UNIVERSIDADE DA REGIO DE JOINVILLE UNIVILLE

PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE PROCESSOS

CARACTERIZAO E ESTUDO DA POTENCIALIDADE DE LODOS DEEFLUENTES DOMSTICO E INDUSTRIAL COMO COMBUSTVEL NA GERAO

DE ENERGIA

FABRICIO BORGES

Joinville

2008

FABRICIO BORGES

CARACTERIZAO E ESTUDO DA POTENCIALIDADE DE LODOS DEEFLUENTES DOMSTICO E INDUSTRIAL COMO COMBUSTVEL NA GERAO

DE ENERGIA

Dissertao apresentada como requisito parcial paraobteno do ttulo de Mestre em Engenharia deProcessos, na Universidade da Regio de Joinville.Orientador: Prof. Dr. Noeli Sellin.Co-orientador: Prof. Dr. Sandra Helena WestruppMedeiros.

JOINVILLE

2008

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Ao meu Pai , que em todos os momentossempre me apoiou, ajudou, investiu

e me incentivou.

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AGRADECIMENTOS

- Prof. Dr. Noeli Sellin, que como orientadora e amiga soube cobrar e no mediuesforos em oferecer todas as condies necessrias realizao deste trabalho.- Prof. Dr Sandra Helena Westrupp Medeiros pela colaborao e auxlio nestetrabalho.- Universidade da Regio de Joinville - UNIVILLE e ao Programa de Ps-graduao de mestrado em Engenharia de Processos.- s empresas DHLER S.A., SAMAE-SBS E RIGESA LTDA pelo fornecimento dasamostras de lodo utilizadas neste trabalho.- A todos os professores e colegas mestrandos do Curso de Mestrado emEngenharia de Processos, que de uma forma direta ou indireta contriburam para arealizao desse trabalho.- A Deus por mais esta conquista, por me ajudar em meu crescimentoprofissional, por ter colocado pessoas maravilhosas em meu caminho duranteesta trajetria. Agradeo aTi, por tudo.- A minha Famlia Marla e Juliana. Jamais irei me cansar de agradecer tudo o quevocs fizeram por mim durante todos esses anos. Principalmente, a minha mezinhaquerida muito obrigada por sempre me incentivar, orientar e apoiar, mesmo que adistncia. A todos vocs, o meu AMOR!- Aos meus amigos da Virgnia, Ferrari, Maria Elisa, Ana Paula, e Valdinei. Aconvivncia com vocs durante todo este tempo me fez perceber como soespeciais. Serei eternamente grato pelo carinho, apoio e amizade. Vocs sopessoas maravilhosas que Deus colocou em meu caminho durante esta trajetria eque continuaro a fazer parte da minha vida.- Aos demais familiares e amigos, pelo apoio tcnico e moral recebido durante odesenvolvimento desse trabalho.- E principalmente, ao meu pai NENO, por todo o apoio e amor que foram a mimdedicados atravs de ensinamentos, conselhos e lies de vida. Agradeo a vocpor ter existido na minha vida.

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RESUMO

A gerao de lodos provenientes de estaes de tratamento de efluentesdomsticos e industriais vem se intensificando principalmente nos grandes centrosurbanos, o que tem gerado srios problemas relacionados ao seu descarte, poisexistem poucos locais adequados para receb-los e esto em estado de saturao.Tendo em vista a reduo destes resduos e a busca de fontes alternativas nagerao de energia, neste trabalho, amostras de lodos provenientes de estao detratamento de efluentes (ETE) domstico e de processos industriais txteis ecelulose e papel foram caracterizados e seu potencial como biomassa combustvelfoi avaliada. Os teores de carbono, hidrognio, nitrognio e enxofre foramdeterminados por anlise elementar; os teores de slidos totais, volteis, cinzas eumidade por anlise aproximada; o comportamento trmico frente combusto epirlise por anlise termogravimtrica (ATG) e anlise trmica diferencial (ATD); opotencial energtico a partir do poder calorfico superior (PCS) e inferior (PCI) e asemisses atmosfricas durante a queima por anlise Orsat e anlise eletrnicadireta. As amostras de lodo domstico e txtil demonstraram semelhanas nacomposio elementar para teores de C, N, H e S, enquanto que a de lodo daindstria de celulose e papel apresentou carga orgnica (C%) duas vezes maior queas demais. Os teores de enxofre e nitrognio encontrados foram relativamentebaixos em todas as amostras. O poder calorfico apresentou valor mdio de 19MJ/kg, independente da composio das amostras de lodo estudadas. Por ATD,observa-se que entre 200 e 600 C, as trs amostras apresentaram comportamentosemelhante frente combusto e pirlise, com significativa liberao de energia.Nas condies de combusto, os resultados de ATG mostram que a amostra decelulose e papel apresentou maior estabilidade trmica do que as demais e todas asamostras apresentaram menor porcentagem de cinzas ao final desse processo doque em pirlise. Da anlise dos gases gerados aps a queima das amostras,observa-se um consumo de oxignio da ordem de 17 a 30% para todas. Houvegerao de nveis significativos de monxido e dixido de carbono e baixos nveis dedixido de enxofre e de monxido e dixido de nitrognio. Estes resultados indicama possibilidade do uso dos trs tipos de lodos como biomassa combustvel,principalmente em funo da potencialidade energtica verificada.

Palavras-chave: Lodo; Biomassa; Caracterizao, Gerao de energia.

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ABSTRACT

The generation of sludge from treatment plants of industrial wastewater and sewagehas been intensifying especially in large urban centers, which has created seriousproblems related to its disposal, because there are few suitable sites to receive themand are in a state of saturation. In order to reduce these wastes and the search foralternative sources to generate energy, in this work, samples of sludge from differenttreatment plants of sewage and of industrial wastewater from pulp and paper industryand textile industry were characterized and its potential as biomass fuel wasevaluated. The carbon, hydrogen, nitrogen and sulfur percentage were determinedby elemental analysis; the total solids, volatile, ash and moisture contents byapproximate analysis; the thermal behavior under conditions of pyrolysis andcombustion by thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis(DTA); the energy potential by higher calorific value (PCS) and lower calorific value(PCI); and atmospheric emissions during the burning by Orsat and direct electronicanalysis. The samples of sludge from sewage and from wastewater textile industryshowed similarities in the elemental composition for C, N, S and H, while the pulpand paper industry sludge showed organic load (C%) two times bigger than theothers. The sulfur and nitrogen percentage were relatively low in all samples. Thesample calorific value was around 19 MJ/kg, regardless of the composition of thesludge samples studied. For DTA, it is observed that between 200 and 600C thethree samples showed similar behavior under the conditions of combustion andpyrolysis, with a significant release of energy. Under the conditions of combustion,the results of ATG showed that the sludge sample of pulp and paper industry hadhigher thermal stability than the others and all samples showed a lower percentageof ash at the end of this process than in pyrolysis. From the analysis of gasesgenerated after burning of the samples, it is observed that there is an oxygenconsumption of about 17 to 30% for all. There was a significant generation of carbonmonoxide and carbon dioxide and low levels of sulfur dioxide and nitrogen monoxideand nitrogen dioxide. These results indicate the possibility of the use of three types ofsludge as biomass fuel, especially in function of the release of energy verified.

Keywords: Sludge; Biomass; Characterization; Energy generation.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Fluxograma da origem dos resduos...........................................................15Figura 2: Fluxograma da ETE de esgoto domstico..................................................42Figura 3: Fluxograma da ETE de indstria txtil........................................................43Figura 4: Fluxograma da ETE da indstria de celulose e papel................................44Figura 5: Aparelho Orsat utilizado na anlise dos gases.......................................... 48Figura 6: Equipamento TESTO - coleta e anlise dos gases....................................48Figura 7: Resultados da anlise elementar dos lodos...............................................50Figura 8: Comparao dos resultados da anlise elementar dos lodos estudadoscom valores encontrados na literatura.......................................................................51Figura 9: Resultados da determinao de slidos totais, slidos fixos e slidosvolteis...................................................................................................................... 53Figura 10: ATG das amostras de lodo domstico, txtil e de celulose e papel ematmosfera oxidante (combusto) ...............................................................................56Figura 11: ATD das amostras de lodo domstico, txtil e de Celulose e papel ematmosfera inerte (pirlise)...........................................................................................57Figura 12: ATG das amostras de lodo domstico, txtil e de celulose e papel ematmosfera oxidante (combusto)................................................................................59Figura 13: ATD das amostras de lodo domstico, txtil e de celulose e papel ematmosfera inerte (pirlise)...........................................................................................59

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Potencial energtico de biomassas............................................................20Tabela 2: Oferta Interna de Energia - %.....................................................................21Tabela 3: Poder Calorfico de algunsgases...............................................................25Tabela 4: Rendimentos dos produtos tpicos obtidos por diferentes formas de pirlisede madeira (base seca)..............................................................................................27Tabela 5: Composio mdia do lodo de ETE no Brasil............................................30Tabela 6: Gerao de lodo por categoria de produo..............................................33Tabela 7: Composio fsico-qumica de lodo de celulose e papel...........................34Tabela 8: Comparao entre os diversos tipos de resduos, em relao ao podercalorfico, contedo de cinzas e contedo de gua...................................................34Tabela 9: Caracterizao de lodo txtil......................................................................36Tabela 10: Padres Nacionais de Qualidade do Ar...................................................38Tabela 11: Poder calorfico das biomassas estudadas..............................................55Tabela 12: Emisses gasosas da queima dos lodos domstico e industrial.............62

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SUMRIO

RESUMO......................................................................................................................6

ABSTRACT..................................................................................................................7

LISTA DE FIGURAS................................................................................................... 8

LISTA DE TABELAS.................................................................................................. 9

INTRODUO...........................................................................................................121. OBJETIVOS...........................................................................................................14

1.1 OBJETIVO GERAL........................................................................................14

1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS..........................................................................142. REVISO DE LITERATURA.................................................................................15

2.1 RESDUOS SLIDOS....................................................................................152.1.1 Problemtica dos resduos slidos.........................................................16

2.2 BIOMASSA: FONTE DE ENERGIA ALTERNATIVA......................................192.2.1 Alternativas de aplicao da

biomassa..................................................232.2.1.1

Combusto................................................................................242.2.1.2

Pirlise......................................................................................262.3 CARACTERSTICAS GERAIS DE ALGUMAS BIOMASSAS.........................28

2.3.1 Lodo originrio do esgotodomstico......................................................28

2.3.2 Lodo originrio da indstria de papel ecelulose....................................31

2.3.3 Lodo originrio da indstriatxtil............................................................352.4 ASPECTOS AMBIENTAIS..............................................................................37

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3 MATERIAIS E MTODO.........................................................................................413.1 ORIGEM DAS BIOMASSAS (LODOS)...........................................................413.2 CARACTERIZAO FISICO-QUMICA DAS BIOMASSAS (LODOS)

