ANÁLISE ELEMENTAR DE EXTRATOS DO LODO DE ESGOTO OBTIDOS POR EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO VISANDO APLICAÇÃO ENERGÉTICA.

Resumo

A extração por solvente ou extração sólido-líquido é uma operação unitária simples, na qual se obtêm uma solução preferencial de um soluto, como o óleo, pelo contato com um solvente líquido. Este trabalho buscou determinar a proporção dos elementos constituintes de extratos de lodo, obtidos por extração sólido-líquido em extrator de Soxhlet, utilizando como solventes hexano e álcool etílico e obter o poder calorífico superior desses extratos. A análise elementar mostrou um grande teor de Carbono (70,77% e 63,05%) respectivamente nas amostras de extratos hexânico e alcoólico. Quanto aos rendimentos o hexano (6,40%) obteve maior rendimento que o álcool (5,47%). Os valores obtidos de poder calorífico superior para ambas às amostras foram bem próximos (35,98 e 35,81 MJ.Kg-1).

Palavras chaves

Soxhlet; extratos; poder calorífico

Introdução

A biomassa, como fonte renovável de energia, ganha cada vez mais importância, à medida que o esgotamento dos recursos fósseis se acentua e os problemas de poluição ambiental se agravam. Dentre as biomassas, o lodo de esgoto obtido durante os processos de tratamento de águas residuais pode ser considerado uma importante fonte de energia renovável (GIL-LALAGUNA et al., 2014). A grande quantidade de lodo pode acumular-se nas estações de tratamento de esgoto. Seu processamento e disposição pode ser considerado o problema mais complexo com que a engenharia sanitária e ambiental se depara, devido aos impactos ambientais que sua disposição final inadequada pode ocasionar ao meio ambiente (COLEN, 2011). Este trabalho teve como fundamento a obtenção de extratos do lodo de esgoto, por extração sólido-liquido, determinar os teores elementares e o poder calorífico superior destes extratos, favorecendo a produção de energia alternativa, na tentativa de apontar uma forma viável em termos ambientais e econômicos para a resolução dessa problemática ambiental.

Material e métodos

As amostras de lodo de esgoto utilizadas são oriundas da estação de tratamento de esgotos Prata (ETE PRATA), localizada na cidade de Palmas-TO. Foi realizado secagem do lodo de esgoto em estufa a 60ºC até peso constante. Logo após, o lodo de esgoto foi triturado em moinho e homogeneizado em peneira de Tyler com abertura de 0,59 mm (mesh 28). A extração sólido- líquido foi realizada por 12 horas em um extrator de soxhlet, utilizando como solvente hexano P.A (190 mL) e álcool etílico (190 mL) e 40 gramas da amostra de lodo. Para ambos os solventes (hexano e álcool etílico), o cartucho com amostra de lodo seco foi colocado no interior do extrator de soxhlet, de forma que parte do mesmo ficou submerso em 50 mL do solvente durante a extração. Posteriormente foram adicionados 140 mL de solvente em um balão volumétrico, o qual foi conectado ao extrator. Em seguida, a circulação de água resfriada foi ligada com a finalidade de condensar o solvente, evitando sua perda significativa. A extração foi realizada em temperatura superior ao ponto de ebulição do solvente hexano (60ºC) e do solvente álcool etílico (78ºC). Os experimentos foram realizados em triplicata, e ao final da extração o solvente foi recuperado em um evaporador rotativo da marca Fisatom, modelo 802, sendo obtidos extratos apolares e polares. Para determinar os teores totais de carbono (C), nitrogênio (N), hidrogênio (H) e enxofre (S) dos extratos de lodo foram utilizados 30 mg de cada amostra em triplicata, em analisador elementar CHNS, Marca: VARIO modelo: MACRO Vario Cube. O poder calorífico foi determinado utilizando o calorímetro da marca IKA, modelo C200, a combustão foi efetuada em excesso de O2 e pressão de 3000 kpa.

