BR102018009824A2 - briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado - Google Patents
briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado Download PDFInfo
- Publication number
- BR102018009824A2 BR102018009824A2 BR102018009824A BR102018009824A BR102018009824A2 BR 102018009824 A2 BR102018009824 A2 BR 102018009824A2 BR 102018009824 A BR102018009824 A BR 102018009824A BR 102018009824 A BR102018009824 A BR 102018009824A BR 102018009824 A2 BR102018009824 A2 BR 102018009824A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- sewage sludge
- briquettes
- energy
- combustion
- sludge
- Prior art date
Links
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 21
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 claims description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 12
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 6
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 claims description 3
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 claims description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 2
- 230000008570 general process Effects 0.000 claims description 2
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 claims 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 claims 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 claims 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 claims 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010786 composite waste Substances 0.000 abstract 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- -1 tectel Polymers 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 239000008162 cooking oil Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- 235000019737 Animal fat Nutrition 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 2
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 206010001488 Aggression Diseases 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000000177 Indigofera tinctoria Nutrition 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920002334 Spandex Polymers 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007707 calorimetry Methods 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229940097275 indigo Drugs 0.000 description 1
- COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N indigo powder Natural products N1C2=CC=CC=C2C(=O)C1=C1C(=O)C2=CC=CC=C2N1 COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000010805 inorganic waste Substances 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 235000021073 macronutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 239000011785 micronutrient Substances 0.000 description 1
- 235000013369 micronutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000010993 response surface methodology Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
a presente patente briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado, refere-se a um produto combustível sólido, para a obtenção de energia térmica e elétrica a partir de um material residual, puro ou composto, com poder calorífico significativamente superior ao da madeira, proveniente dos processos de saneamento, tendo origem nas residências, comércios e industriais em geral. ecologicamente correto e fonte renovável e sustentável de energia.
Description
BRIQUETES DE LODO DE ESGOTO SANITÁRIO ESTABILIZADO E ADITIVADO
[001] A patente de invenção, é destinada ao setor energético e para áreas de monitoramento e controle ambiental. Trata-se de maneira geral de um biocombustível sólido gerado a partir de lodo de esgoto sanitário e seus aditivos.
[002] Particularmente, refere-se a um produto que será destinado especificamente ao setor energético sendo um biocombustível sólido gerado a partir de resíduos.
[003] A crescente demanda de energia leva a humanidade a se preocupar com suas reservas, de modo a melhorar a qualidade e aumentar as alternativas para suprir todas suas necessidades. Com as diversas tecnologias desenvolvidas pela ciência busca-se cada vez mais aproveitar a energia e cuidar do meio ambiente. Pensando em colaborar com o aspecto ambiental e energético surge o presente projeto que tem como objeto de estudo a utilização do lodo de esgoto sanitário (comercial, residencial e industrial), puro ou composto, na forma de briquetes para o uso de geração de energia térmica através da combustão, para isso, esse passivo ambiental (lodo) será coletado nas ETEs e levado a um processo de secagem e posterior prensagem com seus devidos tratamentos podendo se tornar um biocombustível sólido.
[004] A presente invenção refere-se à produção dos briquetes que foi realizada em escala laboratorial e também comprovada em escala industrial (briquetadeira) obedecendo a respectiva ordem, após a coleta: pré-secagem; moagem; secagem; ensaio granulométrico; mistura e briquetagem. Parte dos briquetes produzidos foi submetida à fritura por imersão em óleo residual vegetal de cozinha (quente) e outra parte incorporado a massa da mistura (frio). Independentemente do tipo de briquetadeira (aparelho que prensa), o lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado com seus respectivos aditivos se tornará um biocombustível sólido. Esse processo irá concentrar a energia dessa biomassa tornando possível sua utilização por meio da combustão ou incineração em termoelétricas ou caldeiras em geral para geração de energia térmica e elétrica.
