O modo de vida da humanidade demanda novas alternativas às fontes energéticas fósseis, precisa garantir a produção de alimentos e energia para uma população que já ultrapassa 7 bilhões, além de ter de gerir seus Resíduos Sólidos (RS) e efluentes (esgoto), em que grande parte dos primeiros, são enterrados em aterros sanitários e/ou lixões, gerando problemas sanitários e ambientais e desperdício de nutrientes para a agricultura. Parte dessa tripla solução energética/alimentar/sanitária pode vir dos recursos contidos nos Resíduos Biodegradáveis (RB), ou como dito na Lei Brasileira Nº 12.305 - "Resíduos Orgânicos" (RO), que podem ser biometanizados para gerar gás combustível, metano, CH4 e/ou gás hidrogênio, H2 e posterior uso do sólido e líquido resultante na forma de substrato para a agricultura, ou processos fotossintéticos aquáticos mediados por microalgas e macrófitas. Paralelamente ao tratamento anaeróbio, se os RO forem tratados aerobicamente, via compostagem e/ou vermicompostagem, não se gera nenhum gás combustível que possa ser usado em outro momento e local, apenas calor. Diante desse quadro, se propõe uma alternativa para o tratamento de resíduos biodegradáveis e efluentes domésticos em zonas rurais e periurbanas, por meio da proposta de uma pequena central de tratamento de resíduos orgânicos composta por uma lagoa facultativa com geração e coleta de biogás, associada com um sistema de hidrolisação de resíduos sólidos orgânicos e de tratamento de biogás, havendo a separação do CO2 em fase aquosa para alimentação de carbono e alcalinidade ao sistema de bacia de fotossíntese de microalgas e macrófitas do gênero lemna. Foram realizados balanços de água, nutrientes, eletricidade e monetário para aferir a consistência teórica para futura aplicação dos projetos e suprir as três demandas/soluções citadas. Foi possível aferir que o custo do metro cúbico de gás metano gerado ficou em torno de 0,5- 4 R$.m-3 de gás metano. Foi possível propor um projeto para se caminhar no sentido de poder dar base a trabalhos futuros, que desenvolvam métodos inovadores de gestão de resíduos para serem aplicados no Brasil, com o fim de descentralizadamente adequar os municípios ao PNRS, ao mesmo tempo em que se cria na nação o conceito de biorrefinaria, integrando-a ao saneamento básico e ambiente, em prol da soberania individual energética/alimentar/hidrológica dos brasileiros. / People's way of living demands alternatives to fossil energy, needs to produce food for a population that has already reached more than seven billion and has to deal with waste generation, namely solid wastes and sewage, while most of the first are buried in landfills or even dumped, generating sanitary and environmental problems while wasting nutrients for agriculture. Part of that triple energy/food/sanitation solution can come from biodegradable wastes, or like the way is said on Brazilian Law Nº12.305 - &#34Organic Wastes", that can be converted into biogas, methane or hydrogen gas, and subsequent use of solid and liquid digestate for agriculture, or aquatic photosynthetic processes mediated by microalgae and macrophytes. Paralel to anaerobic treatment, if organic wastes are aerobically treated, by compoting and/or wormcomposting, not any renewable gas will be generated for later use, it just generates heat. By this cenario, this master thesis propose and evaluate, technological alternatives for biodegradable waste and wastewaters in cities vicinities and/or rural areas nearby urban areas by proposing a small biodegradable waste treatment plant composed of a facultative lagoon with biogas generation on its bottom, associated with a system of solid waste hydrolysis built inside a shed which realizes biogas treatment as well, with carbon dioxide gas liquid separation for carbon and alkalinity feeding the multispecies photosynthesis bowl, half consisted of dispersed microalgae and the other half composed of macrophyte of lemna genera. Water, nutrients, electricity and money balances were done in order assess the theoretical consistency for future development of those projects and quench the three cited demands/solutions. It was possible to affirm that the cost of a cubic meter of methane gás is around 0,5 – 4 R$.m-3. Projects were proposed, that can develop innovative methods for biodegradable waste management to be done in Brazil, with the ultimate goal of adequating towns to the National Solid Waste Policy (Política Nacional de Resíduos Sólidos – PNRS in portuguese) in a decentralized manner, meanwhile it helps to create alog the nation the biorefinery concept, integrating itself into waterworks, sanitation and the environment, feeding individuals energy, food and hydrological sovereignity of brazilians.

