Produção eficiente de biogás em uma torre digestora através de confiáveis compressores de garra
A estação de tratamento de águas residuais convencional RWZI Amersfoort (Figura 1) foi construída em 1973 e passou por uma reforma completa em 2009. Em 2014, a estação de tratamento de águas residuais foi convertida em uma "fábrica de energia", com um equivalente populacional de 300.000. A produção de biogás gera 1.200 kW de eletricidade por hora em três usinas de cogeração. Esta eletricidade faz com que a estação de tratamento de águas residuais seja totalmente autossuficiente e ainda possa fornecer energia suficiente à rede pública para atender às necessidades de cerca de 600 residências.
Matérias-primas como fosfato ou nitrogênio também são recuperadas durante o processo de fermentação e durante a drenagem do lodo. O fosfato é também obtido a partir dos filtrados da prensa de peneira ou da centrífuga. Isto é usado para produzir fertilizante de alta qualidade diretamente na estação de tratamento de águas residuais, onde é então embalado como granulado. Com este processo, a estação produz e vende cerca de 900 toneladas de fertilizantes artificiais de alta qualidade a cada ano.
Três torres digestoras estão em operação em RWZI Amersfoort. Os compostos de carbono orgânico são removidos do lodo bruto - que é previamente condensado por desidratação - por meio de processos de degradação microbiológica. Isso produz um gás digestor, uma mistura gasosa cujo componente essencial é metano e é usado como biogás para operar usinas de cogeração. Para obter o maior rendimento possível de biogás, parte do lodo de esgoto é bombeado para fora da torre digestora através de uma linha circular, aquecido e realimentado novamente. Isto aumenta a temperatura na torre digestora, cujo ponto ideal é de 36 a 37 graus Celsius. Parte do biogás resultante é circulado (Figura 2) para garantir a distribuição uniforme da temperatura.
Fig. 2: Diagrama funcional de uma torre digestora em RWZI Amersfoort. Compressores Mink são usados para transportar parte do biogás produzido no ciclo. Source: Busch Dienste GmbH
O biogás da parte superior da torre digestora é transportado pelos compressores Mink por meio de lanças até o fundo da torre e é reinserido no lodo de esgoto. À medida que as bolhas de gás sobem no lodo de esgoto, ele é misturado com o lodo circulante para obter uma distribuição de temperatura homogênea. O aquecimento do biogás dentro dos compressores Mink causa um aumento adicional na temperatura do lodo de esgoto. Este processo produz cerca de 450 a 500 metros cúbicos de biogás por hora nas três torres digestoras.
Até 2015, as torres digestoras usavam compressores de palhetas rotativas lubrificadas a óleo para a circulação de biogás. Esses compressores tinham uma grande desvantagem para o gerente técnico Fons Houtveen devido à umidade transportada junto com o biogás acumular-se no circuito de óleo dos compressores de palhetas rotativas. Isso reduzia as propriedades de lubrificação e vedação do óleo nos compressores e impedia a operação segura com uma sobrepressão constante. A única maneira de minimizar esse problema era reabastecer ou substituir dois litros de óleo por compressor todos os dias. Fons Houtveen buscava uma solução técnica e ouviu falar sobre outra estação de tratamento de águas residuais que já havia migrado com sucesso para compressores Mink isentos de óleo da Busch (Fig. 3) e que estava muito satisfeita com a solução. Foi aí que ele entrou em contato com a Busch BV. Os especialistas de aplicação da Busch analisaram de perto a aplicação e recomendaram quatro compressores Mink de dois tamanhos diferentes com um design com certificado ATEX (Categoria 3/2 IIA T2 (i/o)) para circulação de biogás. Eles estão em operação desde agosto de 2017.
Fig. 3: Compressão e transporte de biogás com compressores Mink da Busch. Source: Busch Dienste GmbH
O biogás é circulado em cada torre digestora por 20 minutos. Todos os quatro compressores Mink operam durante este processo. Os dois compressores com volume de vazão superior transportam o biogás próximo do solo até o meio da torre digestora, onde o nível de enchimento do lodo de esgoto pode ser de até 20 metros. Dois compressores Mink com volume de vazão inferior transportam o biogás para as lanças perto da extremidade da torre digestora, onde o nível de enchimento é menor devido ao formato cônico do seu fundo. Após 20 minutos, o sistema de controle automático ativa os quatro compressores Mink para a próxima torre digestora por meio de válvulas. A pressão máxima na qual o biogás é introduzido no lodo de esgoto é de 2 bar de sobrepressão.
A compressão totalmente sem fluidos com compressores Mink significa que o biogás não entra em contato com nenhum fluido de operação. Por sua vez, a temperatura relativamente alta dentro dos compressores evita que a umidade no biogás condense durante o processo de compressão. Fons Houtveen ficou surpreso pela operação quase livre de manutenção destes compressores secos. Inicialmente, ele costumava verificar a condição e a qualidade do óleo nas engrenagens de cada compressor Mink diariamente. No entanto, ele parou de fazer isso somente após um mês quando percebeu que não havia mudanças visuais no óleo e a quantidade de óleo permaneceu a mesma. O trabalho de manutenção é realizado apenas uma vez por ano por um técnico do serviço da Busch como uma medida preventiva.
Neste processo, o óleo de engrenagem é trocado nos compressores Mink. A quantidade de enchimento é de um litro em cada compressor Mink - isto é a metade da quantidade necessária anteriormente.
Desde que entraram em operação em 2017, os compressores Mink operam sem problemas de funcionamento ou falhas. Fons Houtveen elogia a confiabilidade dos equipamentos, que garantem a circulação contínua de biogás durante todo o turno e, desta forma, contribuem para a produção efetiva de biogás. Além disso, eles também ajudaram significativamente a reduzir esforços e custos de manutenção.