UTILIZADAS...............................................................................................................443.2.1 Teor de Slidos Totais.......................................................................... 453.2.2 Teor de Slidos fixos e slidos volteis................................................ 452.2.3 Anlise elementar...................................................................................463.2.4 Estudo do comportamento trmico.........................................................473.2.5 Determinao do poder calorfico...........................................................47

3.3 ANLISE DOS GASES GERADOS NA QUEIMA DAS BIOMASSAS............484 RESULTADOS E DISCUSSO .............................................................................50

4.1 CARACTERIZAO FISICO-QUMICA DAS BIOMASSAS (LODOS)..............................................................................................................................50

4.1.1 Anlise elementar...................................................................................504.1.2 Determinao dos teores de slidos totais, slidos fixos e slidos

volteis ......................................................................................................................534.1.3 Determinao do poder calorfico...........................................................54

4.2 ESTUDO DO COMPORTAMENTO TRMICO..............................................564.2.1 Anlise termogravimtrica

(ATG)...........................................................564.2.2 Anlise trmica diferencial

(ATD)..........................................................584.2.3 Comparao entre as curvas de ATG e

ATD.........................................604.3 ANLISE DE EMISSES ATMOSFRICAS..................................................61

CONCLUSO............................................................................................................64SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS....................................................... 66REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..........................................................................67

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INTRODUO

A elevada produo de lodo tanto, no tratamento de esgoto domstico comotambm no de origem industrial, principalmente nos grandes centros urbanos, aliada necessidade de destinao final adequada, tem originado srios problemasambientais no pas. Para os resduos de saneamento, a Agenda 21 sugere aimplantao de medidas efetivas de reduo da produo, seguida de alternativasde reuso e reciclagem, e ainda a adoo de critrios para a disposio adequadadesses materiais respeitando as limitaes ambientais (FONTES, 2003).

A busca pela melhoria da qualidade ambiental est intimamente relacionada reduo de resduos gerados pela atividade industrial. As empresas, de um modogeral, j esto se conscientizando do problema ambiental e se reestruturando a fimde reduzir ou eliminar os resduos atravs da reciclagem ou de seureaproveitamento (CRUZ (2000).

O trato inadequado dos resduos slidos industriais contribui de formamarcante para o agravamento dos problemas ambientais, notadamente nos grandescentros urbanos, constituindo tarefa potencialmente poluidora do ar, solo e,principalmente, guas superficiais e do subsolo. A disposio de resduos industriaisem aterros sanitrios, a cu aberto ou em lagos, rios e mares faz com que ocorram

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no apenas prejuzos ao equilbrio da natureza como tambm perdas econmicaspelo no aproveitamento de materiais perfeitamente passveis de novas utilizaes,visto que o custo com a disposio alto (CRUZ, 2000).

Desta forma Campreguer (2005) afirma que a elaborao de um modelo dedesenvolvimento auto-sustentvel, na questo ambiental, desponta como objetivoprincipal dentro de uma sociedade consciente. O aumento populacional e a disputaentre espaos produtivos so reais situaes que fazem com que o meio ambienteno seja considerado s meio ecolgico, mas tambm uma varivel econmica,destacando-se dentre os fatores de competitividade e oportunidade de negcios.Essa nova realidade est ocorrendo devido s novas tcnicas que apontam outrosdestinos para os resduos gerados. O aproveitamento de materiais, at entoconsiderados rejeitos, est dando um novo enfoque aos mesmos, transformando-osde problema a uma soluo lucrativa.

Desta forma, o meio tcnico-cientfico vem se dedicando cada vez mais nabusca de tecnologias alternativas para o descarte dos resduos no ar, gua e solo,pois o meio ambiente tem demonstrado cada vez mais sua incapacidade emabsorver as quantidades crescentes de seus resduos.

Uma das possibilidades para o reaproveitamento de resduos, tais como, lodode efluentes domstico e industrial o uso na agricultura (CHAGAS, 2000; ARAUJOet al, 2005), como material suplementar para a produo de concreto (FONTES,2003; CRUZ, 2000) e como biomassa combustvel na gerao de energia (DESENA, 2005; WERTHER e OGADA, 1996). No entanto, a aplicao de lodo, nesteltimo caso, ainda ocorre em escala laboratorial e plantas-piloto, porm devidoprincipalmente sua potencialidade energtica e vantagens ambientais no seu usocomo biomassa, estudos merecem ser ampliados visando uma aplicao industrial.

Neste contexto, este trabalho buscou caracterizar e avaliar a potencialidadedo uso de biomassas (lodos) oriundas de Estaes de Tratamento de Efluentes(ETEs) domstico e de indstrias txtil e de papel e celulose como fontesalternativas de combustvel na gerao de energia.

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1. OBJETIVOS

1.1OBJETIVO GERAL

Caracterizar lodos de efluentes domstico e industrial visando o estudo desua potencialidade como biomassa combustvel na gerao de energia.

1.2OBJETIVOS ESPECFICOS

- Realizar a caracterizao fsica e qumica dos lodos domstico e industrial;- Estudar o comportamento trmico frente combusto e pirlise dos lodos;- Analisar os gases gerados na queima dos lodos.

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2 REVISO DA LITERATURA

2.1RESDUOS SLIDOS

A partir do conceito apresentado por Formosinho et al (2000), identifica-se osresduos tendo origem nos restos de um processo de produo ou comosubstncias, produtos ou objetos que ficaram incapazes de utilizao para os finsque foram produzidos (Figura 1). Em ambos os casos, pressupem-se que odetentor tenha que se desfazer deles.

Figura 1. Fluxograma da origem dos resduos. Fonte: Formosinho et al (2000)

A NBR 10.004 da Associao Brasileira de Normas Tcnicas (2004) defineresduos slidos relacionando com as atividades de origem, como segue:

Insumos Processos de fabricao

Produtos

Resduos

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Resduos nos estados slido e semi-slido, que resultam de atividadesde origem industrial, domstica, hospitalar, comercial, agrcola, deservios e de varrio. Ficam includos nesta definio os lodosprovenientes de sistemas de tratamento de gua, aqueles gerados emequipamentos e instalaes de controle a poluio, bem comodeterminados lquidos cujas particularidades tornem invivel o seulanamento na rede pblica de esgotos ou corpos de gua, ou exijampara isso solues tcnica e economicamente inviveis em face a melhortecnologia disponvel.

A mesma norma classifica os resduos em: (i) classe I, perigosos aqueles que apresentam periculosidade com risco

sade pblica ou riscos ao meio ambiente, que apresentem caractersticas deinflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, nascondies em que esto estabelecidas na norma ou que esto relacionadas emtabelas contendo a relao de resduos perigosos de fontes no especficas e arelao de resduos perigosos de fontes especficas;

(ii) classe II no perigosos, estes podendo ser: Classe II A (no-inertes) aqueles que no se enquadram nas classificaesclasse I ou classe II B. Podem ter propriedades como: biodegradabilidade,combustibilidade ou solubilidade em gua. Classe II B, (inertes) no tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados aconcentraes superiores aos padres de sustentabilidade da gua, excetuando-seos padres de aspecto, cor, turbidez dureza e sabor.

Diferentes classes de resduos no devem ser misturadas a no ser com o fimde melhorar a segurana ou de valorizao (FORMOSINHO et al, 2000). Destaforma, as aplicaes de tcnicas de gesto ambiental tm reduzido de formasignificativa a emisso de resduos, embora estas redues limitem-se snecessidades de otimizao de seus processos. Apesar dos avanos, ainda soelevados tanto a gerao como o despejo de resduos sem destino adequado,utilizando, principalmente, a gua como veculo (DE SENA, 2005).

2.1.1 Problemtica dos resduos slidos

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Com o incio da atividade agrcola e da produo de ferramentas e armasrudimentares, o descarte dos restos de produo e dos prprios objetos,praticamente no causava impactos ao ambiente, principalmente pelas suascaractersticos e baixo volume gerado. Com a mudana brusca na industrializao eo crescimento da populao aumentou-se a quantidade gerada e os tipos deresduos tanto os inertes quanto os perigosos, biodegradveis ou nobiodegradveis, recalcitrantes ou xenobiticos (OKIDA, 2006 apud BIDONE, 1999),causando impactos ao ambiente. Segundo Geyer (2001), os resduos slidos (lixo,resduos de Estaes de Tratamento de Efluentes) tornaram-se dentre outros,agentes causadores da poluio nas grandes reas urbanas. A maior parte destestem destino incerto e, na maioria das vezes, fica exposta ao meio ambiente,poluindo-o, ou acaba sendo encaminhada, quando estes tm capacidade, aosaterros sanitrios urbanos.

Da mesma maneira, Costa (1995) comenta que tanto as geraes como osdespejos de resduos sem destino adequado, so cada vez mais elevadas. Os locaisgeralmente destinados ao descarte destes resduos em diversas cidades so poucose encontram-se em estado de saturao. Novos aterros provocam protestos dos queiro conviver com sua proximidade e ainda, sua inaugurao vista como nuspoltico pelos administradores. As principais opes encontradas para destinaoadequada desses resduos e a tentativa de reduo na sua gerao englobammaneiras de restringir na fonte, reuso de certos artefatos, compostagem ereciclagem (BOROWSKI et al, 2002).

Ainda segundo o mesmo autor, no Brasil existe a falta de um controle maisrigoroso dos rgos pblicos, muitas vezes os resduos industriais acabammisturados aos resduos domiciliares. Como parte dos resduos industriais temcaractersticas incompatveis com as dos resduos domsticos, o desempenho doaterro fica prejudicado. Nas regies metropolitanas existe a tendncia de se esgotar,de forma cada vez mais rpida, os espaos para aterros sanitrios. Comoconseqncia, pode haver o aumento dos custos de disposio final seja peloaumento das distncias para transporte, pelos custos de novas reas ou pelanecessidade de introduo de outros processos tecnolgicos como a incinerao.

Muitos dos problemas de passivo ambiental enfrentados por empresasatualmente, se devem disposio inadequada de resduos. Como a legislaobrasileira estabelece que o responsvel pela correta destinao seja o gerador, as

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empresas no podem simplesmente contratar um terceiro para cuidar de seusresduos, mas precisam verificar de perto, por meio de inspees ou auditorias, osprocedimentos de seus contratados (BOROWSKI et al, 2002).

Por outro lado, transportadores e gerenciadores de sistemas de tratamento edisposio final tambm so co-responsveis, e devem estar tecnicamentecapacitados para compreender as questes e riscos ambientais envolvidos em suasatividades, bem como possuir todos os recursos necessrios. O contratante deveexigir, alm dos documentos comerciais de praxe, todas as autorizaes pertinentesdos rgos pblicos, e at mesmo certificados de treinamento, quando for o caso.

