Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích tính khả thi kinh tế của việc sử dụng biogas sản xuất ở các nhà máy xử lý nước thải để phát điện
Tóm tắt
Cấp nước cơ bản ở các quốc gia đang phát triển như Brazil vẫn cần nhiều khoản đầu tư để phục vụ phù hợp cho người dân. Do đó, việc nghiên cứu các công nghệ có thể hỗ trợ triển khai các hệ thống xử lý nước thải trở nên cần thiết. Trong bối cảnh này, mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá tiềm năng năng lượng và tính khả thi kinh tế của hiệu quả vận hành của biogas từ quá trình phân hủy kỵ khí nước thải và bùn nước thải tại các nhà máy xử lý nước thải ở bang Minas Gerais, Brazil. Phân tích kinh tế được xem xét theo các quy định địa phương thiết lập hệ thống bù trừ năng lượng cho sản xuất phân tán. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính (GHG) với việc ứng dụng hệ thống thu hồi metan luôn được ước tính. Đối với các tính toán sản xuất biogas, dữ liệu thực về khối lượng nước thải đã xử lý và số dân được phục vụ bằng nước thải sinh hoạt đã được trình bày trong báo cáo của cơ quan địa phương. Các kết quả chỉ ra rằng hệ thống thu hồi metan là khả thi ở hầu hết các thành phố trên 50.000 dân, 86% các đô thị có dân số từ 50.000 đến 150.000 dân, 67% các đô thị có dân số từ 150.000 đến 250.000 dân và 100% các đô thị có dân số trên 250.000 dân; các đô thị này đều có NPV và IRR dương, lớn hơn tỷ lệ hấp dẫn (8%). Thời gian cần thiết để hoàn vốn đầu tư ở các đô thị nơi đầu tư là khả thi là 1,25 năm cho các thành phố có dân số trên 250.000 dân, 4,49 năm cho các thành phố có dân số từ 150.000 đến 250.000 dân, 2,08 năm cho các thành phố có dân số từ 50.000 đến 150.000 dân và 7,97 năm cho các thành phố có dân số dưới 50.000 dân. Ngoài ra, một tiềm năng sản xuất điện tại bang Minas Gerais khoảng 47.140 MWh mỗi năm và tiềm năng giảm phát thải GHG gần 325.800 tCO2eq/năm với việc triển khai hệ thống đã được xác định.
Từ khóa
#biogas #xử lý nước thải #khả thi kinh tế #phát thải khí nhà kính #năng lượng tái tạoTài liệu tham khảo
Andreoli, C. V., Von Sperling, M., & Fernandes, F. (2014). Sewage sludge: Treatment and final disposal (2nd ed., Vol. 6). Principles of biological treatment of wastewater. Belo Horizonte: UFMG Editor.
Barros, R. M., Tiago Filho, G. L., & da Silva, T. R. (2014). The electric energy potential of landfill biogas in Brazil. Energy Policy, 65, 150–164. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.10.028.
CAIXA. (2016). "Sanitation for all" plan. Retrieved Dec 17, 2016, from https://www1.caixa.gov.br/gov/gov_municipal/social/technical_assistance/products/financing/sanitation_all/learn_more.asp.
Carrosio, F. (2013). Energy production from biogas in the Italian countryside: Policies and organizational models. Energy Policy, 63, 3–9.
Casarotto Filho, N., & Kopittke, B. H. (1994). Investment analysis. São Paulo: Atlas S/A Editor.
CETESB- Environmental Company of Sao Paulo. (2006). Material: Generation and energy use (Biogas: Generation and energy use. Effluents), v. 1.0. The Brazilian Ministry of Science and Technology—Environmental Sanitation Technology Company. CETESB - São Paulo: MCT-SMA. Retrieved Dec 3, 2013, from https://www.cetesb.sp.gov.br/mudancasclimaticas/biogas/Softwares/16Softwares.
