Desidratação de lodos digeridos da indústria de gelatina

Abstract

RESUMO: A geração de resíduos é uma consequência inevitável de qualquer atividade realizada pelo homem. Do processo de fabricação da gelatina resultam grandes quantidades efluentes, cujo tratamento gera os resíduos sólidos (lodos). Devido à sua composição, rica em matéria orgânica e com quantidade expressiva de macro e micronutrientes, a utilização agrícola do lodo é uma interessante opção de destinação final, que propicia o reaproveitamento da biomassa. Entretanto, estes resíduos possuem elevado teor de umidade (99,18 % b.u.) e podem apresentar poluentes inorgânicos e microrganismos patogênicos. Por esta razão, devem passar por tratamentos adequados para atendar à especificações exigidas pela legislação vigente, garantindo uma utilização segura. A secagem constitui uma importante etapa de tratamento do lodo, pois reduz com eficiência o seu teor de umidade e volume, reduzindo também custos com armazenamento e transporte. Além disso, proporciona uma redução na concentração de organismos patogênicos, evitando possíveis contaminações em decorrência dos mesmos. O estudo da secagem de resíduos sólidos é considerado um desafio, pois além de ser uma operação tipicamente complexa, apresenta outras dificuldades adicionais como heterogeneidade do material e fenômenos como encolhimento, rachaduras e endurecimento da camada superficial, que ocorrem durante o processo e influenciam no comportamento do lodo. O presente trabalho teve como motivação o estudo e avaliação da secagem de lodo proveniente de uma indústria de gelatina. O lodo utilizado foi fornecido pela estação de tratamento de efluentes (ETE) da Gelita, cidade de Maringá. Análises de caracterização foram realizadas para o lodo coletado, que mostraram a necessidade de etapas de redução do teor de umidade e concentração de microrganismos patogênicos. Foram realizados experimentos de secagem em um secador convectivo, secagem em estufa e em um secador solar. No secador convectivo foram determinadas curvas de secagem, em função de diferentes condições de temperatura e vazão mássica do ar de secagem. As análises físico-químicas e microbiológicas mostraram que todas as especificações de teor de umidade, patógenos e metais pesados foram atendidas, qualificando o lodo como um biossólido Classe A, de acordo com a norma nº 375 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), que pode ser aplicado no solo sem restrições. O lodo apresentou quatro períodos distintos de taxa de secagem: período de aquecimento do material, período de taxas constantes, e dois períodos de taxa de secagem decrescente. Dessa maneira, foi possível determinar o teor de umidade crítico do material (4,13 ± 0,07 < XC <5,45 ± 0,64 b.s.) e o teor de umidade que divide o primeiro e segundo períodos de taxa decrescente (1,41 ± 0,07 < X* < 2,78 ± 0,05 b.s). A temperatura e vazão mássica do ar influenciaram na secagem do lodo, diminuindo o tempo de operação. Entretanto, para a condições mais severa de secagem testada (140 ºC), devido ao endurecimento da camada superficial, a perda de umidade foi inibida, diminuindo a velocidade de secagem e reduzindo, portanto, a influência destas variáveis no processo de secagem. Na secagem em estufa avaliou-se a influência da temperatura no encolhimento e nas propriedades físicas do lodo e resultados semelhantes foram obtidos. Observou-se que para temperaturas de 80 e 110 ºC, o encolhimento aumenta com o aumento da temperatura. Entretanto, quando aumenta-se a temperatura para 140 ºC, devido à formação da crosta na superfície, o encolhimento é diminuído. No secador solar avaliou-se a eficiência de remoção de umidade testando um processo simultâneo de filtração e secagem solar. A operação se mostrou eficiente para o propósito testado, entretanto, após a secagem solar, o lodo ainda apresentava teores de umidade entre 8 e 12 %, acima dos níveis máximos permitidos para utilização agrícola. Foi realizado um estudo da eficiência de secagem para o secador convectivo e secador solar. No primeiro, a eficiência energética foi maior para os ensaios à temperatura de 80 ºC e vazão mássica de 0,5 kg.min-1. No secador solar, obteve-se uma eficiência maior para os dois primeiros dias de secagem, depois a eficiência caiu consideravelmente, devido à diminuição do fluxo mássico de secagem. De modo geral, o secador convectivo se mostrou eficaz no tratamento do lodo testado, resultando em um produto final apto a ser aplicado no solo com segurança. Conclui-se que o biossólido obtido pode ser utilizado como biofertilizante, pois atendeu às características especificadas. Buscando uma maneira de aumentar a eficiência da secagem, que conhecidamente é uma operação com altos custos energéticos, a combinação da secagem solar com a secagem convectiva se torna uma interessante opção de tratamento que permite reduzir o teor de umidade, inativar os microrganismos patogênicos e diminuir custos de operação

