ETE Arrudas (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
 
APROVEITAMENTO DO BIOGÁS NA ETE DE ARRUDAS - MG 
 
 
 
 
 
 
Tópicos Especiais de Saneamento – Turma 01 
Prof. Dr. Daniel Moureira Fontes Lima 
 
 
 
 
 
 
Gustavo Santos Nunes 
Kelly Marina Silva Santos 
 
 
 
 
 
São Cristóvão, SE 
13 de Setembro de 2017 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
A situação crítica do esgotamento sanitário no Brasil, associada à crescente 
preocupação com o meio ambiente, fez surgir inúmeros movimentos com o objetivo de 
revitalizar os rios e as bacias hidrográficas e de aproveitar o potencial de geração de energia 
renovável do país. 
No estado de Minas Gerais, quarta maior unidade federativa do país, a população 
está distribuída de forma heterogênea em seu território. Mas uma região chega a apresentar 
uma densidade cinco vezes maior que o estado como o todo, a Bacia Hidrográfica do Rio 
das Velhas (BHRV) (FEAM,2010). 
A BHRV, sub-bacia do Rio São Francisco, foi berço do desenrolar econômico e 
social das grandes cidades do estado que hoje compõem a Região Metropolitana de Belo 
Horizonte – RMBH. O Rio das Velhas é o tributário de maior extensão da bacia que ainda 
possui como tributários o Ribeirão Arrudas, o Ribeirão da Onça e o Ribeira do Isidoro 
(FEAM,2010). 
A RMBH contempla cidades como Nova Lima, Sabará, Caeté, Contagem, Santa 
Luzia, Vespasiano entre outras, além da capital Belo Horizonte. Em função do maior uso e 
ocupação do solo, principalmente no que diz respeito ao consumo de água e geração de 
esgotos domésticos, os impactos ambientais observados nessa região são mais preocupantes 
que nas demais regiões de Minas Gerais (FEAM, 2010). 
Nesse contexto, com a missão de propor soluções em abastecimento de água, 
esgotamento sanitário, resíduos sólidos e desenvolvimento socioeconômico e ambiental, o 
empenho do governo de Minas Gerais está na implementação de saneamento nas principais 
sub-bacias da RMBH, intervindo na ampliação da coleta de esgotos e na implementação de 
ETE’s (GRAÇA, 2014). 
A Estação de Tratamento de Esgoto da bacia do Ribeira Arrudas, ou ETE Arrudas, 
que teve sua construção finalizada em 2013 foi uma das soluções encontradas para melhorar 
o saneamento da região. Recentemente, a estação iniciou um programa de reaproveitamento 
do biogás produzido durante o processo de tratamento do esgoto com o objetivo de consumo 
integral para produção de energia elétrica. 
 O presente trabalho apresenta, portanto, uma descrição da ETE Arrudas, assim 
como sua configuração, caracterização do efluente tratado e também do biogás, bem como 
suas formas de utilização. 
2. DESENVOLVIMENTO 
2.1. LOCALIZAÇÃO E CONFIGURAÇÃO DA ETE – ARRUDAS 
A Estação de Tratamento de Esgoto da bacia do Ribeirão Arrudas, ou ETE Arrudas, 
localizada na margem esquerda do Ribeira Arrudas na região de Marzagânia – Sabará, é 
responsável por tratar os esgotos gerados na Bacia do Arrudas em Minas Gerais. Considerada 
uma das maiores plantas brasileiras de tratamento da modalidade lodos ativados convencional, 
a ETE surgiu da necessidade de eliminar a parcela de esgotos coletados, das cidades de Belo 
Horizonte e Contagem, que ainda não estava ligada aos interceptores, sendo lançada sem 
tratamento nos cursos d´água da região (GUTIERREZ, 2014). 