Dillon, L. B. (2015) Effect of anaerobic sewage sludge. Sustainable sanitation and water management. http://archive.sswm.info/print/8676?tid=3467. Accessed 26 Oct 2017.
dos Santos, I. F. S., Barros, R. M., & Tiago Filho, G. L. (2016a). Electricity generation from biogas of anaerobic wastewater treatment plants in Brazil: An assessment of feasibility and potential. Journal of Cleaner Production, 126, 504–514.
dos Santos, I. F. S., Gonçalves, A. T. T., Borges, P. P., Barros, R. M., & Lima, R. S. (2018a). Combined use of biogas from sanitary landfill and wastewater treatment plants for distributed energy generation in Brazil. Resources, Conservation & Recycling, 136, 376–388.
dos Santos, I. F. S., Vieira, N. D. B., Barros, R. M., & Tiago Filho, G. L. T. (2016b). Economic and CO2 avoided emissions analysis of WWTP biogas recovery and its use in a small power plant in Brazil. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 17, 77–84.
dos Santos, I. F. S., Vieira, N. D. B., Nóbrega, L. G. B., Barros, R. M., & Tiago Filho, G. L. (2018b). Assessment of potential biogas production from multiple organic wastes in Brazil: Impact on energy generation, use, and emissions abatement. Resources, Conservation & Recycling, 131, 54–63.
EPE - Energy Research Company. (2010). Ten-year plan for expansion of energy 2009. Ministry of mines and energy. Brasilia: MME/EPE.
Fabbri, C. L., et al. (2013). Biogas, il settore—estrutturato e continua a crescere. L'informatore AGRAR. 11, 11 and 16, 2013.
Felca, A. T. A., Barros, R. M., Filho, G. L. T., Santos, I. F., & Ribeiro, E. M. (2018). Analysis of biogas produced by the anaerobic digestion of sludge generated at wastewater treatment plants in the South of Minas Gerais, Brazil as a potential energy source. Sustainable Cities and Society, 41, 139–153.
Fine, P., & Hadas, E. (2012). Options to reduce greenhouse gas emissions during wastewater treatment for agricultural use. Science of the Total Environment, 416, 289–299.
França, M. (2002). Evaluation of the biodegradability and bioavailability of termohidrolisado anaerobic sewage sludge by use of biogas (154 f). Dissertation (Thesis), Faculty of Civil Engineering, Federal University of Santa Catarina, Florianópolis.
Glória, R. M., Neto, G. P. P., Souza, C. L., Silva, S. Q., Aquino, S. F., & Chernicharo, C.A.L. (2008). Removal of hydrogen sulphide of effluent from UASB reactor: The contribution of the layer of scum and tubing to discard. In IX Taller y Simposio Digestión Anaerobia, Proceedings. Ilha de Páscoa.
Godoy Júnior, E. (2006). Storage system and energy of GNBP (natural gas at low pressure) and biogas from sewage. In The Portuguese–Brazilian symposium of sanitary and environmental engineering - SILUBESA, 12, 2006.
Guardabassi, P., & Pires. (2006). The self-generation of electrical energy in residential condominiums using sewage biogas/natural gas. In J.T.V. Ferrer (Ed.)., Biogas: Projects and research in Brazil. Rio de Janeiro.
IN. (2015). Investments and news portal. Retrieved Sep 23, 2015, from https://www.investimentosenoticias.com.br/noticias/negocios/probiogas-ealternativa-eficaz-para-produzir-energia.
IPCC. (1997). Intergovernmental panel on climate change. Directrices del IPCC para los inventários nacionales de gases de efecto invernadero, versión revisada em 1996. Reino Unido: IPCC WGI Technical Support Unit.
Lima, F. P. (2015). Energy in sewage treatment: Technological and institutional analysis for energy conservation and the use of biogas (Energia no tratamento de esgotos: análise tecnológica e institucional para a conservação de energia e o uso do biogás). 2005. 139 f. Dissertation (Master of Science) - Inter-unit postgraduation Program in Energy, University of São Paulo, São Paulo, Brazil.
Lobato, L. C. S., Chernicharo, C. A. C., & Souza, C. L. (2012). Estimates of methane loss and energy recovery potential in anaerobic reactors treating domestic wastewater. Water Science & Technology, 66(12), 2745–2753.
Martins, O. S., Guardabassi, P., & Costa, D. F. (2006). Production of electrical energy from the biogas resulting from sewage treatment: Pilot project in the ETE Barueri in the large São Paulo. In J. T. V. Ferrer (Ed.), Biogas: Projects and research in Brazil (pp. 139–147). Rio de Janeiro.
