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MARIANA HARUMI IMAI

APROVEITAMENTO ENERGTICO DO LODO DE

ETEI DE INDSTRIA DE PAPEL NO MUNICPIO DE

CORREIA PINTO/SC.

FLORIANPOLIS - SC2010

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO TECNOLGICO - CTC

CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA SANITRIA E

AMBIENTAL

MARIANA HARUMI IMAI

APROVEITAMENTO ENERGTICO DO LODO DE ETEI DE

INDSTRIA DE PAPEL NO MUNICPIO DE CORREIA

PINTO/SC.

Trabalho submetido Banca Examinadora

como parte dos requisitos para Concluso do

Curso de Engenharia Sanitria e Ambiental

TCC II

Orientador: Prof. Dr. Fernando Soares PintoSantAnna

FLORIANPOLIS - SC

2010

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AGRADECIMENTOS

Ao professor Fernando, pela pacincia e dedicao de orientarmesmo a distncia.

Aos meus amigos e namorado, pela compreenso da ausncianos encontros, churrascos, festas e viagens nos ltimos meses e peloapoio nos momentos de difceis.

E em especial aos meus pais, pelo apoio e amor incondicionais,pois mesmo distncia sempre estiveram sempre presentes para ouvir,consolar nos momentos difceis e vibrar com as conquistas ao longodestes anos.

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RESUMO

O passivo ambiental gerado, o alto custo de transporte e destinao e odirecionamento dos novos modelos de gesto sustentvel so fatores quedescaracterizam o uso de aterro como a melhor alternativa para adisposio de grandes quantidades de resduos gerados nas indstrias.Face a este cenrio, as indstrias tem investido cada vez mais na

minimizao da gerao de resduos e no aproveitamento dos resduosgerados como sub-produtos e como fonte de energia. A indstria depapel tissue em estudo fabrica papel para fins sanitrios a partir decelulose e de fibra reciclada, esta ltima produzida na prpria planta a

partir de aparas de papel fornecidas por cooperativas de triagem deresduos. Neste estudo foi analisada a viabilidade do uso do lodo de ETEcomo combustvel para a caldeira de grelhas rotativas. Nos testes noforam identificados prejuzos eficincia de gerao de vapor com aincluso do lodo em at 15,9% na composio de biomassa. Os

efluentes gasosos desta queima atendem as legislaes pertinentes e aanlise econmica dos testes indicou que a queima de lodo poderepresentar uma economia para a empresa de at R$ 20.000,00 por ms.

PALAVRAS-CHAVE:.Indstria de papel, Lodo, Minimizaode Resduos e Aproveitamento Energtico.

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ABSTRACT

The environmental liabilities generated, the high cost oftransportation and disposal and targeting of new models of sustainablemanagement are factors that mischaracterize the use of landfill as the

best alternative for disposing large quantities of mills waste. Againstthis backdrop, industries have increased investment in minimizing waste

generation and waste recovery as by-products and as an energy source.The tissue mill in question manufactures sanitary paper from pulp andrecycled fiber, the latter produced in the plant itself from scrap paper

provided by cooperatives of waste. In this study we analyzed thefeasibility of using sludge as fuel for ETE boiler rotary grates. In thetests it have not been identified damage to the efficiency of steamgeneration with the inclusion of sludge in up to 15,9% in thecomposition of biomass. The gaseous emissions of combustion meet therelevant legislation and the economic analysis of the tests indicated that

energetic profit of sludge can represent savings to the company of up toR$ 20.000,00 per month.

KEY WORDS:. Paper Mill, Sludge, Minimization of Wasteand Energy Use.

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SUMRIO

1 INTRODUO .................................................................... 8

2 OBJETIVOS ...................................................................... 10

2.1 Objetivo Geral ....................................................................... 10

2.2 Objetivos Especficos ............................................................. 10

3 REVISO BIBLIOGRFICA ......................................... 11

3.1 Indstria de Papel Tissuee Reciclagem de Papel ............... 11

3.1.1 Processo Produtivo de Papel Tissue ....................................... 11

3.1.2 Processo de Reciclagem de Papel ........................................... 12

3.2 Tratamento de efluentes de Indstria de papel................... 13

3.2.1 Remoo de umidade do lodo .................................................. 14

3.3 Gerao e gerenciamento de RS em indstrias de papel.... 15

3.3.1 Disposio de resduos industriais .......................................... 16

3.4 Aproveitamento Energtico do Lodo ................................... 16

3.4.1 Biomassa.................................................................................. 17

3.4.2 Poder calorfico ....................................................................... 18

3.4.3 Queima de lodo em caldeira .................................................... 18

3.5 Legislao ............................................................................... 20

3.5.1 Resduos Slidos ...................................................................... 20

3.5.2 Emisses Atmosfricas ............................................................ 214 METODOLOGIA .............................................................. 22

4.1 Situao Fsica ....................................................................... 22

4.2 Dados da caldeira .................................................................. 22

4.3 Materiais e Mtodos .............................................................. 23

5 RESULTADOS E DISCUSSO ....................................... 25

5.1 Caracterizao do Lodo ........................................................ 255.2 Avaliao do Poder Calorfico .............................................. 26

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5.3 Anlise do Efluente Atmosfrico .......................................... 27

5.4 Teste de Queima em Caldeira ............................................... 28

5.5

Avaliao da Viabilidade Econmica ................................... 31

6 CONCLUSO.................................................................... 33

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................. 34

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1

INTRODUO

Os resduos industriais e urbanos vm se tornando um dos mais

srios problemas que a sociedade moderna enfrenta. Sua disposio deforma inadequada provoca a degradao do meio ambiente e acontaminao dos mananciais de gua e do solo.

As caractersticas dos resduos industriais variam de acordo como tipo de produto fabricado, a matria-prima e os insumos utilizados, o

processo empregado, as tecnologias usadas nas diversas etapas daproduo e o controle da eficincia ambiental. Estes resduos requeremcuidados especiais quanto coleta, triagem, acondicionamento,transporte e destinao de acordo com a sua periculosidade a sadehumana e ao meio.