 A partir desse problema, a Copasa (Companhia de Saneamento de Minas Gerais) criou 
o Programa Caça-Esgoto. Primeiro são identificados os esgotos lançados em rios e córregos 
para em seguida encaminhá-los para a ETE Arrudas, promovendo a despoluição do Ribeirão 
Arrudas e do Rio das Velhas (FEAM, 2010). 
A ETE entrou em operação em outubro de 2001 com o tratamento primário e, em janeiro 
de 2003, pelo processo de lodos ativados convencional, com o tratamento secundário. A nível 
primário, sua construção pretendia atender a uma vazão média de fim de plano de 4500 L/s, 
enquanto que a nível secundário, sua implantação foi prevista para uma vazão inicial de 2250 
L/s e redução de 90 % da carga de sólidos e da carga orgânica. Projetada inicialmente para 
atender a 1 milhão de habitantes, a previsão é que na fase final a estação consiga atender a uma 
população de 1,6 milhões de habitantes (COPASA, 2009). 
A ETE é composta pelas seguintes unidades de tratamento da fase líquida: tratamento 
preliminar (gradeamento e desarenação), decantação primária, tanques de aeração, decantação 
secundária e elevatória de recirculação do lodo. Na grade grossa ocorre a remoção de sólidos 
grosseiros e na grade fina mecanizada a remoção dos sólidos que não ficaram retidos na unidade 
anterior. No desarenador, são retirados os materiais inorgânicos, como a areia, do esgoto e nos 
decantadores primários é feita a remoção dos sólidos em suspensão sedimentáveis da parte 
líquida dos esgotos. Nos tanques de aeração, ou reatores biológicos, a ação de micro-
organismos aeróbios é responsável pela remoção da matéria orgânica (DBO) do afluente 
líquido. O fornecimento de oxigênio nessa etapa é feito por meio de sopradores. Após o reator 
biológico, o esgoto segue para o decantador secundário, onde ocorre a separação sólido/líquido 
para sedimentar os sólidos em suspensão, clarificar o efluente tratado e concentrar o lodo no 
fundo dos decantadores. Por ser uma estação que trata o esgoto por meio do sistema de lodos 
ativados, uma elevatória de retorno de lodo foi instalada para fazer essa recirculação do lodo 
do fundo dos decantares primários para os reatores biológicos. Por fim, uma elevatória de lodo 
excedente faz com que o excesso de lodo produzido seja conduzido para adensadores a fim de 
manter constante a concentração de microrganismos nos reatores biológicos (Figura 1) 
(COPASA, 2009; GUTIERREZ, 2014). 
As unidades que compõem o tratamento da fase sólida incluem adensadores por 
gravidade, digestores anaeróbios, desidratação mecânica e, antes de haver aproveitamento do 
biogás, queimador de gás. Os adensadores reduzem, por sedimentação, o volume e o teor de 
umidade do lodo para aumentar a sua concentração. Nos digestores de lodo ocorrem reações 
anaeróbias, com produção de biogás. O lodo digerido é encaminhado a um digestor secundário 
para separação do líquido do lodo, depois, o líquido drenado retorna para os decantadores 
primários. Na desidratação mecânica, há a redução da umidade remanescente no lodo 
proveniente do digestor secundário por centrifugação e, novamente, o líquido drenado segue 
para os decantadores primários. Então, um queimador de gás realizava a queima do gás metano 
nos digestores anaeróbios (Figura 1) (COPASA, 2009; GUTIERREZ, 2014). 
Figura 1 - Fluxograma do processo de tratamento da ETE Arrudas.
 
