de Estat stica 2009c Instituto Nacional de Estat stica Base de Dados dados do Recenseamento Agr cola de 2009 http www ine pt acedido a 30 de Junho de 2011 INE Instituto Nacional de Estat stica 2011 Recenseamento Agricola 2009 An lise dos principais resultados ISBN 978 989 25 0108 6 Juniper 2007 Commercial Assessment Anaerobic Digestion Technology for Biomass Projects BioREGen Karagiannidis A Perkoulidis G 2009 A multi c
154. os pelos digestores de lagoa coberta US EPA 2004 A maioria destes digestores nos Estados Unidos da Am rica EUA apresenta uma forma circular e achatada com um di metro superior a altura e alguns destes digestores nos EUA e na maior na Europa apresentam uma forma ovular com a altura muito superior ao di metro A forma de ovo favorece a mistura enquanto elimina grande parte da estratifica o que pode ocorrer Burke 2001 A produ o de biog s n o elevada dado que a biomassa se encontra em suspens o Burke 2001 34 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP A maioria dos reactores opera na gama de temperaturas mesof lica sistemas de baixa carga No entanto alguns reactores de mistura completa operam na gama termof lica sistemas de alta carga Os digestores que operam na gama termof lica de temperatura necessitam de receber grandes concentra es de res duos biodegrad veis de modo a que se gere o calor suficiente para que se opere nesta gama de temperatura S o assim indicados para o tratamento de grandes volumes de res duos A taxa de convers o dos res duos em biog s superior na gama termof lica e consequentemente o TRH pode ser inferior e a produ o de biog s superior Tamb m nesta gama a energia requerida para o aquecimento superior e n o podem ser utilizados res duos dilu dos com guas de lavagem uma vez que n
155. perfeitamente agitados s o os mais adequados aos grandes volumes de res duos a tratar e aos baixos teores de ST verificados pelos chorumes teor de ST de aproximadamente 9 10 Assim sendo o tipo de digestor utilizado ser um reactor perfeitamente agitado A escolha da gama de temperatura qual o digestor ir operar gera uma grande controv rsia Se por um lado os sistemas mesof licos s o mais est veis menos dependentes de altera es no pH e na 60 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP toxicidade e requerem menores consumos de energia por outro lado os sistemas termof licos geram maiores produ es de biog s necessitam de TRH inferiores e permitem uma maior higieniza o dos produtos Decidiu se dar prioridade elevada higieniza o dos produtos e maior produ o de biog s seguindo se a tend ncia actual e optando se por operar na gama termof lica ou seja entre 50 e 60 C Ser admitida uma temperatura de funcionamento de 52 C mais comum tendo em conta as CDA dinamarquesas Os TRH t picos do processo de DA variam entre os 10 e 25 dias Admitir se um TRH de 15 dias uma vez que se est a lidar com temperaturas termof licas as quais conduzem a TRH baixos Os digestores ser o de forma cil ndrica mais comuns com fundo inclinado e paredes verticais Pode se admitir que os digestores s o semi enterrados de mo
156. plicam outras condi es se for origin rio de uma de uma zona n o submetida a restri es devidas a uma doen a transmiss vel grave e que seja destinado a ser aplicado na pr pria explora o A concess o de uma aprova o espec fica pode permitir o com rcio de chorume destinado a ser aplicado numa qualquer explora o e a transforma o deste efluente numa unidade t cnica numa unidade de biog s ou numa unidade de compostagem No que diz respeito ao chorume transformado e produtos transformados base de chorume para serem colocados no mercado devem obedecer s seguintes condi es serem provenientes de uma unidade t cnica de uma unidade de biog s ou de uma unidade de compostagem aprovada pela autoridade competente em conformidade com o presente regulamento terem sido submetidos a um processo de tratamento t rmico em que alcancem pelo menos 70 C durante um m nimo de 60 minutos e devem ter sido submetidos a uma redu o das bact rias formadoras de esporos e da toxicidade O processo de transforma o previsto deve ser validado mediante a medi o da redu o de viabilidade infecciosidade de organismos indicadores end genos durante o processo Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 4 O Sector Pecu rio em Portugal 4 1 Aspectos Gerais A actividade pecu ria divide se em diversas categorias de acordo com o tipo de animais a que se
157. plora es o nome de algumas ruas n o estava actualizado tendo se corrigido este XVIII Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 11 Representa o das reas inconvenientes convenientes e favor veis As reas inconvenientes convenientes e favor veis encontram se representadas na Figura vii Legenda E reas Inconvenientes N reas Convenientes E reas Favor veis D 15 3 6km f Jcontorno dos Concelhos Figura vii reas inconvenientes conveniente e favor veis 19 oa n EE in a As reas favor veis representadas correspondem somente aplica o do 1 crit rio ou seja correspondem s reas industriais pois a fun o de densidades n o tem o mesmo formato de representa o XIX Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 12 N cleos de Densidade Kernel aplicados aos 2 conjuntos de concelhos Legenda N Boviniculturas Contorno Freguesias o F 3 contorno Concelhos Figura viii Representa o da distribui o das boviniculturas e n cleos de densidade Kernel raio de 15 km XX Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Anexo 13 Caracteriza o detalhada das Centrais de Digest o Anaer bia