O projeto de lei que regulamenta a Poltica Nacional de ResduosSlidos no pas foi aprovado no Senado e aguarda sano do presidenteda repblica. Entretanto a legislao brasileira j prev que o geradormantm responsabilidade solidria e imprescritvel sobre seus resduos,mesmo que os tenha destinado atravs de empresa regularmentelicenciada. Assim, a segurana de uma correta destinao para seusresduos hoje, mais do que uma boa prtica, uma responsabilidade que

nenhuma empresa ou organizao pode negligenciar (ABETRE, 2010).Paralelamente, segundo a Associao Brasileira de Celulose ePapel, o Brasil o 11 maior produtor de papel e o setor apresentacrescimento anual mdio de 5,7% nas ltimas dcadas. O setor dereciclagem de papel tem evoludo na mesma proporo para suprir ademanda de matria-prima nas indstrias. Este crescimento aceleradoreflete em maior demanda de insumos e matria-prima e maior geraode resduos, e tambm na busca por novos processos, tecnologias emateriais.

A indstria de papel gera impactos ambientais significativos,sobretudo em termos de explorao de recursos naturais, consumo degua, emisses atmosfricas e gerao de resduos.

Embora alguns dos resduos gerados sejam facilmentereaproveitados nas prprias indstrias de origem ou em empresasrecicladoras, como o caso de plsticos, papis, metais e madeira, htambm aqueles resduos cuja destinao mais difcil devido a suanatureza. Neste ltimo caso se enquadra o lodo proveniente do sistemade tratamento de efluentes.

As caractersticas desse lodo variam dependendo do tipo de papelproduzido, tratamento qumico empregado, bem como o tipo de

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processo. Lodos de papel produzidos a partir de celulose branqueada socompostos quase que exclusivamente de fibras de celulose, enquantoque o lodo proveniente da reciclagem de aparas de papel contm uma

boa parte de cinzas e componentes inorgnicos, alm da parcela decelulose. No caso em questo, o lodo da estao de tratamento deefluentes industriais resulta dos dois processos: fabricao a partir decelulose virgem e reciclagem de papel.

A destinao mais comum para este lodo so os aterrosindustriais. No entanto, essa alternativa no se mostra a melhor opodos pontos de vista tcnico, financeiro e ambiental. Do ponto de vista dasustentabilidade, o ideal que esses resduos possam ser reaproveitados,evitando o passivo ambiental gerado e preservando recursos naturais.

Neste contexto, este trabalho tem o objetivo de avaliar o potencialde aproveitamento energtico do lodo gerado na ETEI de uma indstriaque produz papel tissuea partir de aparas recicladas e de fibra celulsica

branqueada, atravs da incluso deste resduo na mistura de biomassa,utilizada como combustvel em caldeira de grelhas rotativas.

A finalidade do estudo promover uma utilizao mais nobre, doponto de vista de sustentabilidade, do resduo gerado na planta, levandoem considerao a viabilidade ambiental, tcnica e financeira doaproveitamento energtico do lodo. Embora a disposio de resduos em

aterro industrial, utilizada atualmente, seja considerada uma tcnica dedisposio adequada, a mesma gera impactos ambientais, demandaespao e representa alto custo para a empresa. Alm disso, oaproveitamento do resduo na planta em que foi gerado representa adiminuio do consumo de biomassa.

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OBJETIVOS

2.1

Objetivo Geral

O objetivo do trabalho avaliar o uso de lodo gerado em estaode tratamento de efluentes de indstria de papel tissuena composio da

biomassa utilizada para queima em caldeira de grelhas rotativas.

2.2 Objetivos Especficos

Avaliar a eficincia da caldeira nos testes de incluso de lodo nabiomassa;

Analisar as emisses atmosfricas resultantes da queima debiomassa com adio de lodo;

Avaliar a viabilidade econmica da incluso de lodo nabiomassa, mediante comparao dos custos para queima Xtransporte e disposio em aterro.

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3 REVISO BIBLIOGRFICA

3.1

Indstria de PapelTissue

e Reciclagem de Papel

Papel tissue ou para fins sanitrios so tipos de papis queabrangem os higinicos, as toalhas absorventes, guardanapos e lenos, ea linha institucional, para atendimentos a grandes consumidores, comoredes de fast food, hospitais, escritrios, indstrias, etc (MACEDO,2006).

3.1.1 Processo Produtivo de Papel Tissue

A maior parte da composio do papel constituda de celulose,que a matria-prima mais importante no processo. Alm desta,tambm so utilizadas inmeras matrias-primas no fibrosas,dependendo do tipo e da utilizao do papel (PIOTTO, 2003).

No caso do papel tissue, a celulose utilizada composta de fibracurta e os demais componentes para a massa so as cargas, os produtosqumicos e demais aditivos dependendo das caractersticas que se

procura e tambm para melhorar a eficincia e estabilidade no processo.

O Processo de fabricao do papel constitudo basicamente deduas etapas principais: o preparo de massa e a formao da folha namquina.

Preparo de massaA preparao da massa envolve quatro etapas: desagregao da

celulose, refinao, preparao da receita e depurao.Na primeira etapa a celulose em folhas desagregada em um

equipamento chamado hidrapulper, que nada mais do que um

liquidificador domstico de propores gigantescas.A seguir, na fase de refinao as fibras de celulose so

submetidas a uma reao de corte, esmagamento ou fibrilao, quecausam um aumento da superfcie da fibra em contato com o meio, que a gua. Sendo a celulose um material higroscpio, ela retm gua emsua superfcie, por isso, quanto maior o grau de refinao, mais gua

pode ser retida.Neste momento, a pasta celulsica entra no tanque de preparo de

receita, onde misturada com os demais componentes (cargas, produtosqumicos e aditivos), que fazem parte da receita do papel.

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Por fim, na ltima etapa de preparo da massa ocorre a operaode limpeza da receita, cuja finalidade retirar impurezas, bolos demassa ou fibras enroladas que so indesejveis para a aparncia efinalidade da folha de papel.

Mquina de papelA mquina de papel, para melhor entendimento, pode ser dividida

em 05 partes: caixa de entrada, mesa plana, prensas, secador, calandra eenroladeira (PIOTTO, 2003).

Aps o preparo, a massa encaminhada para a caixa de entrada,que um compartimento que tem a funo de distribuir a suspenso defibras sobre a mesa plana o mais uniformemente possvel.

