Caracterização de matéria-prima graxa de lodo de esgoto doméstico visando à síntese de ésteres

Abstract

Os resíduos sólidos provenientes do tratamento de esgoto urbano, tais como o lodo, retirado dos leitos de secagens que recebem descarga de reatores biológicos, são produtos que precisam de tratamento específico, sendo considerados grandes poluidores ambientais, com geração de custos adicionais à uma unidade de tratamento de esgoto. Buscando a sustentabilidade de uma ETE (Estação de tratamento de esgoto), estes resíduos podem ser avaliados sob a ótica da revalorização e, considerando a alta concentração de lipídios presentes em sua composição, é possível buscar um reaproveitamento energético, como, por exemplo, a aplicação na produção de Biocombustíveis, mais especificamente biodiesel, visto, ser esta, uma biomassa à disposição gratuitamente, necessitando de destinação adequada e constituindo uma fonte alternativa de ésteres sem impactos ambientais e de alto valor energético. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi caracterizar e avaliar a produção de ésteres via transesterificação in situ utilizando o lodo de esgoto doméstico como matéria-prima. O lodo de esgoto coletado apresentou 61 % de matéria orgânica e 39 % de sólidos fixos. A caracterização da matéria-prima graxa contida no lodo de esgoto foi realizada após extração de lipídios pelo método Soxhlet e se mostrou adequada para a produção de ésteres metílicos visando à produção de biodiesel, sendo constituída por 26 % de sua massa em lipídios neutros, de baixo índice de material insaponificável e grande valor de saponificáveis, 4,68 % e 22,11 % respectivamente. Além disso, esta matéria graxa possui 40,4 %, 44,61 % e 69,45 % de acidez representada em ácido palmítico, ácido graxo este, identificado como mais abundante na amostra, nos métodos de extrações por hexano 25° C, Soxhlet e Bligh e Dyer, respectivamente, demonstrando que a metodologia de extração está diretamente relacionada aos ácidos graxos obtidos e consequentemente, ao índice de acidez, indicando como necessária para a produção de ésteres, a adoção de via catalítica ácida. O índice de umidade obtido da matéria graxa foi de 0,2636 ± 0,0024 e se mostrou adequado para a realização de transesterificação in situ. A análise de peróxidos indicou que a matéria graxa extraída do lodo de esgoto apresentou notável grau de oxidação e degradação, sendo encontrado 1415,15 mEq de peróxidos por kg de amostra. A obtenção dos ésteres foi realizada por reação in situ, visando à promoção simultânea da extração e conversão dos ácidos graxos, com álcool metílico e adição de 4 % de H2SO4 como catalisador em relação ao volume total do reator. A reação foi conduzida a 55 °C pelo período de 6 horas. Embora o lodo coletado na ETE apresente considerável grau de degradação, com oxidação indicada pelo valor de índice de peróxido, e, o índice de acidez apresente valores igualmente elevados, a utilização do lodo de esgoto para a produção de ésteres visando à produção de biodiesel se torna relevante, uma vez que as reações de transesterificações in situ apresentaram perfil graxo de qualidade, constituídos por ésteres, em sua maioria, C16:0, C18:1 e C18:2, na qual foi obtido um rendimento aproximado de 57 % em ésteres metílicos de ácidos graxos, podendo ser considerada a inserção da matéria graxa extraída do lodo de esgoto em arranjos locais de produção de biodiesel

The solid waste from urban sewage treatment, such as the sludge that are removed from the drying beds and discharged of biological reactors, are products that need specific treatment, being considered great environmental polluters, generating additional costs to a unit of sewage treatment. Seeking the sustainability of an ETE (Sewage Treatment Plant), these residues can be evaluated from the standpoint of revaluation and, considering the high concentration of lipids that are present in its composition, it's possible to seek for an energetic reutilization, as for example, the application in the production of biofuels, more specifically biodiesel, since it is a biomass available for free, needing adequate destination of disposal and constituting an alternative source of esters without environmental impacts and a high energy value. Thus, the objective of this study was to characterize and evaluate the production of esters by in situ transesterification utilizing the domestic sewage sludge as raw material. The collected sewage sludge presented 61 % of organic matter and 39 % of fixed solids. The characterization of the raw material contained in the sewage sludge was carried out after the extraction of lipids by the Soxhlet method, which proved to be suitable to produce methyl esters to produce biodiesel, being constituted by 26 % of its mass in neutral lipids, low content of unsaponifiable material and high value of saponifiable, 4.68 % and 22.1 %, respectively. In addition, the fatty matter has 40.4 %, 44.61 % and 69.45 % of acidity represented in palmitic acid, fatty acid, identified as most abundant in the sample, in the hexane extraction methods 25 ° C, Soxhlet and Bligh e Dyer, respectively, demonstrating that the extraction methodology is directly related to the fatty acids obtained and, consequently, to the acidity index, indicating as necessary for the production of esters, the adoption of acid catalytic pathway. The moisture content obtained from the grease material was 0,2636 ± 0,0024 proving to be adequate for in situ transesterification. The peroxide analysis indicated that the grease material extracted from the sewage sludge presented a remarkable degree of oxidation and degradation, with 1215.14 mEq of peroxides per kg of sample found. The esters were obtained by in situ reacting, aiming at the simultaneous promotion of the extraction and fatty acids' conversion, with methyl alcohol and the addition of 4 % of H2SO4 as catalyst in relation to the total volume of the reactor. The reaction was conducted at 55 ° C for a period of 6 hours. Although the sludge collected in the ETE presents a considerable degree of degradation, with oxidation indicated by the peroxide value, and the acid value is equally high, the use of sewage sludge to produce esters for the biodiesel production makes it relevant, since the in situ transesterification reactions presented a quality fatty profile, consisting mainly of esters, C16:0, C18:1 and C18:2, in which an approximate yield of 57 % was obtained in esters methyl fatty acids, and the insertion of the grease material extracted from the sewage sludge into local biodiesel production arrangements can be considered