158. posting and Anaerobic Digestion of Biodegradable Municipal Waste Journal of Environmental Science and Health Part A 41 5 865 879 Nguyen P H L Kuruparan P Visvanathan C 2007 Anaerobic digestion of municipal solid waste as a treatment prior to landfill Bioresource Technology 2007 98 380e7 Nielsen L H Hjort Gregersen K 2002 Socio economic Analysis of Centralised Biogas Plants Report nr 136 Ris National Laboratory and University of South Denmark Ogejo J A Wen Z Ignosh J Bendfeldt E Coolins 2009 Biomethane Technology Virginia Cooperative Extension Publication 442 881 PDM Oliveira de Azem is Regulamento do PDM Pereira J L S 2005 Manipula o de efluentes de bovinicultura pr tratamento e aplica o ao solo Disserta o de Mestrado Engenharia Sanit ria Departamento de Ci ncia e Engenharia Ambiente Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa Pinho P 2009 Atlas da Grande rea Metropolitana do Porto Laborat rio de Planeamento da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e Junta Metropolitana do Porto Portaria n 631 2009 Minist rio do Ambiente do Ordenamento do Territ rio e do Desenvolvimento Regional e da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas Di rio da Rep blica 12 s rie n 111 de 9 de Junho Raven R P J M Gregersen K H 2005 Biogas plants in Denmark successes and setbacks Renewable
159. qualitativos s o subjectivas e foram realizadas com o intuito de dar uma melhor percep o da informa o Verifica se que as boviniculturas da rea em estudo dedicam se quase exclusivamente produ o de leite excep o do concelho da Maia n o foi fornecida informa o em rela o ao tipo de produ o Para tal teve se de assumir um crit rio Assumiu se que se o n mero de machos fosse nulo a explora o era obrigatoriamente de leite e nos casos em que o n mero de machos era superior a zero se o n mero de f meas fosse igual ou superior a 5 a explora o dedicava se explora o de leite caso contr rio estava se perante uma explora o de carne Pensa se que os erros cometidos n o s o muito elevados visto que as explora es de leite praticamente n o apresentam machos Vila do Conde de longe o concelho com maior n mero de bovinos e apresenta explora es em geral de muito grande dimens o O concelho da P voa do Varzim apresenta um efectivo bovino elevado e explora es de muito grande dimens o Oliveira de Azem is e Maia t m um efectivo bovino m dio e explora es de tamanho m dio Por sua vez tem se Arouca que embora apresente um n mero de bovinos m dio apresenta um n mero muito elevado de explora es sendo a sua dimens o m dia muito pequena Para Trofa e Santo Tirso uma vez que n o se obteve a totalidade dos dados o efectivo bovino baixo No entanto para o concelho de Santo Tirso foram
160. ra o e Receitas gt a di z a v o on o E S E E 2 g E gt Bo eTe 5 c de E w O Md Kad a E o s E gt a 2 a al gt Ano de constru o 1984 1985 1988 1989 1989 1990 1990 1992 1993 T digestor 1500 800 750 3200 540 4 650 6 900 7 000 880 N de explora es 5 7 6 26 2 79 62 80 6 Custos de O amp M 278 328 49 344 164 762 720 877 203 1000 ano Receitas 395 527 52 654 198 1279 1183 1461 364 1000 ano Balan o econ mico 17 5 5 5 117 199 3 310 34 517 463 584 161 1000 ano Valor das receitas no ponto de equil brio 1000 ano 127 94 36 375 34 349 483 563 161 P Em 25 a Em oa Em a Em Categoria ree Aceitavel Sob press o Insatisfat rio ee Aceitavel i a Aceitavel ee equilibrio equilibrio equilibrio equilibrio 16 N o existem valores para as centrais Sinding rre Vaarst Fjellerad e Nysted 7 Ap s obten o de prorroga es de pagamentos de hipotecas XVI Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela vii cont Custos de O amp M e receitas dos sistemas centralizados implementados na Dinamarca entre 1984 e 1988 adaptado de Hjort Gregersen 1999 Sistemas Centralizados na Dinamarca entre 1984 e 1998 Custos de Opera o e Receitas E dO g e e v gt o Fes 2 e o o U I lt i a co Ano de constru o 1994 1994 1995 1995 1996
161. rade o o fornecimento dos dados relativos ao efectivo bovino presente nas explora es pecu rias de todos os concelhos em estudo Sem esta colabora o o presente trabalho n o poderia ter sido realizado s Cooperativas Agr colas da P voa do Varzim e Maia e Cooperativa dos Agricultores dos Concelhos de Santo Tirso e Trofa agrade o a ced ncia dos dados relativos s moradas das explora es pecu rias A sua colabora o foi imprescind vel elabora o deste trabalho Joana Teixeira colega de curso e autora de uma tese de mestrado desenvolvida em paralelo a esta agrade o o fornecimento dos dados relativos aos concelhos de Vila do Conde Oliveira de Azem is e Arouca assim como toda a troca de ideias e amizade A todos aqueles que directa ou indirectamente me ajudaram na elabora o desta tese de mestrado expresso a minha sincera gratid o Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Resumo Na rea Metropolitana do Porto verifica se uma actividade bovin cola leiteira muito acentuada cujos res duos gerados carecem de uma gest o controlada e eficiente A aplica o indevida de estrumes e chorumes nos solos culmina em repercuss es ambientais negativas que devem ser mitigadas Em simult neo necess rio dar cumprimento legisla o em vigor a qual estabelece pocas e quantidades limite de estrumes e chorumes a aplicar no
162. ras da AMP e sua georeferencia o superou a proposta inicial tendo se acedido aos dados de mais concelhos do que os inicialmente 78 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP previstos A caracteriza o das boviniculturas da rea em estudo e dos res duos por elas produzidos embora seja uma an lise de dif cil acesso quando n o poss vel o contacto directo com as explora es foi totalmente realizada dentro das limita es tidas Por sua vez a determina o do n mero e localiza o das CDA superou as expectativas tendo se executado um estudo exaustivo embora a rigor se necessite de um estudo conduzido por uma equipa de profissionais 9 2 Limita es e Trabalho Futuro e Uma das maiores limita es do presente trabalho refere se falta de informa o detalhada relativa s caracter sticas das boviniculturas e dos res duos por estas produzidos Esta lacuna na informa o levou a que tivessem de ser adoptadas algumas considera es nomeadamente Produ o exclusiva de chorume por parte de todas as boviniculturas pois apenas se sabe que maioritariamente usada a estabula o com produ o de chorume n o havendo dados espec ficos de quais as explora es que n o a utilizam Fica assim de fora a utiliza o de estrume no processo de DA o qual permite reduzir a dilui o da mistura a tratar melhorando a produ o de biog
