Lodo de esgoto seco como recurso energético e agronômico : uma análise longitudinal e multiparamétrica em escala plena em Curitiba - PR

Abstract

Resumo: A crescente geração de lodo nas Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) configura um desafio ambiental, pois a solução mais utilizada são os aterros sanitários. Novas opções devem ser desenvolvidas pois o licenciamento de aterros sanitários está cada vez mais difícil e burocrático. O aproveitamento energético pode ser um recurso valioso e economicamente viável. Nesse contexto, o lodo de esgoto seco (DSS – Dry Sewage Sludge) pode ser considerado um recurso energético, alinhado aos princípios da economia circular, ao permitir a recuperação de energia em processos internos da própria ETE. Esta pesquisa justifica-se pela necessidade de caracterizar o DSS proveniente de uma unidade de secagem térmica em escala plena, visando avaliar sua viabilidade energética e agronômica e fornecer subsídios técnicos para sua valorização em rotas termoquímicas sustentáveis. O objetivo geral foi investigar a contribuição do potencial do DSS ao longo de 24 meses, com base em suas propriedades agronômicas, químicas e térmicas. Para isso, coletaram-se amostras mensais de DSS na ETE Atuba Sul (Curitiba – PR), as quais foram submetidas a análises físico-químicas, elementares, térmicas — incluindo Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e determinação do Poder Calorífico Inferior (PCI) —, microbiológicas e de metais, além da aplicação de análise matemática para determinação da Energia de Ativação (Ea). Os resultados demonstraram que o DSS apresenta PCI médio de 11,34 MJ kg-¹, com variações associadas à umidade e à composição elementar. Os ensaios TGA revelaram comportamento térmico distinto em atmosferas de nitrogênio (N2) e ar sintético (N2O2), sendo essa última mais representativa para processos de combustão. Os valores de calor específico (Cp) variaram entre 0,93 e 1,83 kJ kg-¹ K-¹, e o modelo cinético de Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) apresentou o melhor ajuste para os dados de Ea. Do ponto de vista microbiológico, o DSS apresentou baixos níveis de patógenos, e as concentrações de metais estiveram dentro dos limites estabelecidos pela legislação ambiental, permitindo sua aplicação agrícola. Assim, o DSS demonstrou viabilidade para agronômica e valorização energética, especialmente por combustão, reforçando a importância de estratégias integradas para seu aproveitamento sustentável

Abstract: The increasing generation of sludge in Sewage Treatment Plants (STPs) poses an environmental challenge, as the most common solution is sanitary landfills. New options must be developed, as landfill licensing is becoming increasingly difficult and bureaucratic. Energy recovery can be a valuable and economically viable resource. In this context, dry sewage sludge (DSS) can be considered an energy resource, aligned with the principles of the circular economy, by enabling energy recovery in the STP's internal processes. This research is justified by the need to characterize DSS from a full-scale thermal drying unit, assessing its energetic and agronomic viability and providing technical support for its valorization through sustainable thermochemical routes. The overall objective was to investigate the contribution of DSS potential over a 24-month period, based on its agronomic, chemical, and thermal properties. Monthly samples of DSS were collected at the Atuba Sul STP (Curitiba – PR) and subjected to physicochemical, elemental, and thermal analyses — including Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), and determination of the Lower Heating Value (LHV) — as well as microbiological and metal content analyses. A mathematical analysis was also applied to determine the Activation Energy (Ea). The results showed that DSS has an average LHV of 11.34 MJ kg-¹, with variations associated with moisture and elemental composition. TGA tests revealed distinct thermal behavior in nitrogen (N2) and synthetic air (N2O2) atmospheres, with the latter being more representative of combustion processes. Specific heat (Cp) values ranged from 0.93 to 1.83 kJ kg-¹ K-¹, and the Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) kinetic model provided the best fit for the Ea data. From a microbiological perspective, DSS presented low levels of pathogens, and metal concentrations were within the limits established by environmental legislation, allowing its agricultural application. Thus, DSS demonstrated viability for agronomics and energy recovery, especially through combustion, reinforcing the importance of integrated strategies for its sustainable use