Integrated system for solar energy sludge drying

Abstract

O processo de produção de polpa celulósica kraft, o mais utilizado no mundo e no Brasil, consome grande quantidade de água e gera efluentes que devem ser tratados antes de lançados ao ambiente. As estações de tratamento de efluente (ETE), por sua vez, removem os contaminantes presentes, transformando-os, parcialmente, em lodos. O lodo primário caracteriza-se por possuir um alto teor de fibras perdidas no processo industrial, enquanto o lodo secundário (biológico) consiste, essencialmente, de células de microrganismos, sobretudo de bactérias. Estima-se que as fábricas brasileiras de polpa celulósica geram em torno de 20 a 40 kg/tsa (tonelada seca ao ar) de lodo primário e de 10 a 15 kg/tsa de lodo biológico. Atualmente, os lodos são desaguados em equipamentos capazes de alcançar consistências entre 25-35% dos lodos primários e entre 12-18% dos lodos biológicos. O destino final dos lodos depende de cada fábrica, mas para a maioria das fábricas brasileiras, tem sido o aterro industrial. Com o conceito de economia circular e avaliação do ciclo de vida, a industria busca inovações na gestão sustentável dos lodos. Sabe-se que tanto os lodos primários quanto os biológicos possuem um alto potencial energético. No entanto, a alta umidade os impede que sejam incinerados com eficiência nas caldeiras de biomassa das fábricas de polpa celulósica kraft. Dentre os métodos de redução de umidade, a secagem se mostra, particularmente, atrativa, além de ser o método mais antigo utilizado para este fim. Paralelamente, a utilização da energia solar, mediante o uso de secadores solares constitui uma alternativa tecnicamente viável, apresentando benefícios ambientais devido a sua característica renovável e, pela isenção de emissão de gases de efeito estufa. A realização dos balanços de massa e energia se faz necessária para avaliar o potencial energético do lodo para promover a geração de energia por meio de sua queima em caldeiras de biomassa. O presente trabalho teve por objetivo desenvolver e avaliar o desempenho de um secador solar híbrido para a secagem de lodos da indústria de polpa celulósica, com aproveitamento de energia solar e gases de exaustão de uma caldeira de biomassa para fins energéticos. O estudo realizou uma revisão crítica da literatura, abordando os possíveis tratamentos térmicos de lodo orgânicos e inorgânicos, gerados nas indústrias. Secador solar indireto ativo, percebeu-se um equipamento viável tecnicamente e ambientalmente, pois a fonte de energia é a solar, abundante e gratuita. O lodo começou com uma concentração de sólidos de 21%, alcancando eventualmente a 95,5%, aumentando sobremaneira a sua aptidão para combustão. A partir de simulação com o software Aspen Plus da secagem do lodo primário, determinou-se um consumo de energia na combustão do lodo de 24.672 kW e 16.295 kW para um teor de sólidos de 65% e 95%, respectivamente. Portanto, empregar a secagem solar antes da incineração do lodo é crucial para minimizar o consumo de energia durante a combustão. Através do planejamento de experimentos (DOE), foram determinados os parâmetros ideais para o secador híbrido, com escoamento de ar de 1,1 m/s e uma temperatura de entrada de aproximadamente 51 ºC. Por fim, avaliou-se o impacto ambiental de diferentes estratégias na gestão de lodo biológico de fábricas de celulose e papel na Finlândia por meio da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Os resultados comprovam que a geração de energia a partir de lodos possibilita reduzir a dependência das fábricas de polpa celulósica de fontes de energia não renováveis. De forma geral, o tratamento proposto apresentou viabilidade técnica e ambiental, sendo que o lodo seco apresentou características adequadas de uso para fins energéticos.