Bio-óleo e biogás da degradação termoquímica de lodo de esgoto doméstico em cilindro rotativo

The objective of this study was to produce biofuels (bio-oil and gas) from the thermal treatment of sewage sludge in rotating cylinder, aiming industrial applications. The biomass was characterized by immediate and instrumental analysis (elemental analysis, scanning electron microscopy - SEM, X-ray diffraction, infrared spectroscopy and ICP-OES). A kinetic study on non-stationary regime was done to calculate the activation energy by Thermal Gravimetric Analysis evaluating thermochemical and thermocatalytic process of sludge, the latter being in the presence of USY zeolite. As expected, the activation energy evaluated by the mathematical model "Model-free kinetics" applying techniques isoconversionais was lowest for the catalytic tests (57.9 to 108.9 kJ/mol in the range of biomass conversion of 40 to 80%). The pyrolytic plant at a laboratory scale reactor consists of a rotating cylinder whose length is 100 cm with capable of processing up to 1 kg biomass/h. In the process of pyrolysis thermochemical were studied following parameters: temperature of reaction (500 to 600 ° C), flow rate of carrier gas (50 to 200 mL/min), frequency of rotation of centrifugation for condensation of bio-oil (20 to 30 Hz) and flow of biomass (4 and 22 g/min). Products obtained during the process (pyrolytic liquid, coal and gas) were characterized by classical and instrumental analytical techniques. The maximum yield of liquid pyrolytic was approximately 10.5% obtained in the conditions of temperature of 500 °C, centrifugation speed of 20 Hz, an inert gas flow of 200 mL/min and feeding of biomass 22 g/min. The highest yield obtained for the gas phase was 23.3% for the temperature of 600 °C, flow rate of 200 mL/min inert, frequency of rotation of the column of vapor condensation 30 Hz and flow of biomass of 22 g/min. The non-oxygenated aliphatic hydrocarbons were found in greater proportion in the bio-oil (55%) followed by aliphatic oxygenated (27%). The bio-oil had the following characteristics: pH 6.81, density between 1.05 and 1.09 g/mL, viscosity between 2.5 and 3.1 cSt and highest heating value between 16.91 and 17.85 MJ/ kg. The main components in the gas phase were: H2, CO, CO2 and CH4. Hydrogen was the main constituent of the gas mixture, with a yield of about 46.2% for a temperature of 600 ° C. Among the hydrocarbons formed, methane was found in higher yield (16.6%) for the temperature 520 oC. The solid phase obtained showed a high ash content (70%) due to the abundant presence of metals in coal, in particular iron, which was also present in bio-oil with a rate of 0.068% in the test performed at a temperature of 500 oC.

Avaliação do desempenho da paligorsquita modificada e do carvão da pirólise do lodo de esgoto no processo de degradação fotocatalítica do fenol