163. rcado do composto org nico digerido embora tal se encontre fora do mbito do presente estudo ADENE 2003 O biog s produzido armazenado em gas metros Geralmente utilizado para cogera o Escobar e Heikkil 1999 Biog s Na Dinamarca as capacidades de armazenamento do biog s dos gas metros variam dos 50 m aos 4 000 m 12 20 dias ADENE 2003 TRH 10 25 dias Raven e Gregersen 2005 A dist ncia m xima considerada na recolha dos res duos varia de autor para autor Segundo Santos 2005 em termos pr ticos vulgar considerar se como ideal uma dist ncia m xima de 5 km entre a CDA e os centros produtores embora esta possa Transporte ser superior e atingir valores de 10 ou 15 km ADENE 2003 defende a aplica o de dos res duos dist ncias de 10 ou 15 km A recolha de res duos a uma dist ncia superior dever depender de circunst ncias especiais entre as quais se pode citar a concentra o de mat ria org nica Por sua vez Dur o 2009 admite um raio m ximo para o transporte de res duos de 25 km 30 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP O transporte dos res duos desde os locais de origem at CDA implica por vezes o seu armazenamento tempor rio Dur o 2009 O transporte dos chorumes e estrumes efectuado por estrada em tanques de v cuo com trac o proporcionada por cami
164. re o solo ou inserido no mesmo e pode ter forma circular quadrangular ou rectangular O tanque possui temperatura controlada volume constante e mistura ver Figura 2 Ogejo et al 2009 Cobertura flex vel ou r gida Armazenamento de Biog s Afluente Recep o do Afluente com bomba Bloco de cimento Figura 2 Digestor de mistura completa adaptado de US EPA 2010 A mistura pode ser cont nua ou intermitente Ogejo et al 2009 Pode ser executada por interm dio de gases agitadores mec nicos e tubos de suc o com agitadores mec nicos ou simplesmente por bombas de recircula o Os sistemas de mistura mais eficientes em termos de energia consumida por quantidade de res duo agitada s o os agitadores mec nicos H evid ncia de que uma mistura intensa pode inibir as bact rias o que uma desvantagem No entanto a mistura intensa necess ria para manter as areias e siltes em suspens o e permite tamb m a obten o de convers es razo veis dos res duos em biog s Burke 2001 O reactor deve ser coberto por uma cobertura capaz de reter o biog s Ogejo et al 2009 As coberturas podem ser fixas ou flutuantes As coberturas flutuantes s o mais caras do que as fixas Burke 2001 Os reactores em an lise podem ser constru dos a partir de uma grande variedade de materiais sendo comum o bet o e o a o Burke 2001 Os volumes requeridos por estes reactores s o menores dos que os requisitad
165. reais observados noutras CDA nomeadamente na Dinamarca a partir da aplica o de uma fun o que relacione o investimento inicial com um outro par metro como por exemplo o n mero de animais Baldwin et al 2009 pot ncia da instala o Baldwin et al 2009 ADENE 2003 capacidade tratamento Murphy e Power 2006 Karagiannidis and Perkoulidis 2009 entre outros Optou se pela representa o do investimento inicial em em fun o da capacidade de tratamento medida em m de res duos ano Utilizaram se os valores das CDA dinamarquesas apresentados em Hjort Gregersen 1999 O Anexo 15 apresenta os valores usados e a representa o gr fica da fun o As economias de escala s o muito percept veis na fun o obtida A fun o a seguinte Investimento inicial m 10692 x Capacidade de tratamento m ano 28 7 a qual apresenta um coeficiente de correla o R de 0 8052 O investimento inicial por CDA e total apresentado na Tabela 28 Tabela 28 Investimento inicial Quantidade de res duos m ano Investimento inicial 1000 CDA1 a8 200000 6104 Total 1 600 000 48 830 Comparou se os investimentos iniciais obtidos com os patentes em propostas comerciais levantadas em ADENE 2003 Verificou se que os investimentos iniciais propostos nesse mbito s o muito semelhantes aos aqui obtidos A empresa BWSC Burmeister amp Wain Scandinavian Contractor A S numa proposta reali
166. riteria ranking of different technologies for the anaerobic digestion for energy recovery of the organic fraction of municipal solid wastes Bioresource Technology 100 2355 2360 Karellas S Boukis 1 Kontopoulos G 2010 Development of an investment decision tool for biogas production from agricultural waste Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 2010 1273 1282 85 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Lazarus W F 2009 Anaerobic Digester Technology Transition to a Bio Economy The Role of extension in Energy June 2009 Conference Little Rock Arkansas Lei n 46 2008 Di rio da Rep blica 12 s rie n 165 de 27 de Agosto MADRP Minist rio da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas 1997 C digo de Boas Pr ticas Agr colas para a protec o da gua contra a polui o com nitratos de origem agr cola MAOTDR Minist rio do Ambiente do Ordenamento do Territ rio e do Desenvolvimento Regional 2007 Estrat gia Nacional para os Efluentes Agro Pecu rios e Agro Industriais ENEAPAI ISBM 978 989 8097 02 6 Minist rio do Ambiente e da Energia da Dinamarca MAED 2000 Decreto Lei n 49 de 20 de Janeiro de 2000 relativo utiliza o de produtos derivados de res duos para fins agr colas Murphy J D Power N M 2006 4 Technical Economic and Environmental Comparison of Com