[005] Várias patentes já foram depositadas sobre produção de briquetes de carvão e outras matérias primas, porém nada consta a respeito do lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado para produção de energia na forma proposta neste processo, sendo este objeto da presente patente, pois é um produto novo nessa modalidade que será industrializado onde se reveste condição de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, o lodo de esgoto sanitário também é um problema ambiental por possuir uma composição quase impossível de se determinar com exatidão, por ter diferentes procedências e localidades, porém após a estabilização esse material apresenta uma homogeneidade, biológica, física e química. Na proposta inovadora deste documento será utilizado como combustível para a geração de energia e calor para os mais variados fins, seus microrganismos causadores de doenças e contaminações, serão transformados em energia a partir da combustão ou incineração. A composição do lodo de esgoto basicamente se resume em lipídios, proteínas, e carboidratos e alguns metias presente nos alimentos ingeridos e sua quantidade varia muito com o tipo de alimentação de cada região. O nitrogênio e enxofre são provenientes das proteínas (BOOCOOK, 1992). O lodo de esgoto geralmente é formado por uma mistura complexa de sólidos de origem mineral e orgânica, que são alterados por processos químicos, físicos ou biológicos. Sua composição poder ser muito variada devido aos diversos produtos químicos, incluindo-se aqueles empregados na higiene humana, que modificam as características do lodo até chegar à estação de tratamento (MOCELIN, 2007).
[006] O lodo pode conter significativas quantidades de substâncias tóxicas tais como metais pesados, substâncias orgânicas e microrganismos patogênicos (JINDAROM, 2007). Levando em consideração que cada componente do lodo tem seu próprio impacto ambiental seus microrganismos causadores de doenças e contaminações, serão transformados em energia a partir da combustão ou incineração, já seus metais pesados e substâncias tóxicas, serão transformados em óxidos, perdendo sua toxidade podendo ser utilizados na construção civil ou no enriquecimento de cerâmicas em geral.
[007] Diversas patentes foram depositadas entre outras é conhecida, por exemplo, a patente PI0901242-7 A2 que se refere a um sistema de fabricação de briquetes de carvão vegetal que é um passivo ambiental, já está invenção, difere completamente, mas principalmente nos seguintes aspectos, a composição química da matéria prima utilizada, o tratamento, a coleta, a armazenagem, as dimensões do produto o poder energético e os processos antes da briquetagem. Após realizar a medida do poder calorífico de 20 amostras com seus respectivos desvios do Lodo de Esgoto Sanitário colhidas na cidade de Cascavel na região oeste do Paraná, utilizando uma bomba calorimétrica com o método ASTM (International, formerly known as the American Society for Testing and Materials), ASTM D 2015. Gross Calorific value of solid fuel by the adiabatic bomb calorimeter. ASTM. Philadelphia, Pa. USA. O PCS (Poder Calorífico Superior) foi determinado, segundo o método ASTM D2015, através da queima de 0,5g de amostra em uma bomba calorimétrica adiabática com 30 atm de oxigênio sob condições determinadas. O poder calorífico foi calculado a partir das observações de temperatura registradas no calorímetro antes, durante e após a combustão com as tolerâncias aceitáveis para as correções termoquímicas e transferência de calor. A avaliação de desempenho da análise de PCS é realizada através da padronização, isto é, determina-se o equivalente energético do calorímetro utilizando ácido benzóico. Os dados foram satisfatórios variando dentro da faixa de 12,8 a 14.1MJ/Kg. Quando comparados a outras biomassas reveste grande potencial energético.
[008] Para a produção de um briquete que atendesse os padrões mínimos de resistência mecânica e poder calorífico foram realizados dois planejamentos experimentais um de PLACKETT-BURMAN (PB) e um mais completo chamando DELINEAMENTO COMPOSTO CENTRAL ROTACIONAL (DCCR). Os resultados desses planejamentos foram satisfatórios podendo ser visualizados através das propriedades do briquete.