The uncontrolled disposal of wastewaters containing phenolic compounds by the industry has caused irreversible damage to the environment. Because of this, it is now mandatory to develop new methods to treat these effluents before they are disposed of. One of the most promising and low cost approaches is the degradation of phenolic compounds via photocatalysis. This work, in particular, has as the main goal, the customization of a bench scale photoreactor and the preparation of catalysts via utilization of char originated from the fast pyrolysis of sewage sludge. The experiments were carried out at constant temperature (50°C) under oxygen (410, 515, 650 and 750 ml min-1). The reaction took place in the liquid phase (3.4 liters), where the catalyst concentration was 1g L-1 and the initial concentration of phenol was 500 mg L-1 and the reaction time was set to 3 hours. A 400 W lamp was adapted to the reactor. The flow of oxygen was optimized to 650 ml min-1. The pH of the liquid and the nature of the catalyst (acidified and calcined palygorskite, palygorskite impregnated with 3.8% Fe and the pyrolysis char) were investigated. The catalytic materials were characterized by XRD, XRF, and BET. In the process of photocatalytic degradation of phenol, the results showed that the pH has a significant influence on the phenol conversion, with best results for pH equal to 5.5. The phenol conversion ranged from 51.78% for the char sewage sludge to 58.02% (for palygorskite acidified calcined). Liquid samples analyzed by liquid chromatography and the following compounds were identified: hydroquinone, catechol and maleic acid. A mechanism of the reaction was proposed, whereas the phenol is transformed into the homogeneous phase and the others react on the catalyst surface. For the latter, the Langmuir-Hinshelwood model was applied, whose mass balances led to a system of differential equations and these were solved using numerical methods in order to get estimates for the kinetic and adsorption parameters. The model was adjusted satisfactorily to the experimental results. From the proposed mechanism and the operating conditions used in this study, the most favored step, regardless of the catalyst, was the acid group (originated from quinone compounds), being transformed into CO2 and water, whose rate constant k4 presented value of 0.578 mol L-1 min-1 for acidified calcined palygorskite, 0.472 mol L-1 min-1 for Fe2O3/palygorskite and 1.276 mol L-1 min-1 for the sludge to char, the latter being the best catalyst for mineralization of acid to CO2 and water. The quinones were adsorbed to the acidic sites of the calcined palygorskite and Fe2O3/palygorskite whose adsorption constants were similar (~ 4.45 L mol-1) and higher than that of the sewage sludge char (3.77 L mol-1).

Avaliação do desempenho da paligorsquita modificada e do carvão da pirólise do lodo de esgoto no processo de degradação fotocatalítica do fenol

The uncontrolled disposal of wastewaters containing phenolic compounds by the industry has caused irreversible damage to the environment. Because of this, it is now mandatory to develop new methods to treat these effluents before they are disposed of. One of the most promising and low cost approaches is the degradation of phenolic compounds via photocatalysis. This work, in particular, has as the main goal, the customization of a bench scale photoreactor and the preparation of catalysts via utilization of char originated from the fast pyrolysis of sewage sludge. The experiments were carried out at constant temperature (50°C) under oxygen (410, 515, 650 and 750 ml min-1). The reaction took place in the liquid phase (3.4 liters), where the catalyst concentration was 1g L-1 and the initial concentration of phenol was 500 mg L-1 and the reaction time was set to 3 hours. A 400 W lamp was adapted to the reactor. The flow of oxygen was optimized to 650 ml min-1. The pH of the liquid and the nature of the catalyst (acidified and calcined palygorskite, palygorskite impregnated with 3.8% Fe and the pyrolysis char) were investigated. The catalytic materials were characterized by XRD, XRF, and BET. In the process of photocatalytic degradation of phenol, the results showed that the pH has a significant influence on the phenol conversion, with best results for pH equal to 5.5. The phenol conversion ranged from 51.78% for the char sewage sludge to 58.02% (for palygorskite acidified calcined). Liquid samples analyzed by liquid chromatography and the following compounds were identified: hydroquinone, catechol and maleic acid. A mechanism of the reaction was proposed, whereas the phenol is transformed into the homogeneous phase and the others react on the catalyst surface. For the latter, the Langmuir-Hinshelwood model was applied, whose mass balances led to a system of differential equations and these were solved using numerical methods in order to get estimates for the kinetic and adsorption parameters. The model was adjusted satisfactorily to the experimental results. From the proposed mechanism and the operating conditions used in this study, the most favored step, regardless of the catalyst, was the acid group (originated from quinone compounds), being transformed into CO2 and water, whose rate constant k4 presented value of 0.578 mol L-1 min-1 for acidified calcined palygorskite, 0.472 mol L-1 min-1 for Fe2O3/palygorskite and 1.276 mol L-1 min-1 for the sludge to char, the latter being the best catalyst for mineralization of acid to CO2 and water. The quinones were adsorbed to the acidic sites of the calcined palygorskite and Fe2O3/palygorskite whose adsorption constants were similar (~ 4.45 L mol-1) and higher than that of the sewage sludge char (3.77 L mol-1).