Ao cair sobre a tela, a massa fica retida na superfcie, e a guacontida nesta passa atravs da mesma, escoando em calhas apropriadas.Esta gua, rica em partculas de fibras e cargas, recirculada para diluira massa que alimenta a mquina.

Ao sair da mesa plana, a folha j est formada, porm 80 a 85 %da sua constituio gua. A finalidade das prensas retirar parte dessagua. Ao sair das prensas para a fase seguinte do processo (secagem), afolha de papel ainda contm cerca de 60% de gua

Na etapa final de formao de papel tissue, a secagem ocorre no

cilindro denominado Yankee, que um cilindro de ao com superfciepolida. Contra o secador Yankee trabalha um rolo de suco e, s vezes,uma prensa para pressionar a folha de papel uniformemente sobre acamisa do cilindro. Sobre o secador soma-se uma capota que insufla arquente sobre a superfcie da folha, utilizando o processo de conveco

para a secagem (HARDT, 2008).Para conduo da folha, entre os cilindros secadores, usam-se

feltros ou telas secadoras. A gua evaporada do papel extrada porcoifas especiais. A umidade da folha, ao deixar a seo de secagem,

varia de 3 a 8 %.A calandra usada para o acerto da espessura e aspereza do

papel, ainda na mquina de papel, enquanto que na enroladeira a folhacontnua de papel vai sendo bobinada at um determinado dimetro, da

partindo para os vrios processos de beneficiamento e converso.

3.1.2

Processo de Reciclagem de Papel

Hoje, o uso de fibras recicladas ao redor do mundo crescenteno s devido presses ecolgicas e ambientais, mas tambm em razo

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de fatores econmicos e do desenvolvimento tecnolgico do setor (OPAPEL, 2005).

A matria-prima deste processo so as aparas de papel, originadascomo refugo em processos industriais ou materiais descartados apsutilizao.

Nas unidades de reciclagem, o processo produtivo se inicia nadesagregao da aparas, realizada de forma similar celulose, emequipamento denominado hidrapulper, que tem a forma de um tanquecilndrico e possui um rotor giratrio ao fundo. O equipamentodesagrega o papel, na presena de gua, formando uma pasta(ESCANDOLHERO, 2000).

J nesta primeira etapa se inicia a depurao da massa por uma

peneira localizada abaixo do rotor que segrega impurezas maisgrosseiras como fibras no desagregadas, pedras, metal e plsticos.Aps a desagregao, a massa passa pelo processo de depurao,

que consiste em remover impurezas mais finas da massa, tais comoareia, plsticos, palitos, finos e pastilhas de papel que no seindividualizam na desagregao (GALLON, 2006). O princpioutilizado para separar as impurezas nestes equipamentos a diferena dedensidade.

Na sequncia, a massa passa por refinadores e atravs do atrito

entre as fibras, a superfcie de contato dessas aumenta, melhorando aligao entre elas e a ao dos qumicos utilizados na etapa a seguir.

Em virtude das tintas presentes nas aparas, necessrio obranqueamento qumico da pasta, utilizando compostos de cloro ou, nobranqueamento totalmente livre de cloro, oxignio, perxido dehidrognio ou oznio.

3.2 Tratamento de efluentes de Indstria de papel

Os processos de tratamento aerbios so os mais empregadospara efluentes industriais. As guas residurias provenientes deindstrias de papel e celulose so comumente tratadas por processosaerbios, tais como lagoas aeradas e lodos ativados.

O tratamento biolgico precedido por tratamento primrio quevisa a remoo de fibras e materiais em suspenso presentes na guaresiduria. Em alguns casos, tambm so necessrios sistemas deneutralizao/equalizao e resfriamento da gua residuria antes do

tratamento biolgico (PIOTTO, 2003).

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Aps a etapa biolgica, os sistemas de depurao de efluentes deindstria de papel apresentam um segundo clarificador, a fim de retiraros slidos atravs de separao fsica. O Fluxograma convencional dossistemas de tratamento de indstrias de papel apresentado na Figura 1.

Figura 1: Adaptado de SCOTT, 2001.

Segundo Sperling (2001), nos processos de tratamento deefluentes industriais ocorre produo de lodo, associada aos slidos

presentes no efluente bruto e, principalmente, biomassa que sedesenvolve na etapa biolgica do tratamento.

3.2.1

Remoo de umidade do lodo

A remoo de umidade uma operao fundamental para areduo de massa e de volume do lodo em excesso a ser tratado oudescartado da estao de tratamentos de efluentes (ANDREOLI, 2001).

Os principais benefcios da remoo de umidade do lodo so: Reduo do peso e do volume do lodo; Diminuio da produo do lixiviado, quando disposto em

aterros; Melhoria das condies de manejo do lodo; Reduo no custo de transporte e disposio; Aumento do poder calorfico do lodo, com vistas ao

aproveitamento energtico;Segundo Sperling et al. (2001), a ligao da gua aos slidos nos

lodos deve-se a foras intermoleculares de diferentes tipos, distribuindo-se em quatro classes distintas, de acordo com a facilidade de separao:

gua livre;

gua adsorvida;gua capilar;

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gua celular.A remoo da gua livre realizada de forma consistente por

simples ao gravitacional ou por flotao. Um exemplo seria o queocorre nos processos de adensamento, como os adensadores e ascetrfugas. A eficincia do adensamento pode resultar na reduo devolume do lodo da ordem de 60% com relao ao volume original(ANDREOLI, 2001).

A gua adsorvida e a gua capilar exigem forasconsideravelmente maiores para serem separadas. Estas foras podemser de origem qumica, quando do uso de floculantes, ou mecnicas,mediante o uso de processos de desaguamento mecanizados, tais comofiltros prensa, prensas desaguadoras ou centrfugas. Teores de slidos

superiores a 30% podem ser obtidos, resultando em um materialdenominado torta, de aparncia semi-slida ou granular (ANDREOLI,2001).

A gua celular parte da fase slida e s pode ser removidaatravs de foras trmicas que provoquem uma mudana no estado deagregao da gua. Nesse sentido, o processo de secagem trmica umadas mais eficientes formas de remoo de umidade de tortas de lodo.Um teor de slidos de at 95% pode ser obtido, tendo como produtofinal um slido em p (ANDREOLI, 2001).

