Estudo da decomposição térmica de lamas de ETAR na perspetiva da valorização energética

Abstract

O crescimento da população mundial e do número de ETAR tem conduzido ao aumento da produção de lamas na depuração de efluentes. Em 2020 estima-se que em Portugal a produção de lamas de ETAR tenha sido de cerca de 300 kt ano-1 (base seca) e de 13 Mt (base seca) na União Europeia. Enquanto nos países do sul da Europa a valorização passa maioritariamente pela utilização na agricultura como corretor de solos, a incineração é a opção generalizada nos países do centro e norte da Europa.Em função da sua proveniência e do período do ano a composição das lamas apresenta variações, mas de um modo geral integra água, microrganismos, metais pesados, matéria orgânica, gorduras e sólidos inorgânicos. Uma vez reduzido o teor de água, as lamas com valores maiores concentrações de C e menor quantidade de cinzas remanescentes podem ser uma fonte de energia alternativa entre as energias renováveis. Neste estudo foi medido a composição elementar e o poder calorífico inferior (PCI), de quatro amostras de lamas de ETAR (duas digeridas (AD) e duas não digeridas (LM)), através de uma bomba calorimétrica. Foi avaliado também a decomposição térmica em ambiente de pirólise até 900 oC, para três taxas de temperatura (10, 20, 30 oC/min), através de ensaios simultâneos de TG e DSC.Os resultados mostram, comparativamente, que as lamas não digeridas apresentam maior PCI, o que está relacionado com o facto de possuírem maior concentração de C e uma menor quantidade de cinzas remanescentes. Os perfis de perda de massa em função da temperatura revelaram-se muito aproximados, ocorrendo a maior perda de massa (entre 38,09 e 42,28%) entre 173 e 600 oC, sendo este período da decomposição térmica caraterizado por uma reação exotérmica. Bastante significativo foi o elevado valor do teor de cinzas no final da reação (acima de 40%).

The growth of the world population and the number of WWTPs has led to an increase in sludge production in effluent purification. By 2020 it is estimated that in Portugal the production of WWTP sludge will have been about 300 kt per year-1 (dry basis) and 13 Mt (dry basis) in the European Union. While in southern European countries the recovery is mostly through agricultural use as a soil conditioner, incineration is the widespread option in central and northern European countries.Depending on its origin and the time of year, the composition of sludge varies, but generally includes water, microorganisms, heavy metals, organic matter, fats and inorganic solids. Once the water content is reduced, sludge with higher C concentrations and less remaining ash can be an alternative energy source among renewable energies. In this study, the elemental composition and lower heating value (LHV), of four samples of WWTP sludge (two digested (AD) and two undigested (LM)) were measured using a calorimetric pump. Thermal decomposition in a pyrolysis environment up to 900 °C, for three temperature rates (10, 20, 30 °C/min), was also evaluated by simultaneous TG and DSC tests.The results show, comparatively, that the undigested sludge has higher LHV, which is related to the fact that it has a higher concentration of C and a lower amount of remaining ash. The profiles of mass loss as a function of temperature were very similar, with the greatest mass loss (between 38,09 and 42,28%) occurring between 173 and 600 °C, this period of thermal decomposition being characterized by an exothermic reaction. Quite significant was the high value of the ash content at the end of the reaction (above 40%).