ABSTRACT: Wastewater generation is an inevitable consequence of any activity carried out by man. The gelatine manufacturing process results in large amounts of liquid waste, which treatment generates solid waste (sludge). Due its composition, rich in organic matter and with a significant amount of macro and micronutrients, the land application of the sludge is an interesting option of final disposal that provides the reuse of biomass. However, this sludge usually presents high moisture contents (99.18 % w.b.) and may combin inorganic pollutants and pathogenic microorganisms. For this reason, this waste must undergo treatments to meet federal standards for beneficial use. Drying is an important step in the treatment of sludge because it effectively reduces its moisture content and volume and also reduces storage and transport costs. In addition, it provides a reduction in the concentration of pathogenic organisms, avoiding possible contaminations. The study of the solid wastes drying is considered a challenge because, besides being a typical complex operation, it presents other additional difficulties such as heterogeneity of the material and phenomena such as shrinkage, cracking and case hardening, that occur during the process and influence the behavior of the sludge. The present work aimed the study and evaluation of the sludge drying from a gelatin industry. The used sludge came from the wastewater treatment plant at Gelita, Maringá. The characteristics of the sludge showed the need to reduce the moisture content and concentration of pathogenic microorganisms. Drying experiments were carried out in a convective dryer, in a oven-drying and in a solar dryer. In the convective dryer drying curves were analyzed as a function of different conditions of temperature and mass flow rate of the drying air. The physicochemical and microbiological analyzes showed that all requirements of moisture content, pathogens and heavy metals were met, classifying the sludge as a Class A biosolid, in accordance with Conselho Nacional do Meio Ambiente (National Environmental Council) standard 375, which can be applied to the soil which can be applied to the soil without restrictions. The sludge presented four different periods of drying rate: period of heating of the material, period of constant rate, and two distinguished falling rate periods. In this way, it was possible to determine the critical moisture content of the material (4.13 ± 0.07 < XC <5.45 ± 0.64 d.b.) and the moisture content delimiting the first and second periods of falling rates (1.41 ± 0.07 < X* < 2.78 ± 0.05 d.b.). The temperature and mass flow of the air influenced the drying of the sludge, reducing the operation time. However, for more drastic conditions of drying (140 ºC), due to the case hardening, the loss of moisture was inhibited, thus reducing the drying rates and consequently reducing the influence of these variables on the drying process. In the oven-drying experiments, the influence of temperature on shrinkage and on the physical properties of sludge were evaluated and similar results were achieved. It has been observed that for temperatures of 80 and 110 ºC, the shrinkage increases with increasing temperature. However, for 140 ºC, due to the formation of the crust on the outer face, the shrinkage is decreased. In the solar dryer the efficiency of moisture removal was evaluated by testing a simultaneous filtration and solar drying process. The operation was efficient for the purpose tested, however, after sludge drying, it still presented moisture contents between 8 and 12%, above the maximum levels allowed for agricultural use. An drying efficiency study was performed for the convective dryer and solar dryer. In the first, the energy efficiency was higher for the tests under temperature of 80 ºC and mass flow of 0.5 kg.min-1. In the solar dryer, a higher efficiency was obtained for the first two days of drying, then the efficiency decreased considerably, due to the decrease of the mass drying flow. In general, the convective drying was effective in the treatment of the tested sludge, resulting in a final product able to be safely applied to the soil. It can be concluded that the obtained biosolid can be used as biofertilizer because it meets the specified characteristics. The combination of solar drying and convective drying becomes an interesting treatment option that allows to reduce the moisture content, inactivate the pathogenic microorganisms and decrease costs