3.3 Gerao e gerenciamento de resduos em indstrias de papel

Os resduos slidos de indstrias de papel so provenientes doprocesso produtivo, como refugos e embalagens e tambm do processode tratamento de efluentes que gera, alm do efluente lquido, grandesquantidades de slidos na forma de lodo.

A indstria de reciclagem de papel, em especial, responsvelpela gerao de elevados volumes dirios de resduos e, assim comooutras indstrias, tem altas despesas com a necessidade de umaadequada destinao final para seus rejeitos (IBEIRO, 2007).

Em geral, o lodo proveniente do processo de reciclagem de fibrascelulsicas representa a maior parte dos resduos gerados e apresentacaracterstica de uma massa fibrosa de cor acinzentada, sendoclassificado como um resduo classe IIA no inerte (KAWATOKO,2009).

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3.3.1 Disposio de resduos industr iais

Na indstria de papel, praticamente todos os resduos slidos soreaproveitados ou reciclados internamente como o caso do refugo de

papel, que re-processado, ou externamente em empresas recicladoras,como o caso dos resduos metlicos e plsticos.

O grande desafio a destinao dos resduos gerados nossistemas de tratamento de efluentes, designados de lodo biolgico, osquais so classificados como resduos no inertes. A definio dosistema de disposio final deste lodo dever levar em considerao osaspectos tcnicos, econmicos, operacionais e ambientais e ascaractersticas do lodo, procurando garantir a forma mais adequada de

disposio (ANDREOLI, 2001).No Brasil, a alternativa mais empregada para disposio final delodo o aterro industrial. Embora seja uma tcnica apropriada dedestinao, a disposio em aterros est longe de ser a mais adequada,em virtude da ocupao de grandes espaos e dos riscos decontaminao de guas subterrneas e de emisses de poluentesatmosfricos.

Do aterro sanitrio emitido gs metano (CH4) produzido dadecomposio do resduo enterrado na ausncia de oxignio, que possui

um potencial vinte e cinco vezes maior que o dixido de carbono (CO2)de causar danos ambientais por efeito estufa (BALESTIERI, 2001).

3.4 Aproveitamento Energtico do Lodo

A adequada destinao final do lodo de ETE de indstria de papel necessria, mas encontra vrias dificuldades: os volumes gerados sosignificativos, os espaos para disposio dos mesmos se tornam cadavez mais escassos e os custos com as instalaes necessrias queatendem s exigncias tcnicas para um armazenamento apropriado, soelevados (IBEIRO, 2007). Alm disso, h o risco do passivo ambiental,mesmo aps a destinao final.

Na tica sustentvel, a eliminao final do lodo atravs daincinerao ou pela disposio em aterros sanitrios empregada apenasquando sua valorizao impossvel (SPERLING, 2001).

A Lei n14.675/2009, que institui o cdigo estadual de meioambiente define valorizao de resduos como a operao que permite

a requalificao de resduos por meio de reutilizao, reciclagem,valorizao energtica e tratamento para outras aplicaes.

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Encontrar aplicabilidade para os resduos industriais umasoluo eficaz no sentido de buscar minimizar os problemasrelacionados gerao dos mesmos. Muitos podem ser transformadosem matrias-primas para outras linhas de produo, ou utilizados comomaterial alternativo na substituio de recursos naturais (IBEIRO,2007).

Diversas so as possveis aplicaes para o lodo de indstria depapel, dependendo das caractersticas do resduo, do investimento que sepretende aplicar e do contexto em que a indstria geradora est inserida.H trabalhos desenvolvidos no sentido de incorporao em materiais deconstruo, incorporao no solo, compostagem, entre outros.

Neste trabalho pretende-se focar o aproveitamento energtico do

lodo atravs da queima em caldeira, alternativa que ser apresentada nostpicos subseqentes.

3.4.1 Biomassa

Uma substncia para ser usada como combustvel deve serabundante na natureza, desprender suficiente quantidade de calor ao seroxidada e apresentar um custo relativamente baixo. A biomassa sedestaca neste primeiro requisito em funo de ser facilmente encontrada

na natureza e nos residuais de processos agrcolas e industriais.Os tipos de biomassas usadas para gerao de energia incluem

(Zevenhoven, 2001, citado em MACEDO 2006):

rvores como pinus e eucalipto; Resduos de madeira como galhos, folhas, razes; Resduos do corte e beneficiamento da madeira, como serragem

e cavacos; Resduos de colheitas como casca de arroz e casca de

amendoim: resduos agroindustriais como lignina e bagao de cana-de-acar;

Resduos de efluentes como lodo de estao de efluentesindustriais;

Resduos aglomerado, oupelletsde refino e re-refino de leo naindstria petrolfera;

Resduos domsticos.

Esta diversidade e a facilidade de obteno tornam a biomassa

atraente tanto para complementar outros combustveis, como para

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combustvel principal nas mais variadas fontes de gerao de energia nomundo.

3.4.2

Poder calorfico

A quantidade de energia liberada por um combustvel durante suaqueima chamada de poder calorfico. Todo o balano de combustoem uma caldeira baseia-se nesta caracterstica, pois determina qual aquantidade de combustvel deve ser queimada por hora para gerar ocalor necessrio para evaporar a gua e para compensar perdas. O podercalorfico pode ser denominado de inferior ou superior (BATISTA,2007).

O poder calorfico superior (PCS) a quantidade de calorliberado durante a combusto de um quilograma de combustvel slidoou lquido ou de um metro cbico de combustvel gasoso, sob acondio de condensao do vapor de gua e arrefecimento dos

produtos de combusto at 25 C (VLASSOV, 2001). O podercalorfico superior refere-se ao combustvel puro, enquanto que o podercalorfico inferior (PCI) ao combustvel comercial, pois inclui a entalpianecessria para a vaporizao da gua. O poder calorfico inferior maisutilizado nos clculos e na prtica, particularmente, para combustveis

com grande teor de umidade (BATISTA, 2007).

3.4.3

Queima de lodo em caldeira

O relatrio europeu de Melhores Prticas da Indstria de Papel eCelulose (IPPC, 2001) informa que incomum a queima de lodo deefluente sozinho em caldeiras de produo de vapor, geralmente utiliza-se uma queima suplementar para manter a ignio, devido ao baixo

poder calorfico do resduo e a baixa concentrao de cinzas.