167. rma o neste estudo considerar se a recep o de um m ximo de cerca de 200 000 t ano de chorume n o se correndo assim o risco implementa o de um mega projecto de car cter experimental possibilitando no futuro adaptar a capacidade das CDA introdu o de res duos de outro tipo no processo estrumes res duos das ind strias alimentares lamas de ETARs entre outros e levando obten o de dist ncias de transporte n o exageradamente elevadas com complexa log stica associada Note se que a rigor dever se ia proceder a uma an lise de cen rios com a considera o de v rios n meros de CDA a implementar e determinar o cen rio que culmina na minimiza o das dist ncias de 49 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP transporte face aos custos de investimento opera o quest es de log stica seguran a etc Esta an lise deve ser levada a cabo por parte de uma equipa de projecto devidamente conhecedora das caracter sticas de constru o civil funcionamento do processo electricidade seguran a log stica etc Est fora do mbito do presente trabalho e de qualquer modo n o se teve acesso rede vi ria a qual essencial para esta an lise As considera es realizadas levam implementa o de 8 CDA de modo a se proceder ao tratamento de todos os res duos produzidos Nos concelhos de Vila do Conde e P voa do Varzim o
168. rros est o a ser cometidos principalmente nos concelhos de Arouca e Oliveira de Azem is uma vez que n o se teve acesso a dados num ricos somente ilustra o 41 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 14 Resumo da caracteriza o da bovinicultura na rea em estudo por concelho Tipo de produ o Vila do Conde Leite P voa do Leite Varzim Oliveira de i Leite Azem is Trofa Leite Maia Leite Arouca Leite Santo Tirso Leite Efectivo bovino Muito elevado 37000 N2 de explora es Muito elevado Muito baixo 12 Muito elevado 412 1 INE 2011 informa o para as regi es do EDM e DL 2 DRAEDM et al 2007 informa o para a BLPEDM n d n o definido Dimens o m dia cabe as explora o Muito elevada 94 1 Muito elevada 100 8 Muito pequena 12 7 Sistema de explora o 1 Maioritariamente intensivo Maioritariamente intensivo Maioritariamente intensivo Maioritariamente intensivo Extensivo Maioritariamente intensivo Tipo de instala o 1 Livre chorume Livre chorume Livre chorume Livre chorume Livre chorume Livre chorume Frequ ncia de limpeza Sistema de limpeza 2 A E 2 Alojamento dos animais Manual Salas de leite e ordenha Arrastamento hidr ulico n d Alojamento dos animais
169. s A obten o de um balan o econ mico negativo limita a an lise econ mica pass vel de ser realizada Para que o sistema possa vir a ter um balan o econ mico positivo necess rio considerar a venda do produto digerido podendo este ser sujeito apenas a separa o s lido l quido ou ser tamb m aplicada compostagem De acordo com ADENE 2003 a compostagem do produto digerido e sua posterior venda do composto org nico embalado gera receitas de cerca de 30 t de composto e s a venda de composto embalado financeiramente interessante Tamb m se poder considerar que o transporte dos res duos das explora es at s centrais seja financiado pelos produtores Ou em alternativa sejam aplicadas taxas de admiss o destes res duos nas CDA Face ao elevado valor do investimento inicial para al m do auto financiamento que poder ser conseguido ap s considera o da venda do produto digerido e do uso de capitais dos produtores ser tamb m necess rio considerar o recurso a subs dios Para tal poder se o criar programas de incentivo nacionais e ou europeus e realizar a procura de fontes de financiamento aplic veis 76 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 9 Conclus es As boviniculturas da rea em estudo dedicam se essencialmente produ o de leite O sistema de explora o intensivo excep o dos concelhos de Oli
170. s duos das Boviniculturas da AMP Anexo 9 Anexo 10 Anexo 11 Anexo 12 Anexo 13 Anexo 14 Anexo 15 Anexo 16 Anexo 17 Centrais de Digest o Anaer bia implementadas na Dinamarca csssssssseececccsssssseeeeeceeeeeeeees IX Dificuldades considera es na obten o das coordenadas geogr ficas das explora es pecu rias XVIII Representa o das reas inconvenientes convenientes e favor veis ssssssssssssssessseseeseeeeee XIX N cleos de Densidade Kernel aplicados aos 2 conjuntos de concelhos XX Caracteriza o detalhada das Centrais de Digest o AnaerObia cscccccccsssssssssssssssssssscceees XXI HI BICMIZACAO 1525555 oe DE DESDE DO RD SOR RR RR E R ER DS SR XXIII Determina o do Investimento Inicial ssssececccccsssssseeecccccccsssseeeeccccccassseeeesecsceeassseeeeees XXIV Determina o dos custos de O amp M sssscccccsssssssseeeecccccessssseeeccccccaasssseesececenasssseeseseceeaasseseneees XXV Custos de Transporte ssa concedes senta covsesesdoecencic nua saia cous road Nes aU Nos ted anna da vo dunas EE a dus caca EEE apar EE SERE XXVI vi Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Lista de Tabelas e Figuras Tabela 1 Quantidades limite de aplica o de efluentes ao solo adaptado de DL n 202 2005 8 Tabela 2 Resumo da caracteriza
171. s es dos digestores ANACFODIOS ccecsesscecececeesessesecececeeseseeaeseeececseseaaeseeececeeeaaeseeecscseseaaeaeeeesees 61 Tabela 21 Dimens es dos tanques de PpOs digestdO cccssssccccecssssssscecececeesesesaesecececseseaaeseecessseeeaeseseesceesesasaeeeesees 63 Tabela 22 Dimens es do gas metro ccscsccccecsessssssecececeeseesecececeeseeeeeeececeeseseeseseeecesseseeaeseeececeeseaaeseesesceeseaaeaeeeesees 65 Tabela 23 Capacidade do queimador de biog s ccccesssssscecececeesesnececececeeseeesesecscessesesaeceesescseseaaeseeeescseseaasaeeeeeees 66 Tabela 24 Resumo das principais caracter sticas das instala es das CDA ccccccccccesssssssececececsesesaeseeeescsesseaseeeeeeees 67 Tabela 25 Par metros para o c lculo do potencial de gera o de biog s adaptado de 1 CBPA 2009 2 Tricase e Lombardi 2009 ss AEA EEEO EE DIC ES EE O a a EO O DD O SRS 68 Tabela 26 Produ o de biog s energia do biog s e discrimina o em energia el ctrica e calor fica e pot ncia el ctrica por CDA ss elas AAE teed Veco Mantes Duo id ESET Ricca ES ae Ra E IAE a a 68 vii Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela 27 Produ o de biog s energia do biog s e discrimina o em energia el ctrica e calor fica e pot ncia el ctrica para 200 000 m ano de residu s tratadOS sesescceshhitessveodacocd sa Da Ses Seas de S
