ESTUDO DO EFEITO DA UMIDADE E DA GRANULOMETRIA DO LODO SECO DE ESGOTO NAS CARACTERÍSTICAS DA COMBUSTÃO EM UM LEITO FIXO

Abstract

O tratamento de esgoto é essencial para a redução da poluição das águas e para melhorar a saúde pública da população. Mas esse tratamento gera, além do efluente tratado, o lodo de esgoto. Esse resíduo pode causar riscos de contaminação do meio ambiente por conta da presença de poluentes perigosos, como os metais pesados, e de agentes patogênicos microbianos. Sendo assim, o tratamento adequado desse subproduto é essencial para evitar os problemas que o descarte inadequado pode causar. O presente trabalho tem como objetivo fornecer um estudo de um tratamento termoquímico para o lodo de esgoto. A análise da combustão do lodo foi realizada mediante a variação de dois parâmetros: granulometria e umidade. Para isto, experimentos foram realizados em um reator de leito fixo com parâmetros controlados. A caracterização da biomassa foi realizada por meio da análise imediata, seguindo a norma ASTM D1762-84. Para o controle da granulometria, peneiras com quatro malhas diferentes foram utilizadas. Para o controle da umidade foi feita a secagem das amostras na mufla com dois diferentes tempos, 1h e 2h. Com os resultados da análise imediata foram obtidos valores do teor de umidade, de material volátil, cinzas e de carbono fixo, 46,04%, 39,45%, 49,04% 11,51% em base seca, respectivamente. Com o perfil de temperatura característico foi possível analisar o comportamento da queima da biomassa e a influência da granulometria e da umidade perante a combustão. Foram analisadas a temperatura máxima, velocidade de propagação de chama e massa residual para os dois parâmetros analisados. A análise da influência da granulometria mostrou que a redução do tamanho dos grãos confere um aumento na temperatura e na velocidade de queima. A combustão das amostras com a menor granulometria atingiu em média 1101,45°C, o que corresponde a aproximadamente 12% a mais do que as temperaturas para a maior granulometria. Somado a isso, as amostras com menor granulometria obtiveram velocidades de propagação de frente de chama 31% maiores do que as de maior granulometria. Apenas a porcentagem de massa residual é menor para as granulometrias maiores, cerca de 14%. Para a análise da influência da umidade foi verificado que para os três parâmetros não houve variação significativa para o intervalo de 41,17% e 46,04%. Visto que são coletados no leito de secagem grandes blocos rígidos da biomassa, os resultados demonstraram que a redução da granulometria fornece características melhores para a combustão do lodo de esgoto, sendo então, favorável a preparação da biomassa antes da queima. O gasto energético da utilização do forno mufla foi necessário para se conseguir uma estimativa do custo de secagem, o que foi verificado que não é, de fato, vantajoso quando comparado ao ganho energético da combustão do lodo úmido com relação ao seco. Foi preciso secar as amostras por 1h e 2h no forno para obter uma pequena variação da umidade e o que demonstrou resultados semelhantes com as amostras que não passaram por esse procedimento de secagem, como por exemplo um aumento de 12% na massa residual, aumento de 7% na temperatura máxima e diminuição de 7% na velocidade de propagação de chama entre as amostras com 41,17% de umidade e as com 46,04% de umidade. Desta forma, a desidratação do lodo de esgoto nos leitos de secagem é suficiente para garantir o potencial energético da biomassa. / Sewage treatment is essential for the reduction of water pollution and for improving the public health of the population. But this treatment generates, in addition to the treated effluent, a residue, sewage sludge, which can cause risks of contamination of the environment due to the presence of dangerous pollutants such as heavy metals and microbial pathogens. Therefore, the proper treatment of this by-product is essential to avoid the problems that inappropriate disposal could cause. The present work aims to provide a study of a thermo-chemical treatment for sewage sludge. The analysis of the sludge combustion was performed through the variation of two parameters: grain size and humidity. For this, experiments were carried out in a fixed bed reactor with controlled parameters. The biomass characterization was performed by immediate analysis, following the ASTM D1762-84 standard. For the granulometry control sieves with four different meshes were used. For the humidity control, the samples were dried in the muffle with two different times, 1h and 2h. With the results of the immediate analysis, values of moisture, volatile material, ash and fixed carbon were obtained, 46.04%, 39.45%, 49.04% and 11.51% dry basis, respectively. With the characteristic temperature profile, it was possible to analyze the behavior of biomass burning and the influence of particle size and moisture before combustion. The maximum temperature, flame propagation velocity and residual mass for the two parameters were analyzed. The analysis of the influence of the granulometry showed that the reduction of the grain size gives an increase in the temperature and the burning speed. The combustion of the samples with the smallest particle size averaged 1101.45 ° C, which corresponds to approximately 12% more than the temperatures for the largest granulometry. For velocity, samples with lower particle size obtained 31% flame front propagation velocities. Only the percentage of residual mass is lower for the larger granulometries, about 14%. An energy expenditure from the use of the muffle furnace was necessary to achieve a variation in the humidity of the samples, which was found not to be advantageous indeed. It was necessary to dry the samples for 1h and 2h in the oven to obtain a slight variation of the humidity and what showed similar results with the samples that did not go through this drying procedure, as for example a 12% increase in the residual mass, an increase of 7% at maximum temperature and 7% decrease in flame propagation velocity between 41.17% and 46.04% samples. Thus, the dewatering of sewage sludge in the drying beds is sufficient to guarantee the energy potential of biomass.