Acompanhamento químico da vermicompostagem de lodo de esgoto doméstico

This research aims to monitor the humification process of domestic sewage sludge resulted from the vermicomposting, evaluating, also, the possibility of using the final product (vermicompost) in agricultural soils. The monitored chemical variables during the 90 days of vermicomposting were: humidity rate, organic matter content, nitrogen and phosphorus content, pathogenic organisms concentration, total organic carbon, acidity, CEC, C/N ratio, CEC/TOC ratio, and humic and fulvic acids content. The change in these variables during the vermicomposting process showed that this technique is effective for use in the maturation of the residue.

Estudo preliminar do vermicomposto produzido a partir de lodo de esgoto doméstico e solo

O lodo de esgoto doméstico é um resíduo gerado durante os processos de tratamento de esgoto, podendo ser estabilizado por diversos processos químicos, físicos e biológicos. O lodo de esgoto estabilizado (biossólido) não possui um destino final adequado e gera diversos problemas no sentido de sua disposição final. Dentre os muitos processos que visam à disposição do biossólido, destaca-se a reciclagem agrícola. A utilização da vermicompostagem como meio de estabilização do lodo de esgoto mostra-se como uma ferramenta útil na estabilização deste resíduo. O processo de vermicompostagem apresentou características físico-químicas satisfatórias para ser utilizado como técnica de estabilização do lodo de esgoto doméstico. O produto final apresentou potencial para ser utilizado na agricultura como fertilizante ou condicionador de solos.

Acompanhamento químico da vermicompostagem de lodo de esgoto doméstico

This research aims to monitor the humification process of domestic sewage sludge resulted from the vermicomposting, evaluating, also, the possibility of using the final product (vermicompost) in agricultural soils. The monitored chemical variables during the 90 days of vermicomposting were: humidity rate, organic matter content, nitrogen and phosphorus content, pathogenic organisms concentration, total organic carbon, acidity, CEC, C/N ratio, CEC/TOC ratio, and humic and fulvic acids content. The change in these variables during the vermicomposting process showed that this technique is effective for use in the maturation of the residue.

Estudo preliminar do vermicomposto produzido a partir de lodo de esgoto doméstico e solo

O lodo de esgoto doméstico é um resíduo gerado durante os processos de tratamento de esgoto, podendo ser estabilizado por diversos processos químicos, físicos e biológicos. O lodo de esgoto estabilizado (biossólido) não possui um destino final adequado e gera diversos problemas no sentido de sua disposição final. Dentre os muitos processos que visam à disposição do biossólido, destaca-se a reciclagem agrícola. A utilização da vermicompostagem como meio de estabilização do lodo de esgoto mostra-se como uma ferramenta útil na estabilização deste resíduo. O processo de vermicompostagem apresentou características físico-químicas satisfatórias para ser utilizado como técnica de estabilização do lodo de esgoto doméstico. O produto final apresentou potencial para ser utilizado na agricultura como fertilizante ou condicionador de solos.

Utilização de lodo de efluente doméstico: efeitos na produtividade agrícola e em alguns aspectos ambientais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação do fracionamento húmico em solo tratado com lodo de esgoto.

Entre as diversas alternativas existentes para a utilização do lodo de esgoto, a para fins agrícolas apresenta-se como uma das mais convenientes. Uma das vantagens de sua aplicação repousa no fato de que esse composto contém substâncias húmicas que aumentam a capacidade de retenção de água e nutrientes, além de contribuirem para a melhoria das propriedades físicas do solo, funcionando, nesse caso, como um condicionador. Essas substâncias são encontradas em lodo de esgoto proveniente de estações de tratamento de esgoto, o qual pode ser empregado como fertilizante, com certas restrições. Este trabalho pretende avaliar a distribuição das substâncias húmicas em solo adubado com lodo de esgoto de duas origens (industrial e doméstico), através de dois métodos extrativos de matéria orgânica: Kononova e uma modificação brasileira do protocolo da Sociedade Internacional de Substânicas Húmicas (IHSS). Os resultados obtidos indicaram que a extração de Kononova foi o método que melhor evidenciou a influência dos dois diferentes tipos de lodo na distribuição diferencial das substâncias húmicas no solo estudado.