Fonte: COPASA (2009). 
A estação ainda conta com unidades de disposição final dos resíduos sólidos, como o 
aterro de resíduos do tratamento preliminar e do lodo desidratado. E também com unidades de 
apoio e controle: laboratórios, oficina eletromecânica, sistema elétrico e sistema de supervisão 
e controle. A Tabela 1 apresenta o quantitativo das unidades da ETE Arrudas (COPASA, 2009). 
Tabela 1 – Quantitativo das unidades da ETE Arrudas. 
Fonte: Adaptado de COPASA (2009). 
 
2.2.CARACTERÍSTICAS DO EFLUENTE 
A ETE Arrudas, operada pela Copasa, recebe contribuições majoritariamente 
domésticas com pequena contribuição industrial (GRAÇA, 2014). 
Em relação ao monitoramento dos efluentes líquidos, existe um programa que segue a 
Nota Técnica NT-002/2005 DIMOG/DISAN que trata do monitoramento de Efluentes 
Líquidos, Águas Superficiais e Água Subterrâneas associadas à ETE Municipal (COPASA, 
2009). 
As Tabelas 2 e 3 trazem uma relaçãoentre os parâmetros e sua frequência de 
monitoramento, tanto para o efluente liquido quanto para o corpo receptor da ETE Arrudas. 
 
 
 
 
 
Tabela 2 – Parâmetros e frequência de monitoramento do efluente líquido da ETE Arrudas. 
 
Fonte: Adaptado de Copasa (2009). 
Tabela 3 – Parâmetros e frequência de monitoramento no ribeirão Arrudas a montante e 
jusante do ponto de lançamento do efluente. 
 
Fonte: Adaptado de Copasa (2009). 
Ainda sobre o monitoramento dos efluentes líquidos, a Copasa recomenda que o mesmo 
seja feito em diversos pontos de amostragem, conforme a Tabela 4. 
Tabela 4 – Dados do monitoramento dos efluentes líquidos da ETE Arrudas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Adaptado de Copasa (2009) 
Segunda a Copasa (2009), em dezembro de 2006 a população atendida pela ETE era 
cerca de 1.228.500 habitantes com uma vazão de aporte igual a 1820 L/s. Para esse mês, a 
eficiência de remoção de DBO e DQO foram 93,2 e 92%, respectivamente. Outros aspectos, 
como sólidos suspensos totais, nitrogênio total e fósforo total alcançaram eficiências de 
remoção iguais a 92,3, 81 e 86,9%, respectivamente (COPASA,2009; GUTIEREZZ, 2014). 
Em relação ao tratamento do lodo, para este trabalho, é interessante caracterizar aquele 
proveniente do digestor anaeróbio e que será utilizado para produção do biogás. A ETE 
Arrudas, desde a sua implantação, passou por três diferentes fases operacionais e que 
implicaram em mudanças de comportamento a respeito do tratamento da fase sólida. 
Na Fase 3, mais recente, o lodo primário é adensado no próprio decantador primário e 
bombeado para os digestores; e o lodo secundário concentrado é adensado por gravidade no 
adensador e bombeado para o digestor. A tabela a seguir mostra o valor médio das variáveis 
operacionais do digestor anaeróbio da ETE Arrudas (SILVA et al., 2007). 
 
Tabela 5 – Valor médio das variáveis operacionais do digestor anaeróbio da ETE 
Arrudas. 
 