[009] A faixa de cada propriedade do briquete está dentro dos valores correspondentes, resistência mecânica: 240 - 1300 kg.f.cm2, densidade: 1,190 g.cm-3- 1,468 g.cm-3, poder calorífico: 12,8 a 14.1MJ/Kg e densificação: 1,160 g.cm-3- 1,712 g.cm-3 obtidos nos ensaios realizados no DCCR. As propriedades atendem os padrões da norma europeia para briquetes ou pellets EN 14961 (2009). A patente de registro BR 20 2015 008452 3 refere-se a produção de briquetes com propriedades combustíveis obtido de matéria prima constituída de resíduos têxteis de diversos materiais tais como algodão, sintéticos, entretelados, lã, espuma, destacando-se entre os resíduos de algodão, índigo, malha, brim, sarja e outros; entre os materiais sintéticos, tectel, microfibra, elastano, acrílico; entre os materiais entretelados destacam-se tela, tecido não tecido; forros com algodão, sintético, e EVA, sendo este Processo Para Fabricação de Briquetes. Na proposta do invento teremos o uso do lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado.
[010] Outra patente existente com alguma similaridade é a de registro BR 10 2014 004972 0 essa patente se intitula “PROCESSO DE OBTENÇÃO DE BRIQUETES PARA FORNOS DE INDUÇÃO E PRODUTO OBTIDO”. A diferença nessa patente também é a matéria prima que se refere a um processo de obtenção de briquete (1) utilizando fibras vegetais (5) como aglomerante, constituído pelas etapas (A), (B), (C), (D) e (E) que compreende todo o procedimento desde a separação dos polímeros até o produto final (1), com propriedades similares ao briquete convencional. A patente PI 1104494-2, refere-se ao processo para fabricação de briquetes de finos de carvão de resíduos de coco e briquetes de finos de carvão de resíduos de coco. A patente PI 1104560-4, refere-se a “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BRIQUETES” a presente invenção se refere a um processo de obtenção de briquete utilizando em sua confecção como matéria-prima as folhas de arvore. Desta forma, é possível obter uma fonte de energia autossustentável, que reduz as agressões causadas ao meio ambiente pela combustão para obtenção de energia térmica. O Processo compreende as etapas de coleta e seleção da matéria-prima; trituração; utilização de aglutinantes; lavagem; compactação; aquecimento e armazenamento. Por fim a patente PI 1000299-5, intitulada “PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BRIQUETES DE MOINHA DE BIOMASSA ADITIVADA”, essa presente invenção refere-se a PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BRIQUETES DE MOINHA DE BIOMASSA ADITIVADA, composto por uma sequência de operações que permitem a confecção de briquetes (200) onde a matéria prima principal é moinha (100) remanescente de fornalhas de biomassa. A moinha de fornalhas é rica em carbono que pode ser reciclado na própria fornalha que a originou. Para a reciclagem a moinha (100) de biomassa é moída e aditivada com um composto (70) de origem vegetal e então conformada em briquetes (200) de alto poder calorífico obtido. Os autores MUAZU, R. I. e STEGEMANN, J. A. publicaram um estudo onde o material de origem para o desenvolvimento dos briquetes foi a casca de arroz e também microalgas. O processo de compactação gerou um material com forma física diferente do proposto no estudo o qual se requer patente.
[011] A tecnologia a ser patenteada por meio do presente documento apresenta vantagens por ser um produto que tem por matéria prima um material abundante e que não possui um destino ou utilização o qual possa trazer benefícios e economia para a união. Com essa tecnologia esse material poderá ter um destino ambiental, social e econômico viável. Biocombustível sólido produzido a partir do lodo de esgoto sanitário puro e aditivado para geração de energia por combustão. Fonte sustentável e renovável. [012] Existem diversas patentes como PI 1104494-2, PI 1104560-4 e PI 1000299-5, relacionadas ao presente invento, e também artigos científicos, porém a uma diferença que torna essa tecnologia com teor inventivo que é o preparo, a natureza e as propriedades físico-químicas das matérias primas utilizadas, além da forma do material para determinado fim.
[013] Existem briquetes de diversas formas e tamanhos, com diversos tipos de materias. A produção comercial mecanizada de briquetes de carvão mineral teve sua origem na França, em 1842, até então era feita a aglomeração manual na China e na Inglaterra utilizando ligantes de origem mineral, vegetal e até animal. A técnica e matéria química da tecnologia que se pretende patente são diferentes das existentes nos bancos de pesquisas de patentes e artigos científicos até o momento pesquisados.