O modo de vida da humanidade demanda novas alternativas às fontes energéticas fósseis, precisa garantir a produção de alimentos e energia para uma população que já ultrapassa 7 bilhões, além de ter de gerir seus Resíduos Sólidos (RS) e efluentes (esgoto), em que grande parte dos primeiros, são enterrados em aterros sanitários e/ou lixões, gerando problemas sanitários e ambientais e desperdício de nutrientes para a agricultura. Parte dessa tripla solução energética/alimentar/sanitária pode vir dos recursos contidos nos Resíduos Biodegradáveis (RB), ou como dito na Lei Brasileira Nº 12.305 - "Resíduos Orgânicos" (RO), que podem ser biometanizados para gerar gás combustível, metano, CH4 e/ou gás hidrogênio, H2 e posterior uso do sólido e líquido resultante na forma de substrato para a agricultura, ou processos fotossintéticos aquáticos mediados por microalgas e macrófitas. Paralelamente ao tratamento anaeróbio, se os RO forem tratados aerobicamente, via compostagem e/ou vermicompostagem, não se gera nenhum gás combustível que possa ser usado em outro momento e local, apenas calor. Diante desse quadro, se propõe uma alternativa para o tratamento de resíduos biodegradáveis e efluentes domésticos em zonas rurais e periurbanas, por meio da proposta de uma pequena central de tratamento de resíduos orgânicos composta por uma lagoa facultativa com geração e coleta de biogás, associada com um sistema de hidrolisação de resíduos sólidos orgânicos e de tratamento de biogás, havendo a separação do CO2 em fase aquosa para alimentação de carbono e alcalinidade ao sistema de bacia de fotossíntese de microalgas e macrófitas do gênero lemna. Foram realizados balanços de água, nutrientes, eletricidade e monetário para aferir a consistência teórica para futura aplicação dos projetos e suprir as três demandas/soluções citadas. Foi possível aferir que o custo do metro cúbico de gás metano gerado ficou em torno de 0,5- 4 R$.m-3 de gás metano. Foi possível propor um projeto para se caminhar no sentido de poder dar base a trabalhos futuros, que desenvolvam métodos inovadores de gestão de resíduos para serem aplicados no Brasil, com o fim de descentralizadamente adequar os municípios ao PNRS, ao mesmo tempo em que se cria na nação o conceito de biorrefinaria, integrando-a ao saneamento básico e ambiente, em prol da soberania individual energética/alimentar/hidrológica dos brasileiros. / People's way of living demands alternatives to fossil energy, needs to produce food for a population that has already reached more than seven billion and has to deal with waste generation, namely solid wastes and sewage, while most of the first are buried in landfills or even dumped, generating sanitary and environmental problems while wasting nutrients for agriculture. Part of that triple energy/food/sanitation solution can come from biodegradable wastes, or like the way is said on Brazilian Law Nº12.305 - &#34Organic Wastes", that can be converted into biogas, methane or hydrogen gas, and subsequent use of solid and liquid digestate for agriculture, or aquatic photosynthetic processes mediated by microalgae and macrophytes. Paralel to anaerobic treatment, if organic wastes are aerobically treated, by compoting and/or wormcomposting, not any renewable gas will be generated for later use, it just generates heat. By this cenario, this master thesis propose and evaluate, technological alternatives for biodegradable waste and wastewaters in cities vicinities and/or rural areas nearby urban areas by proposing a small biodegradable waste treatment plant composed of a facultative lagoon with biogas generation on its bottom, associated with a system of solid waste hydrolysis built inside a shed which realizes biogas treatment as well, with carbon dioxide gas liquid separation for carbon and alkalinity feeding the multispecies photosynthesis bowl, half consisted of dispersed microalgae and the other half composed of macrophyte of lemna genera. Water, nutrients, electricity and money balances were done in order assess the theoretical consistency for future development of those projects and quench the three cited demands/solutions. It was possible to affirm that the cost of a cubic meter of methane gás is around 0,5 – 4 R$.m-3. Projects were proposed, that can develop innovative methods for biodegradable waste management to be done in Brazil, with the ultimate goal of adequating towns to the National Solid Waste Policy (Política Nacional de Resíduos Sólidos – PNRS in portuguese) in a decentralized manner, meanwhile it helps to create alog the nation the biorefinery concept, integrating itself into waterworks, sanitation and the environment, feeding individuals energy, food and hydrological sovereignity of brazilians.

