10a-BiogasAterro

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PRODUÇÃO DE BIOGAS 
EM ATERROS
Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro
Dept. Engenharia Mecânica da UFMG
Novembro 2011
Aterro Sanitário
Lixo no Brasil
Inventário Nacional de emissões para o IPCC estima que 84% do total de 
805.000 toneladas de metano emitidas para a atmosfera através da disposição 
inadequada de lixo (Base:1994 em revisão)
Do volume de lixo de 59.000 t por dia 76% dispostos em ”lixões” e o restante 
entre aterros controlados e sanitários. 
Até recentemente a utilização de biogás dos aterros era considerado inviável 
comercialmente
Lixão
Aterro Sanitário Cálculo da Geração de Biogás
LFG = 2L0 R ( e -kc – e –kt )
LFG = Quantidade total de gás gerado (m3/ano)
L0 = Potencial total de geração de metano (m3/ kg lixo)
R = Variação média anual aceita durante a vida útil
k = Velocidade de degradação do lixo (1/ano)
t = Tempo que o aterro está aberto (anos)
c = Tempo desde que o aterro foi fechado (anos)
Os parâmetros L0 e k refletem variações de acordo com o local, clima, 
tipo de lixo, etc.
Teoricamente,
- o fator k (velocidade de degradação) varia de 0,003 a 0,21 (1/a), porém 
nas condições brasileiras o fator pode ser aplicado com magnitudes de 
0,05 até 0,15. 
- o fator L0, é proporcional à porcentagem de matéria orgânica presente 
no lixo e pode variar de zero (no caso de ausência de material 
degradável) até 300 m3/t.
Geração Metano (Base EPA US) Esquema da Geração de Eletricidade
Esquema da Geração de Eletricidade
Grupos Geradores instalados no lixão de Marambaia e no aterro 
de Adrianópolis
Usina de Lixo de Belo Horizonte, Mg
CEMIG
Aterro Sanitário BR 040
Bairro Jardim Filadélfia 
Início Operação: Novembro 2010
2,8 MWh/mês 
O aterro desativado em 2007 com 21 
Mt de detritos, acumulados ao longo 
de mais de 20 anos.
3 motogeradores de 1,4 MW/h. 
Expectativa de produção: 12 anos
Usina de Lixo de Salvador, Ba
Termoverde Salvador
Aterro Metropolitano Centro de Salvador, bairro de São Cristóvão 
Inaugurada em 23 Março 2011
Solvi Valorização Energética 
2,5 mil ton/dia resíduos 
Potência de 19,73 MW 
Produção 150 mil MWh/ano
19 motogeradores de 1.038 kW
Potencial de Recuperação de BioGás
Observation and analysis of landfill operations
�Collection of accurate data
�Use of landfill biogas modelingSelection of
appropriate model and inputs based on landfill
characteristics
Close scrutiny of model results via comparison with
results from other landfills (if possible)
�Development of multi-year biogas recovery estimates
Modelo da Recuperação de BioGás
Biogas Recovery Estimates Are Used For:Developing gas
collection system design and sizing requirements
Evaluating utilization project feasibility and economics
Modeling can be ChallengingMay result in a large
source of error in evaluating project system
requirements and project feasibility
Many models based on U.S. waste profiles
Unrealistic biogas recovery projections can lead to 
investment in uneconomical projects (or neglecting
opportunities)
Average international LFG project performance = 49% 
(actual recovery / modeled recovery)
Elementos Sistema Captação de Gás
Network of interconnecting piping
LFG collection pointsVertical extraction wells
Horizontal collectors/trenches
Connection to existing vents, wells, etc.
Elements of condensate management
Flow control
Blower and flare
Monitoring systems
Captação de Gás e sistema de Controle
Blower –provides vacuum to extract gas from the landfill
and transport it to the flare (or other combustion devices)
Flares –greater than 90% destruction of landfill biogas
Monitoring equipment –used to balance well field and
ensure proper operation, track gas flow, and quantify
greenhouse gas emission reductions
Poço de Extração Vertical
Most common approach for 
recovering LFG
Install in existing or
operational disposal areas
Waste depth preferable >10 
meters reductions
Poço de Extração Vertical
Install approx 2.5 wells per 
hectare(~ 1 well per 0.4 
hectare)
�May lose efficiency or not
work in landfills with
elevated leachate levels
�Maximize biogas
recovery per wellWells
in deeper areas
Wells in areas of new 
waste
Poço de Extração Vertical
In-refuse wells: 75% of the
refuse depth
Boreholes typically 60 cm 
to 90 cm in diameter
Casing is generally PVC or
HDPE 
Bottom perforated -start 6 
meters below ground
surface
Spacing depends upon
“radius of influence”
(typical 60 m -122 m)
Poço de Extração Vertical Poço de Extração Vertical Típico
Bentonite seal prevents air
infiltration
Wellhead
incorporates:Flow
control valve
Gas sampling port
Pressure monitoring port
Flow monitoring port or
device (optional)
Thermometer (optional)
Raio Teórico de Influencia do Poço Vertical
Radius of influence 2 to 2.5 
times well depth
Increase vacuum to increase
the radius of influence
Variations in vacuum are 
the operator’s only control
tool
Raio Real de Influencia do Poço Vertical
A well’s radius of
influence is unlikely to 
be ideal:Variations in 
waste characteristics
Interim cover and cell
configuration
Presence of leachate
Coletores Horizontais
A Alternative approach for 
LFG recovery
Can be a better financial 
option
Install in existing or
operational disposal areas
Install at a spacing of
approx. 30 to 100 meters
Can be used in landfills
with elevated leachate levels
Coletores Horizontais
Install in trenches or place
on grade and cover with
gravel and waste
Construct out of approx 100 
mm slotted PVC or HDPE 
pipe
Alternatively construct out
of “nested” 100 mm and
150 mm pipes
Arranjo Típico de Coletores Horizontais Tubos Laterais e Cabeçotes
Pathway for LFG from wellheads to blowers
�Can be above-grade or underground
�Generally HDPE -PVC sometimes used above-
grade
�Pipe sloped to promote condensate drainage
�Unusual drops in vacuum normally due to 
condensate blockages
�Sized on flow rate and pressure drop
�Evaluate different types of system
designsIndividual lateral per well
Header system with shorter laterals to wells
Remoção de Condensado
LFG cools in the LFG 
collection piping and the
moisture condenses out into
the piping
Piping designed to allow
condensate to drain
Traps allow for drainage by
gravity
Sumps collect condensate
Flare
Open flares (candle-stick flares)
Can be less expensive Lower destruction
efficiency for greenhouse gas projects
Enclosed flares (ground flares)Higher
destruction efficiency
May be used in combination with beneficial 
use system
Needed during utilization system startup and
downtime
Location should be central to collection
system, close to potential end user or utility
service, away from trees
Design with flexibility to handle future gas
flows
Elementos Estação Compressor-Flare
Separador de umidade
Compressores
Flare (Aberto ou fechado)
Medidor de Vazão
Analisador de Metano (opcional)
Suprimento de combustível piloto
Painel de controle (controla 
compressor e flare)
Válvula auto Shutoff
Estação Tratamento de Esgotos ETE Arrudas
Estação ETE Arrudas
Capacidade 2,4 MW
Inicio operação previsto Março 2012
Conclusões
Os sistemas de captação de Biogás em aterros sanitários 
podem ser utilizados para muitos propósitos
O modelamento da produção do Biogás é importante para 
o projeto e operação do sistema de captação de gás
O projeto do sistema de captação de gás deve contemplar 
a produção do aterro sanitário e os objetivos do projeto