172. s Favor veis As reas potencialmente favor veis implementa o das CDA ou seja aquelas onde deve ser dada prioridade constru o das centrais foram definidas pelo seguinte crit rio Tabela 17 Tabela 17 Crit rio para a determina o das reas favor veis As reas designadas para uso industrial s o as reas onde deve ocorrer preferencialmente a constru o de todo os tipo de actividade industrial incluindo as CDA A an lise da localiza o das reas industriais relativamente aos principais eixos rodovi rios de circula o aponta para a exist ncia de uma reas industriais l gica de localiza o que privilegia as localiza es mais pr ximas dos referidos eixos Pinho 2009 o que refor a a sua potencialidade A medida adoptada neste sentido foi e Inclus o das reas industriais Foi necess rio interceptar as reas favor veis com as reas convenientes de modo a se obter as reas favor veis onde realmente poss vel construir Foi tamb m necess rio sobrepor as cartas militares s reas obtidas de modo a verificar se nas zonas industriais consideradas n o existiam j ind strias implementadas e serviram tamb m para validar a aplica o de crit rios efectuada No Anexo 11 encontra se uma representa o das reas inconvenientes convenientes e favor veis obtidas Verifica se que os crit rios aplicados s reas inconvenientes excluem uma vasta rea No entanto ainda restam
173. s solos De entre as diversas tecnologias para a gest o dos res duos pecu rios a Digest o Anaer bia surge como uma alternativa particularmente interessante O presente trabalho visou a avalia o das viabilidades t cnica e econ mica do tratamento dos res duos pecu rios provenientes das boviniculturas da rea Metropolitana do Porto com recurso implementa o de Centrais de Digest o Anaer bia Ao n vel da viabilidade t cnica pretendeu se descrever as unidades constituintes das Centrais necess rias ao processo Digest o Anaer bia dos res duos afluentes e ao processamento do biog s produzido Economicamente foi solicitada uma an lise geral dos custos e receitas do projecto Para dar cumprimento aos objectivos principais do trabalho foi previamente necess rio proceder determina o do n mero e localiza o das Centrais de Digest o Anaer bia a implementar recorrendo se para tal ao software ArcGIS Determinou se a implementa o de 8 Centrais de Digest o Anaer bia cada uma com uma capacidade de tratamento de 200 000 m de res duos por ano As principais unidades das Centrais ser o rea de recep o e descargas tanque de recep o digestores anaer bios tanques de p s digest o sistema de purifica o do biog s gas metro sistema de cogera o e queimador de biog s O processo de Digest o Anaer bia ocorrer em regime termof lico em digestores anaer bios do tipo perfeitamente agitado com mistura
174. scarga s ocorre ap s o fecho da porta exterior A taxa de renova o do ar elevada e a rea encontra se em depress o de modo a minimizar os maus odores Ser assumida uma rea de recep o e descarga de 700 m 7 2 2 Tanque de Recep o Os tanques de recep o destinam se recep o e gest o dos res duos afluentes instala o Permitem regularizar o caudal alimentado aos digestores Dur o 2009 Uma vez que se est a lidar apenas com um tipo de res duo n o h necessidade de se considerar mais do que um tanque O tanque deve ser dotado de bombas que permitam a transfer ncia dos res duos para os digestores anaer bios As bombas devem ser adequadas ao teor de s lidos presentes no res duo podendo ser tipo de parafuso pist o ou membrana dupla Cheng 2009 Deve ser dotado tamb m de um agitador mec nico que garanta a mistura dos res duos mantenha os s lidos em suspens o e minimize a liberta o de odores Cheng 2009 Dur o 2009 59 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP A capacidade dos tanques dever ser entre 3 a 7 vezes o volume di rio afluente previsto de modo a prevenir a ocorr ncia de situa es de estrangulamento e permitir o funcionamento da instala o mesmo na aus ncia pontual de fornecimentos de res duo ADENE 2003 Uma vez que se admite que durante 2 dias fim de semana n o ser o recebidos r
175. se justifica dada a menor utiliza o destas reas DRAEDM et al 2007 14 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 4 3 Caracteriza o dos Res duos da Bovinicultura As boviniculturas produzem essencialmente tr s tipos de res duos os chorumes e estrumes as guas sujas guas de lavagem e guas pluviais e as escorr ncias de silagem tamb m designadas de guas lixiviantes Bicudo e Ribeiro 1996a MADRP 1997 As quantidades e caracter sticas dos res duos pecu rios variam de acordo com a actividade pecu ria e dentro da mesma actividade pecu ria estes par metros tamb m variam nomeadamente com as caracter sticas dos animais o sistema de explora o o tipo de instala o o sistema de limpeza das instala es a quantidade de gua utilizada nas opera es de lavagem o regime de precipita o da regi o no caso de instala es descobertas a quantidade e natureza do material utilizado nas camas o regime alimentar dos animais entre outros factores MADRP 1997 Bicudo e Ribeiro 1996a Para cada tipo de res duo produzido nas boviniculturas ser feita uma caracteriza o das quantidades produzidas composi o utiliza o e potencial de polui o 4 3 1 Chorumes e Estrumes Os chorumes s o definidos como uma mistura de fezes urina e gua com quantidades diminutas de restos de ra es e material usado nas camas
176. se procedeu no c lculo do investimento inicial tamb m neste caso poss vel ajustar uma fun o que relacione os custos de O amp M verificados nas instala es da Dinamarca com a capacidade de tratamento Anexo 16 Ao contr rio do que se verifica na an lise do investimento inicial para os custos de O amp M n o especificado em Hjort Gregersen 1999 quais as componentes que os custos apresentados incluem N o se sabe assim se o transporte dos res duos desde as fontes at unidade tratamento est ou n o inclu do A fun o obtida a seguinte Custos de O amp M ano m 12844 x Capacidade de tratamento m ano 472 8 qual est associado um R de 0 8557 e percept vel a exist ncia de economias de escala Os custos de O amp M aplicados as CDA em an lise de acordo com a fun o ajustada encontram se na Tabela 29 Tabela 29 Custos de O amp M Quantidade de res duos m ano Custos de O amp M 1000 ano CDA1 a 8 200000 808 Total 1 600 000 6 467 No entanto verifica se uma grande discrep ncia entre os custos de O amp M fornecidos por diferentes autores De acordo com Arati 2009 Lazarus 2009 AEAEE 2007 e AEAT 2005 os custos de O amp M correspondem a 5 do investimento inicial ao ano Cordebella 2006 estabelece um valor de 4 Segundo estes autores os custos de O amp M referem se opera o recorrente e manuten o das instala es e equipamento Aplicando uma per