Caldeira a Vapor de Grelhas RotativasCaldeiras a vapor so equipamentos destinados a produzir e

acumular vapor sob presso superior atmosfrica, utilizando qualquerfonte de energia. Nas unidades de processo, o vapor utilizado comofonte de transporte de energia trmica, obtido atravs da oxidao de umcombustvel na fornalha, liberando calor para a vaporizao da gua(BATISTA, 2007).

Conforme o tipo, as caldeiras podem ser classificadas emflamotubulares ou aquotubulares. Nas caldeiras flamotubulares os gasesquentes da combusto passam por dentro dos tubos ao redor dos quais

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est a gua a ser aquecida e evaporada. Este tipo de caldeira empregado para pequenas capacidades, produzindo apenas vaporsaturado de baixa presso. As caldeiras aquotubulares apresentamcirculao de gua por dentro dos tubos enquanto os gases de combustoficam do lado de fora. As caldeiras deste tipo tm uma maior capacidadede produo de vapor a uma presso mais alta (BATISTA, 2007).

De acordo com a presso do vapor gerado, as caldeiras soclassificadas do seguinte modo (Manual Tcnico de Caldeiras e Vasosde Presso NR-13):

- Categoria A: presso de operao > ou = 20 kgf/cm

- Categoria B: entre 20 kgf/cm e 6 kgf/cm

- Categoria C: presso de operao < ou = 6 kgf/cm e o volume igual ou inferior a 100 litros.

Todas as caldeiras so constitudas pelas seguintes partesfundamentais: tubules, feixe de tubos, queimador para combustveislquidos e gasosos ou dosadores para combustveis slidos, cmara decombusto, chamin, ventiladores e instrumentao. Alm destas partes,as caldeiras devem estar associadas a um sistema de armazenamento decombustvel, a um sistema de alimentao do combustvel at a cmara

de combusto, a um sistema de tratamento de gases para a minimizaodas emisses e a todo um sistema de distribuio de vapor para afbrica.

A fornalha ou cmara de combusto a parte do gerador de vaporonde queimado o combustvel utilizado para a produo de vapor. Omtodo mais tradicional para combustveis slidos a combusto emgrelhas de movimentao, de vibrao ou de rotao. Alm das grelhas,a cmara de combusto dispe de um espao livre para odesenvolvimento das chamas e de um espao localizado abaixo da

grelha denominado depsito de cinzas, pelo qual penetra parte do arnecessrio combusto (BATISTA, 2007).

Dependendo do combustvel, a cinza pode representar at 40% damassa de alimentao. Por esta razo, quando uma caldeira que queimacombustvel slido for projetada, sempre deve ser levado em contaaspectos tais como: a remoo da cinza da caldeira, o seuarmazenamento, o sistema de captao da cinza volante e o destino dacinza gerada.

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3.5

Legislao

3.5.1

Resduos Slidos

A Resoluo CONAMA n 316 de 29 de outubro de 2002, dispesobre procedimentos e critrios para o funcionamento de sistemas detratamento trmico de resduos.

No artigo 2, considera-se para os fins desta Resoluo:

I Resduos: os materiais ou substncias, que sejam

inservveis ou no passveis de aproveitamentos

econmico, resultante de atividades de origem industrial,

urbana, servios de sade, agrcola e comercial dentre os

quais incluem-se aqueles provenientes de portos,aeroportos e fronteiras, e outras, alm dos contaminados

por agrotxicos.

II - Melhores tcnicas disponveis: o estgio mais eficaz e

avanado de desenvolvimento das diversas tecnologias de

tratamento, beneficiamento e de disposio final deresduos, bem como das suas atividades e mtodos de

operao, indicando a combinao prtica destas

tcnicas que levem produo de emisses em valoresiguais ou inferiores aos fixados por esta Resoluo,

visando eliminar e, onde no seja vivel, reduzir as

emisses em geral, bem como os seus efeitos no meioambiente como um todo.

A Resoluo CONAMA n 313 de 29 de outubro de 2002, dispesobre o Inventrio Nacional de Resduos Slidos Industriais.

No artigo 2, para fins desta Resoluo entende-se que:

I - Resduo slido industrial todo o resduo que resultede atividades industriais e que se encontre nos estadosslido, semi-slido e gasosoquando contido, e lquido

cujas particularidades tornem invivel o seu lanamento

na rede pblica de esgoto ou em corpos dgua, ouexijam

para isso solues tcnicas ou economicamente inviveis

em face da melhor tecnologia disponvel. Ficam includos

nesta definio os lodos provenientes de sistemas de

tratamento de gua e aqueles gerados em equipamentos e

instalaes de controle de poluio.

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nitrognio provenientes de processo de gerao de calor a partir dacombusto externa de derivados de madeira, conforme Tabela 1.

Tabela 1: Limites de emisso de poluentes atmosfricos para gerao de

calor a partir de combusto externa de derivados de madeira

4 METODOLOGIA

4.1

Situao Fsica

A indstria de papel em questo est situada no municpio deCorreia Pinto, regio serrana de Santa Catarina. O setor de papel ecelulose se destaca na gerao de emprego e renda local.

O lodo gerado no processo proveniente da Estao detratamento de efluentes da planta, que recebe o efluente lquido damquina de papel, e do processo de reciclagem de aparas. O tratamentodo lodo consiste na retirada de umidade atravs de aplicao de

polmero e passagem por dois equipamentos: o engrossador e a prensadesaguadora.

No final do desge, o material passa para uma esteiratransportadora, que encaminha o lodo com umidade mdia de 52% at

os caminhes que o transportam aterro industrial classe II, localizadono municpio de Otaclio Costa, a 60 km de distncia. Por ms, sogeradas em mdia 2.000 toneladas de lodo.

4.2 Dados da caldeira

A caldeira de grelha rotativa se localiza dentro da empresa e geratodo o vapor utilizado no processo, em unidades da reciclagem de fibra

e principalmente no processo de secagem durante a fabricao da folhade papel.

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A caldeira de biomassa do tipo mista. Na parte inferior osistema Aquatubular, a gua passa por dento dos dutos e aquecida

pela queima da biomassa que ocorre externamente nas grelhas. Na partesuperior da caldeira o conceito flamotubular, ou seja, os gases quentes

passam no interior das tubulaes e aquecem a gua na parte externa.