A gesto dos resduos slidos provenientes de processos industriais e detratamentos de efluentes industriais e sanitrios umas das questes de maiorrelevncia na agenda ambiental da maioria dos pases e, particularmente emdeterminadas regies, vem se agravando em conseqncia do acelerado processode industrializao, em funo da diversificao do parque industrial e da geraode ampla gama de tipos de resduos, aliados elevao do crescimentodemogrfico. As aplicaes de tcnicas de gesto ambiental e gesto da qualidadetm reduzido de forma significativa a emisso de resduos nas indstrias, emboraestas redues limitem-se s necessidades de higienizao de seus processos (DESENA, 2005). Philippi Jr (2005) explica que o tratamento dos resduos slidosprocura modificar suas caractersticas como quantidade e toxicidade, de forma adiminuir os impactos sobre o meio ambiente e a sade pblica. As alternativastecnolgicas so aplicadas de acordo com as caractersticas particulares dacomposio dos resduos, do municpio ou regio e dos recursos.

Vrios estudos, portanto, vem sendo realizados no sentido de reciclar estesresduos como uma matria-prima para produo de outros materiais. De acordocom Gonalves (2000), a utilizao destes resduos para produzir outros materiaispode reduzir o consumo de energia, as distncias de transporte que variam emfuno de onde esteja localizado o resduo e o mercado consumidor, e tambmcontribuir para a reduo da poluio gerada.

No entanto, restries s suas reutilizaes, bem como, s suas questesambientais vm sendo impostas pelo mercado consumidor, principalmente do pontode vista microbiolgico e toxicolgico.

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2.2 BIOMASSA: FONTE DE ENERGIA ALTERNATIVA

Knuth (2001) cita que a poluio do ar, danos aos organismos vivos emudanas no clima global so problemas complexos e diversos. Todavia, todoscompartilham uma causa comum - o consumo de energia. Para diminuir os danos splantas e animais, e evitar a destrutiva mudana de clima, so necessriasmudanas fundamentais na poltica energtica.

O dixido de carbono (CO2), agora, responde por metade do aquecimentoglobal. Para se limitar s emisses de CO2 sero precisos programas energticosintegrados que sejam menos dependentes de combustveis fsseis, especialmentecarvo e petrleo, e que enfatizem a eficincia energtica e fontes renovveis deenergia. Desenvolver o uso generalizado de fontes energticas menos poluidoras,em uma escala global, uma tarefa difcil, mas tambm necessria. SegundoCorson (1993), iniciativas para melhorar a eficincia energtica, expandir as fontesenergticas renovveis, reverter o desflorestamento, limitar as emisses de dixidode enxofre e xidos nitrogenados, eliminar os CFCs, motivar a agriculturasustentvel e barrar o crescimento populacional, podem auxiliar a limitar a poluioto nociva e reduzir o consumo geral de energia.

Esta possibilidade associada preocupao ocasionada pelas intermitentescrises do petrleo, a qual tem provocado uma conscientizao da vulnerabilidade emrelao fontes energticas mundiais baseadas nos recursos fsseis e no-renovveis (petrleo, carvo mineral e gases naturais), tem sido objeto de estudos

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para utilizao da biomassa como nova fonte de energia renovvel, uma vez queestes possuem caractersticas e comportamento frente combusto semelhante sprincipais biomassas j utilizadas para tal propsito. Ressaltando, que oscombustveis mais comuns da biomassa so os resduos agrcolas, madeira eplantas como a cana-de-acar, que so colhidos com o objetivo de produzir energia(COUTO et al, 2004; BOROWSKI et al, 2002; BOTO e LACAVA, 2003).

Do ponto de vista energtico, para fim de outorga de empreendimentos dosetor eltrico, biomassa todo recurso renovvel oriundo de matria orgnica (deorigem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produo de energia (ADAD,1982).

Uma das principais vantagens da biomassa que, embora de eficinciareduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, por intermdio dacombusto em fornos, caldeiras, etc. Para aumentar a eficincia do processo ereduzir impactos scio-ambientais, tem-se desenvolvido e aperfeioado tecnologiasde converso mais eficientes, como a gaseificao e a pirlise, tambm sendocomum a co-gerao em sistemas que utilizam a biomassa como fonte energtica(ANEEL, 2006). Em condies favorveis, a biomassa pode contribuir de maneirasignificante para com a produo de energia eltrica. Na Tabela 1 estodemonstradas algumas biomassas e seu potencial energtico.

Tabela 1: Potencial energtico de biomassas.Combustvel Potncia (MW)Bagao de cana 391,15Lenha picada 5,31Licor negro 310,18Lixo Urbano 26,3

Fonte: ANEEL, 2006.

Estima-se que com a recuperao de um tero da biomassa disponvel deorigem agrcola seria possvel o atendimento de 10 % do consumo eltrico mundial eque com um programa de plantio de 100 milhes de hectares de culturasespecialmente para esta atividade seria possvel atendermos 30 % do consumo(AMBIENTE BRASIL, 2005). Outras caractersticas interessantes que a biomassaenergtica possui a capacidade de gerar empregos no meio rural e o balanoprximo a zero entre o lanamento e a absoro de carbonos na atmosfera, alm

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disto, possui um espao relevante no mercado de crdito de carbono, quando o seufinal no para fins energticos.

Uma tendncia mundial para a destinao adequada dos resduos slidosdiversos (domsticos, industriais, agrcolas, lodos industrial e sanitrio) o processode incinerao/gaseificao, a partir do qual a queima destes resduos pode serutilizada para a gerao de energia, proporcionando minimizao de impactosambientais (destinao adequada) e principalmente, trazendo vantagenseconmicas com relao aquisio de combustveis e destinao final. Programasnacionais comearam a ser desenvolvidos visando o incremento da eficincia desistemas para a combusto, gaseificao e pirlise da biomassa, e dentre os maisbem sucedidos no mundo citam-se o Pr-lcool Brasil; aproveitamento de biogs naChina; aproveitamento de resduos agrcolas na Gr-Bretanha; aproveitamento dobagao de cana nas Ilhas Maurcio; e coque vegetal no Brasil (AMBIENTE BRASIL,2005). Segundo mesma fonte, no Brasil, cerca de 30 % das necessidadesenergticas suprida pela biomassa sob a forma de lenha para queima direta naspadarias e cermicas; carvo vegetal para reduo de ferro gusa em fornossiderrgicos e combustveis alternativos nas fbricas de cimento do norte e donordeste; no sul do pas queimam carvo mineral, lcool etlico ou metlico para finscarburantes e para indstrias qumicas; o bagao de cana nas usinas de acar elcool e o licor negro nas indstrias de papel so utilizados para gerao de vaporpara produzir eletricidade. Sistemas que usam lixo urbano (composto por materiaisorgnicos, plsticos, papis, madeira, etc.) para gerar energia tambm j soconhecidos h muito tempo.

No incio da dcada de 40, a biomassa era responsvel por cerca de 80 % daOferta Interna de Energia OIE do Brasil, dos quais 81% correspondentes lenha e2 % ao bagao de cana. Com o uso crescente dos derivados de petrleo, logoacompanhados da grande expanso da hidroeletricidade, a biomassa passa adiminuir a participao dcada aps dcada, conforme apresentado na Tabela 2(PATUSCO, 2006). Somente a partir de 1976, houve maior interesse na reciclagemquando foi aprovada a Lei de Conservao e Recuperao de Recursos nos EUA,proibindo locais para disposio de lixo a cu aberto (NIR et al, 1993).

Tabela 2: Oferta Interna de Energia - %Fontes 1940 1970 1996

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Petrleo e Gs Natural 6,1 33,3 35,2Carvo Mineral 6,2 3,6 5,2Hidrulica 4,9 15,8 38,3Lenha 80,5 42,6 9,6Produtos da cana 2,3 4,7 10,2Outras 0,0 0,0 1,6

Fonte: PATUSCO, 2006.

Borowski et al (2002) mostram resultados positivos sobre a viabilidade tcnicae econmica de um sistema de co-gerao de energia utilizando tais resduos.Segundo Davis e Conwell (1991), com uma recuperao de calor eficiente paragerao de energia eltrica, plantas de energia a partir do lixo podem produziraproximadamente 600 kWh de eletricidade por tonelada de resduo. No entanto, aqueima do lixo para gerar eletricidade no muito competitiva, havendo maisinteresse em sua utilizao na gerao de vapor em indstrias.

Embora ainda muito restrito, o uso de biomassa para a gerao deeletricidade tem sido objeto de estudos, tanto em pases desenvolvidos como empases em desenvolvimento. Entre outras razes, esto a busca de fontes maiscompetitivas de gerao e a necessidade de reduo das emisses de dixido decarbono (ANEEL, 2006).

Segundo Campreguer (2005), a aplicao industrial para o lodo ainda considerada crtica quando a nfase assumida o seu baixo poder calorfico, devidoprincipalmente umidade de material in natura, requerendo preliminarmentedesge ou um tratamento de secagem, para atingir um teor de slidos da ordem de30 a 35%, para a possibilidade de uma combusto auto-sustentvel. Entretanto,essa imagem da biomassa est mudando, graas aos seguintes fatores:

i) Esforos recentes de mensurao mais acurada do seu uso e potencial,por meio de novos estudos, demonstraes e plantas-piloto;

ii) Uso crescente da biomassa como um vetor energtico moderno (graasao desenvolvimento de tecnologias eficientes de converso),principalmente em pases industrializados;

iii) Reconhecimento das vantagens ambientais do uso racional da biomassa,principalmente no controle das emisses de CO2 e enxofre (ROSILLOCALLE; BAJAY; ROTHMAN, 2000 apud ATLAS ANEL, 2006).

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Com relao utilizao de lodos de efluentes industriais e sanitrios, poucosestudos e aplicaes so encontrados, tornando-se uma importante fonte depesquisa uma vez que tambm so considerados como biomassa de alto podercalorfico, quando possui baixa umidade, e essencialmente de origem orgnica, dosquais se pode gerar energia via combusto direta (DE SENA, 2005).

Werther e Ogada (1996) observaram que fatores que incluem a composio eas propriedades do resduo, condies da combusto e a composio dos gasesafetam de formas diferentes a formao, alm das subseqentes emisses dedioxinas e furanos durante a combusto do lodo de esgoto domstico.

No entanto, a presena destas substncias depende da composio dabiomassa e do controle dos parmetros da combusto. Cabe ressaltar ainda que ossistemas que utilizam gs como fonte de aquecimento ou gerao de energia,requerem diferentes nveis de purificao. Assim, mesmo com as inmerasvantagens da combusto de resduos slidos de efluentes industriais e sanitrios doponto de vista econmico e energtico, fortes motivaes polticas devem serestruturadas para o emprego desta tecnologia como uma forma segura de energia.Para que a combusto desta biomassa seja utilizada como uma energiaambientalmente correta, sua utilizao envolve a pesquisa de condies seguras ede rotas alternativas para a disposio, porm, seu principal papel, alm dadestinao com maior valor agregado destes resduos, a reduo do uso de outrascombustes.