[014] De todo tipo de briquete que existe nada consta até o presente momento com os materiais e métodos proposto neste documento, esse produto utiliza neste processo, lodo de esgoto sanitário, e também o uso de um aditivo que modifica as propriedades físicas, químicas energéticas e morfológicas do briquete, sendo um novo produto na linha dos biocombustíveis.
[015] O que a invenção presente neste documento descreve é o uso do lodo de esgoto sanitário e de aditivos nos briquetes subproduto e resíduo da (ETE) estação de tratamento, podendo este conter outros compostos tais como: restos de cabelos, óleo de cozinha, gordura animal, dejetos de indústria, ácidos, bases, sais, entre outros tipos de matéria orgânica e inorgânica, variando com as regiões e procedências dos mesmos. Por ser estabilizado o lodo pode ser cuidadosamente manipulado e ao invés de ser despejado em aterros sanitários, iria para um processo de secagem e prensagem (briquetagem) com ou sem misturas, para ser queimado e transformado em energia térmica e elétrica. Uma vez adequados sua forma de armazenagem, manuseio e transporte para o uso em termoelétricas e caldeiras em geral estes serão dotados de um sistema de controle de poluentes atmosféricos do tipo filtros ou lavadores de gases.
[016] Conforme o conhecimento da técnica o volume de lodo de esgoto sanitário produzido no Brasil e no mundo vai numa escala de extrema preocupação, pois a uma despesa alta para o tratamento do mesmo que no passado era lançado (em alguns lugares ainda o é) nos rios e mares e hoje ocupa grande parte da natureza em aterros sanitários podendo contaminar lençóis e reservas de água potável. A eliminação do lodo no oceano foi muito utilizada, mas recentemente, esta prática tem sido proibida, devido aos danos ambientais ocasionados (SHEN, 2003).
[017] A disposição final do lodo de esgoto caracteriza atualmente um sério problema ambiental, tanto em países desenvolvidos quanto naqueles em desenvolvimento, como reflexo da ampliação das redes de coleta e tratamento. A utilização desse lodo para gerar energia aplicando a técnica proposta neste documento, que reveste a condição de invenção, permite a proteção do meio ambiente não poluindo nascentes e mares e determina um destino correto para um resíduo que é um problema emergente impulsionado pelas políticas de expansão das redes de coleta e implantação de novas estações de tratamento.
[018] Pensando em tais problemas e no intuito de solucioná-los foi desenvolvido um método de produção de energia a partir desse resíduo (LODO DE ESGOTO SANITÁRIO ESTABILIZADO, comercial, residencial e industrial), puro ou composto, para utilização como combustível pelo processo de briquetagem (prensagem) e posterior queima ou combustão, podendo receber ou não aglutinantes ou outras biomassas em sua composição, passíveis de ser utilizado como combustível para geração de energia e calor para os mais variados fins.
[019] A invenção será, a seguir, descrita em uma forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas ao desenho anexo, no qual está representada: [020] Figura 1: Vista geral dos briquetes produzidos a partir da compactação dos materiais seguindo os planejamentos de PB e DCCR, produto inovador deste documento. [021] Figura 2: Se ilustra um gráfico que apresenta através dos resultados a influência do aditivo no poder energético dos briquetes, sendo este um diferencial frente ao que se tem na literatura ou anterioridade de patentes.
[022] Figura 3: Se ilustra um gráfico de superfície de resposta dos efeitos negativos da umidade sem a mistura na resistência mecânica, porém atuando em conjunto com a mistura produzindo um ponto de cela, demonstrando um limite de umidade para o melhoramento da resistência.
[023] Figura 4: Se ilustra um gráfico de Calorimetria diferencial exploratória (DSC) que apresentou um pico exotérmico em 252oC o que caracterizou uma menor temperatura de ignição a combustão, ou maior característica inflamável ao produto em relação as matérias primas lodo (LP) e carvão (CP).
[024] Figura 5: Se ilustra um organograma para produção dos briquetes de lodo de esgoto estabilizados e aditivados.