Em relao ao equipamento outras informaes so relevantes:

Capacidade de gerao de vapor: 2.000 kg/hora com entrada degua a 90C;

Combustvel principal: resduos de madeira; Combustvel secundrio:pelletsde refinarias e lodo de ETEI; Presso de Trabalho: 22 kgf/cm2;

Antes da liberao de queima do lodo, o consumo mdio debiomassa padro, constituda de uma mistura de serragem e pellets derefinaria num percentual de 80 e 20%, respectivamente, era de 65toneladas por dia. A unidade de vapor gera em mdia 800 kg/dia de umresduo de queima, constitudo de cinzas e fuligem.

A caldeira foi adquirida em comodato com a empresa fabricante,que recebe mensalmente por quantidade de vapor gerado.

4.3

Materiais e Mtodos

A etapa inicial do trabalho consistir na classificao de amostrasde lodo solubilizado e lixiviado e do potencial energtico do lodo. Osensaios sero realizados em laboratrios contratados e tero comoreferncia as seguintes normas brasileiras:

NBR 8112 Carvo Vegetal Anlise Imediata, destinada determinao dos teores de umidade, cinzas, matrias volteis ecarbono fixo de carvo vegetal;

NBR 8633 Determinao do Poder Calorfico: prescreve omtodo de determinao do poder calorfico superior do carvovegetal a volume constante, em uma bomba calorimtricaadiabtica, isotrmica ou esttica;

NBR 6922 Determinao da Massa Especfica (Densidade aGranel): prescreve o mtodo de determinao da massaespecfica do carvo vegetal como recebido.

ABNT NBR 10004 - Classificao de Resduos Slidos: Esta

Norma classifica os resduos slidos quanto aos seus riscos

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potenciais ao meio ambiente e sade pblica, para que possamser gerenciados adequadamente.

ABNT NBR 10005 - Lixiviao de Resduos: Fixar osrequisitos exigveis para a obteno de extrato lixiviado deresduos slidos, diferenciando os resduos classificados pelaABNT NBR 10004 como classe Iperigosos - e classe IIno

perigosos. ABNT NBR 10006 - Solubilizao de Resduo: Fixa os

requisitos exigveis para obteno de extrato solubilizado deresduos slidos visando diferenciar os resduos Classe IIA eIIB.

De acordo com os resultados dos ensaios de poder calorfico, ser

definido, mediante a autorizao do rgo ambiental e em consenso coma empresa fabricante da caldeira, os percentuais de mistura do lodo composio da biomassa atual (20% de pellets de carbono e 80% deserragem) para realizao de testes de queima na caldeira rotativa.

Os testes em caldeira tm por objetivo avaliar a viabilidadetcnica e ambiental da incorporao do lodo na mistura de biomassa,mediante observao do comportamento da eficincia da caldeira, dataxa de consumo e gerao de resduos e tambm da emisso de gasesna chamin durante a operao.

O teste inicial ter por objetivo monitorar os gases e particuladosgerados, tendo como referncia os limites estabelecidos pela ResoluoCONAMA 382/2006. O planejamento, a amostragem e as anlises deemisses atmosfricas sero realizados de acordo com as seguintesnormas:

NBR 10.700: Planejamento de amostragem em dutos echamins de fontes estacionrias;

NBR 10.701: Determinao de pontos de amostragem em dutose chamins de fontes estacionrias;

NBR 12.020: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontesestacionrias Calibrao dos equipamentos utilizados emamostragens;

NBR 11.967: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontesestacionriasDeterminao da umidade;

NBR 10702: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontesestacionriasDeterminao da massa molecular em base seca;

NBR 11.966: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontes

estacionriasDeterminao da velocidade e vazo;

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NBR 12.019: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontesestacionriasDeterminao de material particulado;

Durante o teste de queima em caldeira tambm pretende-seavaliar os seguintes aspectos de operao: consumo de biomassa,eficincia da gerao de vapor, a gerao de cinzas, as emisses dematerial particulado e a quantidade de cinzas gerada, comparando com aqueima de biomassa padro sem o lodo.

Por fim, pretende-se realizar uma comparao econmica daincorporao do lodo atravs do levantamento dos custos de transporte edestinao atual do resduo e da estimativa de custo da incorporao dolodo na biomassa para queima em caldeira.

5

RESULTADOS E DISCUSSO

5.1

Caracterizao do Lodo

O lodo derivado do tratamento de efluentes dos processos dereciclagem e fabricao de papel foi caracterizado conforme ensaiosrealizados de acordo com a Norma NBR 10004.

A Tabela 2 indica a composio elementar deste resduo.

Tabela 2: Composio Elementar do Lodo de ETEI de indstria de papelParmetros Resultados

Aspecto Semi-Slido

Carbono (%) 8,23

Materiais Volteis (%) 63,01

Cinzas (%) 28,75

Densidade Aparente 1,06

Umidade 52

pH 1:1 7,56

Conforme as Normas NBR 10005 e NBR 10006, paraenquadramento nas classes de resduos, as caractersticas qumicasforam determinadas na Massa Bruta, no Extrato Solubilizado e noExtrato Lixiviado, conforme apresentado no Apndice A.

Nas anlises de lixiviao e massa bruta do resduo, todos os

parmetros ficaram abaixo do valor mximo determinado, o que exclui apossibilidade de periculosidade e enquadra o mesmo sendo de classe II.

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Nos ensaios de solubilizao, alguns compostos como o alumnio,fenol, ferro total e mangans, se solubilizaram em frao maior que ovalor mximo determinado, caracterstica que enquadra o resduo como

No-inerte ou Resduo Classe IIA.

5.2 Avaliao do Poder Calorfico

Para a utilizao do lodo para fins energticos, deve-se conhecerseu poder calorfico e realizar uma anlise qumica (imediata) emlaboratrio, para determinao dos teores de materiais volteis, cinzas ecarbono fixo presentes na biomassa.

Foram avaliados separadamente a composio qumica imediata e

o poder calorfico dos materiais constituintes da biomassa inicial,composta de serragem e pellets de carbono e tambm do resduo que sedeseja incluir na mistura, o lodo de ETE.