2.2.1 ALTERNATIVAS DE APLICAO DA BIOMASSA

2.2.1.1 Combusto

O processo de combusto uma das tecnologias mais antigas dahumanidade e tem sido usada por mais de um milho de anos. Atualmente, a maior

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parte da energia consumida no mundo (por exemplo, em transporte, gerao deenergia eltrica, aquecimento) fornecida pelo processo de combusto(CARVALHO e MCQUAY, 2007).

Os mesmos autores comentam que este processo se caracteriza por umareao exotrmica muito rpida entre combustvel e oxidante, acompanhada porliberao de calor. Em geral, os elementos qumicos nos combustveis responsveispela liberao de calor so: carbono, hidrognio e enxofre. O termo combustocompleta usado para descrever a reao ideal de combusto, quando todocarbono no combustvel oxidado para dixido de carbono (CO2), todo hidrogniopara gua (H2O) e todo enxofre para dixido de enxofre (SO2). Essas substncias(CO2, H2O, SO2 e CO, em alguns casos) compreendem os gases residuais dacombusto ou fumo.

Apesar de se considerar a combusto sempre ser completa para a realizaode clculos estequiomtricos, Vlassov (2001) comenta que a combusto tambmpode ser incompleta. A combusto completa ocorre quando h oxignio do ar naquantidade suficiente para a oxidao completa de todos os elementos combustveisdo combustvel. Neste caso, no processo de combusto os elementos qumicoscombustveis (C, H e S) reagem com o oxignio do ar formando os produtos decombusto seguintes:

C + O2 CO2 + calor de reao;2H2 + O2 H2O + calor de reao;S + O2 SO2 + calor de reao.

A energia liberada no processo de combusto normalmente quantificadapelo poder calorfico de um combustvel, o qual definido como a quantidade decalor desprendido pela combusto completa de uma unidade de volume ou massado combustvel.

Quando a quantidade de calor medida com os produtos de combusto nafase gasosa, denomina-se de poder calorfico inferior. Caso a gua dos produtos decombusto for considerada na fase lquida, ou seja, com os produtos de combusto temperatura ambiente, o calor liberado denominado de poder calorfico superior.A diferena entre os dois valores a entalpia de vaporizao da gua, tanto a que formada na combusto como a que est presente no combustvel como umidade.

O poder calorfico de um combustvel definido como a quantidade de calorliberada pela combusto completa do combustvel, por unidade de massa (kcal/kg)

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ou de volume (kcal/m3) nas condies normais de temperatura e presso. O clculode PCS (Poder Calorfico Superior) e PCI (Poder Calorfico Inferior) sintetiza assim,o poder calorfico do combustvel (DE SENA, 2005). Na tabela 3 pode serobservado o poder calorfico de alguns gases.

Tabela 3: Poder Calorfico de alguns gasesComposto Frmula PCS

[kcal/kg] PCI

[kcal/kg] PCS

[kcal/Nm3] PCI

[kcal/Nm3] Hidrognio H2 34.400 29.000 3.070 2.580

Monxido decarbono

CO 2.440 - 3.050 -

Metano CH4 13.250 11.900 9.500 8.530 Etileno C2H4 12.000 11.230 15.000 14.050

Acetileno C2H2 12.000 11.600 13.950 13.500 Fonte: JOSE, 2007.

Para uma boa combusto, o combustvel deve possuir elevado teor decarbono fixo e material voltil, alm de alto poder calorfico superior. Quanto maior oteor de carbono e hidrognio, melhor ser a combusto, enquanto altos teores denitrognio e enxofre podero resultar em altos ndices de emisses de NOx e SO2. Acombusto ou incinerao de resduos slidos emite gases txicos, algunscorrosivos, como SO2, NOX, CO e VOCs, alm de hidrocarbonetos aromticospolinucleares. Se o resduo possui cloro em sua composio, o mesmo pode resultarna formao de HCl, dioxinas e furanos, e outras espcies organocloradas. Osvapores cidos provocam corroso nas caldeiras, e as dioxinas e furanos soextremamente txicas, mutagnicas e afetam o sistema imunolgico (DE SENA,2005).

Do mesmo modo Carvalho e McQuay (2007) comentam que para processosde combusto, as quantidades de CO2 comeam a ser um parmetro importante,uma vez que este gs um dos responsveis pelo efeito estufa. Comentam tambmque a European Environmente Agency afirmou que a unio europia concordou emreduzir suas emisses de CO2 em 8 % at 2012 quando assinou o protocolo deKyoto. Ao Brasil, por sua condio de pas em desenvolvimento, no foramsolicitadas medidas para reduzir suas emisses.

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De Sena (2005) afirma que, tanto o cloro (Cl) como o enxofre (S) presentesem resduos slidos, so fontes de poluentes cidos durante a combusto, etambm so responsveis pela formao de compostos organoclorados, comodioxinas e furanos. O cloro essencial para a formao destes compostos, emcontraste com a propriedade redutiva do SO2 que conhecida por suprimir aformao de compostos organoclorados.

O SO2 o produto da oxidao do enxofre durante a queima de combustveis,que poder formar o SO3 ainda nos equipamentos de combusto ou na atmosfera,onde reage com a gua produzindo cido sulfrico (H2SO4), causador da chuvacida. As emisses de xidos de nitrognio (NOx e N2O) alm de causarem sriosproblemas respiratrios ao homem, ocasionam diversos problemas ambientais, entreeles, a chuva cida e o smog fotoqumico. O monxido de carbono (CO), formadopela oxidao parcial do carbono, ocasiona baixa eficincia da combusto, e sriosproblemas fisiolgicos. Seu efeito txico causado, principalmente, pela reduo dacapacidade da hemoglobina de transportar oxignio.

Hisdorf et al. (2004) descrevem ainda que a fumaa, normalmentevisualizada em chamins ou condutores de escape, alm dos gases residuais (CO2,N2, SO2, O2 e CO) e do vapor de gua, apresenta ainda partculas de lquidos emsuspenso (gua ou hidrocarbonetos pesados condensados pelo resfriamento dosgases) e poeiras constitudas por partculas slidas em suspenso (cinzas oupartculas de combustveis slidos arrastados pelos gases).

2.2.1.2 Pirlise

A partir da dcada de setenta, com a crise de energia, a pirlise passou a serexaustivamente estudada, pois como processo, um dos menos irreversveis. Elapermite a recuperao de energia atravs da decomposio trmica dos detritos,como por exemplo, lodos de estao de tratamento de efluentes, em atmosferacontrolada. O processo de pirlise ou carbonizao o mais simples e mais antigo

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processo de converso de um combustvel (normalmente lenha) em outro de melhorqualidade e contedo energtico (carvo, essencialmente) (ANEEL, 2006).

Enquanto que a combusto acontece atravs de um conjunto de reaes deradicais livres mediante as quais o carbono e o hidrognio no combustvel reagemcom o oxignio formando CO2, gua e liberando calor til, a pirlise caracteriza-sepela degradao trmica do combustvel slido, que pode ser realizada em ausnciacompleta do agente oxidante ou em uma quantidade tal que a gaseificao noocorra extensivamente (MESA et al., 2003).

A gaseificao, a pirlise e a carbonizao, esta ltima conhecida comopirlise lenta, podem ser consideradas variaes de um mesmo processo, conformemostrado na Tabela 4. O processo consiste em aquecer o material original(normalmente entre 300C e 500C), na quase-ausncia de ar, at que o materialvoltil seja retirado. O principal produto final (carvo) tem uma densidade energticaduas vezes maior que aquela do material de origem e queima em temperaturasmuito mais elevadas. Alm de gs combustvel, a pirlise produz alcatro e cidopiro-lenhoso. Nos processos de pirlise rpida, sob temperaturas entre 800C e900C, cerca de 60% do material se transforma num gs rico em hidrognio emonxido de carbono (apenas 10% de carvo slido), o que a torna uma tecnologiacompetitiva com a gaseificao. Todavia, a pirlise convencional (300C a 500C)ainda a tecnologia mais atrativa, devido ao problema do tratamento dos resduos,que so maiores nos processos com temperatura mais elevada (MESA, 2003;ANNEL, 2006).

Tabela 4: Rendimentos dos produtos tpicos obtidos por diferentes formas de pirlisede madeira (base seca).

Lquido Carvo GsPirliserpida

Temperatura moderadas (450-550oC), curtos tempos de residncia dosvapores e biomassa com baixagranolometria.

75% 12% 13%

Carbonizao Baixas temperaturas (400-450 oC),curtos tempos de residncia (podeser de horas ou dias), partculasgrandes.

30% 35% 35%

Gaseificao Alta temperatura (900 oC), longostempos de residncia.

5% 10% 85%

Fonte:BRIDGWATER, 2001 apud MESA et Al., 2003.

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2.3CARACTERSTICAS GERAIS DE ALGUMAS BIOMASSAS

2.3.1 Lodo originrio de esgoto domstico

Segundo Melo et al (2001), o lodo de esgoto o resduo proveniente do

tratamento das guas servidas (esgotos), com o objetivo de despolu-las, de modo a

permitir seu retorno ao ambiente sem que se tornem agentes poluidores. Em funo

da origem e do processo de obteno utilizado, o lodo apresenta composio

varivel, sendo um material rico em matria orgnica, em nitrognio e em alguns

micronutrientes. Segundo Journal of the Institution of Water EnvironmentalManagement (1989), o lodo de esgoto apresenta-se tipicamente com 98 % de gua.Dos slidos contidos, 70 a 80 % matria orgnica incluindo leos e graxas. Podemser encontradas quantidades considerveis de contaminantes, refletindo ascaractersticas do esgoto bruto do qual ele foi derivado. O volume de lodo geradodepende de alguns fatores, tais como: composio da gua residuria a ser tratada;tipo de tratamento; grau de estabilizao ou mineralizao, e tipo de processo (vanVOORNEBURG e van VEEN, 1993).

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O esgoto domstico provm principalmente de residncias, estabelecimentoscomerciais, instituies ou quaisquer edificaes que dispem de instalao debanheiros, lavanderias e cozinhas. Compe-se essencialmente da gua de banho,excretas, papel higinico, restos de comida, sabo, detergentes e guas delavagem.

O lodo gerado do tratamento de esgoto domstico consideradocontaminado dependendo da concentrao de agentes organismos patognicos eteor de metais pesados. Os organismos patognicos so inerentes aos esgotos, econseqentemente aos lodos provenientes das ETEs. Os lodos de estaes detratamento que recebem apenas efluentes domsticos contm pequena quantidadede metais pesados provenientes da prpria natureza dos resduos e dascanalizaes. Porm, podem ocorrer descargas permitidas de efluentes industriaisou de ligaes clandestinas na rede, aumentando a carga poluidora, concentrandomaior quantidade de metais pesados no lodo (ANDREOLI et al, 1997).