Resultado e discussão

Os rendimentos dos extratos em álcool etílico e hexano obtidos pela extração sólido-líquido do lodo de esgoto digerido, foram respectivamente 5,47% e 6,40%, onde é possível observar que o uso do solvente hexano apresentou uma capacidade de extração superior ao solvente álcool. O emprego do hexano como solvente tem as vantagens de fácil recuperação pelo baixo ponto de ebulição. Na composição do lodo de esgoto digerido têm-se muitos compostos polares derivados da amônia e enxofre, e apolares, principalmente hidrocarbonetos. Utilizando a mesma metodologia aplicada neste trabalho, Correia (2012) obteve rendimento médio de extrato de lodo digerido em hexano de 6,47 e em álcool de 6,67, similar aos valores encontrado pelo presente trabalho. Alexandre (2013) constatou em seu estudo que o aumento da superfície de contato entre as partículas do lodo e o solvente utilizado, influência no rendimento dos extratos de forma positiva.Segundo definição da ABNT, Poder Calorífico Superior (calor de combustão total) é o calor liberado pela queima de uma unidade de massa do combustível em uma bomba calorimétrica de volume constante com condensação de toda a água (PEDROZA, 2011). Mediu-se o poder calorífico superior dos extratos para verificar sua adequação a categoria dos combustíveis, assim os extratos apresentaram poder calorífico bem próximos (35,81 – 35,98 MJ.kg-1). Os resultados obtidos estão próximos aos valores de combustíveis convencionais, como o diesel que apresenta um poder calorífico de 38,35 MJ.kg-1 (PETROBRAS, 2014) e na faixa de poder calorífico superior do carvão mineral de 32-37,00 MJ.kg-1 (SENSOZ, 2000). Na composição elementar (Tabela1) os extratos apresentaram teores de Carbono entre 63,05 – 70,77%, baixos teores de Nitrogênio (N) e Enxofre (S) e quantidade de hidrogênio satisfatória, que justifica os altos valores obtidos de poder calorífico. Valores altos de Poder Calorífico Superior são obtidos pela alta proporção de carbono e elevados padrões de oxigenação das amostras. Existem naturalmente vários fatores que podem influenciar o poder calorífico da biomassa e seus produtos, como a umidade, portanto é interessante que o óleo obtido esteja totalmente seco ou com umidade baixa o suficiente para permitir a ignição e a queima; a composição elementar (% de NCHS) também é fator que influencia. Quantidades de carbono e hidrogênio são positivamente correlacionadas à maior poder calorífico, e negativamente correlatos a maiores quantidades de oxigênio (RAMOS e PAULA et al., 2011).

Tabela 1

Composição elementar e Poder Calorífico do extrato de lodo

Tabela 2

Rendimentos da extração do lodo de esgoto ETE PRATA

Conclusões

Os resultados obtidos para ambos os extratos, mostram uma composição química elementar satisfatória para se obter altos valores de Poder calorífico Superior. O poder calorífico superior (35,98 MJ.kg-1 e 35,81 MJ.kg-1) se apresentou bem próximo ao do diesel e do carvão mineral, mostrando assim que o aproveitamento dos extratos do lodo tem grande potencial na produção de biocombustíveis ou mesmo na geração de energia mecânica, calor ou vapor. Além de contribuir para uma destinação adequada para este resíduo, o lodo de esgoto, reduzindo os impactos causados ao meio ambiente.

Agradecimentos

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

Referências

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10.004 Resíduos sólidos – Classificação. Rio de Janeiro, ABNT, p.71, 2004.
ALEXANDRE, G. P. Avaliação da produção de bio-óleo por termocatálise com óxido decálcio de lodo de esgoto digerido. 2013. 12 f. Dissertação (Mestrado em Agroenergia). Universidade Federal do Tocantins. Palmas, 2013.
COLEN, A. G. N. Caracterização físico-química e química do lodo de esgoto para aplicação como fonte de energia em processo de pirólise. 2011. 159 f. Dissertação (Mestrado em Agroenergia) – Universidade Federal do Tocantins, Palmas, 2011.
CORREIA, L. A. R. Estudo do processo de pirólise para o aproveitamento sustentável de lodo digerido doméstico. 2013. 138 f. Dissertação (Mestrado em Agroenergia). Universidade Federal do Tocantins. Palmas, 2013.
GIL–LALAGUNA, N.; SÁNCHEZ, J. L.; MURILLO, M. B.; RODRÍGUEZ, E.; GEA, G. Air–steam gasification of sewage sludge in a fluidized bed - Influence of some operating conditions. Chemical Engineering Journal. v. 248, p. 373-382, 2014.
PEDROZA, M. M. Bio-óleo e biogás da degradação termoquímica de lodo de esgoto digerido em cilindro rotativo. 2011. 114f. Tese (Doutorado em Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2011.
RAMOS E PAULA, L.E, TRUGILHO P.F, NAPOLI A., BIANCHI M.L. Characterization of residues from plant biomass for use in energy generation. Cerne, v. 17, n. 2, p. 237-246, 2011.