Cada amostragem foi repetida 4 vezes e a mdia dos resultadosobtidos na anlise qumica imediata na base seca e os valores mdios de

poder calorfico superior e inferior so apresentados nas tabelas 3 e 4respectivamente.

Tabela 3: Composio qumica imediata na base seca

Amostras Materiais Volteis Carbono Fixo Cinzas

Mdia(%) *D.P.(%) Mdia(%) D.P.(%) Mdia(%) D.P.(%)

Pellets de

carbono 68,99 1,34 30,48 1,32 0,54 0,02

Serragem

de madeira 78,52 3,1 18,25 0,52 3,23 0,29

Lodo de ETE 63,01 0,41 8,23 0,95 28,75 1,22

*D.P.=Desvio PadroTabela 4: Poder calorfico inferior e superior

Amostras

Poder Calorfico

SuperiorPoder Calorfico Inferior

Mdia (kJ/kg) *D.P. Mdia (kJ/kg) D.P.

Pellets de carbono 9324 795 8784 536

Serragem de

madeira 4568 74 4244 115

Lodo de ETE 2867 138 2706 58* D.P. = DesvioPadro

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De acordo com a anlise de composio qumica imediata dosmateriais, verifica-se que o teor de materiais volteis do lodo prximoao teor de pellets de carbono. Por outro lado, o teor de carbono fixo muito inferior aos outros materiais e o teor de cinzas muitorepresentativo. Essas caractersticas, aliada ao poder calorfico, quetambm se mostrou inferior ao da serragem e dos pellets de carbono,indicam que o lodo tem uma eficincia menor de queima e maiorgerao de cinzas, o que possivelmente vai impactar tambm nos testesem caldeira.

5.3 Anlise do Efluente Atmosfrico

Com base nos ensaios preliminares de classificao de resduos,composio qumica imediata e poder calorfico, o rgo ambientalautorizou a incluso de at 20% de lodo na composio da biomassa

para realizao de um teste em caldeira para que se pudesse monitorar aemisso de poluentes atmosfricos resultantes da queima desse material.

Para a anlise foram considerados 3 diferentes cenrios para acomposio da biomassa, sendo que o primeiro se refere ao cenrioatual e os outros a possveis composies com lodo, considerando olimite estabelecido pelo rgo ambiental, no intuito de compar-los e

avaliar o possvel impacto da queima desse resduo no efluenteatmosfrico da caldeira.

- Composio 1: Sem o resduo, mistura de serragem e pellets, a80% e 20%, respectivamente;

- Composio 2: Com adio de lodo a 20% na composio,serragem e pellets, a 60% e 20% respectivamente;

- Composio 3: Com adio de lodo a 14% na composio,serragem e pellets, a 58% e 28% respectivamente;

Os parmetros monitorados foram material particulado (MP),NOx e densidade colorimtrica, cujos limites so estabelecidos naRESOLUO CONAMA N 382. Os resultados so apresentados naTabela 5.

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Tabela 5: Resultados da medio de emisses atmosfricas da caldeira

AmostrasLimite

Conama

Composio

1

Composio

2

Composio

3

MP (mg/Nm3

) 520 57,2 118,7 64,9

NOx(mg/Nm3) 650 101,11 140,2 147,7

Densidade

colorimtrica (%) 20

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Tabela 6

Percentual de lodo na composio da biomassa

Ms

Consumo de

biomassa(ton)

Quantidade

Serragem(ton)

Quantidade

Pellets(ton)

QuantidadeLodo (ton)

% de

lodo nabiomassa

1 2141 1621 180 340 15,9

2 1924 1513 168 243 12,6

3 2038 1834 204 0 0,0

4 1858 1672 186 0 0,0

5 2084 1794 199 91 4,4

Para avaliar o impacto do lodo na eficincia da caldeira, foramcomparados dois indicadores: (1) a eficincia, dada pelo total de vaporgerado por tonelada de biomassa que entrou no sistema e (2) o

percentual de lodo no sistema.

Tabela 7

Eficincia de Gerao de Vapor

Ms

Consumo

biomassa

(ton)

Vapor

gerado

(ton)

Eficincia (ton

vapor/ton biomassa)

% de lodo na

biomassa

1 2141 9467 4,42 15,9

2 1924 7935 4,12 12,6

3 2038 9314 4,57 0,0

4 1858 8017 4,31 0,0

5 2084 8704 4,18 4,4

No Grfico 2, possvel visualizar o comportamento da caldeira,no que se refere eficincia de gerao de energia, indicador obtidoatravs do clculo de toneladas de vapor produzidas versuso consumode biomassa, quando comparado ao percentual de lodo utilizado nacomposio da biomassa combustvel.

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Figura 2: Grfico da eficincia de gerao de vapor

Considerando que o poder calorfico do lodo se mostrou inferiorao da serragem e do pellet, a incluso deste resduo poderia diminuir aeficincia da caldeira, ou em outras palavras, aumentar o consumo de

biomassa. Entretanto, verificou-se na prtica que a eficincia de geraode vapor no sofreu influncia proporcional ao percentual de lodo. Isso

demonstra que o resduo, no percentual em que foi incorporado, noafetou consideravelmente a eficincia da caldeira.

As anlises de composio qumica imediata (Tabela 3)apontaram que o percentual de cinzas no lodo cerca de nove vezesmaior do que na serragem. Para avaliar essa caracterstica na pratica agerao de cinzas foi monitorada ao longo do perodo, como mostra aTabela 8.

Tabela 8

Gerao de Resduos de Queima

Ms Consumobiomassa (ton)

Consumode lodo

Gerao decinzas (ton)

% Resduogerado

1 2141 340 75,44 3,5

2 1924 243 80,86 4,2

3 2038 0 25,20 1,2

4 1858 0 24,48 1,35 2084 91 43,50 2,1

0

24

6

8

10

12

1416

18

1 2 3 4 5

% de lodo nabiomassa

Eficincia(tonvapor/ton

biomassa)

Eficincia de Gerao de vapor

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Constatou-se que o percentual de gerao de resduos em relaoao consumo de biomassa foi maior nos meses de maior consumo delodo, conforme esperado. Os resduos de queima so constitudos decinzas geradas na cmara de combusto e de fuligem captada no filtrode mangas. importante ressaltar que o comportamento da gerao deresduos na caldeira pode tambm sofrer influencia de outros fatores,como a umidade da biomassa utilizada, temperatura na cmara decombusto, entre outros.

