Utilização de lodos de estações de tratamento de água como fonte alternativa de energia

Abstract

O lodo é o principal resíduo sólido gerado no processo de Tratamento de Água para Abastecimento público (ETA). São considerados Resíduos Sólidos Não Perigosos e Não Inertes (Classe IIA) pela ABNT 10.004/2004, devendo ser tratados e dispostos em locais legalmente apropriados. Na maioria dos municípios brasileiros, estes lodos são despejados sem nenhuma forma de tratamento, contribuindo com a degradação da qualidade dos mananciais. O lodo é constituído de materiais inorgânicos como siltes e sílicas, matéria orgânica degradável, com presença de microorganismos patógenos e metais, oriundos do próprio manancial de captação ou do coagulante utilizado durante o processo de coagulação. O objetivo principal deste trabalho foi verificar a possibilidade da utilização dos lodos das ETA como Fonte Alternativa de Energia, comparando os lodos gerados com Sulfato de Alumínio (SA), Polialumínio Cloreto (PAC) e Tanino (T) extraído de casca de Acacia mearsii de Wild. A metodologia utilizada contou com as seguintes análises físicas e químicas: Estereomicroscopia, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raio X (DRX), Perda ao Fogo (PF) e Poder Calorífico Superior (PCS) e Inferior (PCI). Valores simulados de economia com a utilização dos lodos como fonte alternativa também foram levados em consideração. Os lodos ao SA e ao PAC foram coletados diretamente na planta da ETA São Gabriel Saneamento, localizada no Município de São Gabriel/RS e, o lodo ao Tanino foi gerado no Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, na Universidade Federal do Pampa, campus São Gabriel. Os resultados apontaram que o lodo ao tanino apresentou uma quantidade maior de matéria orgânica, com perda ao fogo de 40,5%, maior teor de carbono (15%), hidrogênio de 2,44% e um poder calorífico de 4.347,30kJ.kg-1, podendo ser utilizado como biossólido, na reconstituição de áreas degradadas e como fonte de energia. Já o lodo ao SA, apresentou uma perda ao fogo de 23,2%, carbono de 5%, hidrogênio de 2,3%, um poder calorífico baixo de 1.384,40 kJ.kg-1, enquanto que o lodo ao PAC apresentou uma perda ao fogo de 30,0%, carbono de 6,41%, hidrogênio de 2,05%, um poder calorífico baixo de 2.746,50kJ.kg-1, ficando entre ao SA e ao Tanino. A diminuição na conta de energia elétrica da estação estudada resultou em 3,22% para lodo ao PAC e 4,67% para lodo ao Tanino, correspondendo a uma economia anual com transporte para descarte e com geração de energia elétrica de US$9.590,44 para o PAC e US$10.615,38 para o Tanino. A fim de potencializar estes resultados foram acrescentadas porcentagens diferentes de casca de arroz (CA), técnica esta chamada de cofiring. Para as misturas obteve-se uma economia de consumo de energia elétrica de 6,32% (PAC+15%CA) e 8,39% (PAC+25%), correspondendo aos valores de US$13.839,77 e US$16.795,41 respectivamente. Os resultados mostraram que lodos de ETA possuem potencial de geração de energia, podendo ser aplicada dentro das próprias instalações de processo tornando-as mais sustentáveis em termos energéticos.

Sludge is the main solid waste generated in a Water Treatment Plant (WTP). Non- Hazardous and Non-Inert Solid Waste (Class IIA) by ABNT 10,004/2004 (Brazilian Regulation) is considered as being treated and disposed of in legally appropriate places. In most Brazilian municipalities, these sludges are dumped without any form of treatment, contributing to the degradation of the quality of the springs. The sludge is composed of inorganic materials such as silt and silica, degradable organic matter, with the presence of pathogenic microorganisms and metals, originating from the source of collection or the coagulant used during the coagulation process. The main objective of this work was to verify the possibility of using WTP sludge as an Alternative Energy Source, comparing sludge generated with Aluminum Sulphate (SA), Polyaluminium Chloride (PAC) and Tannin (T) extracted from Acacia mearsii of Wild. The methodology used included the following physical and chemical analyzes: Stereomicroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD), Fire Loss (PF) and Upper Calorific Power (PCS) and Inferior (PCI). Simulated values of economy with the use of sludge as an alternative source were also taken into account. The sludge from the SA and PAC was sampled directly from the São Gabriel Saneamento WTP, located in the São Gabriel City (Southern Brazil), and the sludge from Taninn was generated at the Laboratory of Water Resources and Environmental Sanitation at the Universidade Federal do Pampa, Campus São Gabriel. The results showed that the sludge to the tannin presented a higher amount of organic matter, with a loss of 40.5%, a higher carbon content (15%), a hydrogen of 2.44% and a calorific value of 4 347.30 kJ. kg-1, which can be used as biosolids, in the reconstitution of degraded areas and as an energy source. The sludge to aluminum sulphate (SA) presented a fire loss of 23.2%, carbon of 5%, hydrogen of 2.3%, a low calorific value of 1,384.40 kJ.kg-1, while the sludge to Polyaluminium Chloride (PAC) presented a fire loss of 30.0%, carbon of 6.41%, hydrogen of 2.05%, a low calorific value of 2,746.50 kJ.kg-1, being between SA and Tannin. The decrease in the electricity bill of the station studied resulted in 3.22% for sludge to PAC and 4.67% for sludge to Taninn, corresponding to an annual economy with transportation for disposal and with electric power generation of US$9,590.44 for the PAC and US$10,615.38 for Tannin. In order to potentiate these results were added different percentages of rice husk (CA), a technique called cofiring. For the mixtures, electricity consumption was 6.32% (PAC + 15% CA) and 8.39% (PAC + 25%), corresponding to the amounts of US$13,839.77 and US$16,795.41 respectively. Results showed that WTPA sludge has potential for energy generation, and can be applied within the process facilities themselves becoming more sustainable in terms of energy.