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Análise De Viabilidade Da Implementação De Um Digestor Anaeróbio De Resíduos Orgânicos Na Freguesia Dos Olivais, Lisboa

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Análise De Viabilidade Da Implementação De Um Digestor Anaeróbio De Resíduos Orgânicos Na Freguesia Dos Olivais, Lisboa Sustentabilidade urbana: Análise de viabilidade da implementação de um digestor anaeróbio de Resíduos Orgânicos na freguesia dos Olivais, Lisboa Samuel Acúrcio Jacinto Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica Orientadores: Dr. Samuel Pedro de Oliveira Niza Dr. André Alves Pina Júri Presidente: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa Orientador: Dr. Samuel Pedro de Oliveira Niza Vogal: Prof. Paulo Manuel Cadete Ferrão Outubro 2014 Agradecimentos Agradeço ao Professor Dr. Samuel Niza e Dr. André Pina por me terem sugerido um tema que pouco conhecia e que ganhei muita afinidade. Também agradeço a paciência, o ecorajamento e orientação quando mais precisei dela. Agradeço à Dra. Inês Cristovão do Departamento de Higiene Urbana da Câmara Municipal de Lisboa por gentilmente ter cedido os dados que serviram de base a todo este trabalho. Agradeço à Junta de Freguesia dos Olivais por ter mostrado interesse no presente trabalho. Agradeço à equipa do IN+ do Tagus por me ter recebido de braços abertos e pela boa disposição à hora de almoço. Agradeço à minha familia pelo apoio verdadeiramente incondicional durante o curso. Agradeço à Daniela por estar sempre presente, por me apoiar e partilhar todos os momentos bons e maus do último ano. i Resumo A presente dissertação tem como objectivos dimensionar uma unidade de digestão anaeróbia para valorização da fracção orgânica de resíduos sólidos urbanos através de uma unidade de cogeração a ser instalada na freguesia dos Olivais, Lisboa, e desenvolver uma análise técnica e financeira da mesma. O dimensionamento da unidade foi baseado na legislação nacional e comunitária em vigor e segundo as práticas de construção e operação destas unidades de pequena dimensão descentralizadas. A unidade terá capacidade para valorizar aproximadamente 1200 toneladas/ano de resíduos orgânicos em regime contínuo, mesofílico (35 ⁰C), por via húmida (14 % de sólidos totais) com capacidade de produzir 211.665 m3/ano de biogás. Uma análise cuidada da dimensão do digestor, do gasómetro, da unidade de cogeração e também da energia consumida pelos equipamentos da unidade, em termos eléctricos e térmicos, também foi feita. Do balanço energético, determinou-se que aproximadamente 17 % dos 1950,7 GJ/ano da energia eléctrica obtida é para consumo próprio, e cerca de 22 % dos 2763,5 GJ/ano da energia térmica obtida é utilizada para aquecimento do digestor e da unidade de pasteurização. Em termos financeiros o projecto tem como receitas a venda de energia eléctrica à rede, a venda de calor e o valor da taxa de gestão de resíduos. Os custos foram determinados segundo unidades semelhantes. A central proposta tem um custo de investimento inicial de 362.174 € que, para um período de funcionamento de 20 anos, apresenta um Valor Actual Líquido de 295.942 € com uma taxa de desconto anual de 8,43 %. Palavras-Chave: Digestão Anaeróbia, Valorização, Resíduos Orgânicos, Descentralizadas, Balanço Energético e Mássico, Investimento. ii Abstract This dissertation has the objective of dimensioning an anaerobic digestion plant to make the valorization of the organic fraction of municipal solid waste trough a cogeneration unit to be installed in the parish of Olivais, Lisbon, and also to develop a technical and financial analysis of it. The plant sizing was based in the current Portuguese and European legislation and following the construction and operation standards for small-scale decentralized units. This unit will have the capacity to treat 1200 tons/year of organic waste at continuous feeding, mesophilic (35 ⁰C) wet digestion (14 % total solids) producing 211.665 m3/year of biogas. Further detailed analysis of some characteristics like the dimension of the digester, gasholder, cogeneration unit and the energy consumed by the plant equipment was also made. From the energy balance, it was determined that 17 % of the 1950,7 GJ/year of electrical energy obtained is used by the plant; and 22 % of the 2763,5 GJ/year of thermal energy is used by the digester and the pasteurization unit. Financially, this project’s revenues are the sales from electricity to the grid, the sales from heat and the tipping fees. The costs were defined according to similar scale projects. The proposed plant has an initial investment of 362.174 € which for a working period of 20 years has a Net Present Value of 295.942 € with an annual discount rate of 8,43 %. Key-words: Anaerobic Digestion, Valorization, Organic Waste, Decentralized, Energy and Mass Balance, Investment. iii Lista de Acrónimos AGV – Ácidos Gordos Voláteis ANR – Autoridade Nacional de Resíduos ARR – Autoridade Regional dos Resíduos CHP – Combined Heat