Fonte: Adaptado de Silva et al. (2007) 
Apesar da estação trabalhar abaixo da vazão projetada, na fase 3 é possível observar que 
os digestores anaeróbios trabalham sob condições operacionais recomendadas por Silva (1982) 
e Luduvice (2001). 
Com uma remoção de STV igual a 42%, relacionada à produção de biogás, na Fase 3 a 
produção de biogás por kgSTV afluente ao digestor (m³/kgSTV) é igual a 0,35 e a produção de 
biogás por kgSTV destruído (m³/kgSTV) é igual a 0,91. A literatura recomenda uma variação 
entre 0,75 e 1,12 m³/kgSTV destruído, logo, na fase 3 a produção de biogás encontra-se na faixa 
recomendada (SILVA et al., 2007). 
2.3. COGERAÇÃO DE ENERGIA 
Entre as principais tecnologias disponíveis para conversão energética do biogás está a 
geração combinada de energia elétrica e térmica ou cogeração, que consiste no aproveitamento, 
para uma aplicação secundária, do calor residual sob a forma de vapor, água quente e/ou fria, 
originado nos processos termodinâmicos de geração de energia elétrica, que de outra forma 
seria desperdiçado. O calor pode, então, ser utilizado para secagem de lodo, por exemplo. Isto 
torna o processo mais eficiente, visto que a maior parte da energia contida no combustível é 
transformada em calor e perdida para o meio ambiente durante a geração de eletricidade 
(SILVA, 2015). 
De acordo com Lima (2005), entre os benefícios da cogeração estão: a autossuficiência 
energética, a qualidade da energia elétrica, a melhoria da eficiência energética do processo e a 
redução dos impactos ambientais. 
Os equipamentos disponíveis no mercado para geração de energia elétrica utilizando biogás 
foram fabricados visando o aproveitamento dos dejetos de animais. Para aplicação em esgotos, 
é necessário verificar o teor de metano da matéria orgânica e, a partir de então, selecionar a 
potência adequada, a fim de obter a melhor eficiência do gerador (SILVA, 2015). 
Algumas das principais tecnologias disponíveis comercialmente para a cogeração de 
eletricidade e calor são: motores de combustão interna, turbinas a gás e microturbinas 
(LOBATO, 2011). 
Na ETE de Arrudas, foco deste trabalho, são utilizadas microturbinas, como será visto 
adiante. Nessa tecnologia, o compressor comprime o ar para dentro da câmara de combustão, 
na qual se forma uma mistura de ar comprimido e combustível que alimenta um processo de 
combustão contínua. Os gases aquecidos e em alta pressão são então expandidos através das 
pás de uma turbina, fazendo com que esta gire em alta velocidade. Como a turbina de expansão 
é montada no mesmo eixo do compressor e do gerador elétrico, quando o ciclo se completa a 
turbina é responsável por fornecer a energia necessária para girar o compressor e o gerador 
elétrico (COSTA, 2006). 
2.4. PRODUÇÃO DO BIOGÁS 
Segundo Gaio (2013), entre as estações de tratamento operadas pela Copasa, a ETE de 
Arrudas é a maior em produção de biogás. 
Conforme Silva (2015), em 2008 a Copasa iniciou seus estudos para implantação de uma 
unidade de aproveitamento energético na ETE Arrudas. Esses estudos levaram a implantação 
de uma planta de cogeração termelétrica em 2011, totalizando uma potência instalada de 2,4 
MW. 
O sistema criado para a ETE Arrudas aproveita o gás resultante do tratamento anaeróbio do 
lodo para geração de energia elétrica. Conforme Barros (2015) e Machado (2011), a planta de 
reaproveitamento do biogás foi composta por: 
 Unidades de armazenamento, os gasômetros: o biogás produzido nos digestores 
anaeróbios é armazenado e pressurizado em gasômetros de dupla membrana, para 
permitir um constante fornecimento de biogás para o módulo de geração de energia; 
 Unidades para tratamento do biogás (com capacidade de 600 Nm³/h cada): o sistema 
de tratamento do biogás possui duas unidades de condicionamento, que operam de 
modo paralelo, por ocasião do funcionamento normal, ou de modo isolado durante a 
manutenção de uma das unidades, sem que seja necessária a paralisação do sistema de 
geração de eletricidade; 
 Unidades de geração de energia: 3 microturbinas com capacidade de geração de 800 
kW cada; 
 3 trocadores de calor para coletar o calor gerado pelas turbinas e aquecer o lodo dos 
biodigestores 
 Unidade de ultrassonificação, tratamento de lodo e circulação. 
O biogás liberado nos digestores anaeróbios é tratado no “Skid” para retirada de umidade e 
um “Skid” de filtros para retirada de H2S, particulados e siloxanos. Os gases de escape passam 
por trocadores de calor gás-água que fornecem energia térmica para secagem de lodo dos 
biodigestores, em um circuito fechado, aumentando a temperatura média em seu interior, 
otimizando a digestão e aumentando a produção do biogás que alimenta as microturbinas. 
Essas, por sua vez, geram eletricidade e calor. O calor é aproveitado para aquecer o lodo, que 
passa a liberar mais biogás (GAIO, 2013; BARROS, 2015). 
Para Gaio (2013), do ponto de vista econômico, a melhor alternativa para aproveitamento 
do biogás seria o uso em caldeira de biogás e secagem térmica do lodo. Já do ponto de vista 
técnico e ambiental, a cogeração de energia com microturbinas seria a melhor opção, que foi 
então utilizada. 
Barros (2015) destaca as principais vantagens das microturbinas utilizadas: 
 Baixa emissão de óxidos de nitrogênio (NOx); 
 Operação com baixo teor de CH4 >35%; 
 Baixo índice de manutenção; 
 Baixo ruído; 
 Leve, com ocupação de pouca área; 
 Nenhuma vibração; 
 Modularidade com unidades a partir de 1 MW; 
 Apenas uma parte móvel e mancais de “ar” – não utiliza óleo lubrificante; 
 Refrigerada a ar – não utiliza água. 
Segundo Gaio (2013), em 2012 a ETE Arrudas produziu em média 12.430 Nm³/dia de 
biogás e 13 MWh/mês de energia, alcançando53,2% do consumo energia. No entanto, estes 
valores vêm aumentando desde a implantação. 
 
