Estudo da queima de lodo flotado de estação de tratamento de efluentes em caldeira a biomassa

Abstract

Resumo: A geração de resíduos em frigoríficos é decorrente da transformação da matériaprima no processo industrial. A forma, a disposição e o aspecto são quesitos importantes no momento de decidir a destinação correta. O lodo flotado é um dos resíduos gerados no sistema de tratamento de efluentes do processo agroindustrial, que pode ser aplicado na combustão juntamente com o combustível principal utilizado em caldeiras, desde que as características se encontrem dentro dos limites estabelecidos pela legislação brasileira. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo verificar os efeitos resultantes da utilização do lodo flotado gerado no tratamento de efluentes de frigoríficos de aves e peixes em mistura com cavaco de eucalipto em uma caldeira utilizada para geração de vapor de processo. Para isso, o primeiro passo consistiu em caracterizar o cavaco de eucalipto e o lodo flotado de acordo com a resolução normativa SEMA Nº 42 (SEMA, 2008), além de análises complementares para avaliar o potencial energético de ambos. Em seguida, realizou-se o diagnóstico energético do gerador de vapor para comparar o desempenho do equipamento frente aos dados de projeto fornecidos pelo fabricante. Por fim, foram realizados testes controlados em campo considerando-se as dosagens de 0, 5, 10, 15 e 20 % de lodo misturado ao cavaco (em base mássica), sendo monitorada a composição dos gases de combustão (O2, CO, NO, SO2) e a eficiência térmica do equipamento. O cálculo da eficiência foi realizado de acordo com o método indireto da norma ASME PTC 4 (ASME, 2013), sendo empregado no software Engineering Equation Solver (EES). Entre os resultados encontrados, a composição e o poder calorífico do lodo flotado ficaram próximos ao encontrado na literatura. Em relação à análise elementar, o teor de enxofre e de nitrogênio do lodo foram superiores aos teores encontrados para o cavaco. A análise de metais pesados apresentou alguns elementos fora dos limites definidos pela legislação que estabelece os critérios para queima de resíduos em caldeira, tornando-se necessário identificar a origem desses elementos no processo industrial. Com o conhecimento da composição química das cinzas, determinou-se a propensão de incrustação e escórias do cavaco e dos lodos. Como resultado, foram encontrados elevados índices de ambos parâmetros para o lodo. A eficiência da unidade geradora aumentou com o incremento do teor de lodo misturado ao cavaco até o percentual de 15 %. Isso foi ocasionado principalmente pela redução das perdas de energia associadas aos gases de combustão, bem como pela redução das emissões de CO. Em contrapartida, a eficiência no percentual de 20 % teve uma discreta redução, pelo aumento das perdas de energia e a dificuldade de manter a alimentação de lodo constante na rosca de alimentação. A emissão de CO, NO e SO2 apresentaram valores dentro dos limites estabelecidos pelas normas alemã e brasileiras. Com isso, é possível inferir que o lodo contribui positivamente para o aumento da eficiência na caldeira, atendendo os limites de emissões gasosas. No entanto, é necessário manter a concentração de metais pesados dentro dos critérios da queima de resíduos em caldeira.

Abstract: The generation of waste in meat processing plants is a result of the transformation of raw materials in the industrial process. The form, disposal and aspect are important issues when deciding the correct destination. The float sludge is one of the residues generated in the effluent treatment system of the agro-industrial process, which can be applied in combustion together with the main fuel used in boilers, provided that the characteristics are within the limits established by Brazilian legislation. In this sense, the present work aims to verify the effects resulting from the use of the float sludge generated in the treatment of effluents from poultry and fish slaughterhouses mixed with eucalyptus chips in a boiler used for process steam generation. For this, the first step was to characterize the eucalyptus chip and the float sludge according to the SEMA N°. 42 (SEMA, 2008) normative resolution, in addition to complementary analyses to evaluate the energy potential of both. Then, the energy diagnosis of the steam generator was performed to compare the performance of the equipment against the design data provided by the manufacturer. Finally, controlled field tests were performed considering dosages of 0, 5, 10, 15 and 20 % of sludge mixed to the chips (in mass basis), being monitored the composition of combustion gases (O2, CO, NO, SO2) and the thermal efficiency of the equipment. The efficiency calculation was performed according to the indirect method of the ASME PTC 4 (ASME, 2013) standard, being employed in the Engineering Equation Solver (EES) software. Among the results found, the composition and calorific value of the float sludge were close to that found in the literature. Regarding elemental analysis, the sulfur and nitrogen contents of the sludge were higher than the contents found for the chip. The analysis of heavy metals showed some elements outside the limits defined by the legislation that establishes the criteria for burning waste in boilers, making it necessary to identify the origin of these elements in the industrial process. With the knowledge of the chemical composition of the ashes, the propensity for fouling and slagging of the chips and sludge was determined. As a result, high indices of both parameters were found for the sludge. The efficiency of the generating unit increased with the increase of the sludge content mixed to the chip, up to 15%. This was mainly due to the reduction of energy losses associated with the flue gases, as well as the reduction of CO emissions. On the other hand, the efficiency at 20% had a slight reduction, due to increased energy losses and the difficulty of maintaining the sludge feed constant in the feed screw. The emission of CO, NO and SO2 presented values within the limits established by German and Brazilian standards. With this, it is possible to infer that the sludge contributes positively to increasing efficiency in the boiler, meeting the limits of gaseous emissions. However, it is necessary to maintain the concentration of heavy metals within the criteria for burning waste in the boiler.