PROPOSTA DE PROJETO PARA A RECOLHA DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

"O lixo é uma mercadoria extremamente valiosa, mas está no lugar errado, na quantidade errada"

O DESAFIO

Numa cidade com cerca de 600.000 habitantes, uma cidade em desenvolvimento com um rendimento per capita em evolução que gera um consumo crescente de bens, estima-se que atualmente sejam produzidas diariamente cerca de 350 toneladas de resíduos sólidos urbanos.

O esforço para limpar a cidade nos últimos anos levou a um acumular de lixo num terreno à entrada da cidade, onde os riscos ambientais e de saúde pública levam a uma reflexão sobre a possibilidade de instalar um sistema de recolha e tratamento de resíduos que é ambientalmente sustentável, mas com um custo compatível com o nível de receita do município.

Ao mesmo tempo, a cidade sofre com problemas de falta de energia elétrica, de fornecimento intermitente derivado de um sistema baseado no uso de conjuntos de geradores a diesel que, além de um alto custo de operação (combustível e manutenção), provam ser falíveis e insuficientes para apoiar o crescimento económico e melhorar as condições de vida da população.

Neste contexto, e após analisar várias opções técnicas disponíveis para solucionar os dois problemas, verificou-se que a melhor solução técnica seria a instalação de uma central de cogeração, com base num princípio de pirólise dos resíduos, com o objetivo de obter um gás sintetizado que pode então ser usado como combustível nos motores de combustão interna do ciclo Otto acoplados a alternadores trifásicos.

A construção dessa infraestrutura deve sempre ocorrer numa área residencial isolada, com capacidade de expansão futura, mas ao mesmo tempo não muito longe da cidade, para não penalizar o transporte de resíduos, nem a entrega de energia elétrica.

A seguir, explicamos as diversas áreas que compõem o projeto, conceitos de operação e justificações para o seu design.

1ª Fase

Implantação

Como já mencionamos, devemos encontrar um local para esta instalação que permita que as emissões de ruído e gás não comprometam a saúde e o bem-estar dos habitantes mais próximos.
Para permitir a integração de sinergias com outros projetos, devemos prever que essa instalação possa estar nas imediações de um futuro aterro por dois motivos:

1. Do processo de pirólise de resíduos urbanos, os subprodutos, como cinzas e lodo, deverão ser removidos, os quais devem ser depositados em aterros, para que a proximidade das infra-estruturas evite o impacto dos altos custos de transporte.
2. Se no futuro existir um aterro, a energia elétrica será produzida a partir do biogás resultante da decomposição dos resíduos em aterros, de modo que a subestação e a linha de interligação à rede elétrica nacional possam ser compartilhadas pelos dois projetos.
   Em termos de redução do custo de obras civis, é importante que o local não exija trabalho de terraplanagem muito relevante, mas ao mesmo tempo permita boa drenagem em caso de picos de chuva.

Layout Geral do projeto

Área de recepção de resíduos

1. Entrada / Registo - Nesta fase, o acesso de pessoas e veículos é controlado e os camiões também são pesados, registando a entrada dos resíduos no sistema informático.
2. Receber o silo - nesta área, os camiões despejam os resíduos no silo principal, onde serão depositados até serem processados.
3. Higiene - uma área técnica onde os camiões podem ser lavados e desinfetados para voltar à cidade.

Pré-Processamento

Nesta área, os resíduos são moídos para homogeneizar as partículas e peneirar grandes objetos, metais ou inertes. Eles são depois transportados para um secador rotativo para reduzir o teor de húmidade.
No futuro, pode ser criado aqui um desvio para separação de materiais com potencial para reciclagem.

Unidade de Gaseificação

É o "coração" do projeto, uma fase em que ocorre a transformação dos resíduos em Syngas, com a separação das cinzas enviadas para aterros sanitários e o gás que se segue para um processo de refrigeração e limpeza.

Cogeração

Nesta área serão instalados motores de combustão que produzirão eletricidade.

Subestação elétrica e interconexão

Dada a energia que será instalada, precisamos elevar a tensão da corrente elétrica para que ela possa ser evacuada através de linhas de alta tensão para as subestações de distribuição existentes na cidade.

Área técnica

Um pequeno edifício de escritórios e salas de controlo durante todo o processo, bem como balneários e refeitório para os funcionários. Também precisará de um pequeno armazém de peças e ferramentas para o departamento de manutenção.

2ª Fase

Processos e Equipamento

Recepção

Analisando o projeto de acordo com o circuito, temos como primeiro equipamento uma balança com capacidade para pesar camiões de até 70 toneladas de preso bruto, a fim de permitir a verificação dos pesos dos resíduos que chegam diariamente às instalações. A partir desse ponto, os camiões vão para uma doca de descarga, onde despejam os resíduos num silo de betão de 5.000 m3, o equivalente a uma semana de recolha de lixo. Deve ser criada uma área de lavagem e desinfecção para camiões, onde todos os camiões devem ser periodicamente higienizados, a fim de eliminar odores e garantir a redução de bactérias na estrutura do camião.