2.5. COMPOSIÇÃO DO BIOGÁS 
Embora o biogás seja majoritariamente constituído por metano, é necessário conhecer os 
elementos presentes em menores quantidades, uma vez que eles influenciam diretamente na 
escolha da tecnologia de operação, limpeza e aproveitamento. 
Conforme Silva (2015), o elemento mais combustível do biogás é o metano. A presença de 
outros elementos pode ser prejudicial ao processo, devido à absorção de parte da energia gerada. 
À medida que se eleva a quantidade de impurezas, o poder calorífico do biogás fica menor. 
Considerando os fatores que influenciam a geração de biogás, em especial a temperatura, a 
pressão e o teor de umidade, faz-se fundamental conhecer seu volume, umidade e poder 
calorífico antes da proposição de uso energético. 
A Copasa (2010), a partir medições realizadas em maio de 2008 pelo Departamento de 
Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Minas Gerais, apresentou os 
dados referentes às características do biogás da ETE Arrudas, conforme tabelas a seguir. 
Tabela 6 - Características do biogás da ETE Arrudas (parte 1). 
Valores % Metano 
(CH4) 
% Dióxido 
de Carbono 
(CO2) 
% Monóxido 
de Carbono 
(CO) 
% Oxigênio 
(O2) 
% 
Nitrogênio 
(N2) 
Mínimo 66,14 29,45 <0,001 <0,01 <0,01 
Máximo 70,47 33,36 0,0013 <0,001 <0,01 
Médio 68,02 31,80 <0,001 <0,01 <0,01 
Fonte: Adaptado da Copasa (2010). 
Tabela 7- Características do biogás da ETE Arrudas (parte 2). 
Valores % Umidade 
(H2O) 
% Sulfeto de 
Hidrogênio 
(H2S) 
Poder 
calorífico do 
gás seco 
kJ/m³ 
Poder calorífico 
do gás com água 
kJ/m³ 
Mínimo 1,4 0,00750 24,116 24,035 
Máximo 2,5 0,01080 25,690 25,622 
Médio 1,9 0,00911 24,798 24,730 
Fonte: Adaptado da Copasa (2010). 
 
