No estudo do pré-tratamento térmico dois tipos de experimentos e variações foram realizados. Em uma primeira etapa, foram desenvolvidos ensaios à temperaturas abaixo de 100ºC e posteriormente, ensaios utilizando temperaturas moderadas, superiores a 100ºC.
Amostras utilizadas no pré-tratamento térmico
Para os ensaios de pré-tratamento térmico a temperaturas inferiores a 100ºC, as amostras de lodo biológico gerado por processos de lodos ativados foram coletadas na planta de tratamento de esgotos da região da cidade de Amberg, localizada em Theüern, Alemanha (lodo biológico LT). Esta estação atende a uma população aproximada de 100.000 habitantes e trata cerca de 8 milhões de m3/ano de esgotos.
Uma caracterização do lodo biológico em relação ao seu teor de sólidos e DQO foi realizada antes do início dos ensaios. A amostra foi posteriormente armazenada à temperatura de 4ºC para utilização nos experimentos de pré- tratamentos.
Para a realização dos ensaios de pré-tratamento térmico, o lodo biológico LT foi utilizado sem nenhum procedimento de diluição visto que já se apresentava bastante diluído.
Na Figura 4.2 é apresentada uma foto da estação de tratamentos da cidade de Theüern.
Figura 4.2. Estação de tratamento de esgotos de Theüern – Alemanha
Para os experimentos de pré-tratamentos térmicos com temperaturas superiores a 100ºC foram utilizados dois lotes de amostras de lodo biológico gerado por processo de lodos ativados provenientes da estação de tratamento de efluentes da empresa Perdigão Agroindustrial S/A, unidade de Videira – SC (lodo biológico LP). Esta unidade trabalha com abate de aves e suínos e fabricação de embutidos em geral.
As amostras de lodos biológicos foram retiradas do tanque de armazenagem de lodo para descarte, acondicionadas em galões e resfriadas a temperaturas próximas de 5ºC para transporte até os laboratórios da EQA-UFSC.
Após a caracterização das amostras quanto ao seu teor de sólidos e DQO, as amostras foram armazenadas à temperatura de 4ºC a fim de evitar possíveis alterações drásticas em sua composição durante o período de realização do trabalho.
Para a realização dos ensaios de pré-tratamento térmico foram preparadas soluções diluídas de lodo biológico LP contendo 5 g/L de sólidos voláteis a fim de se padronizar as amostras. Os cálculos dos volumes de lodo biológico LP necessários para a preparação das soluções foram realizados com base no resultado médio da análise de SV, usando-se a relação descrita no Apêndice A, item 1.
Descrição do pré-tratamento térmico com temperaturas inferiores a 100ºC
Os ensaios de hidrólise térmica a temperaturas abaixo de 100ºC foram realizados seguindo a metodologia descrita anteriormente nos ensaios preliminares para o desenvolvimento de metodologia.
Os reatores foram preparados com 500 mL da amostra de lodo biológico LT e levados em seguida ao banho, à temperatura do ensaio, com agitação constante. Alíquotas para análises foram retiradas periodicamente, resfriadas e filtradas em papel filtro qualitativo e, em seguida, analisadas.
Foram testadas 4 amostras em duplicatas e o reator à temperatura de 25ºC foi considerado como o reator controle. No Quadro 4.5 são apresentados os ensaios realizados.
Quadro 4.5. Resumo dos experimentos de pré-tratamentos térmicos realizados com
o lodo biológico LT à temperaturas inferiores a 100ºC
Temperatura do tratamento Amostras
25ºC 70ºC 80ºC 90ºC
Lodo biológico LT Controle TLT* TLT-70 TLT-80 TLT-90
* T= pré-tratamento térmico; LT = lodo biológico proveniente de Theüern; 70, 80, 90 = temperaturas do pré- tratamento
Descrição do pré-tratamento térmico à temperaturas superiores a 100ºC
O pré-tratamento térmico com temperaturas superiores a 100ºC foi realizado em banho com óleo de silicone, nas temperaturas de trabalho estabelecidas de 120 e 140ºC.
Os reatores foram preparados com 500 mL de solução de lodo biológico LP preparados a uma concentração de 5 g/L de SV, fechados e colocados no banho de óleo quente. O tempo de tratamento foi considerado após a colocação do reator no banho.
Determinações de pH foram realizadas no início e após os tratamentos térmicos. A DQO total da solução de lodo biológico LP dos experimentos também foi determinada.
Alíquotas de amostras foram retiradas a cada período de tratamento estabelecido para acompanhamento da solubilização da matéria orgânica no reator. As amostras foram filtradas em papel filtro qualitativo, resfriadas e analisadas em seguida. O parâmetro utilizado para a medição da solubilização da matéria orgânica foi a determinação da DQO na fração solúvel da solução tratada.
Foram realizados 6 ensaios em duplicata e os reatores contendo lodo biológico LP mantidos à 25ºC foram considerados como controles.
Com o intuito de verificar o perfil de temperatura no sistema utilizado, procedeu-se o acompanhamento da variação de temperatura na solução contida no reator em aquecimento. Na Figura 4.3 pode ser visto o perfil de temperatura determinado para o experimento realizado à temperatura de 120ºC.
Perfil de temperatura 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 tempo (min) te m p er at ur a º C
120ºC - banho óleo silicone
Figura 4.3. Perfil de temperatura para o pré-tratamento térmico com temperatura
Ensaios utilizando uma temperatura de 121ºC e pressão de 1 kgf/cm2, em autoclave da marca Phoenix, com reatores de vidro de borosilicato vedados com tampas plásticas de rosca também foram realizados a fim de se estudar outras técnicas de aquecimento. O tempo para se alcançar a temperatura do tratamento foi de cerca de 30 minutos e somente após atingir a temperatura de 121ºC, o tempo desejado de tratamento foi considerado. Os reatores foram resfriados a temperatura ambiente antes de serem abertos para a realização das análises.
Por este sistema, foram testadas 4 amostras em duplicatas e os tempos de tratamento avaliados foram de 15, 30 e 60 minutos. O reator contendo lodo biológico LP com 5 g/L de SV, mantido à 25ºC, foi considerado como controle para esta série de ensaios.
No Quadro 4.6 são mostrados os experimentos realizados com pré- tratamento térmico à temperaturas superiores a 100ºC.
Quadro 4.6. Resumo dos experimentos de pré-tratamento térmico do lodo biológico
LP com temperaturas superiores a 100ºC
Tratamento térmico Amostras
Banho de óleo de silicone Autoclave 121ºC
Lodo biológico LP Controle TLP TLP-120 TLP-140 Controle TLP-A TLP-A15 TLP-A30 TLP-A60
* T= pré-tratamento térmico; LP = lodo biológico proveniente da Perdigão; A = autoclave