Os parmetros de emisses atmosfricas foram medidos noteste especfico. Durante a presente etapa, monitorou-se somenteemisses de particulados atravs de densidade colorimtrica da escala deRingelmann. A densidade colorimtrica no foi superior ao padro 1 por

nenhum perodo maior que o determinado na Lei Estadual n14.675/2009.

5.5

Avaliao da Viabilidade Econmica

Para estabelecer a viabilidade do projeto em termos de retornofinanceiro, foram comparados dois cenrios: o inicial e o que se

pretende obter com a incorporao do resduo na biomassa.O cenrio inicial corresponde a situao na qual o total de lodo

gerado na estao de tratamento de efluentes da planta enviado aterroindustrial. O aterro est localizado no municpio de Otaclio Costa, auma distncia de 50 km da planta. O custo de transporte e disposio ematerro calculado em toneladas.

Custo de transporte e disposio por tonelada de lodo = R$80,00

O segundo cenrio corresponde incorporao de lodo nabiomassa para queima em caldeira. O custo para essa situao seria o detransporte at a estao de blendagem da biomassa, 7 Km da planta.H um custo adicional, pago empresa fabricante da caldeira, pelaconcesso da queima de resduo, conforme acordo em contrato, porconsiderar o menor poder calorfico e maior gerao de cinzas do lodo.Esta taxa adicional calculada por tonelada de vapor disponibilizada.

Custo de transporte por tonelada de lodo = R$ 7,40; Taxa excedente por tonelada de vapor gerado em funo da

incorporao do lodo = R$ 1,00;Neste cenrio, o custo de disposio das cinzas j est includo

no custo excedente por vapor gerado, uma vez que o

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equipamento opera em comodato e a empresa fabricante responsvel pela disposio final de resduos.

No caso hipottico de queima do limite autorizado, de 400toneladas em um ms, e a gerao de vapor seja de 8.700 toneladas, areduo de custos seria expressa da seguinte forma:

Valor evitado com disposio em aterro industrial:

32.000,00

Valor gasto com transporte e gerao de vapor:

A economia de custos mensal para esse caso seria expressa daseguinte maneira:

Com este cenrio, no perodo de um ano, a economia poderia

chegar a R$ 243.360,00.Na prtica, em nenhum dos meses de testes se atingiu a cota

mxima de queima de lodo. O comparativo financeiro est representadona Tabela 9.

Tabela 9: Balano financeiro da incorporao de lodo na biomassa

Balano financeiro

MsLodo(ton)

Economia

aterro(R$)

Custo

transporte(R$)

Vapor

gerado(ton)

Aumento

custovapor

Economiamensal

1 340,35 27.228,00 2.518,59 9467 9.467,00 15.242,41

2 242,92 19.433,60 1.797,61 7935 6.083,50 11.552,49

3 0 0,00 0,00 9314 0,00 0,00

4 0 0,00 0,00 8017 0,00 0,00

5 91 7.280,00 673,40 8704 2.901,33 3.705,27

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6

CONCLUSES

O objetivo do trabalho foi avaliar o uso de lodo gerado em

estao de tratamento de efluentes de indstria de papel tissue nacomposio da biomassa utilizada para queima em caldeira de grelhasrotativas. A partir dos resultados obtidos ao longo do desenvolvimentodo projeto, pode-se concluir que:

O resduo classificado de acordo com a Norma NBR 10004,como resduo de Classe IIA, ou seja resduo no perigoso e noinerte;

As caractersticas do resduo, avaliadas em laboratrio,

demonstram que o mesmo possui eficincia de queima inferioraos outros componentes da biomassa, ao mesmo tempo em queo teor de cinzas consideravelmente superior, o que reflete nagerao de resduos de queima;

Na anlise de emisses atmosfricas da queima, nenhum dosparmetros excedeu os limites estabelecidos pela legislaoaplicvel em nenhuma das situaes avaliadas;

Nos testes de queima em caldeira, no foi possvel identificarprejuzos eficincia de gerao de vapor com a incluso dolodo em at 15,9% na composio de biomassa;

Houve um aumento significativo na gerao de resduos dequeima, quando da incorporao do lodo, conforme previstoatravs de anlise do teor de conza do resduo;

Foi constatado que a queima do resduo de ETE em caldeirarepresenta uma economia considervel para a empresa, que

pode alcanar o valor de R$ 20.000,00 por ms.

Num panorama geral, pode-se afirmar que a incorporao doresduo da estao de tratamento de efluentes industriais da empresa semostrou uma alternativa vivel nos aspectos tcnico, ambiental efinanceiro. Alm dos benefcios para a empresa, os ganhos vo alm,

pois uma grande quantidade deixa de ser encaminhada aterro, o queprolonga a vida til do mesmo e a demanda por biomassa para geraode energia diminui, o que contribui no que se refere ao esgotamento dasfontes energticas.

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ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR10.701: Determinao de pontos de amostragem em dutos e chamins defontes estacionrias: ABNT, 1989.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR

12.020: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontes estacionriasCalibrao dos equipamentos utilizados em amostragens: ABNT, 1990.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR11.967: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontes estacionriasDeterminao da umidade: ABNT, 1989.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR10.702: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontes estacionrias

Determinao da massa molecular em base seca: ABNT, 1989.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR11.966: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontes estacionriasDeterminao da velocidade e vazo: ABNT, 1989.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR12.019: Efluentes gasosos em dutos e chamins de fontes estacionriasDeterminao de material particulado: ABNT, 1990.

7/25/2019 lodo ete

39/39

APNDICE AEnsaio de classificao de resduos do lodo.

Parmetros

Massa Bruta Lixiviado Solubilizado

VMP Obtido VMP Obtido VMP Obtidomg/Kg mg/Kg mg/L mg/L mg/L mg/L

Alumnio - - - - 0,2 0,287

Arsnio e

compostos - - 1 ND 0,01 ND

Brio - - 70 3 0,7 1

Cdmio - - 0,5 0,01 0,005