Co-combustão de lodo de esgoto sanitário e carvão mineral: avaliação da influência do percentual de mistura

Abstract

A produção de energia de forma sustentável corresponde a uma das principais preocupações no desenvolvimento da sociedade. O carvão mineral, fonte não renovável, é amplamente utilizado na geração de energia elétrica e térmica, entretanto, é um importante contribuinte para as emissões dos gases de efeito estufa. O lodo proveniente das estações de tratamento de esgoto oferece riscos ao meio ambiente por suas características patogênicas e presença de contaminantes, além do que quando descartados em aterros utiliza espaço e cria passivos ambientais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é demonstrar a influência do percentual de mistura de lodo de esgoto sanitário no comportamento da temperatura de combustão e no perfil das emissões durante a co-combustão com carvão mineral em leito fluidizado borbulhante. O lodo de esgoto sanitário utilizado é oriundo da estação de tratamento de esgoto localizada em Criciúma-SC e o carvão mineral das minas da região sul do estado de Santa Catarina, Brasil. A caracterização do lodo de esgoto sanitário e do carvão mineral foi realizada em termos de análise imediata e elementar, já a análise das emissões foi realizada com auxílio de analisador de gases da marca ECIL Chemist 600, o qual possibilitou a medição de gases O2, CO, NO, SO2 e CO2 apresentados na condição referencial de oxigênio de 7%. O teor de carbono fixo do carvão mineral empregado apresentou valor superior ao do lodo de esgoto sanitário, e para a mistura de 50% carvão mineral e 50% lodo sanitário, foi de 23,52% de carbono fixo (base seca). Quanto aos percentuais de material volátil o lodo apresentou valores muito superiores ao carvão mineral, o Poder Calorífico Inferior também foi maior, 16.276 kJ/kg e 15.486 kJ/kg (base seca), para o lodo e o carvão, respectivamente. As temperaturas durante a combustão apontam pequena variação, 1,77 °C na região do leito e 0,62 °C na região de combustão, quando até 50% de lodo foi adicionado à mistura. Em relação às emissões atmosféricas, os níveis de CO2 apresentaram redução com a adição de lodo sanitário à mistura, o que ocorreu também com SO2. A adição de lodo de esgoto sanitário apresenta resultados promissores na co-combustão com carvão mineral.

Abstract: The sustainable production of energy is one of the main concerns in the development of society. Coal, a non-renewable source, is widely used in the generation of electrical and thermal energy, however, it is an important contributor to greenhouse gas emissions. The sludge coming from sewage treatment plants poses risks to the environment due to its pathogenic characteristics and presence of contaminants, in addition to which, when discarded in landfills, it uses space and creates environmental liabilities. In this context, the objective of this work is to demonstrate the influence of the percentage of sanitary sewage sludge mixture on the combustion temperature behavior and on the emission profile during co-combustion with mineral coal in a bubbling fluidized bed. The sanitary sewage sludge used in this study comes from the treatment plant located in Criciúma-SC and the coal from the mines in the southern region of the state of Santa Catarina, Brazil. The characterization of sewage sludge and coal was carried out in terms of immediate and elemental analysis, while the analysis of emissions was carried out with the aid of a gas analyzer ECIL Chemist 600, which enabled the measurement gases of O2, CO, NO, SO2 and CO2 presented in the reference oxygen condition of 7%. The fixed carbon content of mineral coal used was higher than of the sanitary sewage sludge, and for the mixture of 50% mineral coal and 50% sanitary sludge was 23,52% of fixed carbon (dry base). As for the percentages of volatile material, the sludge presented values much higher than the mineral coal, the same occurred with the lower calorific value, which was 16.276 kJ/kg and 15.486 kJ/kg (dry base), for the sludge and the coal, respectively. The temperatures during combustion showed little variation, 1,77 °C in the bed region and 0,62 °C in the combustion region, when up to 50% of sludge was added to the mixture. Regarding atmospheric emissions, CO2 levels were reduced with the addition of sanitary sludge to the mixture, which also occurred with SO2. The addition of sewage sludge shows promising results in co-combustion with coal.