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Study of the Potential for Energy Use of Biogas From a Wastewater Treatment Plant To a Medium-Sized City: A Technical, Economic and Environmental Analysis

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Waste and Biomass Valorization Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Waste treatment is an essential activity with critical environmental, social, and sanitary impacts. As energy demand grows, linking wastewater treatment to electrical energy production through biogas from anaerobic digestion becomes an attractive alternative from both technical and economic perspectives. In light of this scenario, this study aims to evaluate the feasibility of generating energy from two anaerobic processes: digestion using Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) technology, as well as sewage sludge from an activated sludge processing system (ASPS). The study also encompasses an environmental assessment of the reduced impact generated by replacing electricity from the grid with biogas energy. Results demonstrate financial feasibility for both processes; the UASB reactor and the ASPS presented NPV of 5.88 MR$ and 9.02 MR$, IRR of 17.1% and positive cash flow from the 10th year for both technologies, respectively. With regard to emission reductions, replacing electricity from the grid with biogas electricity lowered greenhouse gas generation by 3,316.8 tCO2eq/year and 5,092.7 tCO2eq/year for the UASB and ASPS operations, respectively. As a result, activated sludge digestion proved more attractive according to the parameters analyzed.

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Acknowledgements

We thank the Coordinator of the Improvement of Higher Education Personnel (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES; in Portuguese) for the given support, evidenced by the translation service resources (by PROAP/CAPES resources) and Finance Code 001 – Doctorate scholarship granted to Ivan Felipe Silva dos Santos and Flavio Ferreira de Freitas and to Federal University of Itajubá for granting the Master Science Scholarships to Ulisses Raad Coelho by institutional scholarship program. The authors would like to thank the Brazilian National Council for Scientific and Technological Development (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq; in Portuguese), for granting productivity in research scholarship to Prof. Regina Mambeli Barros (PQ1D Process Number 303036/2021-4 and PQ2, Process number: 303805/2018-8), to Prof. Electo Eduardo Silva Lora (PQ1A), and Prof Geraldo Lúcio Tiago Filho. We would like to thank the Minas Gerais State Agency for Research and Development (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais, FAPEMIG, in Portuguese) for granting financial support “Improvement of biogas energy potential from anaerobic (co)digestion of solid organic waste as an incentive to renewable energy sources: substrate pre-treatment and co(digestion) aiming at Hydrogen use” (Process N.: APQ-00568-21).

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Correspondence to Regina Mambeli Barros.

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We have no conflict of interest to declare. The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

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Freitas, F.F., Coelho, U.R., Silva, S.T.S. et al. Study of the Potential for Energy Use of Biogas From a Wastewater Treatment Plant To a Medium-Sized City: A Technical, Economic and Environmental Analysis. Waste Biomass Valor 13, 3509–3521 (2022). https://doi.org/10.1007/s12649-022-01727-8

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