Triagem

Do silo receptor, os resíduos vão para um equipamento que remove objetos grandes, eletrodomésticos, pedras ou ferros grandes. O restante do material será triturado para "quebrar" sacos, caixas e pacotes e homogeneizar a granulometria dos diferentes materiais, para que o processo de gaseificação se torne mais rápido e mais estável. Depois de padronizados, os resíduos passam para um processo de secagem, onde se procura reduzir substancialmente a húmidade presente nos resíduos, causada principalmente pela presença de matéria orgânica, "restos alimentares" vulgares. Uma vez concluído o processo de secagem, vamos peneirar para excluir poeira e outras partículas que são muito pequenas, pois elas passariam por isso processo de combustão muito rápido, o que dificultaria a gaseificação.

Esta pequena quantidade de lixo será enviada para o aterro, o restante está destinado a um silo intermediário.

Gaseificação

Aqui ocorre a grande transformação dos resíduos em gás sintetizado ou syngas. O processo ocorre no equipamento chamado reator, onde os resíduos estão a ser doseados e com temperatura entre 700 e 800º C, mas com ausência de oxigénio, o que não permite uma reação de combustão comum, mas uma pirólise da matéria, se os resíduos em várias moléculas que juntos formam o syngas. O sistema de alimentação eleva os resíduos para a tremonha de alimentação do gaseificador, localizada na parte superior da estrutura, porque o processo se desenvolve para baixo, por gravidade, evitando a existência de componentes móveis dentro do gaseificador, que estariam sujeitos a altas temperaturas e tensão de corrosão. Na zona inferior do reator serão extraídas as cinzas, contendo todos os minerais presentes nos resíduos, que serão encaminhadas para o aterro.

Este gás de alta temperatura, após um processo mecânico de limpeza, precisa de remover poeira e cinzas numa primeira fase em que 95% das partículas ficam presas na base do ciclone. Os gases vão para o processo de resfriamento, onde a água e alguns outros compostos se condensam. De seguida, temos equipamentos para a limpeza de partículas líquidas, precipitando todas as gotículas para obter um gás mais seco.

Por fim, o gás passa por um conjunto de filtros de limpeza de alta eficiência para garantir que o gás é entregue ao motor de explosão seja um gás seco e não contenha compostos corrosivos que afetem negativamente a vida útil do motor do gerador.

Geração de Energia

O gás sintetizado ou syngas que resulta de todo esse processo será agora usado pelos motores do ciclo Otto para a produção de energia elétrica. Esses motores são caracterizados por alta eficiência operacional, mesmo quando estão a usar um gás com baixo valor calorífico e contêm alguns contaminantes que podem ser eliminados, para sobreviver ao processo de limpeza, usando um alto deslocamento a uma baixa velocidade de operação (400 a 600 rpm), o que resulta numa temperatura de trabalho relativamente baixa, permitindo intervalos de manutenção prolongados.

Interligação à Rede Elétrica

Dada a alta potência que é esperada ser produzida nesta instalação (3 a 5 MW), e considerando que a instalação terá que ser localizada numa área rural, já um pouco afastada da cidade, precisamos de prever neste projeto a construção de uma rede elétrica de média ou alta tensão, capaz de fazer a interconexão desse centro produtor de eletricidade com a rede elétrica da cidade, podendo fornecer energia numa ou mais estações de distribuição. No complexo, também devemos criar uma pequena estação onde a energia produzida nos geradores será transformada na tensão de saída (15.000 V ou 60.000 V, conforme é enviado em MT ou AT).

Edifício de Apoio

Por fim, precisamos de prever a construção de um edíficio de apoio com três áreas diferentes, para controlar e monitorizar os equipamentos e processos, para apoiar a manutenção e uma área social:

a) Sala de controlo - nesta sala serão instalados os monitores e computadores dos quais é possível controlar toda a atividade da planta. Será necessário treinar técnicos locais para desempenhar essas funções, apesar de haver suporte remoto da ECOPAINT ou de outros parceiros para fazer ajustes operacionais ou superar pequenos problemas técnicos.

b) Ao mesmo tempo, através do circuito de videovigilância, os operadores deste centro de controlo podem controlar o acesso de pessoas e veículos, bem como ajustar os fluxos do processo em determinadas áreas da planta.

c) O armazém de logística é uma área técnica vital, pois é aqui que todos os materiais de consumo e peças de reposição necessários para os processos de manutenção mais frequentes de todos os equipamentos serão armazenados, de modo a garantir que os técnicos da planta possam executar um reparo simples, evitando que a instalação tenha um shutdown não planeado. Neste espaço, haverá também uma parte dedicada à oficina, onde serão instaladas ferramentas e pequenos equipamentos de apoio à manutenção, como tornos, compressores, máquinas de solda, moedoras, entre outros.

d) Para proporcionar a todos os funcionários da fábrica condições de trabalho adequadas, precisamos de prever a existência de instalações sanitárias, incluindo chuveiros onde os funcionários se possam "descontaminar" a si mesmos no final de cada turno.
Noutra área, teremos uma sala de refeitório, com cozinha e sala social, onde os funcionários farão as suas refeições e passarão o tempo de intervalo entre os turnos de trabalho. Essa área de jantar é essencial porque, estamos a construir a planta numa área isolada, devido a problemas ambientais.