177. ss o na limpeza dos alojamentos dos animais mas nas salas de ordenha predominantemente usado o arrastamento hidr ulico N o se tem conhecimento do destino que dado a esta gua utilizada necess rio proceder a um levantamento exacto do destino que dado s guas de lavagem e assim determinar qual a composi o e quantidade de chorume rigorosas Dada a falta de informa o optou se por n o se incluir as guas de lavagem na composi o dos chorumes produzidos No entanto est se ciente que no caso de estas guas serem incorporadas culminar numa produ o de efluente a tratar bastante superior ao tido em considera o e bem mais dilu do Esta uma forte limita o do presente trabalho As quantidades de chorume produzidas em cada concelho por ano e por dia s o as apresentadas na Tabela 15 Tabela 15 Produ o de chorume na rea em estudo por concelho Vila do P voa do g Oliveira de Santo Maia E Arouca Trofa Total Conde Varzim Azem is Tirso Produ o de chorume 3 799 531 358 053 108 630 104 067 103 526 18 613 17946 149 2419 m ano Produ o de chorume 344 2190 981 298 285 284 51 49 4089 m dia 44 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP O concelho de Vila do Conde tem um grande destaque produzindo no total cerca de 800 000 m de chorume por ano Segue se a P voa do Varzim com uma produ o
178. ssssscssssssssssssesessessessessessessssssnsenseessess 40 6 4 Caracteriza o dos Res duos Pecu rios produzidos na rea em Estudo sssssssssssssssssessessesseeeseees 44 6 5 N mero e Localiza o das Centrais de Digest o Anaerdbia ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssenes 45 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 6 5 1 Obten o das Coordenadas Geogr ficas das Boviniculturas ccesessecececeeseseececeeececsestsaeeeeseeeeesees 45 6 5 2 Determina o de reas Inconvenientes Convenientes e Favor veis para a Localiza o das Centrais de Digest o AnderODia sus peter mn linote lees ons ean ns r E Ennio ns LED dano ceia 45 7 Viabilidade T nica 32 25 lt cc s 25 0vccsscsesseroscacessccdectsioscceesiecbectosecechesdvsbacctaeceesesivedavbecesestesiendavscestesssdecoaeeesesseveses 57 7 1 Transporte dos Res duos entre as Boviniculturas e as Centrais de Digest o Anaer bia 57 7 2 Instala es das Centrais de Digest o Anaer bia sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssseees 58 7 2 1 Areaide Recep o e Descarga suada nn tee oh este ara RATED ton RM ected 59 dao Tanqueide RECED O cassa ccs A E Lda r s oe Tea nda RO N A decada Lda inda Loreal dae Pa RES erra dad 59 7 2 3 Digestores Anaer bDiOS sc a a e sled a a a Pesuduatvaeesseasetueshen vesaganteeataa
179. tar Usualmente necess rio um tanque de armazenamento de efluente suplementar Ogejo et al 2009 5 5 2 Digestores de Fluxo Pist o Os digestores de fluxo pist o s o os digestores anaer bios mais simples Burke 2001 Um digestor de fluxo pist o t pico consiste num reactor coberto onde o material a ser tratado entra por uma das extremidades do reactor e o produto final sai pela extremidade oposta Figura 3 35 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Cobertura Armazenamento de Biog s Afluente Efluente Figura 3 Digestor de fluxo pist o horizontal adaptado de US EPA 2010 Geralmente encontram se no interior do solo e t m a forma rectangular Ogejo et al 2009 A cobertura pode ser fixa ou flutuante US EPA 2010 O fluxo no interior do reactor move se idealmente como um pist o ou seja a carga empurrada ao longo do digestor sem se misturar com a restante massa em digest o Pereira 2005 Os reactores podem ser horizontais ou verticais sendo que mais comum a configura o horizontal Burke 2001 Em geral um digestor de fluxo pist o horizontal apresenta um r cio comprimento largura entre 3 5 1 e 5 1 O r cio entre a largura e a profundidade do fluido deve ser menor que 2 5 1 Ogejo et al 2009 A biomassa n o retida o que leva a produ es baixas de biog s Burke 2001 Podem operar na gama meso
180. tes concelhos n o imposta nenhuma dist ncia e Exclus o das reas relativas aos parques urbanos parques verdes urbanos 2 crit rio Ordenamento Territorial A Reserva Ecol gica Nacional REN uma estrutura biof sica que integra o conjunto das reas que pelo valor e sensibilidade ecol gicos ou pela exposi o e susceptibilidade perante riscos naturais s o objecto de protec o especial Na REN est interdita a constru o e escava o entre outros usos e ac es DL n 166 2008 e deste modo n o poss vel a implementa o de CDA A Reserva Agr cola Nacional RAN o conjunto das reas que em termos agro clim ticos geomorfol gicos e pedol gicos apresentam maior aptid o para a actividade agr cola As utiliza es n o agr colas de reas integradas na RAN s podem verificar se quando n o exista alternativa vi vel fora das terras ou solos da RAN A constru o de instala es ou equipamentos para produ o de energia a partir de fontes de energia renov veis pode ser permitida no caso de n o haver alternativa poss vel DL n 73 2009 Neste sentido as medidas tomadas foram e Exclus o da REN e Exclus o da RAN admitindo se no entanto englobar posteriormente esta rea no caso de n o haver alternativas poss veis 3 crit rio Hidrografia necess rio excluir as linhas de guas superficiais de modo a n o cometer o erro de constru o das CDA sobre os rios tam