Andreoli et al (2001) afirma que existem poucos relatos de pesquisasrealizadas no Brasil para quantificar a produo de lodo em unidades de tratamentode esgoto. Dentre elas pode-se destacar o estudo conduzido por Machado (2001)apud Andreoli et al (2001) em 275 ETEs no territrio nacional. Considerando-se apopulao de 28.877.974 habitantes atendidos pelas 275 ETEs e a contribuiomdia per capita de 33 kg de slidos suspensos totais (SST) por ano, a produo delodo foi estimada neste estudo em 151.724 ton SST por ano.

O destino final do lodo gerado em ETE envolve estudos e decises relativosao seu condicionamento e estabilizao, grau de desidratao, forma de transporte,eventual reuso, eventuais impactos e riscos ambientais, e aspectos econmicosdesta destinao. Entre as conseqncias de prticas inadequadas de disposio doresduo, esto a reduo da eficincia tcnica da ETE, a degradao dos recursosnaturais e as conseqncias sobre o perfil sanitrio da populao.

Existem vrias alternativas para o tratamento do lodo. A mais comum adigesto anaerbia que pode ser seguida pela destinao final em aterros sanitriosexclusivos, a disposio em superfcie, a disposio ocenica, lagoas dearmazenagem, a incinerao ou a reciclagem agrcola (JORDO, 1995; ANDREOLI,1997).

A previso da evoluo da produo de lodo de esgoto no Brasil um tantodifcil, tendo em vista o grau de desenvolvimento e da evoluo da populao nas

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diferentes regies do pas. Entretanto, no h a menor dvida que, tendo em vista ocrescimento dos grandes centros urbanos e o desenvolvimento das regies, paraonde se dirigem algumas indstrias, aliado expanso da conscincia ecolgica, possvel prever um aumento considervel, nos prximos anos, na criao de novasestaes de tratamento, com o conseqente aumento da produo de lodo deesgoto (MELO et al, 2001).

A Tabela 5 apresenta resultados da composio mdia do lodo de estao detratamento de efluentes (ETE) no Brasil.

Tabela 5: Composio mdia do lodo de ETE no Brasil.Parmetros Valor Mdio no Brasil(1)

pH 11,6Material seco, MS (%) 57,86Nitrognio total, N (%) 1,07Carbono total, C (%) 12,56Relao C/N 13,32Fsforo total, P2O5 (%) 0,26Potssio, K2O (%) 0,16Clcio total, CaO (%) 19,85Magnsio total, MgO (%) 3,17Cdmio (mg/kg MS) 0,57Zinco (mg/kg MS) 28,99Cobre (mg/kg MS) 73,73Cromo (mg/kg MS) 28,11Mercrio (mg/kg MS) 0,52Nquel (mg/kg MS) 18,06

Fonte adaptada: Malta, 2001 apud Andreoli et al, 2001. (1) Tratamento Aerbio

Segundo a Comunidade Europia (2006), a aplicao de lodo gerado detratamento de efluentes em culturas agrcolas tem sido largamente difundida naEuropa, especialmente no Reino Unido, visando a reduo de CO2 na atmosfera.Porm, a presena de metais pesados constitui uma das principais limitaes ao usodo lodo na agricultura. De modo geral, as concentraes de metais encontradas nolodo so muito maiores que as naturalmente encontradas em solos, da anecessidade de avaliao dos riscos associados ao aumento desses elementos noambiente em decorrncia da aplicao desse resduo, admitindo soluescombinadas de acordo com as caractersticas prprias da regio em que se

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localizam as estaes de tratamento, podendo abranger um mbito apenas local ouregional (JORDO, 1995; NASCIMENTO et al, 2004).

Outra forma de reduzir o volume de lodos de esgotos gerados a incinerao(reduo em torno de 85% do volume inicial). Este processo apesar de ser de custoelevado, traz como benefcio alm de necessitar de uma menor rea de disposio,a possvel utilizao da cinza na construo civil, devido eliminao da matriaorgnica, bem como, a possibilidade de gerar energia (FONTES, 2003).

2.3.2 Lodo originrio da indstria de papel e celulose

A produo industrial de papel e celulose muito exigente em termos deinsumos e energia. Por isso, indstrias deste setor vm intensificando oreaproveitamento mximo da energia e matrias-primas e minimizando os resduosquando possvel. Apesar da disposio final dos lodos gerados no processo defabricao do papel ser em aterros industriais, muitos pases ainda no descartamdesta maneira, e tambm no observam o desperdcio energtico contido neste lodo(ORAL et al, 2005).

De acordo com Braile e Cavalcanti (1993), na indstria de celulose e papel osdespejos so produzidos em duas etapas gerais: preparo da polpa-celulose efabricao de papel. A primeira etapa consiste em descascar e cortar a madeira emtoras, picar estas toras e transform-las em polpa-celulose, por um dos seguintesmtodos: pasta mecnica, pasta sulfato, pasta sulfito, pasta soda ou mtodosdiversos.

Os mesmos autores afirmam que o emprego do sulfato ou processo kraft,diminui o custo de fabricao da polpa-celulose, porque permite a recuperao deprodutos qumicos e calor, partindo da queima do licor-negro, originado nocozimento. Em virtude disto, os efluentes da fabricao de celulose pelo processokraft, contm pouca lignina e produtos qumicos. Tal processo utiliza solues

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alcalinas para dissolver a lignina e outras partes no celulsicas da madeira, tendocomo vantagem a produo de uma celulose de alta qualidade. As principais fontesde despejos na produo de celulose kraft, so as descargas dos digestores,vazamentos de lixvia-negra, respingos, sistema de resfriamento, evaporadoresmltiplos efeitos, lavagem de resduos de cal, lavagem dos filtros de lixvia elavagem dos fornos de cal e de gs.

O principal resduo slido gerado na indstria de celulose e papel o lodooriundo da estao de tratamento de efluentes. Em virtude da grande quantidade delodo gerada diariamente e pelo pouco espao em aterros industriais, o resduocausa um efeito desfavorvel sobre o desenvolvimento da indstria de papel. O lododesta indstria consiste em: materiais fibrosos orgnicos e materiais argilososinorgnicos e depende das caractersticas do processo, podendo variar de umaunidade fabril para outra, mesmo nos casos em que os produtos finais sosemelhantes (CAMPREGHER, 2005).

Segundo o mesmo autor, o lodo da indstria de papel pode ser dividido emvrias categorias: lodo primrio (resduo proveniente da produo de fibras virgensde madeira); lodo de destintamento (resduo de lodo da produo de papel ps-usopor remoo das tintas das fibras); lodo secundrio (o lodo ativado do sistemabiolgico) e lodo combinado (resduo da produo de papel com lodo ativado).

O lodo das unidades de decantao primria, geralmente no requeradensamento adicional antes da secagem que pode ser feita por meio de leito desecagem de lodo, filtro rotativo a vcuo, centrfuga e filtro-prensa (BRAILE eCAVALCANTI, 1993).

O lodo dos decantadores secundrios contm apenas 1 % de slidos, com oemprego de adensadores por gravidade, o teor de slidos aumenta para 3 %. Seno for possvel obter o adensamento por gravidade, o lodo secundrio pode sermisturado e seco com o lodo primrio. Tambm possvel obter seu adensamentopor meio de flotao por ar dissolvido ou centrifugao. Pela flotao, obtm-se lodocom 4 a 5% de slidos e pela centrifugao com 5 a 8%.

Os lodos resultantes do tratamento biolgico podem ser secos quandocombinados com lodos de decantador primrio. Quando lodos primrios oucombinados forem secos por filtros rotativos vcuo obtm-se uma torta com teorde slidos de 20 a 30%. Pode-se adotar tambm o processo de centrifugao,obtendo uma torta com 20 a 35% de slidos (BRAILE e CAVALCANTI, 1993).

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Os nveis de metais pesados do lodo de processo de papel recuperado sogeralmente baixos. O lodo de destintamento tem menor quantidade de metaispesados do que os de tratamento de guas residurias de municpios. Aconcentrao de cdmio e mercrio insignificante e algumas vezes apresentamvalores menores que os limites de deteco (CAMPREGHER, 2005).

A Tabela 6 mostra a quantidade geral de lodo gerado em funo do tipo deprocesso produtivo.

Tabela 6 - Gerao de lodo por categoria de produo.Categoria de Produto kg slidos/ton produoPolpao qumica 9 68Pasta mecnica / papel impresso e outros 9 45Semiqumico / meio corrugado 9 27Destintamento / papis finos e higinicos 36 136Fbrica no-integrada / papis finos 9 36Papelo reciclado 0 27

Fonte: Instituto Ambiental do Paran (1996) apud LIMA G. et al., 1998.

Yu et al (2002), em seu trabalho sobre o estudo cintico de queima e pirlisede lodo de estao de tratamento de efluentes de uma empresa produtora de papelkraft, caracterizaram o lodo e determinaram o valor de carbono elementar de 39,82%, enquanto que de nitrognio e enxofre elementar foram menores que 1 % demassa seca. A umidade total superou os 50 %, enquanto que os slidos volteisforam acima de 20 % e cinzas de 14 %. Na Tabela 7 podem ser observados todosos resultados dessa caracterizao.

Tabela 7: Composio fsico-qumica de lodo de celulose e papelParmetros Resultados

C (%) 39,82H (%) 4,53O (%) 19,22N (%) 0,7S (%) 0,11Umidade (%) 59,80Material voltil (%) 22,19Carbono Fixo (%) 3,70Cinzas (%) 14,31

Fonte adaptada: Yu et al (2002).

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De acordo com Caputo e Pelagagge (2001), o lodo de papel e celulose podeser utilizado como combustvel em incineradores visando sua reduo, comotambm, a gerao de energia. O processo de incinerao gera certa quantidade deresduos slidos. Considerando-se um balano mssico no incinerador, tem-se que,a cada 1.000 kg de resduo queimado, produzido em torno de 30 kg de cinzasvolteis e 300 kg de partculas mais pesadas (BARBIERI et al., 2000b apudMENEZES et al, 2002).

Para Gttsching e Pakarinen (2000), quando se trata do ganho energtico daincinerao durante a queima, este pode ser nulo ou at negativo se o teor deslidos do lodo estiver abaixo de 40% ou se o contedo de compostos inorgnicosfor elevado.

Devido ao valor de aquecimento e ao baixo contedo de substnciasprejudiciais, muitos tipos de resduos do processo da indstria de papel e celuloseso adequados para a recuperao de energia. A Tabela 8 apresenta a comparaoentre os diversos tipos de resduos gerados nesta indstria com relao ao podercalorfico, contedo de cinzas e contedo de gua.