[025] O método para obtenção dos “BRIQUETES DE LODO DE ESGOTO SANITÁRIO ESTABILIZADO E ADITIVADO, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, conforme ilustrado na Figura 1, compreende em diversas fases relacionadas a seguir: [026] Retirada da umidade por: pré-prensagem, aquecimento solar ou de qualquer natureza;
[027] A secagem será especificada pela briquetadeira (aparelho que prensa), seja esta, de extrusão sem fim, manual ou de pistão em seguida a moagem e ensaio granulométrico; [028] Encaminhamento para um misturador se necessário\adição - opcional - de aglutinantes ou outros produtos de natureza orgânica ou inorgânica, inflamáveis ou inertes;
[029] Aditivação (adição de aditivos a mistura);
[030] De acordo com sua composição química será utilizado ou não aglutinante, observando que os briquetes (feitos de lodo de esgoto) são mais coesos. No entanto, o sucesso do processo depende da dosagem correta da mistura, o que não desaprova o uso do lodo de esgoto puro também objeto da presente patente. Qualquer tipo de biomassa pode ser adicionado ao lodo isso fará com que seu poder calorífico varie conforme a matéria prima e suas respectivas dosagens de misturas que podem variar entre 0,1% a 99,9%;
[031] Prensagem final na forma triangular ou qualquer outra forma geométrica com pressões que variam entre 8.000 Kgf. a 300.000 kgf.;
[032] Quando não for prensado ou mesmo na forma de briquete o produto poderá ser queimado na forma seca com outros produtos inflamáveis inclusive gases.
[033] Os briquetes poderão ser produzidos a partir de qualquer dimensão granulométrica.
[034] Após a produção desse novo produto compactado, será adequadamente manuseado, armazenado e transportado para o uso em termoelétricas e caldeiras em geral, para produção de energia através da queima ou incineração, produto este que é novo e será industrializado, onde reveste condição de inovação e industrialização inéditas o processo geral pode ser visto na figura 5 deste documento.
[035] Para a produção de um briquete que atendesse os padrões mínimos de resistência mecânica e poder calorífico foram realizados dois planejamentos experimentais um de PLACKETT-BURMAN (PB) e um mais completo chamando DELINEAMENTO COMPOSTO CENTRAL ROTACIONAL (DCCR). Os resultados desses planejamentos foram satisfatórios podendo ser visualizados através das propriedades do briquete anexo a este documento nas figuras 2, 3, e 4.
[036] Cada propriedade do briquete está dentro dos valores correspondentes, exigidos por normas internacionais, resistência mecânica: 240 - 1300 kg.f.cm2, densidade: 1,190 g.cm-3- 1,468 g.cm-3, poder calorífico: 12,8 a 14.1MJ/Kg e densificação: 1,160 g.cm-3-1,712 g.cm-3, obtidos nos ensaios realizados no DCCR.
[037] Como a umidade e a mistura foram os dois fatores mais significativos estatisticamente visualizados no gráfico de Pareto do experimento de PB, um modelo matemático (Eq.1) foi desenvolvido para expressar a realidade dos ensaios, demonstrando os efeitos da umidade e da mistura na resistência mecânica de cada briquete, para cada combinação de umidade e misturas (finos de carvão vegetal), através desse modelo prevemos um valor de resistência mecânica correspondente.
[038] A partir dessa análise percebe-se que quanto menor a quantidade de umidade e de mistura (finos de carvão), maior será a resistência mecânica dentro desse intervalo de ensaios seguindo as respectivas combinações do planejamento de PB. O aditivo não teve efeito significativo na resistência mecânica, mas sim no poder calorífico dos briquetes.
[039] A equação abaixo (Eq.l) define a função que representa o comportamento dos dados experimentais.
[040] Κθδ· Mecãnic = 456,7 - 5,733 x mistu - 28,33 x umid + 0,01467 x mistu2 + 0,3 x umid x mist. (Eq.l).