Massara, T. M., Malamis, S., Guisasola, A., Baeza, J. A., Noutsopoulos, C., & Katsou, E. (2017). A review on nitrous oxide (N2O) emissions during biological nutrient removal from municipal wastewater and sludge reject water. Science of the Total Environment, 596–597, 106–123.
MCID - Ministry of Cities. (2012). Normative instruction no. 39, October 24. Brasília, I 25/10/2012 (no 207, Section 1, pg. 84).
MCID. Ministry of Cities. (2013). National secretary of environmental sanitation. National Plan for Basic Sanitation -NPBS. Brasilia, 2013. Retrieved Oct 26, 2017, from https://www.mma.gov.br/port/conama/processos/AECBF8E2/Plansab_Versao_Conselhos_Nacionais_020520131.pdf (in Portuguese).
MCTI - Ministry of Science, Technology and Innovation. (2017). Archive of emission factors. Retrieved Apr 27, 2017, from https://www.mct.gov.br/index.php/content/view/321144.html.
Meneses-Jácome, A., Diaz-Chavez, R., Velásquez-Arredondo, H. I., Cárdenas-Chavez, D. L., Parra, R., & Ruiz-Colorado, A. A. (2016). Sustainable energy from agro-industrial wastewaters in Latin-America. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 56, 1249–1262.
Metcalf & Eddy. (2003). Wastewater engineering: Treatment and reuse (4th ed.). New York: McGraw Hill.
MMA. Ministry of the Environment. (2010). The national policy on climate change (PNMC, in Portuguese). Retrieved Dec 17, 2016, from https://www.mma.gov.br/clima/politica-nacional-sobre-mudanca-do-clima.
Moreda, I. L. (2016). The potential of biogas production in Uruguay. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 1580–1591.
Moreira, H. (2014). PROBIOGÁS. Initiatives for the harnessing of energy from biogas in WWTPs. In 5th Brazilian the Water Meeting, São Paulo.
Noyola, A., Morgan-Sagastume, J. M., & López-Hernández, J. E. (2006). Treatment of biogas produced in anaerobic reactors for domestic wastewater: Odour control and energy/resource recovery. Reviews in Environmental Sciences and Bio/Technology, 5(1), 93–114.
Nuvolari, A. (2011). The sanitary sewage: Collection, transportation, treatment and reuse in agriculture (2nd ed.). São Paulo: Bluncher Editor.
Paolini, V., Petracchini, F., Segreto, M., Tomassetti, L., Naja, N., & Cecinato, A. (2018). Environmental impact of biogas: A short review of current knowledge. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 53(10), 899–906.
Qasin, S. R. (1999). Wastewater treatment plants—Planning, design and operation (2nd ed.). Landcaster: USA Technomic Publishing Company.
Shane, A., Gheewala, S. H., & Kafwembe, K. (2017). Urban commercial biogas power plant model for Zambian towns. Renewable Energy, 103, 1–14.
Singh, K., & Viraraghavan, T. S. (1998). Start-up and operation of UASB reactors at 20 °C for municipal wastewater treatment. Journal of Fermentation and Bioengineering, 85(6), 609–614.
Skovsgaard, L., & Jacobsen, H. K. (2017). Economies of scale in biogas production and the significance of flexible regulation. Energy Policy, 101, 77–89.
SNIS – The National Sanitation Information System. (2017). Diagnosis of water and sewerage services—2015. Brasilia: SNSA/MCIDADES.
Souza, C. L. A. (2010). Study of the routes of formation, transport and consumption of methane gas and hydrogen sulphide resulting from the treatment of domestic sewage in UASB reactors (p. 127). Thesis (Doctorate in Sanitation), School of Engineering, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte.
Souza, C. L., & Chernicharo, C. A. L. (2011). Quantification of dissolved methane in UASB reactors treating domestic wastewater under different operating conditions. Water Science and Technology, 64, 2259–2264.
Von Sperling, M. (2014). Introduction to the quality of water and sewage treatment (4th ed., Vol. 1). Principles of biological treatment of wastewater. Belo Horizonte: UFMG.
Von Sperling, M., & Chernicharo, C. A. L. (2005). Biological wastewater treatment in warm climate regions. London: IWA Publishing.