CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E FÍSICO-QUÍMICA DA AMOSTRA DE LODO COLETADA DO LEITO DE SECAGEM NATURAL DA ETE-PRATA– PALMAS / TO

Resumo

Em busca de soluções viáveis para o lodo de esgoto, este resíduo vem sendo alvo de vários estudos. Este trabalho teve como objetivo caracterizar por análise elementar e físico-química a biomassa de lodo. As amostras de lodo foram coletados em leito de secagem natural da ETE-Prata, localizada na região sul de Palmas-TO, foi caracterizada por análise química elementar (CNHS), gravimétrica (umidade, cinzas, voláteis e carbono fixo) e poder calorífico superior (PCS) e inferior(PCI). O poder calorífico das amostras foi da ordem de 14,26 MJ/kg. As características encontradas deste lodo se aproximam às do lodo industrial e doméstico. O elevado teor de material volátil (58,46%) e a relação H/C (1,83), revela potencial para uso em processos de conversão termoquímica para obtenção de energia.

Palavras chaves

Lodo de esgoto; Analise elementar; Poder calorífico

Introdução

De acordo com Correia (2013) independente da rota tecnológica adotada no tratamento de esgoto sempre ocorrerá à formação do resíduo sólido. Este aumento persistentemente do volume, vem em função do crescimento populacional, da ampliação nacional da infraestrutura de saneamento e do aumento da eficiência do processo de tratamento realizado nas ETEs. (PROSAB, 2014; GONÇALVES, 2016; BELO et al.,2016). No Brasil segundo Andreoli et al. (2014) no ano de 2013 foram processadas mais de 350 mil T.dia-1 de lodo liquido. E em outros países e cidades como: Singapura produz em média 98.500 T de lodo de esgoto ao ano (YOU et al. 2016), Estado Federal da Baviera que é habitada por cerca de 19% da população da Alemanha gerou nos últimos anos 260.000 e 290.000T lodo (ULRICH et. al, 2016), a China gerou em 2014 mais de 30 milhões T de lodo de esgoto (CAI et al. 2016). A disposição final desse resíduo é um problema de âmbito mundial. Este pode ser atenuado ao seguir rotas tecnológicas que apresentem solução ambiental e viabilidade econômica. Em vista disso, varias tecnologias vêm sendo estudada: uma delas é a conversão termoquímica (pirólise). Segundo Vieira (2004), a pirólise gera produtos líquidos (bio-óleo e fração aquosa), gasosos e sólidos com capacidade energética e propriedades melhores do que aquelas da biomassa inicial. Este trabalho avaliou as características química e físico-química do lodo seco em leito de secagem natural na ETE-Prata Palmas-TO e seu potencial para uso em processos de conversão termoquímica para obtenção de energia.

Material e métodos

O lodo doméstico utilizado neste trabalho foi cedido pela empresa Odebrecht/ambiental. A coleta Foi realizada de acordo com a norma técnica NBR 10.007 e 10.004 massa total de 38,375kg de lodo. A análise imediata foi realizada com cinco amostra de 1g e cinco de 4g, secas a 110 °C em estufa (Brasdonto, modelo 03) e pesada em intervalos regulares de uma hora até não sofrer alteração na massa. As amostras a peso constante foram usadas para determinar o Teor de umidade (ASTM-D 3173-85), Teor de volátil (ASTM-D 2415-66) teor cinzas (ASTM-D 2415-66) e Teor de carbono fixo (SALGADO 2005 apud ALEXANDRE, 2013). O PCS da biomassa de lodo foi determinado em bomba calorimétrica C-200 da marca IKA® modelo C5010. Usou-se cinco amostra (0,70g) submetida a combustão em excesso de O2 e pressão de 30 bar. Os teores totais de carbono (C), nitrogênio (N), hidrogênio (H) e enxofre (S) da amostra de lodo foram determinados em analisador elementar CHNS, Marca: VARIO modelo: MACRO Vario Cube. Usou –se cinco amostra (40mg). O porcentual de oxigênio foi determinado por diferença levando em consideração o teor de cinzas. O cálculo do desvio padrão para avaliar a repetitividade dos experimentos foi realizado no software Excel 2010.