and Power CML – Câmara Municipal de Lisboa CST – Conteúdo de Sólidos Totais CSTR - Continuously Stirred Tank Reactor CSV – Conteúdo de Sólidos Voláteis DA – Digestão Anaeróbia DHU – Departamento de Higiene Urbana DMC – Digestor de Mistura Completa EBITDA – Earnings Before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization EET - Encefalopatia Espongiforme Transmissível ENRRUBDA – Estratégia Nacional para a Redução dos Resíduos Biodegradáveis Destinados a Aterros ETVO – Estação de Tratamento e Valorização Orgânica FORSU – Fracção Orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos INE – Instituto Nacional de Estatística IRR – Internal Rate of Return MAOTDR – Ministério do Ambiente, do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento Regional NPV – Net Present Value PCI – Poder Calorífico Inferior PERSU – Plano Estratégico para os Resíduos Sólidos Urbanos PRI – Prazo de Recuperação do Investimento RCE – Redução Certificada de Emissão RSU – Resíduos Sólidos Urbanos RUB – Resíduos Urbanos Biodegradáveis TGR – Taxa de Gestão de Resíduos TIR – Taxa Interna de Rendibilidade TRH – Tempo de Retenção Hidráulico VAL – Valor Actual Líquido iv Índice Agradecimentos ........................................................................................................................................................i Resumo .................................................................................................................................................................... ii Abstract ................................................................................................................................................................... iii Lista de Acrónimos .................................................................................................................................................. iv Índice ........................................................................................................................................................................ v Índice de Figuras .................................................................................................................................................... vii Índice de Tabelas................................................................................................................................................... viii 1. Introdução ....................................................................................................................................................... 1 1.1. Motivação .............................................................................................................................................. 1 1.2. Objectivos .............................................................................................................................................. 1 2. Legislação ........................................................................................................................................................ 2 2.1. Definição de Resíduos Sólidos Urbanos................................................................................................. 2 2.2. Enquadramento Nacional ...................................................................................................................... 2 2.3. Licenciamento de Operadores de Gestão de Resíduos ......................................................................... 5 2.4. Unidades de Digestão Anaeróbia .......................................................................................................... 5 2.4.1. Categorias de matérias a valorizar em unidades de biogás e compostagem ................................... 6 2.4.2. Aprovação de unidades de biogás e de compostagem ..................................................................... 6 2.4.3. Monitorização da digestão e da compostagem ................................................................................ 6 2.4.4. Localização ........................................................................................................................................ 7 2.5. Mini-Produção e Venda de Energia Eléctrica ........................................................................................ 7 3. Digestão Anaeróbia ......................................................................................................................................... 9 3.1. Enquadramento Histórico ..................................................................................................................... 9 3.2. Processo Bioquímico da Digestão Anaeróbia ...................................................................................... 10 3.3. Parâmetros que Afectam as Reacções da Digestão Anaeróbia ........................................................... 13 3.4. Parâmetros Operacionais que Influenciam a Digestão Anaeróbia .....................................................
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