Tabela 8 - Comparao entre os diversos tipos de resduos, em relao ao podercalorfico, contedo de cinzas e contedo de gua.

Fonte de energia Poder calorfico [MJ/kg]

Contedo decinzas [%]

Contedo degua [%]

Madeira (seca-ar) 14 - 17 < 1 10 20Lodo de destintamento (mido) 7 - 10 40 60 40 60Rejeitos (mido) 16 - 23 8 12 20 50Lodo biolgico (mido) 7 - 9 20 40 70 85

Fonte: GTTSCHING e PAKARINEN, p. 520, (2000)

A energia trmica do lodo usualmente recuperada em incinerao ouconvertida em fertilizantes orgnicos e ainda, em alguns casos, recicladosnovamente no processo produtivo. Algumas indstrias j esto incinerando seu lodovisando resolver o problema da insuficincia de espaos em aterros. No entanto,materiais no combustveis do lodo constituem-se em 30%, mesmo assim socoletados em forma de cinzas aps a incinerao e vo para os aterros, em quantiaconsidervel. Tambm visando a soluo para esse problema, desenvolveram-setcnicas para utilizar o lodo e as cinzas de co-gerao: a produo de agregado levecom diferentes porcentagens de lodo da indstria de papel; e produo agregada

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leve com cinzas; e ainda a incorporao em cermica estrutural com as cinzas deco-gerao da indstria de papel (CHIN-TSON LIAW et al.,1998).

2.3.3 Lodo originrio da indstria txtil

A indstria txtil uma das maiores consumidoras industriais de gua eprodutora de lodo oriundo de suas estaes de tratamento de efluente (ASIA, 2006).Knuth (2001) relata que estudos realizados em vrias estaes de tratamento deefluentes txteis, indicaram que o lodo nas indstrias de Santa Catarina fica emtorno 5,0 Kg lodo/m3 de efluente representando mais de 30.000 toneladas de lodogerados mensalmente s neste setor industrial. Em decorrncia do grande volumede produo, tambm vultoso o volume de resduos gerados nos processos deproduo destas indstrias. Assim, seus efluentes incorporam substnciasprovenientes de todas as etapas do beneficiamento de fibras txteis tais como:desengomagem, lavagem, alvejamento, tingimento, estamparia, dentre outros.

Segundo a Companhia Pernambucana do Meio Ambiente (2001), emlevantamento realizado pelo SENAI/CETIQT em indstrias txteis que dispem detratamento de efluentes lquidos, em 1990, observa-se que:- cerca da metade das indstrias dispem de tratamento fsico-qumico(coagulao/floculao com separao do lodo formado por flotao ou

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sedimentao), precedido de unidades preliminares (gradeamento, desarenao,peneiramento, equalizao e neutralizao);- cerca de 1/3 das indstrias dispem de tratamento fsico-qumico, precedido deetapas preliminares e seguido de tratamento biolgico, a maioria com lodosativados; - cerca de 1/4 das indstrias dispem de tratamento biolgico (lodos ativados),precedido de etapa preliminar.

O mesmo autor apresenta um levantamento realizado pela empresa CLEVEngenheiros Associados S/C Ltda, na regio de Blumenau-SC, em 14 indstriastxteis que dispem de tratamento de efluentes, em 1997, onde observou-se que:- 7 delas dispem de tratamento biolgico (lodos ativados) com remoo de corsimultnea;- 2 delas dispem de tratamento biolgico com remoo de cor posterior (polimento);- 5 delas dispem de tratamento biolgico precedido de remoo de cor.

Na Tabela 9 possvel observar a caracterizao fsico-qumica do lodo deestao de tratamento de efluente txtil.

Tabela 9: Caracterizao de lodo txtilParmetros ResultadosDQO (mg/L)* 39326Densidade (g/mL)* 1,090Teor de umidade (%)* 94,5Teor de Slidos Totais (mg/L)* 42899Slidos Fixos (%)* 49,9pH * 4,46Sulfetos (mg/L)* 62,6SiO

2 (%)** 3,5

Al2O

3 (%)** 11,50

SOx (%)** 3,98

Fe2O

3 (%)** 0,15

P2O

5 (%)** 6,05

Cl (%)** 0,34TiO

2 (%)** 0,34

MgO (%)** 0,22

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K2O (%)** 0,006

CaO (%)** 0,022ZnO (%)** 0,025CuO (%)** 0,052

Fonte adaptada: *Colanzi e Pietrobon (2002) e **Mendes et al (1998) apud Mendes(1997)

O lodo biolgico txtil de composio varivel e normalmente possui teoreselevados de matria orgnica, nitrognio (N), fsforo (P) e micronutrientes. Almdisso, contm corantes com metais pesados e agentes patognicos (BALAN eMONTEIRO, 2001; MARTINELLI et al., 2002). Este lodo, oriundo da prensagem domaterial decantado nas estaes de tratamento de efluentes, pode ainda contermetais pesados e outros componentes txicos, uma vez que, nos processos txteise no tratamento de efluentes, so usados produtos tais como: soda, polmeros,corantes, sais cidos, gomas, sulfato de alumnio, sulfato de ferro e cal, dentreoutros, sendo assim considerado, segundo a ABNT NBR 10.004, um resduo slidode classe II A no inerte, no podendo ser descartado na rede de esgotos ou emcorpos de gua (PRIM, 1998; COLANZI E PIETROBON, 2002).

Colanzi e Pietrobon (2002) afirmam que no lodo txtil ocorre presena emaltas concentraes de alumnio (7689,5 mg/L), ferro (186,78 mg/L), sdio (316,997mg/L), e silcio (381,5 mg/L). Obtiveram tambm a caracterizao trmica domaterial, tendo como resultados: condutividade trmica igual a 0,641 W/m.K e calorespecfico mdio igual a 3,23 kJ/Kg.K.

2.4 ASPECTOS AMBIENTAIS

As emisses atmosfricas num espectro geral das plantas de incineraovariam com o contedo de poluente. Os mais importantes so os materiais

37

particulados, dixido enxofre (SO2), xidos de nitrognio (NOx), (....) assim comodixinas e furanos (GTTSCHING e PAKARINEN et al., 2000).

A Resoluo CONAMA 05/89 considera a necessidade de adoo de padresnacionais de qualidade do ar como ao complementar e referencial aos limitesmximos de emisso estabelecidos (CONAMA, 1989). Ela considera, portanto, ospadres de qualidade do ar como instrumentos de apoio e operacionalizao doPrograma Nacional de Controle da Qualidade do Ar - PRONAR. A mesma resoluo

ainda afirma que se deve

! "

estratgias bsicas de controle, segundo a resoluo, deve priorizar ocontrole das emisses por tipologia de fontes e poluentes primrios (materialparticulado, SOx, NOx, CO e HCO), sem deixar de avaliar as influncias dessas

emisses em relao aos padres de qualidad

!

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$

&%('*)+)-,/.10

A resoluo CONAMA 03/90 regulamentou, no Brasil, os padres dequalidade do ar para os seguintes parmetros: partcula total em suspenso,fumaas, partculas inocula, dixido de enxofre, monxido de carbono, oznio edixido de nitrognio, cujos limites esto resumidos na Tabela 10 (CONAMA, 1990).

Os padres brasileiros seguem a mesma classificao dos padresamericanos, podendo ser de dois tipos: primrios e secundrios (OLIVEIRA, 1997):Os padres primrios so nveis mximos tolerveis de concentrao de poluentesatmosfricos, constituindo em metas de curto e mdio prazo. J os padressecundrios so nveis desejados de concentraes de poluentes constituindo-seem metas de curto prazo.

Tabela 10: Padres Nacionais de Qualidade do ArPoluente Tempo de Padro Primrio Padro Secundrio

38

Amostragem (g/m3) (g/m3)Partculas Totais emSuspenso

24 horas (1)Anual MGA

24080

15060

Dixido de Enxofre 24 horas (1)Anual MMA

36580

10040

Monxido deCarbono

24 horas (1)08 Horas corridas

(l)40.00010.000

40.00010.000

Oznio 1 hora 160 160Fumaa 24 horas (1)

Anual MMA (3)15060

10040

Partculas Inalveis 24 horas (1)Anual MMA (3)

15050

15050

Dixido deNitrognio

01 hora (1)Anual MMA (3)

320100

190100

Fonte: CETESB, 2002(1) No deve ser excedido mais que uma vez ao ano(2) Mdia geomtrica anual(3) Mdia aritmtica anual

A resoluo 08/1990 do CONAMA estabeleceu limites mximos de emissesde poluentes do ar em fontes fixas de poluio, como tambm definiu como sendofontes fixas toda a queima de substncias combustveis realizada em equipamentos,tais como, caldeiras, geradores de vapor, centrais para a gerao de energiaeltrica, fornos, fornalhas, estufas e secadores para gerao e uso de energiatrmica, incineradores e gaseificadores.

A mesma resoluo determinou que para fontes fixas com potncia nominaltotal igual ou inferior a 70 MW em reas a serem atmosfericamente conservadas(lazer, turismo, estncias climticas hidrominerais e hidrotermais), os ndices deemisso de partculas totais de 120 g por milho de quilocalorias e de dixido deenxofre (SO) de 2000 g por milho de quilocalorias.

A partir de 2006, atravs da Resoluo 382/2006 do CONAMA, estabeleceu-se limites mximos de emisso de poluentes atmosfricos para fontes fixas emalgumas atividades industriais especificamente, como tambm a normatizao dametodologia para determinao de limites de emisso para cada planta geradora.Esta resoluo, alm de determinar limites de emisses de atividades produtivas,engloba a gerao de calor a partir da combusto de biomassas, tais como bagaode cana-de-acar e derivados da madeira.

39

O estado de Santa Catarina, atravs da Fundao de Meio Ambiente FATMA, estabeleceu por forma de decreto de nmero 14.250, de junho de 1981, osseguintes padres no artigo 28:I para partculas em suspenso:

a) 80 g/m3, ou valor inferior-concentrao mdia geomtrica anual; oub) 240 g/m3, ou valor inferior-concentrao mdia de 24 horas consecutivas,no podendo ser ultrapassada mais de uma vez por ano;

II para Dixido de Enxofre:a) 80 g/m3, ou valor inferior-concentrao mdia aritmtica anual;b) 365 g/m3, ou valor inferior-concentrao mdia de 24 horas consecutivas,

no podendo ser ultrapassada mais de uma vez por ano; III para Monxido de Carbono:

a) 10.000 g/m3, ou valor inferior-concentrao da mxima mdia de 8 horasconsecutivas, no podendo ser ultrapassada mais de uma vez por ano; ou

b) 40.000 g/m3, ou valor inferior-concentrao da mxima mdia de 1 horaconsecutiva, no podendo ser ultrapassada mais de uma vez por ano; e;

IV para oxidantes fotoqumicos: a) 160 g/m3, ou valor inferior-concentrao da mxima mdia de 1 hora

consecutiva, no podendo ser ultrapassada mais de uma vez por ano.O artigo 30 da mesma norma tambm afirma que proibida a emisso de

fumaa, por parte de fontes estacionrias, com densidade colorimtrica superior aopadro I da Escala de Ringelmann, salvo por:I um nico perodo de 15 minutos por dia, para operao de aquecimento defornalha; eII um perodo de 3 minutos, consecutivos ou no, em qualquer fase de uma hora.

