SUSTENTABILIDADE COM LODO DE ESGOTO

SUSTENTABILIDADE COM LODO DE ESGOTO SUSTAINABILITY WITH SEWAGE SLUDGE Henck, Brinner Erickson Monari Campus de Sorocaba Engenharia Ambiental brinner@grad.sorocaba.unesp.br PIBIC/Reitoria. Av. Três de Março, 511, 18087-180, Sorocaba/SP Orientador: Prof. Dr. Leandro Cardoso de Morais Campus Sorocaba Palavras-chave: lodo de esgoto; sustentabilidade; geração de energia; controle da poluição. Keywords: sewage sludge; sustainability, power generation; pollution control. RESUMO Este trabalho vem no sentido de observar o possível aproveitamento do lodo de esgoto seco como, uma potencial fonte de energia e também após calcinação sua utilização em formulações cerâmicas. 1.INTRODUÇÃO O tratamento de efluentes é um dos princípios básicos do desenvolvimento sustentável, bem como um dos mais importantes. Os subprodutos do tratamento são água passível de reuso e o resíduo lodo de esgoto, sendo o processamento, o reuso e a disposição do último um dos problemas mais complexos no campo do tratamento de efluentes. Geralmente, o foco se concentra, erroneamente, no tratamento em si, ficando para segundo plano o resíduo gerado. Este resíduo, normalmente, é simplesmente disposto no aterro sanitário mais próximo, contribuindo de forma indireta para as mudanças climáticas. 2. OBJETIVOS Lodo de esgoto seco como uma fonte alternativa de energia; E a aplicação deste lodo calcinado/sinterizado em novas formulações cerâmicas; 3.MATERIAIS E MÉTODOS O lodo de esgoto utilizado neste experimento foi gerado no tratamento de efluentes do município de Sorocaba, localizado no interior do Estado de São Paulo. Para tal, foram utilizadas uma bomba calorimétrica estática, além das análises químicas de Difração de Raios-X (DRX), Fluorescência de Raios-X (FRX) e ensaios de lixiviação do material calcinado/sinterizado. Com esse gerenciamento alternativo de resíduos, haverá uma minimização do volume disposto em aterro sanitário bem como um menor impacto ambiental local e regional. Além disso, as cinzas resultantes da queima do lodo de esgoto poderão ser utilizadas como matéria prima em novas formulações cerâmicas. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Poder calorífico do lodo Foram realizados três ensaios na bomba calorimétrica tendo como resultado de poder calorífico superior médio, medido da amostra de lodo seco, 18,77 ± 0,46 MJ.kg -1. Usando a equação (PCI) = (PCS) 2,442(9H tot ), o poder calorífico inferior foi estimado como sendo 17,75 ± 0,46 MJ.kg -1, sendo 2,442 MJ/kg o calor de vaporização da água. Os resultados acima indicam que a combustão do lodo de esgoto seco proveniente da estação de tratamento apresenta um potencial energético que deve ser considerado. Fluorescência de raios-x Nas Tabelas 1 e 2 estão apresentados os resultados de fluorescência por raios-x do lodo seco a 105 C e do lodo sinterizado a 1050 C por 3 horas, respectivamente, expressos em percentuais de óxidos dos elementos de maior teor e em teor de elementos traço.

Quanto aos elementos traços, nota-se que após sinterização não está mais presente o cloro, volatilizado no processo na forma de cloretos. O teor de flúor e enxofre reduziu-se significativamente. Os outros elementos presentes, listados na Tabela 2, praticamente sofreram um processo de concentração, quando comparados seus teores no lodo original seco a 105 C e no produto sinterizado analisado. Tabela 01. Composição em óxidos de amostras de lodo seco a 105 C e sinterizado a 1050 C por 3 horas, os valores são dados em (%) de peso. Óxidos 105 o C 1050 o C - 3h SiO 2 15,84 38,33 Al2O3 7,63 21,14 MnO 0,042 0,097 MgO 0,64 1,8 CaO 2,55 6,68 Na 2 O 0,02 0,52 K 2 O 0,5 1,36 TiO2 0,694 1,75 P 2 O 5 3,738 9,994 Fe 2 O 3 5,91 14,61 Elementos traço 105 o C 1050 o C-3h Ba 745 1482 Ce 115 212 Cl 2572 17 Co 14 25 Cr 929 2078 Cu 942 2034 F 650 326 Ga 9 9 La 46 103 Nb 11 42 Nd 27 47 Ni 285 684 Pb 109 176 Rb 21 64 S 2914 157 Sc 8 19 Sr 111 322 Th 25 43 U 3 3 V 60 122

Y 10 39 Zn 2645 6113 Zr 192 557 Tabela 02. Teor de elementos traço no lodo seco a 105 C e depois de tratado a 1050 C por 3 horas (em mg/kg). Difração de raios-x A Figura 01 apresenta os difratogramas do lodo seco a 105 C (curva 1), e do lodo após tratamentos térmicos em fornos elétricos de laboratório em presença de ar a 250 C, 600 C, 1010 C e 1050 C (respectivamente curvas 2 a 5). Estas análises foram utilizadas para identificação das principais fases cristalinas minerais presentes nos produtos obtidos, à medida que o lodo é processado termicamente, após etapas de queima e sinterização. A Tabela 3 apresenta as fases identificadas após tratamento em cada temperatura. Em base aos difratogramas, identificou-se no lodo original seco, a presença de ilita (I), caulinita (K) e dolomita (D). A 250 o C, quando parte dos produtos orgânicos já sofreu pirólise e início de queima, conforme serão mostrados nos resultados de análises térmicas, os picos característicos das fases cristalinas previamente identificadas no lodo seco (I, K, D) estão mais intensos, visto sua maior concentração no produto assim tratado, tendo sido identificados também quartzo (Q), microclínio (Mi) e gibsita (G). No produto formado a 600 o C, em que praticamente o material orgânico que ainda estava presente a 250 o C já foi quase totalmente queimado, verifica-se a presença de quartzo, microclínio, e que já ocorreu a desidroxilação dos argilominerais ilita e caulinita e da gibsita, e a descarbonatação da dolomita. Cabe observar que a desidroxilação dos argilominerais e da gibsita promove o colapso das respectivas estruturas cristalinas, resultando em uma íntima mistura de óxidos amorfos 2, bastante reativos, o que explica a presença da anortita (A) e ausência de picos de componentes cristalinos anteriormente presentes.

