21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Trabalhos Técnicos 1

III-030 – SECAGEM DE UM RESÍDUO GALVÂNICO EM UMA CÂMARASOLAR

Ivo André Homrich Schneider(1)

Professor do Curso de Engenharia Civil da Universidade de Passo Fundo, Mestre e Doutorem Metalurgia Extrativa pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas,Metalúrgica e dos Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.Ana Paula KirchheimEngenheira Civil pela Universidade de Passo Fundo, Aluna de Mestrado no Programa dePós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Endereço(1): Universidade de Passo Fundo, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Campus I - Bairro SãoJosé, Passo Fundo-RS, CEP: 99001-970, Fone: 54-3168424, Fax: 54-3168211, E-mail:ivoandre@upf.tche.br.

RESUMO

O presente trabalho tem por finalidade estudar a secagem de um resíduo sólido gerado na estação de tratamentode efluentes de uma indústria de galvanoplastia. A secagem foi efetuada, comparativamente, em um leitoconvencional e em uma câmara solar. A secagem mostrou ser possível de ser realizada por ambos sistemas,porém a câmara solar apresentou melhor desempenho e facilidade de operação. A potencialidade de uso dosistema proposto na remoção de água de pequenos volumes de resíduos industriais é discutida.

PALAVRAS-CHAVE: Resíduo Sólido, Leito de Secagem, Energia Solar.

INTRODUÇÃO

A secagem de lodos gerados em estações de tratamento de efluentes é uma operação essencial para o manuseioe redução do volume de resíduos. Convencionalmente, a remoção de água é realizada através de uma filtraçãoseguida da disposição em leitos de secagem. O uso de leitos de secagem convencionais, onde a cobertura éoperada manual ou mecanicamente, apresenta uma eficiência baixa nas condições climáticas do Rio Grande doSul, principalmente no inverno.

Para muitas empresas, que geram pequenas quantidades de resíduos sólidos, o investimento em processos desecagem não é atraente, preferindo-se a estocagem do lodo úmido em recipientes por tempo indefinido ouoptando-se pela coleta através de uma empresa credenciada. Porém, o alto índice de água presente no resíduoacarreta na necessidade de maior espaço físico de armazenamento e maior custo de descarte.

Esse problema é evidente em muitas empresas do setor de galvanoplastia (Imai, 1977), cujo tratamento gera umlodo contendo metais pesados que, quando descartado inadequadamente, causa graves problemas ambientais(Günther, 1999). A secagem é essencial para o manuseio e descarte em aterros ou em procedimentos deimobilização (Lange e Schwabe, 1999).

Portanto, o presente trabalho apresenta uma nova proposta de secagem, de baixo custo, através de uma câmarade secagem com alto aproveitamento da energia solar. O estudo foi realizado de forma comparativa com umleito de secagem convencional. O resíduo empregado no processo de secagem foi o lodo gerado em umaestação de tratamento de efluentes de uma indústria de galvanoplastia.

MATERIAIS E MÉTODOS

O resíduo sólido estudado foi o lodo gerado no tratamento físico-químico de uma indústria de galvanoplastialocalizado no Município de Passo Fundo, RS. Tipicamente, o resíduo é oriundo da precipitação de hidróxidosmetálicos, contendo predominantemente alumínio, ferro e cromo na forma trivalente.

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Foram projetados e construídos dois secadores, em escala piloto, na Universidade de Passo Fundo: uma câmarade secagem solar e um leito de secagem convencional.

A câmara solar foi projetada usando o princípio dos coletores de calor por energia solar (Bezerra, 1982). Foiconstruída em alvenaria, com paredes de tijolos maciços, pintada, internamente, com tinta preta fosca e,externamente, com tinta acrílica amarela. A câmara apresenta formato quadrado com dimensões internas úteisde 2,05 m. O lado mais alto possui 1,45 m e o mais baixo 0,46 m. Foi coberta com chapas de vidro, inclinadasao norte, e colocadas de modo a deixar um espaço para circulação de ar. Assim, o calor fornecido pelo sol criaum fluxo de ar quente, por convecção, no sentido de baixo para cima. Dentro da câmara foi instalada umaestrutura metálica de forma a permitir o encaixe de gavetas com dimensões de 40 x 40 x 15 cm. As gavetaspossuem fundo fendido, que permite a drenagem da água, e foram pintadas de preto fosco, para trabalhar comouma chapa absorvedora de calor. Sobre o fundo foi colocado um tecido de polipropileno, para evitar apassagem das partículas. A temperatura na câmara solar foi monitorada interna e externamente, com doistermômetros com faixa de medição de 0 oC a 60oC e resolução de 0,5 oC. Um desenho esquemático da câmarade secagem encontra-se na Figura 1A.

O leito de secagem convencional constitui-se em uma construção em forma de caixa, edificada em alvenaria,com formato quadrado e dimensões internas úteis de 1,2 x 1,2 x 0,20 m. O piso é parcialmente cimentado epossui uma declividade de 4% para dois subleitos de brita, que têm por função a drenagem da água excedente.Sobre o piso foi colocado um tecido de polipropileno para não haver a mistura do resíduo com a brita. Sobre oleito foi instalado um telhado de chapas metálicas. O telhado corre sobre trilhos, permitindo a abertura do leito,em dias ensolarados, e a proteção do mesmo, em dias chuvosos. O desenho esquemático do leito é apresentadona Figura 1B.