181. tiva em termos de energia recuperada A desgasifica o do produto digerido nestes tanques garante tamb m um produto final de manuseamento e armazenamento mais seguros e de menor impacte ambiental Estes tanques dever o 62 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP ainda ser dotados de agita o e de um sistema que permita a recolha do efluente digerido para o posterior transporte para os locais de armazenamento As dimens es dos tanques de higieniza o s o apresentadas na Tabela 21 necess rio saber o caudal de afluente entrada dos tanques Para tal admitiu se que tem sa da dos digestores 97 em massa do efluente inicial ETSU 1997 Admitiu se a forma cil ndrica Tabela 21 Dimens es dos tanques de p s digest o Tanques de p s digest o Caudal afluente t dia 579 Volume afluente m dia 532 Tempo de armazenamento dias 15 Volume total necess rio calculado m 7973 N mero de tanques em servi o arbitrado 2 Volume unit rio calculado m 3986 Altura unit ria arbitrada m 10 rea superficial unit ria calculada m 399 Di metro unit rio calculado m 22 5 Di metro unit rio adoptado m 23 0 rea superficial unit ria adoptada m 415 Volume unit rio adoptado m 4155 rea superficial total adoptada m 831 Volume total adoptado m 8310 7 2 5 Sistema de Purifica o do Biog s ne
182. to e Estado da Arte ser o dados a conhecer os estudos realizados em Portugal no mbito da caracteriza o dos res duos pecu rios produzidos e dos problemas ambientais a estes associados e tamb m os trabalhos j realizados ao n vel da aplica o da DA ao tratamento destes res duos No Cap tulo 3 ser realizado o enquadramento legislativo aplicado ao presente tema podendo se destacar a abordagem dos limites de aplica o de estrumes e chorumes no solo e da aplica o da DA ao tratamento de res duos pecu rios Posteriormente ser caracterizado o sector pecu rio em Portugal Cap tulo 4 destacando se a caracteriza o da bovinicultura e dos res duos por esta actividade produzidos No Cap tulo 5 abordar se a DA incluindo o processo de digest o e com destaque para a caracteriza o dos sistemas centralizados de DA onde ser realizada uma an lise o mais detalhada poss vel aos sistemas j implementados a n vel europeu No Cap tulo 6 caracterizar se a bovinicultura da rea em estudo e consequentemente os res duos gerados e aplicar se uma metodologia para a determina o do n mero de localiza o de CDA a implementar Nos Cap tulos 7 e 8 ser o executadas an lises s viabilidades t cnica e econ mica respectivamente Por fim no Cap tulo 9 retirar se o as principais ila es do trabalho e apresentar se o as suas limita es e perspectivas futuras Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer b
183. tores anaer bios necessita de ser agitado A mistura distribui as bact rias substratos e nutrientes por todo o digestor elimina ou minimiza a sedimenta o de part culas e a forma o de escuma evita a estratifica o de temperaturas igualando a temperatura por todo o digestor promove uma r pida dispers o dos produtos da digest o e dos materiais t xicos minimizando a toxicidade As bact rias acetog nicas e as bact rias metanog nicas necessitam de estar em contacto pr ximo o qual assegurado por uma mistura lenta A mistura proporciona tamb m uma correcta hidr lise dos res duos e a produ o de cidos org nicos pelas bact rias acidog nicas Gerardi 2003 A mistura pode ser realizada atrav s de m todos mec nicos ou recircula o de g s incluindo bombas externas injec o de g s ou recircula o a partir do fundo ou topo do digestor h lice ou turbinas e tubos de suc o Gerardi 2003 5 1 1 6 Nutrientes As bact rias necessitam de uma concentra o suficiente de nutrientes de modo a alcan aram um crescimento ptimo Em Burke 2001 e Walsh et al 1988 admite se que a raz o C N deve ser menor do que 43 1 e que a raz o C P deve ser menor do que 187 1 Em Balsam 2006 admite se um r cio C N 22 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP recomendado entre 15 1 e 30 1 Segundo ADENE 2003 a raz o C N P recomenda
184. ulturas 10 24 32 24 8 98 Total de chorume m ano 27645 51926 68527 37858 10293 196248 Custo de transporte ano 6635 24924 49339 36344 12351 129593 Tabela xvi Custos de transporte para a CDA5 Total Dist ncia CDA Bovinicultura km 1 2 3 4 5 N mero de boviniculturas 8 18 38 21 11 96 Total de chorume m ano 23129 55277 55028 40626 20422 194482 Custo de transporte ano 5551 26533 39620 39001 24506 135211 XXVI Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP Tabela vii Custos de transporte para a CDA6 Total Dist ncia CDA Bovinicultura km 1 2 3 4 5 N mero de boviniculturas 14 16 27 29 1 87 Total de chorume m ano 24324 30869 53352 45801 29443 183789 Custo de transporte ano 5838 14817 38413 43969 35332 138369 Tabela viii Custos de transporte para a CDA7 Total Dist ncia CDA Bovinicultura km 2 4 6 8 10 12 14 15 N mero de boviniculturas 6 17 42 14 17 8 1 1 106 Total de chorume m ano 12060 18038 64138 16385 21623 7415 805 1020 141483 Custo de transporte ano 5789 17316 92358 31459 51894 21355 2705 3672 226548 Tabela ix Custos de transporte para a CDA8 Total Dist ncia CDA Bovinicultura km 2 4 6 8 10 12 14 15 N mero de boviniculturas 2 12 30 27 32 78 39 11 231 Total de chorume m ano 4210 14258 45473 19385 27591 36961 9122 658 157658 Custo de transporte ano 2021 13688 65481
185. ulturas da AMP proceder queima do biog s ser implementado um queimador de biog s A planta ter tamb m pelo menos um edif cio e sistemas de controlo e monitoriza o Cada CDA ter um valor de investimento inicial de cerca de 6 1 M o que no conjunto das 8 CDA leva a um investimento inicial de 48 8 M Os custos de O amp M variam entre desde os 300 000 ano aos 950 000 ano para cada CDA de acordo com diferentes fontes bibliogr ficas Admitiu se um custo de O amp M de 808 000 ano para cada central 6 5 M ano na totalidade das CDA Os custos de transporte variam dos 0 54 0 75 m de res duos para CDA implementadas nos concelhos de Vila do Conde e P voa do Varzim com dist ncias m ximas das CDA s boviniculturas de 6 km at aos 1 60 2 06 m para as centrais que se destinam ao tratamento de res duos a uma dist ncia de 15 km Estes custos unit rios reflectem se num custo anual de transporte que vai dos 133 816 at aos 324 093 para cada CDA A minimiza o das dist ncias de transporte pode contribuir significativamente para a economia dos sistemas centralizados para al m das poupan as de combust veis f sseis inerentes A venda de biog s resulta numa receita de cerca de 6 0 M anuais no conjunto das 8 CDA cerca de 800 000 ano na grande parte das centrais Fazendo se um balan o econ mico aos custos e receitas verifica se um preju zo de cerca de 1 8 M ano no conjunto das centrais