[041] As três variáveis mais influentes, obtidas no PB foram a mistura, umidade e a pressão. Os níveis das variáveis significativas foram otimizados utilizando a metodologia de superfície de resposta podendo ser observadas nas figuras 2 e 3 anexos a este documento. Os resultados dos poderes caloríficos dos briquetes foram satisfatórios para serem utilizados como um combustível sólido através da combustão e a incorporação do aditivo aumente significativamente o poder calorífico deste combustível.
[042] Como a mistura e o aditivo foram os dois fatores mais significativos estatisticamente visualizados no gráfico de Pareto gerado a partir dos cálculos estatísticos, um modelo matemático foi criado (Eq.2), onde expressa os efeitos da mistura (finos de carvão) e do aditivo de cada briquete, para cada combinação do DCCR, podendo ser visualizado também na figura 2, anexo a este documento. Através desse modelo prevemos um valor de poder calorífico correspondente, em outras combinações, a partir dos resultados obtidos nos ensaios do DCCR.
[043] A partir da análise da equação percebe-se que quanto maior a quantidade de mistura (finos de carvão) e aditivo maior será o poder calorífico, dentro do intervalo de ensaios seguindo as respectivas combinações do planejamento do DCCR.
[044] A Equação 2 define a função que representa o comportamento dos dados experimentais.
[045] P°4er calor = 10,33 + 0,2309 x adit + 0',03361 x mist — 0,00'07227 x adit2 — 0.01606 x adit x mist (Eq. 2).
[046] A partir da equação 2 é possível verificar a influência do aditivo no poder energético dos briquetes o que neste documento reveste atividade inventiva sendo esse um dos diferencias frente a trabalhos similares da literatura.
[047] Tendo em vista os dados estatísticos foi identificado que a umidade e a interação linear entre a mistura e a umidade foram os fatores mais significativos na resistência mecânica do briquete. Essa interação pode ser confirmada através do valor de R na matriz de Pearson. Dessa forma foi criado um modelo matemático (Eq.3) construído pelo método de interpolação polinomial de grau 2, utilizando como suporte o Software Mat Lab R 2015b para representar os efeitos da mistura e a umidade na resistência mecânica do briquete.
[048] Realizando a análise desse modelo foi possível verificar que quanto menor a quantidade de mistura (finos de carvão), maior será a resistência mecânica, porém percebe-se um pequeno aumento na resistência quando a quantidade de umidade aumenta. Isso corrobora com os valores e resultados estatísticos, confirmando um sinergismo entre a umidade e a mistura, representado como interação linear significativa no gráfico de Pareto dos tratamentos estatísticos.
[049] A Equação 3 define a função que representa o comportamento dos dados experimentais.
[050] Resist Mec = 1655 — 105,7 x mist — 180 x umid + 1,49 x mistu2 + 11,94 x mistu x umid (Eq.3) [051] O que a presente invenção deste documento descreve é a produção de um novo biocombustível sólido gerado a partir do lodo de esgoto sanitário estabilizado, subproduto e resíduo da (ETE) estação de tratamento, podendo este conter outros compostos tais como: restos de cabelos, óleo de cozinha, gordura animal, dejetos de indústria, ácidos, bases, sais, entre outros tipos de matéria orgânica e inorgânica, variando com as regiões e procedências dos mesmos. Por ser estabilizado o lodo pode ser cuidadosamente manipulado e ao invés de ser despejado em aterros sanitários, iria para um processo de secagem e prensagem (briquetagem) com ou sem misturas, para ser queimado e transformado em energia térmica e elétrica. Uma vez adequados sua forma de armazenagem, manuseio e transporte para o uso em termoelétricas e caldeiras em geral estes serão dotados de um sistema de controle de poluentes atmosféricos do tipo filtros ou lavadores de gases.
[052] Após a queima deste produto “BRIQUETES DE LODO DE ESGOTO SANITÁRIO ESTABILIZADO E ADITIVADO” os resíduos resultantes da queima total podem ser utilizados em argamassa na construção civil, em cerâmicas enriquecidas ou até mesmo na agricultura como macro e micronutrientes. Verificou-se que a utilização do lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado como combustível, pertencente no campo dos processos industriais, permite o reaproveitamento desse resíduo orgânico e inorgânico que se torna um combustível inédito até o presente momento sendo esse objeto da presente patente. De acordo com os estudos de Wzorek (2012) um material sólido para ser utilizado como combustível deve acusar um poder calorífico superior a 13MJ.kg-1, comprovando o uso potencial do lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado para esta finalidade.