Produção de óleo essencial e balanço nutricional em Corymbia citriodora adubado com lodo de esgoto em diferentes espaçamentos

The Corymbia citriodora is one of the most cultivated species in Brazil for wood and essential oil production. The oil is obtained by the leaves distillation and the yield is around 2%. For the sustainability of leaves extraction is necessary a good nutritional replacement, because the leaves contain a large quantity of nutrients. The sewage sludge application in Corymbia plantations is a way to apply organic fertilizer and is also a good alternative for the final disposal of this residue. In this context, the objective of this study was to evaluate the sewage sludge use as fertilizer for the essential oil production in two different Spacing. The experiment was constituted by 4 blocks and the treatments were: i) Close spacing (1m x 1m) with sewage sludge + K and B; ii) Close spacing with mineral fertilization: iii) Regular spacing (3m x 1m) with sewage sludge + K and B; and iv) Regular spacing with mineral fertilization. When the C. citriodora plots were 12, 18, 24 and 30 months old, leaves and branches biomass and also essential oil production were quantified. It was observed that the system of close planting totalized a higher biomass, 3.8 times more than the conventional system, providing 3 times more essential oil production (363 l ha(-1) at the close spacing and 116 l ha(-1) at the regular Spacing during 30 months). No difference was found in the leaves or oil production with the use of sewage sludge or mineral fertilizer any of spacing studied The use of sewage sludge as fertilizer for Corymbia citriodora plantations may be an interesting alternative. because it supplies large quantities of nutrients and ensures a positive budget of nutrients in the ecosystem.

Efeito da aplicação de fertilização nitrogenada e lodo de esgoto nas características da madeira juvenil de árvores de Eucalyptus grandis

This work evaluated the wood anatomical and physical characteristics of 24 months-old Eucalyptus grandis trees, planted in 3x2m spacing and fertilized with nitrogen (6, 12, 18 month old) and sewage sludge (planting, 8 month old). For each treatment 10 eucalypts trees were cut according to the distribution of basal area. Wood samples were collected in different percentages of the total height to analyze the anatomical (vessels and fibers) and physical (wood density) characteristics. The results showed that the wood apparent density and wood basic density of the eucalypt trees in the nitrogen and sewage sludge were larger in comparison to the control. Radial profiles of wood apparent density, were similar in the three treatments, presenting the exected characteristics of juvenile wood of 24 months-old eucalypt trees. Fiber and vessel dimensions were not affected by fertilization.

Ácidos húmicos extraídos do lodo de esgoto sanitário e seus efeitos em plantas

O lodo de esgoto possui alto teor de matéria orgânica porém, também estão presentes diferentes poluentes e patógenos. Desta forma, neste trabalho foi extraído ácido húmico (AH) o qual é um composto resultante do fracionamento de substâncias húmicas que compreendem um grupo de compostos de carbono gerados na decomposição de resíduos orgânicos que sofrem ressíntese formando o húmus. O ácido húmico promove diversos benefícios nos vegetais, como crescimento, elongação celular, tolerância a estresses e aumento da permeabilidade da membrana plasmática. Com base nestas características, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos citogenéticos (ensaio Allium cepa), fisiológicos, anatômicos e bioquímicos do ácido húmico do lodo de esgoto sanitário. Foi realizada caracterização elementar do material para a definição das doses. Após 20 dias de tratamento, foram realizadas coletas do material e, posteriormente, analisadas. A caracterização química do AH indicou-o como bom condicionador para culturas apresentando elevadas taxas de C, H e N. Não foi observado efeito de toxicidade, citotoxicidade, genotoxicidade e mutagenicidade do AH. Foi verificado aumento expressivo de todos os pigmentos fotossintéticos vegetais nas concentrações mais altas (2 mM C L-1 e 4 mM C L-1). Houve aumento da expressão da ATPAse em todos os tratamentos e das enzimas do estresse oxidativo (CAT, SOD, APX, GST) em diferentes concentrações. A integração destas análises permitiu concluir que o ácido húmico do lodo de esgoto pode ser utilizado como adubo orgânico, pois foi observado benefícios no vegetal tais como maior crescimento vegetal e aumento da atividade nas enzimas do estresse oxidativo.