Figura 1: Desenho esquemático da parte interna da câmara solar (A) e parte interna do leito de secagemconvencional (B).

A eficiência dos secadores foi monitorada através de medidas da umidade do material espessado. Três amostrasde cada gaveta da câmara, três amostras do leito e três amostras de uma gaveta deixada no laboratório (controle)foram coletadas por dia, durante um período de oito dias, a fim de quantificar o valor médio da umidade e oerro experimental. Foi comparada as eficiência dos dois secadores bem como da câmara solar com diferentesvolumes de resíduo por unidade de área.A umidade (%) foi determinada como segue:

onde:

Mu – massa da amostra úmidaMs – massa da amostra seca

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As Figuras 2 e 3 mostram dados de desempenho da secagem no leito convencional e na câmara solar. Para finsde controle, uma amostra foi colocada para secagem em laboratório, protegida das influências do tempo.

equação (1)( )100x

Mu

MsMuUmidade

−=

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Experimentalmente, observou-se que, em ambos os sistemas, no primeiro dia de secagem houve a remoção departe da umidade pela passagem da água no tecido de polipropileno. Após esse período, a remoção de águaocorreu, predominantemente, por evaporação. A taxa de evaporação mostrou-se dependente das condiçõesclimáticas, sendo favorecida nos dias ensolarados e com maior temperatura.

A Figura 2 apresenta dados comparativos entre a câmara solar e o leito convencional de secagem. O volume deresíduo por unidade de área, em ambos os secadores, foi de 25 L/m2 (em base úmida). Pode-se observar que,tanto na câmara solar como no leito convencional, houve significativa vantagem em relação à secagem emlaboratório (controle). Comparando a câmara solar e o leito convencional, a câmara solar apresentou melhordesempenho.

A Figura 3 mostra um gráfico comparando o efeito da variação do volume de lodo por unidade de área nacâmara solar. Averiguaram-se os seguintes volumes de resíduo em base úmida: 15 L/m2, 25 L/m2 e 35 L/m2.Como esperado, quanto maior o volume de resíduo por unidade de área, mais lenta é a secagem do material.Entretanto, a diferença foi pequena, mostrando que o sistema comporta valores de carregamento de lodo daordem de 35 L/m2.

Figura 2: Estudo comparativo entre o leito convencional e a câmara solar. Volume de resíduo porunidade de área igual a 25 L/m2. Período: 16/08/2000 a 24/08/2000.

Figura 3: Estudo comparativo entre diferentes carregamentos de resíduo na câmara solar (volume deresíduo por unidade de área). Período: 16/08/2000 a 24/08/2000.

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Controle

35 L/m2

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Um

idad

e (%

)

Controle

Leito de secagemconvencional

Câmara de secagemsolar

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O melhor desempenho da câmara solar pode ser explicado pela maior temperatura interna, principalmente nosdias ensolarados, conforme demonstra a Figura 4.

Figura 4: Temperatura interna e externa da câmara de secagem solar.

Adicionalmente, reparou-se que, além de energeticamente mais eficiente, a câmara solar é operacionalmentemais prática, pois não precisa o acompanhamento das condições do tempo para operação, como ocorre no leitoconvencional. Em termos de custo de implantação, ambos se eqüivalem, uma vez que o custo por unidade deárea do leito convencional foi estimado em 279,72 R$/m2 e o da câmara solar em 269,06 R$/m2. Entretanto,esses custos podem ainda ser minimizados , usando materiais de construção de menor preço.

Por fim, cabe ressaltar que os dados apresentados neste trabalho são do mês de agosto de 2000. Atualmente, sãolevados a efeito estudos para avaliar o desempenho dos secadores nas condições climáticas no período de umano.

CONCLUSÃO

Os resultados da presente pesquisa mostram que a secagem do resíduo pode ser realizada tanto no leito desecagem convencional como na câmara solar. Porém, a câmara solar apresentou melhor desempenho efacilidade de operação. Em termos de custo, ambas as propostas se eqüivalem. A câmara solar demonstrou serum sistema adequado e de baixo custo para remoção de água de pequenos volumes de resíduo.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, à Fapergs e à Universidade de Passo Fundo pelo auxílio financeiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. BEZERRA, A.M. Energia solar. Curitiba: LITEL, 1982.2. GÜNTHER, W. M. R.. Área contaminada por disposição inadequada de resíduos industriais de

galvanoplastia. 20o CONGRESSO BRASILEIO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. 1999.Anais. Rio de Janeiro, RJ, 1999.

3. IMAI, Y. Treatment of electroplating waste water. Technocrat, v.10, n.4, p.44-48,1977.4. LANGE, L.C.; SCHWABE, W.K. Estudo dos efeitos da carbonatação acelerada nas propriedades físico-

químicas de resíduos galvânicos solidificados em matrizes de cimento. 20o CONGRESSO BRASILEIRODE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. 1999. Anais. Rio de Janeiro, RJ, 1999.

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