Valorização energética do lodo proveniente do abate de suínos : produção de pellets com biomassa lignocelulósica

Abstract

Resumo: O pellet é considerado um biocombustível sólido, produzido a partir da compactação de resíduos lignocelulósicos utilizado para a geração de energia. Este trabalho teve como objetivo produzir pellets a partir de misturas entre serragem de pinus (SP) e resíduos de lodo flotado (LF) e lodo de biodigestor (LB) provenientes da estação de tratamento de efluentes de uma indústria de abate de suínos e avaliar as características físicas, químicas e energéticas, bem como realizar a análise de viabilidade de diferentes cenários para a destinação dos lodos. Foram produzidos e analisados pellets compostos por diferentes proporções de LF, LB e SP, intitulados como T1 a T11, onde as combinações de composição foram: T1 (20% LF - 80% SP), T2 (40% LF - 60% SP), T3 (60% LF - 40% SP), T4 (80% LF - 20% SP), T5 (100% LF - 0% SP), T6 (20% LB - 80% SP), T7 (40% LB - 60% SP), T8 (60% LB - 40% SP), T9 (80% LB - 20% SP), T10 (100% LB - 0% SP) e T11 (100% SP). As matérias-primas e os pellets foram submetidos a caracterização física, química e energética de acordo com normativas e metodologias. Por fim, foram avaliados três cenários para a destinação dos lodos produzidos na indústria de abates de suínos. Quanto às análises físico-químicas, os tratamentos T1 e T2 apresentaram os maiores teores de finos, equivalentes a 23,16% e 13,63%, respectivamente. Observou-se que o teor de finos diminuiu com a inclusão dos dois lodos à serragem, indicando contribuição para agregação das partículas, nos tratamentos testados. O poder calorífico superior (PCS) dos pellets aumentou com a quantidade de lodo, 19,036 MJ.kg-1 (T1) para 21,297 MJ.kg-1 (T5) 100% LF e de 18,434 MJ.kg-1 (T6) para 22,752 MJ.kg-1 (T10) 100% de LB. No entanto, o acréscimo de lodo elevou o percentual de cinzas de 4,14% (T1) para 9,72% (T5) e de 6,14% (T6) para 20,88% (T10). A termogravimetria e a calorimetria diferencial de varredura evidenciaram processos de desidratação e degradação, com picos endotérmicos e exotérmicos correspondentes a diferentes estágios de combustão. Os resultados indicaram que todos os tratamentos poderiam ser produzidos, por possuírem potencial energético semelhante ao T11, necessitando estudos com aglutinante para melhorar a agregação das partículas. Foi concluído que os tratamentos T1 e T6 poderiam ser utilizados para queima em caldeira por estarem de acordo com a normativa SEMA n°042 (SEMA, 2008). Os tratamentos T5 e T10 poderiam também serem utilizados juntamente com o cavaco para queima, devido seu baixo teor de finos. Com relação a análise de viabilidade econômica do reaproveitamento dos LF e LB como biomassa combustível complementar, revelou uma economia de R$ 835.528,68 ao ano no Cenário 2 em comparação ao Cenário 1, ao substituir cavaco de eucalipto e destinar os lodos para a queima na caldeira. No Cenário 3, embora houvesse um aumento no consumo de cavaco de aproximadamente 3%, gerando um custo adicional de R$ 371.259, a redução com a destinação dos lodos para compostagem atingiria R$ 1.016.406,72, resultando em uma economia total de R$ 645.147,72 ao ano. A análise da taxa interna de retorno e do payback confirma a viabilidade financeira do Cenário 2, proporcionando retorno no primeiro ano de investimento e contribuindo para a redução de custos de tratamento de resíduos

Abstract: Pellets are regarded as a solid biofuel, produced through the compaction of lignocellulosic waste for energy generation. This study aimed to produce pellets from mixtures of pine sawdust (SP) and floating sludge (LF) and biodigester sludge (LB) derived from the wastewater treatment plant of a pig slaughterhouse, as well as to evaluate their physical, chemical, and energy characteristics. Additionally, the economic feasibility of various scenarios for the disposal of the sludges was assessed. Pellets were produced and analyzed with different proportions of LF, LB, and SP, designated as T1 to T11, with the following composition combinations: T1 (20% LF - 80% SP), T2 (40% LF - 60% SP), T3 (60% LF - 40% SP), T4 (80% LF - 20% SP), T5 (100% LF - 0% SP), T6 (20% LB - 80% SP), T7 (40% LB - 60% SP), T8 (60% LB - 40% SP), T9 (80% LB - 20% SP), T10 (100% LB - 0% SP), and T11 (100% SP). The raw materials and pellets underwent physical, chemical, and energy characterization according to established standards and methodologies. Ultimately, three scenarios for the disposal of sludges produced in the pig slaughterhouse were evaluated. Regarding the physicochemical analyses, treatments T1 and T2 exhibited the highest fine particle content, at 23.16% and 13.63%, respectively. A reduction in fine particle content was observed with the incorporation of both sludges into the sawdust, indicating their contribution to particle agglomeration in the tested treatments. The higher heating value (HHV) of the pellets increased with the proportion of sludge, rising from 19.036 MJ.kg-1 (T1) to 21.297 MJ.kg-1 (T5, 100% LF) and from 18.434 MJ.kg-1 (T6) to 22.752 MJ.kg-1 (T10, 100% LB). However, the addition of sludge also raised the ash content from 4.14% (T1) to 9.72% (T5) and from 6.14% (T6) to 20.88% (T10). Thermogravimetric and differential scanning calorimetry analyses revealed dehydration and degradation processes, with endothermic and exothermic peaks corresponding to different combustion stages. The results indicated that all treatments could be produced, as they exhibited similar energy potential to T11, although further studies involving binders are necessary to enhance particle agglomeration. It was concluded that treatments T1 and T6 could be utilized for combustion in boilers, as they comply with relevant regulations. Treatments T5 and T10 could also be used alongside wood chips for combustion due to their low fine particle content. In terms of economic feasibility for the repurposing of LF and LB as complementary biomass fuel, a savings of R$ 835,528.68 annually was identified in Scenario 2 compared to Scenario 1, by substituting eucalyptus wood chips and directing the sludges for boiler combustion. In Scenario 3, despite an increase in wood chip consumption of approximately 3%, resulting in an additional cost of R$ 371,259, the savings from directing the sludges to composting would amount to R$ 1,016,406.72, leading to a total annual savings of R$ 645,147.72. The analysis of the internal rate of return and payback period confirms the financial viability of Scenario 2, providing returns in the first year of investment and contributing to the reduction of waste treatment costs