Influência da aplicação de esgoto doméstico tratado no desempenho de um sistema de irrigação

Neste trabalho objetivou-se estudar o efeito da aplicação de esgoto doméstico tratado no desempenho de um sistema de irrigação por gotejamento. Para isso, o esgoto bruto foi submetido a uma sequência de tratamento e aplicado durante 120 horas na cultura de café, sendo avaliados a vazão do gotejador, os coeficientes de uniformidade e a distribuição. Foram também identificados os fatores causadores de obstrução. Concluiu-se que a formação de biofilme dentro dos gotejadores proporcionou redução da uniformidade de aplicação do efluente e que somente a filtração não previne a obstrução dos emissores.

Atributos físicos do solo, adubado com lodo de esgoto e silicato de cálcio e magnésio

Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da aplicação de lodo de esgoto e de silicato de cálcio e magnésio sobre os atributos físicos de um Cambissolo Háplico, cultivado com girassol. Os tratamentos foram distribuídos em esquema fatorial (4 x 2) + 1, correspondendo a quatro doses de lodo de esgoto desidratado (0; 6,25; 12,5 e 18,5 t ha-1), duas doses de silicato de cálcio e magnésio (0 e 240 g m-1) e um tratamento adicional com adubação mineral. O delineamento utilizado foi em blocos casualizados, com três repetições. Após 150 dias da adubação, coletaram-se amostras de solos, nas camadas de 0-20 e 20-40 cm, para avaliação da densidade aparente, densidade de partícula, porosidade total, grau de dispersão, grau de floculação, índice de estabilidade de agregados, diâmetro médio ponderado, diâmetro médio geométrico e resistência do solo à penetração. O tratamento adicional, correspondente à adubação mineral, não diferiu dos tratamentos correspondentes às adubações com lodo de esgoto e silicato de cálcio e magnésio, em relação aos atributos físicos do solo. Para o silicato de cálcio e magnésio, também não se constataram diferenças nos atributos físicos do solo, entre a dose zero e 240 g m-1. Por outro lado, a aplicação de lodo de esgoto diminuiu o grau de dispersão de argila e aumentou a porosidade total do solo, o grau de floculação de argilas e o índice de estabilidade de agregados a úmido, não tendo, porém, influenciado os demais atributos físicos.

Efeito do nitrogênio e do lodo de esgoto nos fatores produtivos do feijoeiro

A disposição final do lodo de esgoto vem se caracterizando como um dos problemas ambientais urbanos mais relevantes da atualidade e que cresce diariamente tanto nos países desenvolvidos quanto nos em desenvolvimento, como reflexo da ampliação das redes de coleta e incremento dos níveis de tratamento. O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito da aplicação de lodo de esgoto e de adubação química de N nos fatores produtivos do feijoeiro. O lodo de esgoto compostado foi aplicado em dezembro de 2007, em feijão-comum cultivado em sistema de semeadura direta. Foi adotado o delineamento experimental em blocos casualizados, constituídos por seis tratamentos e quatro repetições, assim definidos: T0 - sem adubação nitrogenada; T1 - adubação química nitrogenada de acordo com o recomendado para a cultura; T2 - 50% adubação nitrogenada proveniente do lodo de esgoto e 50% em forma mineral; T3 - 100% adubação nitrogenada proveniente do lodo de esgoto; T4 - 150% adubação nitrogenada proveniente do lodo de esgoto e T5 - 200% adubação nitrogenada proveniente do lodo de esgoto. O aumento da dose de lodo de esgoto promoveu o incremento no número de vagens, rendimento de matéria seca, rendimento de grãos e na massa de 1.000 grãos.