Em continuidade ao processo de aquecimento das fases inorgânicas formadas anteriormente, nota-se a 1010 o C, a formação de tridimita (T) (variedade cristalina do óxido de silício), que resulta tanto da transformação cristalina do quartzo já existente, como das reações em estado sólido dos produtos de desidroxilação de caulinita e ilita 3. A mulita (Mu) identificada é também resultante dessas mesmas reações em estado sólido. Cabe observar que se nota também a esta temperatura, a presença de hematita (H), indicativa da oxidação de ferro, entre 600 o C e 1010 o C, e de anortita (A). A 1050 o C, temperatura em que o processo de sinterização está mais intensificado, conforme será visto por microscopia de aquecimento, as fases cristalinas presentes são as mesmas que a 1010 o C. Tabela 03. Fases cristalinas identificadas após tratamento térmico do lodo seco a diversas temperaturas. Temperatura de processamento Minerais Fórmula bruta 110 o C 250 o C 600 o C 1010 o C 1050 o C Quartzo SiO 2 x x x x Ilita (K,H 3 O)Al 2 Si 3 AlO 10 (OH) 2 x x Caulinita Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 x x Dolomita CaMg(CO 3 ) 2 x x Microclínio KAlSi 3 O 8 x x Gibsita Al(OH)3 x Hematita Fe 2 O 3 x x Tridimita SiO 2 x x Mulita Al 6 Si 2 O 13 x x Anortita CaAl 2 Si 2 O 8 x x x Fig. 01: Difratogramas do lodo seco à 105 C e do lodo após tratamento térmicos em presença de ar a 250 C, 600 C, 1010 C e 1050 C por 3 horas.

Extração e solubilidade dos elementos químicos do material filtrante Pode-se ver, na Tabela 3, os resultados obtidos nos ensaios do lodo calcinado e sinterizado, para extração em solução ácida de 0,1M de HNO 3. Esta solução ácida apresentou um ph de 0,97, característico de uma solução fortemente ácida, apresentando um maior poder de extração de elementos químicos. Na Tabela 4 são mostrados ensaios para solubilidade em água. Os ensaios foram feitos para verificar se houve insolubilização dos metais pesados contidos no lodo de esgoto, pela maior associação dos óxidos respectivos e a matriz cerâmica. Tabela 04 - Análises por ICP-OES para os lixiviados obtidos por extração ácida, solução de 0,1M de HNO 3 com ph=0,97, em (mg/l). Elemento 250 C 350 C 650 C 850 C 1050 C Cu 0,201 1,559 1.77 2,142 1,735 Fe 0,458 9,441 1,722 1,784 0,677 Mn 0,129 2,165 0,689 3,565 2,65 Zn 1,589 29,45 2,843 5,171 2,792 Ba 0,018 0,475 0,298 0,269 0,922 Cr 0,003 0,076 0,003 0,147 0,016 Al 0,171 7,495 7,85 10,334 5,279 Tabela 05 - Análises por ICP-OES para os lixiviados dos ensaios de solubilidade em água destilada, após filtração, em (mg/l). Elemento 250 C 350 C 650 C 850 C 1050 C Cu 0,072 0,061 0,004 0,004 0,004 Fe 0,036 0,231 0,031 0,026 0,231 Mn 0,028 2,655 0,164 0,061 0,003 Zn 0,423 13,22 0,224 0,047 0,003 Ba 0,001 0,117 0,072 0,014 0,003 Na 0,572 8,739 1,525 1,887 1,677 Cr 0,004 0.003 0,003 0,018 0,026 Al 0,004 0.002 0,002 0,002 0,076

5. CONCLUSÕES O tratamento térmico aplicado visando à sinterização mostrou-se efetivo para estabilização dos metais contidos no lodo, pois promove a sua inserção na matriz cerâmica formada durante as transformações termoquímicas dos componentes minerais inicialmente contidos no lodo. Esta retenção foi observada no ensaio de solubilidade em água. No estudo da queima do lodo em bomba calorimétrica, foi permitido estimar o poder calorífico deste material, com valor aproximado de 17,75 MJ/kg. Tal resultado indica a possibilidade de se utilizar a energia gerada durante a queima do lodo como fonte alternativa de energia. 6. BIBLIOGRAFIAS Morais, L.C..; DWECK, J.; CAMPOS, V.; ROSA, A.H.; FRACETO, L.F.; BÜCHLER, P.M. Mat. Scien. Forum. 2010, 660-661, 1009. SRINIVASAN, N.R.. Road Res. Papers. 1956, 1, 1. NORTON, F.H. Ed. Edgard Blucher. 1973, 177. APOIO FINANCEIRO Pró-Reitoria de Pesquisa: Programa Primeiros Projetos. UNESP.