186. uras da AMP 5 4 2 Sistemas Centralizados de Digest o Anaer bia Os sistemas centralizados de DA ser o analisados em grande parte com recurso a uma an lise detalhada da sua implementa o na Dinamarca pa s onde a utiliza o destes sistemas se encontra mais desenvolvida No Anexo 9 apresentam se as tabelas que fundamentam a an lise efectuada 5 4 2 1 Caracter sticas dos Substratos A Tabela 9 exibe as caracter sticas dos substratos usados nas CDA Tabela 9 Caracter sticas dos substratos dos sistemas centralizados de DA Sistemas Centralizados de DA Caracter sticas dos Substratos As CDA processam res duos pecu rios provenientes essencialmente de suiniculturas aviculturas e boviniculturas e em muitos casos recebem tamb m outros res duos org nicos como lamas de ETARs res duos industriais geralmente oriundos da ind stria alimentar e Res duos S lidos Urbanos RSU efectuando se uma co Tipos digest o A adi o destes co substratos permitiu que a aplica o destes sistemas proliferasse e actualmente a sua economia fortemente dependente deles Os co substratos podem proporcionar uma fonte adicional de receitas quer atrav s da cobran a de taxas de admiss o para tratamento quer atrav s do aumento da produ o de biog s podendo esta duplicar ou triplicar Escobar e Heikkil 1999 Na Dinamarca os res duos das suiniculturas e boviniculturas s o claramente os mais utilizados no total d
187. utilizado em terrenos anexos explora o onde produzido Alternativamente poder o ser implementados locais espec ficos mais afastados de armazenamento em lagoas ou tanques de prefer ncia em pontos estrat gicos na regi o circundante que permitam o espalhamento eficiente numa rea mais vasta de terreno ADENE 2003 N o corrente ponderar se a sua comercializa o 25 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 5 3 Substratos para a Digest o Anaer bia Existem tr s grupos principais de res duos aos quais se aplicam os processos anaer bios res duos agro pecu rios res duos industriais e res duos municipais ADENE 2003 A par das lamas de ETARs municipais os res duos agro pecu rios nomeadamente os gerados pelas explora es pecu rias particularmente os provenientes das suiniculturas boviniculturas e aviculturas s o aqueles aos quais a DA tem sido maioritariamente aplicada Os excrementos dos animais apresentam uma elevada biodegradabilidade em condi es de anaerobiose podendo ser utilizados quer em sistemas simplificados e ou de reduzida dimens o quer em digestores mais complexos e de maior escala ADENE 2003 Em particular os res duos provenientes das explora es de bovinos podem apresentar alguns problemas quando s o digeridos anaerobiamente A dieta destes animais rica em celulose e lenhina e a degrada o d
188. veira de Azem is e Arouca onde se pratica maioritariamente o sistema extensivo Em todos os concelhos predominante a exist ncia de explora es com produ o de chorume e a sua recolha geralmente realizada diariamente Dos concelhos em estudo destacam se Vila de Conde e P voa do Varzim com um efectivo bovino muito elevado e explora es de grande dimens o e tamb m Arouca concelho onde h um n mero muito elevado de boviniculturas maioritariamente com 1 ou 2 animais A an lise s quantidades de chorume a tratar distribu das pelo territ rio densidade levou implementa o de 8 CDA na rea em estudo 6 CDA destinadas ao tratamento dos res duos dos concelhos de Vila do Conde e P voa do Varzim onde a produ o de res duos pecu rios deveras abundante 1 CDA destinada ao tratamento dos res duos da Maia Trofa e Santo Tirso e 1 CDA que ir proceder ao tratamento dos res duos de Oliveira de Azem is e Arouca A quantidade de chorume recebida anualmente por cada CDA ronda os 200 000 m excep o das CDA dos concelhos de Maia Trofa e Santo Tirso e Oliveira de Azem is e Arouca as quais recebem cerca de 150 000 m ano de chorume O chorume das boviniculturas ser recolhido diariamente nas explora es e transportado para as CDA por estrada com recurso a cami es cisterna As principais unidades do sistema ser o rea de recep o e descargas tanque de recep o digestores anaer bios tanques de p s
189. zada a ADENE 2003 estima que cerca de 78 do investimento inicial corresponde DA e 22 cogera o com biog s No mesmo mbito um cons rcio constitu do pelas empresas NIRAS Consulting Enginners and Planners A S e PIASA estima que aproximadamente 89 do investimento inicial para a DA e 11 deste para o sistema de cogera o Assim sendo ter se aproximadamente um investimento inicial de 40 775 000 aplicados ao processo DA e 8 055 000 aplicados ao sistema de cogera o num total de 48 830 000 no conjunto das CDA propostas 71 Viabilidades T cnica e Econ mica da Digest o Anaer bia Aplicada ao Tratamento dos Res duos das Boviniculturas da AMP 8 1 2 Custos de Opera o e Manuten o Os custos de opera o referem se principalmente aos encargos com pessoal custos administrativos e consumo de electricidade podendo tamb m contemplar encargos com an lises f sico qu micas e gastos de gua ADENE 2003 Arati 2009 Tamb m podem incluir os custos associados ao transporte dos res duos desde as origens at s CDA Os custos de manuten o referem se manuten o necess ria quer de equipamento electromec nico quer de constru o civil ADENE 2003 Os custos de O amp M tal como o investimento inicial dependem da capacidade da instala o e das suas caracter sticas t cnicas e s o alvo de economias de escala Nielsen e Hjort Gregersen 2002 Baldwin et al 2009 semelhan a de como

Viabilidades Técnica e Económica da Digestão Anaeróbia Aplicada

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