O presente trabalho propõe uma metodologia científica, com critérios bem definidos, para avaliar e quantificar o desempenho ambiental e a renovabilidade de processos de tratamento de esgoto, numa base única: a exergia. O desempenho ambiental é quantificado através do cálculo da eficiência exergética ambiental, definida como a razão da exergia do efeito útil do processo pela exergia total consumida dos recursos humanos e naturais, incluindo todas as entradas exergéticas. O cálculo da renovabilidade é feito por meio do índice exergético de renovabilidade definido como como a razão entre a exergia dos produtos pela soma das exergias não renováveis, a exergia destruída, a exergia de desativação e a exergia das emissões e residuos. A metodologia foi aplicada a três processos de tratamento de esgoto: dois biológicos (aeróbio e anaeróbio) e um físico-químico (TQA). O cálculo dos indicadores exergéticos foi realizado para cada um destes processos e foi observado que o processo com maiores valores de desempenho ambiental e renovabilidade, considerando o metano e o lodo do processo como efeito útil, foi o processo RAFA Lagoa Facultativa, com valores respectivamente de n<exerg,amb> (0,983) e lâmbda(7,060). A análise dos resultados mostrou que a metodologia proposta é uma ferramenta útil na avaliação e comparação do desempenho ambiental e da renovabilidade de processos de tratamento de esgoto. / This work proposes a scientific methodology, with well defined criteria, to assess and quantify the environmental performance and renewability of wastewater treatment processes on a single base: the exergy. The environmental performance was measured by calculating the environmental exergy efficiency defined as the exergy ratio of the useful effect of the process to the total exergy consumed by human and natural resources, including all the exergy inputs. The renewability calculation was done using the renewability exergy index defined as the exergy ratio of the products to the sum of the non-renewable exergy, destroyed exergy, deactivation exergy and the emissions and waste exergy. The methodology was applied to three wastewater treatment processes: biological (aerobic and anaerobic) and physicochemical (CEPT) processes. The exergy indicators were calculated for each of these processes and it was observed that the process with the higher environmental performance and renewability values, considering the methane and sludge of process as useful effect, was the Facultative Lagoon UASB process, with values, respectively, of n<env,exerg>(0.983) and lambda(7.060). The results analysis showed that the proposed methodology is a useful tool in the evaluation and comparison of environmental performance and renewability of wastewater treatment processes.

O presente trabalho propõe uma metodologia científica, com critérios bem definidos, para avaliar e quantificar o desempenho ambiental e a renovabilidade de processos de tratamento de esgoto, numa base única: a exergia. O desempenho ambiental é quantificado através do cálculo da eficiência exergética ambiental, definida como a razão da exergia do efeito útil do processo pela exergia total consumida dos recursos humanos e naturais, incluindo todas as entradas exergéticas. O cálculo da renovabilidade é feito por meio do índice exergético de renovabilidade definido como como a razão entre a exergia dos produtos pela soma das exergias não renováveis, a exergia destruída, a exergia de desativação e a exergia das emissões e residuos. A metodologia foi aplicada a três processos de tratamento de esgoto: dois biológicos (aeróbio e anaeróbio) e um físico-químico (TQA). O cálculo dos indicadores exergéticos foi realizado para cada um destes processos e foi observado que o processo com maiores valores de desempenho ambiental e renovabilidade, considerando o metano e o lodo do processo como efeito útil, foi o processo RAFA Lagoa Facultativa, com valores respectivamente de n<exerg,amb> (0,983) e lâmbda(7,060). A análise dos resultados mostrou que a metodologia proposta é uma ferramenta útil na avaliação e comparação do desempenho ambiental e da renovabilidade de processos de tratamento de esgoto. / This work proposes a scientific methodology, with well defined criteria, to assess and quantify the environmental performance and renewability of wastewater treatment processes on a single base: the exergy. The environmental performance was measured by calculating the environmental exergy efficiency defined as the exergy ratio of the useful effect of the process to the total exergy consumed by human and natural resources, including all the exergy inputs. The renewability calculation was done using the renewability exergy index defined as the exergy ratio of the products to the sum of the non-renewable exergy, destroyed exergy, deactivation exergy and the emissions and waste exergy. The methodology was applied to three wastewater treatment processes: biological (aerobic and anaerobic) and physicochemical (CEPT) processes. The exergy indicators were calculated for each of these processes and it was observed that the process with the higher environmental performance and renewability values, considering the methane and sludge of process as useful effect, was the Facultative Lagoon UASB process, with values, respectively, of n<env,exerg>(0.983) and lambda(7.060). The results analysis showed that the proposed methodology is a useful tool in the evaluation and comparison of environmental performance and renewability of wastewater treatment processes.