40

3 MATERIAIS E MTODO

3.1ORIGEM DAS BIOMASSAS (LODOS)

Foram empregados neste estudo amostras de trs lodos de estaes detratamento de efluentes distintas, sendo um domstico, originrio da SAMAE

41

Agncia Municipal de gua e Esgoto de So Bento do Sul - SBS, e dois industriais,um de indstria txtil, da empresa Dhler S.A de Joinville - SC e o outro provenientede processo de papel e celulose, da empresa Rigesa LTDA, localizada na cidade deTrs Barras SC.

A composio dos sistemas de tratamento de efluentes que originaram os trslodos analisados apresentada a seguir visando o conhecimento da gerao dosmesmos e suas diferenas para discusso posterior.

A estao de tratamento de efluentes domsticos composta porgradeamento, desarenador, reator anaerbico de leito fluidizado (RALF), lagoa deaerao (lodo ativado), lagoas de decantao, adensador de lodo e leitos desecagem, conforme demonstrado no fluxograma da Figura 2.

Estao elevatria

Drenagem

Entrada de Esgoto

Gradeamento

Desarenado

RALF

Caixa de Areia

Drenagem

Lodo Anaerbico

Tanque Aerado

LODOS ATIVADOSAdensador

de lodo

Decantador 1 Decantador 2

Recirculao de lodo

Leitos de Secagem

Calha Parshall

Rio Negrinho

Lodo Seco

42

Figura 2: Fluxograma da ETE de esgoto domstico. Fonte: SAMAE (2007)

Quanto ao lodo txtil, este gerado em estao de tratamento de efluentescomposta por peneira esttica, tratamento fsico-qumico, lagoas de aerao (lodoativado), decantador de lodo e filtro-prensa, conforme apresentado no fluxograma daFigura 3.

43

Figura 3: Fluxograma da ETE de indstria txtil.Fonte: Dhler S.A. (2007)

A estao de tratamento de efluentes da indstria de celulose e papel composta de tratamento fsico-qumico, decantador (clarificador), uma lagoa deaerao e duas de decantao e filtro-prensa, conforme pode ser visualizado nofluxograma da Figura 4.

EfluenteLodo

Filtro Rotativo

Captao

Peneira Esttica

Tanque de Equalizao

Entrada de esgoto sanitrio, de refeitrio, chorume etc.

Tanque de Homogeneizao

Tanque de mistura

Tanque de aerao

Tanque de aerao

Tanque de aerao

Decantador gua recuperada Processo

gua de sada Rio CachoeiraFiltro Prensa

Aterro Industrial

Ocorre tratamento Fsico-Qumico

44

Figura 4: Fluxograma da ETE da indstria de celulose e papel. Fonte: Rigesa S.A. (2007)

3.2 CARACTERIZAO FSICO-QUMICA DAS BIOMASSAS (LODOS)UTILIZADAS

Inicialmente, uma amostra de 200 g de cada lodo foi seca em estufa (QUIMIS 317B242), temperatura de 105 C durante 24 horas, e deixando-se secar attemperatura ambiente em dessecador. Aps esse tratamento, cada amostra seca delodo foi empregada nas anlises apresentadas neste captulo, com exceo da

Lodo

Lodo

Efluente no conforme

Efluentes gerados nos processos

Programaes de limpeza, adies de nutrientes/polmero, coleta e anlises de amostras.

Clarificador

Lagoa de Aerao

Prensa de Lodo

Lagoas 1 e 2 de Decantao

Lanamento para o Rio Negro

Rio Negro

Tratamento Fsico-Qumico

45

determinao do teor de slidos totais. A metodologia empregada nestas anlises foibaseada no Standard Methods (2000).

3.2.1 Teor de Slidos Totais

Utilizando cadinho limpo (Mi), seco e previamente tarado, mediu-se 3 gramasda amostra in natura (Mu) em balana analtica (METTLER AE240), colocando-apara secar a 105C em estufa (QUIMIS 317B242) por 1 hora. Em seguida, deixou-se em dessecador at atingir a temperatura ambiente, quando ento foi medida amassa final (Ms). Com os valores encontrados utilizou-se a Equao 01 para adeterminao da quantidade de massa seca em relao massa mida. Essasmedies foram feitas em triplicata.

Slidos Totais = 100xMiMsMiMu

(Equao 01)

3.2.2 Teor de slidos fixos e slidos volteis

Nesta anlise foram utilizadas 1,5 g da amostra seca de cada lodo (Mt) emcadinho seco (Ms), sendo levadas ao forno mufla (EDG - 3000) a 550C por 1 hora.Depois deste perodo, colocou-se em dessecador at temperatura ambiente epesou-se para obteno da massa calcinada (Mc). Empregando-se os valoresobtidos na Equao 02, foi determinado o teor de slidos fixos de cada lodo. Asanlises foram realizadas em triplicata.

46

Slidos fixos (%) = 100xMtMc (Equao 02)

A partir dos resultados obtidos, empregou-se a Equao 03, determinando-seassim o teor de slidos volteis de cada lodo.

Slidos volteis (%) = ( )( )( ) 100xMsMsMtMcMsMt

+

+Equao 03

3.2.3 Anlise Elementar

Trs amostras previamente secas de 5 g, uma de cada lodo, foramencaminhadas para realizao da anlise elementar em laboratrios externos.

As porcentagens de carbono, hidrognio e nitrognio elementar foramdeterminadas por meio do analisador CHN Perkin-Elmer, pelo laboratrio de anliseelementar do Departamento de Qumica da Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, enquanto que o enxofre elementar foi determinado por espectrometria deemisso atmica com plasma induzido (ICP-AES) no equipamento da marca SpectroCiros CCD, pela Central Analtica do Instituto de Qumica da Universidade Estadualde So Paulo - USP.

Ressalta-se que, realizou-se apenas a quantificao destes elementos, poisos mesmos so os principais participantes nas reaes de oxidao durante aqueima das amostras.

47

3.2.4 Estudo do comportamento trmico

O estudo do comportamento trmico das amostras secas dos lodos foi feitopelo Laboratrio de Materiais do SENAI Cricima/SC, a partir de 5 g de cadamaterial. Foram realizadas anlises termogravimtrica (ATG) e trmica diferencial(ATD), simultaneamente, atravs do termoanalisador da marca NETZSCH, modeloSTA - 409 EP. As amostras foram submetidas ao analisador trmico sob duasatmosferas: uma em meio oxidante, usando ar sinttico, com 79% de N2 e 21% deO2, para avaliar a combusto, e a outra em meio inerte, empregando argnio paraavaliar a pirlise. As demais condies foram mantidas iguais para os doisprocessos: taxa de aquecimento de 10oC por minuto, faixa de aquecimento datemperatura ambiente 1100oC e fluxo de gs de 70 cm3/min.

3.2.5 Determinao do poder calorfico

Este estudo foi realizado pelo Ncleo de Extenso e Prestao de Serviosdo Departamento de Qumica ICEx/ UFMG.

Amostras secas de cada lodo foram pulverizadas em graal de gata,homogeneizadas, dispostas em vidros de relgio e mantidas por 24 horas em estufa(100-110C) antes da coleta de alquotas (cinco para cada amostra) para os ensaiosde poder calorfico. Aps a combusto em calormetro Parr modelo 1241padronizado com cido benzico, determinou-se a massa do resduo (material nocombustvel) e procedeu-se a correo associada formao de cido ntrico.

48

3.3 ANLISE DOS GASES GERADOS NA QUEIMA DAS BIOMASSAS

Uma amostra seca de 20 g de cada lodo foi colocada em estufa Mufla(modelo 3000 da marca EDG), a 900 oC durante uma hora, considerada aps suaestabilizao nesta temperatura. O procedimento foi realizado em triplicata.

A medio dos gases CO, CO2 e O2 gerados aps a queima foi realizada pelomtodo Orsat, enquanto que a emisso de NO, NOx e SO2 foi medida peloanalisador porttil de gases combustveis da marca TESTO, modelo 335. Para a realizao do mtodo Orsat utilizou-se a metodologia do Manual deProcedimentos (1999). Na Figura 5 pode ser observada a mufla interligada aoaparelho Orsat, enquanto que a Figura 6 apresenta essa interligao com oanalisador eletrnico.

Figura 5: Aparelho Orsat utilizado na anlisedos gases.

Figura 6: Equipamento TESTO -coleta e anlise dos gases.

49

O mtodo Orsat consiste na determinao da concentrao de oxignioresidual como tambm de monxido e dixido de carbono, gerados a partir da suaabsoro em frascos contendo hidrxido de potssio (frasco um), pirogalol ehidrxido de potssio (frasco dois) e cloreto cuproso, cloreto de amnio e hidrxidode amnio (frasco trs). Para a realizao do experimento tambm foi necessrio ouso de uma bomba pneumtica da marca Chemap AG e modelo Single pump.

Este estudo da anlise dos gases gerados na queima das biomassas foirealizado no laboratrio de poluio atmosfrica da Universidade da Regio deJoinville - Univille

50

4 RESULTADOS E DISCUSSO

4.1 Caracterizao Fsico-Qumica das Biomassas (lodos)

4.1.1 Anlise Elementar

Na Figura 7 so apresentados os resultados da anlise elementar paradeterminao dos percentuais de carbono, hidrognio, nitrognio e enxofre doslodos investigados.

Figura 7: Resultados da anlise elementar dos lodos.

Pela anlise da Figura 7 verifica-se que o lodo de papel e celulose apresentouvalor em torno de 40 % a mais de carbono em sua composio comparado aos

51

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Lodo Domstico Lodo Txtil Lodo de Papel

%C%H%N%S

%

outros dois, que apresentaram entre si valores similares, e cerca de 50% e 80%superior quanto presena de enxofre em relao aos lodos sanitrio e txtil,respectivamente. Esse valor elevado de carbono reflete a matria-prima celulsicaque d origem ao lodo resultante da fabricao de papel, enquanto que o enxofretem como fonte os insumos empregados no processo em si.

O percentual de hidrognio pode ser considerado equivalente nos trs lodos equanto ao teor de nitrognio, a maior concentrao se deu no lodo domstico, o queera esperado em funo das caractersticas de sua origem em dejetos humanos,sendo seu percentual cerca de 65 % e 60 % superior, respectivamente, em relaoaos lodos txtil e de papel e celulose.