REIVINDICAÇÕES
Claims (7)
1. BRIQUETES DE LODO DE ESGOTO SANITÁRIO ESTABILIZADO E ADITIVADO, composição CARACTERIZADO por possuir essencialmente sete etapas: a) Retirada da umidade por: pré-prensagem, aquecimento solar ou de qualquer natureza; b) A secagem será especificada pela briquetadeira (aparelho que prensa), seja esta, de extrusão sem fim ou de pistão; c) Encaminhamento para um misturador se necessário/adição - opcional - de aglutinantes ou outros produtos de natureza orgânica ou inorgânica, inflamáveis ou inertes; d) De acordo com sua composição química será utilizado ou não aglutinante, observando que os briquetes (feitos de lodo de esgoto) são mais coesos quando misturados 50% em volume com pó de carvão vegetal, o sucesso do processo depende da dosagem correta da mistura e o tipo de prensa utilizada, o que não desaprova o uso do lodo de esgoto puro, objeto da presente patente, qualquer tipo de biomassa pode ser adicionado ao lodo isso fará com que seu poder calorífico varie conforme a matéria prima e suas respectivas dosagens de misturas que podem variar entre 0,1% a 99,9%; e) Prensagem final na forma triangular ou qualquer outra forma geométrica com pressões que variam entre 8.000Kgf. a 300.000kgf.; f) Quando não for prensado ou mesmo na forma de briquetes o lodo de esgoto sanitário poderá ser levado a combustão ou queima na forma seca pura ou com outros produtos inflamáveis inclusive gases para produção de energia; e g) Após a produção desse novo produto compactado, que apresenta poder calorífico entre 13,867±0,179MJ/Kg e 30,367±0,179MJ/Kg, será adequadamente manuseado, armazenado e transportado para o uso em termoelétricas e caldeiras em geral para produção de energia através da queima ou incineração, o processo geral pode ser visto na figura 1 anexo a este documento.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por utilizar como combustível a biomassa do lodo de esgoto sanitário que nesse caso se tornará um biocombustível sólido com compostos orgânicos e inorgânicos em forma de briquetes com tamanhos variados de acordo com a necessidade, esse processo irá concentrar a energia dessa biomassa para o poder calorífico dos lodos de esgoto com valor de 13,867±0,179MJ/Kg tornando possível sua utilização por meio da combustão ou incineração em termoelétricas ou caldeiras em geral para geração de energia térmica e elétrica;
3. Processo, de acordo com as reivindicações 1 e 2, CARACTERIZADO por tratar-se de um produto sólido, compactado que será adequadamente e facilmente armazenado manuseado e transportado, utilizado em termoelétricas ou caldeiras em geral, geralmente dotados de um sistema de controle de poluentes atmosféricos do tipo filtro ou lavadores de gases;
4. Processo, de acordo com as reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO por briquete de lodo com carvão, produtos inflamáveis, e outros tipos de biomassas ou produtos químicos, podendo variar a mistura de 0,1% a 99,9% em massa e volume, essas diferentes misturas serão responsáveis pela mudança do poder calorífico dos briquetes produzidos;
5. Processo, de acordo com as reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO por ser um combustível passível de ser utilizado em usina termoelétrica que geralmente funciona por meio da combustão de algum tipo de combustível fóssil como gasolina, petróleo, gás natural ou carvão que é queimado, e que a cada dia vem se tornando mais escasso, este novo produto descrito neste documento, objeto da presente patente, além do processo de industrialização que é inédito, surge como fonte renovável e sustentável de energia, o funcionamento das centrais termelétricas é semelhante, independentemente do combustível utilizado;
6. Processo, de acordo com as reivindicações 1 a 5, processo CARACTERIZADO por ser ecologicamente correto não só com a fauna e a flora mas também com a atmosfera, pois após a incineração ou combustão os gases podem além de passar por filtros ou lavadores de gases, também podem ser submetidos a precipitadores que retêm as cinzas e outros resíduos voláteis da combustão, as cinzas são recuperadas para aproveitamento em processos de metalurgia e no campo da construção, que são misturadas com o cimento ou na recuperação de metais por eletrólise ou outra técnica possível;