Resultado e discussão

O resultado da caracterização por gravimetria clássica, análise química elementar e poder calorífico das amostras de lodo seco em leito de secagem natural estão descrito nas Tabelas 01e 02 acompanhado por análise estatística em termos de desvio padrão. O teor de cinzas (base seca) obtido foi elevado (Tcz:39,46%)(Tabela 01), mas se encontra dentro dos parâmetros (30 a 48%) estabelecido por Aliakbari et al., (2017) para o lodo de esgoto. O teor de carbono fixo foi muito baixo (Tcf:0,77%). Para Huang et al., (2017) a relação Tcf baixo e Tcz elevado e o que reduz o poder calorífico da biomassa de lodo. O conteúdo de material volátil (Tv:58,53%) foi elevado, superando a barreira dos 30% em massa, definida por Yang et al., (2016) para se qualificar por combustível de biomassa. Os valores da análise gravimétrica (Tv,Tcz,Tcf e Tu) encontram-se próximos aos resultados divulgados em pesquisas com lodo de esgoto realizadas por outros autores Aliakbari et al., (2017), no Irã; Morgano et al.,(2017), na Alemanha; Park et al.,(2017), na Coréia e Teixeira et al., (2014) no Brasil. Na composição elementar Carbono(C), Hidrogênio(H), Nitrogênio(N), Oxigênio(O) e Enxofre (S) (Tabela 02)(base seca) da biomassa de lodo de esgoto em estudo, a participação do conteúdo de N (4,670%) e S(3,639%) foi alto, no entanto, é característico do lodo de esgoto, apresentar altos teores de nitrogênio(N) e enxofre(S) em comparação com resíduos agro-florestais a exemplo Casca de amendoim N(0,60%),S(0,62%) (DUAN et al., 2017) e Palha de camelina (N:0,3% e S:ns%) (HERNANDO et al., 2017). Já o teor de carbono foi baixo (C:27,2%) provavelmente devido a sua origem e tecnologia de tratamento: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (UASB) associado ao sistema de Flotação(FAD). A quantidade de hidrogênio (H:4,18%) foi satisfatório para a biomassa de lodo de esgoto, bem próximo aos resultados divulgados por Li et al., (2014) para o lodo sanitário (H:4,61%) e por Rendeiro et al.,(2008) para casca de arroz.(H:4,40%). O teor de oxigênio(Tabela 01) foi calculado por diferença usando a equação T(O%)=100-[S(%)+H(%)+N(%)+cz(%)]). O conteúdo de oxigênio determinado foi elevado (O:24,77%) o que não é interessante, uma vez que, quanto maior o teor de oxigênio e hidrogênio em comparação com o carbono, menor o conteúdo de energia do combustível. A razão molar entre hidrogênio(H) e Oxigênio (O) (H/O:3,3) tem alta correlação com a formação de água durante o processo de pirólise (MULLEN et al., 2011). A relação Oxigênio-Carbono (O/C:0,56) e relação Hidrogênio-Carbono (H/C: 1,83) foi compatível com outras amostras de lodos secos divulgados por Borges et al.,(2018) e Li et al.,(2014). O poder calorífico da biomassa de lodo (14,26Mj/kg e 13,31Mj/kg)(Tabela 02) está dentro da faixa estimada para lodo seco (12,5-15,0 MJ/Kg) (ALMEIDA, 2007 apud BORGES et al., 2008). O elevado desvio do PC se deve a composição complexa da biomassa de lodo. Em comparação com outras biomassa de lodo de diferentes ETEs, observa-se que o poder calorífico da biomassa de lodo(14,26Mj/kg) (Tabela 02), se encontra abaixo dos valores de caracterização divulgado por Borges et al.,(2008) 17,01Mj/kg lodo da indústria têxtil, Languer,(2015) 16,17Mj/kg lodo sanitário e superior ao valor publicado por Li et al.,(2014) 13.67Mj/kg para o lodo sanitário e similar ao valor reportado por Aliakbari et al.,(2017) 14,32Mj/kg lodo sanitário.

Tabela 01-Parâmetros Estatísticos para análise gravimétrica

Tabela 02- Parâmetros Estatísticos da análise elementar

PCS: Poder calorífico superior, PCI :Poder calorífico inferior,* Estimado pela equação de Dulong, **Determinado por diferença

Conclusões

A biomassa de lodo cedida pela ETE-Prata tem composição química elementar, com proporções variadas e seus teores de nitrogênio(4,670%), enxofre(3,639%) e oxigênio(20,52%) foram elevados. No entanto apresentou baixo teor de carbono (27,520%) em relação à biomassa vegetal. As análises gravimétricas clássicas apresentaram elevados teores de cinzas (39,46%) e baixo teor de carbono fixo o que inviabiliza queima direta pra geração de energia. Já o teor de voláteis (58,46%), este segundo Vieira, (2004) é indicativo de potencialidade dessa biomassa para ser submetida à pirólise termoquímica. O poder calorífico superior (14,262Mj/kg) mesmo com desvio (±1,9590%) elevado, está bem próximo ao do lodo sanitário e industrial de outras ETEs. A análise dos resulta¬dos de desvio padrão e permite observar as variações nos valores obtidos, o que garante uma maior confiabilidade aos resultados divulgados no trabalho. A análise química e físico-química do lodo da ETE-Prata demonstrou que essa biomassa seca em leito de secagem natural, apresenta possibilidade atraente diante das iniciativas atuais de busca de novas fontes de energia renovável.

Agradecimentos

Odebrecht ambiental, Laboratório de Ensaio e Desenvolvimento em Biomassa e Biocombustíveis –LEDBIO, Fundação Universidade Federal do Tocantins- UFT

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