Na Figura 8 os resultados da anlise elementar so comparados com osvalores obtidos por Andreoli (2001) para lodo domstico, Silva et al. (2003) para lodotxtil e Yu et al (2002) para o de papel e celulose.

05

101520253035404550

Lodo

dom

stico

Lodo

dom

stico

*

Lodo

Txtil

Lodo

Txtil

**

Lodo

de

Pape

l

Lodo

de

Pape

l***

%

%C%H%N%S

Figura 8: Comparao dos resultados da anlise elementar dos lodos estudadoscom valores encontrados na literatura.Fonte: *ANDREOLI, 2001;**SILVA et al, 2003;*** YU et al, 2002.

Considerando primeiramente o lodo domstico, observa-se uma concentraode carbono cerca de 120 % superior quando comparada com a obtida por Andreoli(2001). Apesar disto, Luduvice e Fernandes (2001) afirmam que a concentraopoderia ser mais alta, visto terem determinado quantidades superiores a 35%. Estasdiferenas podem estar relacionadas s caractersticas dos locais de cobertura darede de coleta de esgoto.

52

O valor encontrado para a concentrao de nitrognio, igual a 4,405 %, considerado elevado em relao aos padres encontrados por Andreoli (2001),porm, Malta (2001) ressalta que a concentrao de nitrognio no Brasil varia de 0,5a 7,6 % nos lodos domsticos gerados a partir de digesto aerbica.

Com relao ao teor de enxofre, no existe um valor ou faixa padro naliteratura, mas considerando a possibilidade de gerao de gases sulfurosos durantea oxidao do lodo, importante que sua concentrao seja a menor possvel.

Fazendo-se as mesmas consideraes anteriores para o lodo txtil, verifica-se que os nveis de carbono e nitrognio se apresentaram cerca de 30 % superioresem relao aos encontrados por Silva et al (2003), enquanto que o de enxofre foimenor em torno de 175 %. Essas diferenas tambm esto diretamente ligadas scaractersticas intrnsecas de cada processo de fabricao gerador de lodo.Entretanto, o fato de que na pesquisa realizada por Silva et al (2003) o efluentepassou por tanques anaerbicos, enquanto que o lodo txtil aqui em estudo no,tambm pode ter influenciado na diferena de concentraes encontradas.

Finalmente, em relao ao lodo de papel e celulose, os resultados obtidosneste trabalho, somente nitrognio e enxofre apresentaram diferena significativaem relao ao trabalho da literatura considerado, maior do que 100 %. Novamente,pode-se dizer que diferenas entre os processos industriais podem ser a justificativa.

O lodo da empresa de celulose e papel obteve maior de concentrao decarbono (44,83 %), hidrognio (5,35 %) e enxofre (1,76 %) e a menor concentraode nitrognio (1,77 %) em relao aos outros dois lodos caracterizados. Apesardisso, o teor elevado neste lodo devido presena de materiais fibrososorgnicos, representando entre 40 60 % a composio final do lodo(CAMPREGHER, 2005). Porm, como comentam Gottsching e Pakarinen (2000),sua composio pode possuir, em mdia, 37 % de carga inorgnica e 19 % decarbonato de clcio, devido ao processo de fabricao do papel, o que tambm,possivelmente aumentou a quantidade de hidrognio. Este resultado afirma-sequando comparado ao de Yu et al. (2002), que determinaram o valor de 4,53 % dehidrognio elementar na caracterizao do lodo, este que, possui tratamentosemelhante ao lodo de celulose e papel.

A concentrao de nitrognio apesar de baixa devido caracterstica doprocesso, como tambm, ao tratamento realizado nas guas residurias, o qualpassa por um circuito de reciclo nas lagoas aerbicas, oxidando a maior parte de

53

nitrognio, ainda muito alto, pois este resultado se contrape ao de Yu et. al.(2002), que determinaram o valor de 0,70 %, como tambm de Caputo e Pelagagge(2001) que cita o valor de 0,32 % como caracterstico para lodos de produo depapel. A diferena entre os resultados pode ser devida estao de tratamento deefluentes receberem efluente gerado desde a lavao de toras como tambm ascinzas geradas na caldeira de fora, alm do processo da fabricao da massacelulsica, alterando as concentraes da origem do efluente na entrada da estaode tratamento de efluentes.

Apesar das diferenas encontradas, de um modo geral os lodos estudadosapresentaram composio elementar em concordncia com os valores alcanadospelos trabalhos da literatura utilizados como base de comparao.

4.1.2 Determinao dos teores de slidos totais, slidos fixos e slidos volteis

A Figura 9 apresenta os resultados da determinao de slidos totais, slidosfixos e slidos volteis para os trs lodos analisados.

0102030405060708090

Sanitrio Papel Txtil

(%)

Solidos totais (%)Slidos fixos (%)Solidos volalteis (%)

Figura 9: Resultados da determinao de slidos totais, slidos fixos e slidosvolteis.

54

Observando-se os valores apresentados na Figura 9, verifica-se que os teoresde slidos totais, fixos e volteis obtidos para os lodos domstico e txtil sosemelhantes, enquanto que o percentual gerado do lodo de papel e celulose foiinferior, atingindo aproximadamente 10% em relao aos outros dois lodos.

O teor de slidos totais encontrado nos trs lodos pode ser considerado baixoem relao totalidade da amostra, e a importncia de sua determinao se deveao fato da influncia que a gua exerce em processos de combusto, pois, sepresente em teores elevados, pode conduzir necessidade de secagem prvia dabiomassa e, conseqentemente, mais energia para essa operao. Neste sentido,os sistemas de tratamento de efluentes tero que alcanar maior eficincia na etapade secagem do lodo formado ou deveria existir uma etapa de secagem ao sistemade gerao de energia.

Analisando-se agora o teor de slidos fixos, destaca-se o menor valor obtidocom o lodo de papel e celulose, cerca de 30% menor dos outros, indicativo da maiorpresena de substncias inorgnicas na composio dos lodos sanitrio e txtil emrelao ao primeiro, o que reforado pelos teores de slidos volteis (teoricamentea carga orgnica das biomassas) apresentados, sendo aproximadamente 35% maiorpara o lodo de celulose e papel. Considerando-se a utilizao como combustvel, olodo de papel e celulose apresentou melhor condio de uso, visto que tenderia maior eficincia energtica e menor gerao de resduos slidos a serem dispostosposteriormente.

4.1.3 Determinao do Poder Calorfico

A Tabela 11 apresenta os resultados do poder calorfico das amostras delodo.

55

Tabela 11: Poder calorfico das biomassas estudadas.Amostras PCS (MJ/kg) PCI (MJ/kg)Lodo papel e celulose 19,5 0,7 18,0 0,7Lodo domstico 20,1 0,6 18,6 0,6Lodo Txtil 17,0 0,4 15,4 0,4

Os valores de poder calorfico superior e inferior dos lodos domstico e papele celulose so semelhantes, da ordem de 19 MJ/kg para o superior e 18 MJ/kg parao inferior, enquanto que o lodo txtil apresentou um menor desempenho emliberao de energia dos trs. Porm, ao se comparar com outras biomassasutilizadas na gerao de energia, tal como madeira de descarte (PCS = 13 MJ/kg) ebagao de cana em briquete (PCS = 14,5 MJ/kg) (ARAUTERM, 2008), todos os trsapresentaram melhor desempenho.

Os resultados encontrados esto tambm, em mdia, dentro da faixa obtidapara resduos industriais genricos (16,0 MJ/kg), resduos hospitalares (14,0 MJ/kg)e refugos variados (18,5 MJ/kg), e acima dos valores previstos para lodo seco deefluentes (12,5 15,0 MJ/kg), conforme citado por Almeida (2007).

Alm disso, interessante notar que, ao se confrontar os resultados de podercalorfico com os obtidos pela anlise elementar, gerao de cinzas e de slidosvolteis totais, no se confirma a primeira impresso de que o lodo de papel ecelulose apresentaria um melhor desempenho em relao aos outros dois.

Portanto, os resultados do poder calorfico apresentados pelos lodos aquiestudados so um indicativo de viabilidade de uso como biomassa combustvel.Ressalta-se, entretanto, conforme discutido nos dois itens anteriores, a ocorrnciade variao na composio dos lodos formados, devido a fatores como a forma decoleta de esgotos domsticos, estaes do ano, alteraes nos processos fabris enos sistemas de tratamentos de efluentes, principalmente. Isto sugere anecessidade da ampliao dessas anlises para se poder chegar a uma composiopadro dos lodos de modo que o processo de queima seja projetado de modo maiseficiente.

56

4.2 ESTUDO DO COMPORTAMENTO TRMICO

4.2.1 Anlise Termogravimtrica (ATG)

Nas figuras 10 e 11 esto apresentadas as curvas de ATG das amostras delodo sob condies de atmosfera oxidante (combusto) e inerte (pirlise),respectivamente.

Combusto

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200

Temperatura (oC)

Perd

a de

m

as

sa (%

)

Lodo SanitrioLodo TxtilLodo Celulose e Papel

Figura 10: ATG das amostras de lodo domstico, txtil e de papel e celulose ematmosfera oxidante (combusto).

57

Pirlise

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200Temperatura (oC)

Perd

a de

m

assa

(%

)

Lodo SanitrioLodo TxtilLodo Celulose e Papel

Figura 11: ATG das amostras de lodo domstico, txtil e de celulose e papel ematmosfera inerte (pirlise).

Observa-se pelas curvas que o lodo domstico, em meio oxidante, teve suaprimeira perda de massa significativa (24,68 %) nas temperaturas entre 160 e 360oC, e a segunda e principal perda (26,90 %), entre as temperaturas de 360 e 645 oC.J em meio inerte, entre 150 e 580 oC ocorreu a primeira e mais significativadecomposio (35,92 %), e a segunda (10,84 %) entre 580 e 1101 C. As cinzastotalizaram 44 % da massa inicial em via oxidante.

Tambm no lodo txtil, em atmosfera oxidante, houve apenas duas perdas demassa significativa, 45,41 % e 5,89 %, na faixa de temperatura de 150 a 530 oC e530 a 650 oC, respectivamente, resultando 43 % de cinzas, valor semelhante aosanitrio. Em atmosfera inerte, com o lodo txtil ocorreram quatro estgiossignificativos, um com perda de 23,95 % na faixa de 160 410 oC, outro com 14,88% a 410 e 590 oC, o terceiro com 1,47 % na faixa de temperatura de 590 a 660 oC e,o ltimo, com perda de 4,10 % na faixa de 790 a 1101 oC. Apesar disso, tanto nacombusto quanto na pirlise, o lodo mostrou comportamento semelhante na suadecomposio, refletindo o baixo valor de slidos volteis apresentado.

58

O lodo da indstria de celulose e papel apresen