 
3. CONCLUSÃO 
Em se tratando da política energética brasileira, devem ser considerados os aspectos 
financeiro e ambiental. Duas características primordiais das fontes de energia renováveis são a 
possibilidade de reduzir a dependência dos combustíveis fósseis e de diminuir as emissões de 
gases que contribuem para o efeito estufa. 
O biogás é um dos subprodutos dos processos anaeróbios e, além de ser um gás indutor de 
efeito estufa, é uma fonte energética disponível. Ele pode ser utilizado, por exemplo, para 
geração de energia térmica e elétrica. Seu uso como fonte de geração de eletricidade pode 
contribuir para a redução dos custos das próprias ETEs, colaborando para melhorar o 
saneamento básico no país. 
A ETE Arrudas, uma das maiores plantas brasileiras de tratamento de esgoto, é composta 
por unidades de tratamento tanto da fase líquida quanto da fase sólida dos efluentes. A fase 
líquida é tratada passando pelo tratamento preliminar, decantação primária, tanques de aeração 
e sistema de lodos ativados. O tratamento da fase sólida é composto por adensadores, digestores 
anaeróbios, desidratação e, mais recentemente, unidades para aproveitamento do biogás. 
As unidades de aproveitamento de biogás na ETE Arrudas utilizam o biogás gerado na 
digestão anaeróbia do lodo que acontece nos digestores. A tecnologia empregada nessa estação 
consiste na geração combinada de energia térmica e elétrica, a cogeração. A potência instalada 
na estação é de 2,4 MW. 
Em 2012, a ETE Arrudas foi capaz de produzir 53,2% do seu consumo energético (GAIO, 
2013). Esse valor reflete o grande benefício do aproveitamento do biogás. Além da economia 
energética, reduzindo custos com eletricidade, o biogás, que antes era queimado e lançado na 
atmosfera, passou a ter utilidade. O biogás na ETE Arrudas é utilizado para gerar energia 
elétrica e energia térmica, sendo esta usada no tratamento do próprio lodo e levando o processo 
a cada vez maiores eficiências. 
 
 
 
 
 
4. REFERÊNCIAS 
BARROS, D. Cogeração de energia com biogás a partir de lodo biológico. In: 10º Congresso 
sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural. Universidade de São Paulo. São Paulo, 
2015. 
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<http://www.meioambiente.mg.gov.br/images/stories/Robson/Vehas2010/15.1-copasa-rvl-
pu.pdf>. Acesso em: 10/09/2017. 
Copasa, 2010. Potencial energético das Estações de Tratamento de Esgoto. Disponível em: 
<www.ahk.org.br/upload_arq/1Apresentação_COPASA_maio_2010_vs.pdf>. Acesso em: 
08/09/2017. 
COSTA, D.F. Geração de energia elétrica a partir do biogás do tratamento de esgoto. 2006. 
Dissertação de Mestrado. Universidade de São Paulo - Programa de Interunidades de Pós-
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Fundação Estadual do Meio Ambiente – FEAM, 2010. Plano para incremento do percentual 
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<http://www.feam.br/images/stories/Flavia/pite%20bhrv%20final%20-%2029-12-10.pdf>. 
Acesso em: 10/09/2017. 
GAIO, M. M. Experiência da COPASA MG no aproveitamento energético do biogás na ETE 
Arrudas. In: IV Seminário Internacional de Engenharia de Saúde Pública, 2013. 
GRAÇA, R.F.P. Avaliação do monitoramento da água do aquífero livre adjacente à Estação 
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Especialista em Recursos Hídricos. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 
2014. 
GUTIERREZ, K.G. Análise e gerenciamento de impactos ambientais no tratamento de esgoto 
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LIMA, F. P. Energia no tratamento de esgoto: análise tecnológica e institucional para 
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São Paulo, 2005. 
LOBATO, R. C. S. Aproveitamento energético de biogás gerado em reatores UASB tratando 
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LUDUVICE, M. Processos de estabilização de lodos. In: ANDREOLI, C. V.; VON 
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