7. Processo, de acordo com as reivindicações 1 a 6, processo CARACTERIZADO por ser produto de inovação transformando um resíduo incomodo em energia, e que a partir dessa ideia será possível desenvolver uma usina sustentável até então não existente no território nacional ou no mundo, transformando o lodo de esgoto sanitário comercial, residencial e industrial em fonte de energia elétrica, diminuindo ou erradicando o excesso e o depósito em aterros sanitários, ajudando o meio ambiente, protegendo os lençóis freáticos e evitando a contaminação por doenças, trazendo mais um bem para a humanidade.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BR102018009824A BR102018009824A2 (pt) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BR102018009824A BR102018009824A2 (pt) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR102018009824A2 true BR102018009824A2 (pt) | 2019-12-10 |
Family
ID=68765803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR102018009824A BR102018009824A2 (pt) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR102018009824A2 (pt) |
-
2018
- 2018-05-15 BR BR102018009824A patent/BR102018009824A2/pt not_active Application Discontinuation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vera et al. | Experimental and economic study of a gasification plant fuelled with olive industry wastes | |
Carnaje et al. | Development and characterisation of charcoal briquettes from water hyacinth (Eichhornia crassipes)-molasses blend | |
Peng et al. | Thermogravimetric analysis of co-combustion between microalgae and textile dyeing sludge | |
Yahaya et al. | Development of rice husk briquettes for use as fuel | |
Supatata et al. | Characterization of fuel briquettes made from sewage sludge mixed with water hyacinth and sewage sludge mixed with sedge | |
Prasad et al. | Experimental investigation on gasification characteristic of high lignin biomass (Pongamia shells) | |
Sukarta et al. | Proximate analysis and calorific value of pellets in biosolid combined with wood waste biomass | |
Khorasgani et al. | Briquetting grass and tree leaf biomass for sustainable production of future fuels | |
Islam et al. | Development of briquette from coir dust and rice husk blend: An alternative energy source | |
Sadeghi et al. | An overview of waste-to-energy in Malaysia | |
Dalimunthe et al. | Making briquettes from waste of coconut shell and peanut shell | |
Yuhazri et al. | Solid fuel from empty fruit bunch fiber and waste papers Part 1: Heat released from combustion test | |
Torres Gadelha et al. | Cashew nut husk and babassu coconut husk residues: evaluation of their energetic properties | |
Arachchige | Briquettes production as an alternative fuel | |
Kumar et al. | Evaluation of boiler efficiency of bio briquettes by indirect method | |
Singh et al. | Mechanical and combustion characteristics of paddy husk briquettes | |
BR102018009824A2 (pt) | briquetes de lodo de esgoto sanitário estabilizado e aditivado | |
Varshney et al. | Small scale biomass gasification technology in India—an overview | |
Zhu et al. | Combustion Characteristics of Cattle Manure and Pulverized Coal Co-firing under Oxy-Fuel Atmosphere in Non-Isothermal and Isothermal Conditions. | |
Auprakul et al. | Densified fuels from mixed plastic wastes and corn stover | |
Faisal et al. | Production of briquettes from a blend of hdpe (high density polyethylene) plastic wastes and teak (Tectona grandis Linn. f) sawdust using different natural adhesives as the binder | |
Hilmiyati et al. | Densification of Product Torrefaction from Coconut Coir to Bio-briquette as Renewable Energy that Environmentally | |
Hilal-AlNaqbi et al. | Assessment of tree leaves flakes mixed with crude glycerol as a bioenergy source | |
Anshar et al. | Combustion characteristics modeling of rice husk as fuel for power plant in Indonesia | |
Singh et al. | Investigation of Performance and Emission Characteristics of a Dual Fuel Compression Ignition Engine Using Sugarcane Bagasse and Carpentry Waste–Producer Gas as an Induced Fuel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] |