Avaliação técnica, econômica e ambiental do aproveitamento de lodos como combustível em fábrica de celulose
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Data
2019-06-28
Orientador
Ramos, Ricardo Alan Verdú 
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEIS
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Este trabalho apresenta uma alternativa para a utilização do lodo gerado em estação de tratamento de efluentes de uma indústria de celulose sul mato-grossense, mais especificamente para a queima em caldeira de leito fluidizado borbulhante, misturado com biomassa de madeira, minimizando a quantidade e o custo de seu envio para aterro industrial. As caracterizações físico-químicas dos lodos e cinzas, em amostras pontuais, foram analisadas por laboratório acreditado pela ABNT, seguindo os critérios da NBR 10.004:2004, sendo que os resultados comprovaram que tais resíduos se enquadram dentro da norma como de Classe IIA. As emissões atmosféricas também foram analisadas, por laboratório credenciado, seguindo os critérios da resolução CONAMA 316/2002, tendo sido observado que as quantidades de material particulado, óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio, ácido clorídrico, cloro livre, fluoretos, metais, cianeto, dioxinas e furanos, atendem aos limites legais previstos na referida resolução. Instrumentos instalados na chaminé da caldeira de biomassa, monitoraram as emissões atmosféricas referentes à material particulado, óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre e monóxido de carbono, em todo o período operacional da caldeira. O período considerado para estudo foi de Janeiro/2017 a Julho/2018, o qual envolve o início da operação de uma nova linha de produção de celulose, elevando a capacidade produtiva de vapor da caldeira de biomassa, de 120 para 150 t/h de vapor, e a produção de celulose de 1,275 para 3,200 milhões de toneladas por ano. Tomando como base os dados deste período puderam ser notadas algumas alterações significativas comparando-se as situações antes e após o incremento de produção de celulose, a saber: i) a destinação de lodos para aterro em relação ao volume gerado de lodos foi reduzida de 10,5 para 6,2%; ii) a relação de volume de lodos na mistura do biocombustível total para a caldeira foi duplicada (de 21 para 42%); iii) a produção de vapor em relação ao biocombustível consumido aumentou de 3,6 para 3,8 toneladas de vapor por tonelada de biocombustível. Por fim, considerando o último trimestre desse estudo, após estabilidade operacional da segunda fábrica, tem-se que 94,2% do volume de lodos gerados foram destinados para queima na caldeira de biomassa, com isto, é possível prever um aumento da vida útil de um aterro industrial (250.000 m³ alteado para 600.000 m³) de 2,3 para 14,6 anos. Assim, considerando-se os custos com movimentação de lodos para aterro e o investimento necessário para a construção de uma célula com a capacidade requerida, a utilização do lodo como combustível promove uma economia considerável para a empresa, além de que o investimento requerido para construção do aterro pode ser equacionado em aproximadamente 3,5 anos, contabilizando o volume de celulose produzido neste período. Assim, foi comprovado que, além de ser tecnicamente e ambientalmente viável a geração de vapor e energia através do aproveitamento do lodo para queima em caldeiras de fábricas de celulose, isso possibilita a extensão da vida útil de aterros industriais para acondicionamento de resíduos, minimizando impactos e custos intensivos com este tipo de passivo.
Resumo (inglês)
This work presents an alternative for the use of sludge generated in a wastewater treatment plant of a Mato Grosso do Sul pulp industry, more specifically for burning in a bubbling fluidized bed boiler mixed with wood biomass, minimizing the amount and the shipping cost to industrial landfill. The physicochemical characterization of sludge and ash in point samples were analyzed by an external laboratory accredited by ABNT, following the criteria of NBR 10.004:2004, and the results showed that such residues fall within the standard as Class IIA. Atmospheric emissions were also analyzed by an accredited laboratory following the criteria of CONAMA Resolution 316/2002, and it was observed that the amounts of particulate matter, sulfur oxides, nitrogen oxides, hydrochloric acid, free chlorine, fluorides, metals, cyanide dioxins and furans meet the legal limits laid down in that resolution. Instruments installed in the biomass boiler chimney monitored atmospheric emissions from particulate matter, nitrogen oxides, sulfur oxides and carbon monoxide throughout the boiler operating period. The period considered in this study was January/2017 to July/2018 that involves the start of operation of a new pulp production line, increasing the production capacity of the biomass boiler steam from 120 to 150 t/h of steam, and pulp production from 1,275 to 3,200 million tons per year. Based on data for this period some significant changes could be noted by comparing the situations before and after the increase in pulp production, namely: i) destination from landfill sludge to sludge generated volume was reduced from 10.5 to 6.2%; ii) the volume ratio of sludge in the total biofuel mixture to the boiler was doubled (from 21 to 42%); (iii) steam production relative to biofuel consumed increased from 3.6 to 3.8 ton of steam per ton of biofuel. Finally, considering the last quarter of this study, after operating stability of the second plant, it has been found that 94.2% of the volume of sludge generated was intended for burning in the biomass boiler, this can lead to an increase in the useful life of an industrial landfill (250,000 m³ raised to 600,000 m³) from 2.3 to 14.6 years. Thus, considering the costs of moving sludge to landfill and the investment required to construct a cell with the required capacity, the use of sludge as fuel promotes considerable savings for the company, and the investment required for construction of landfill can be equated in about 3.5 years, accounting for the volume of pulp produced in this period. Thus, it has been proved that, in addition to being technically and environmentally viable, the generation of steam and energy by means the use of sludge for burning in pulp mill boilers; this enables the extension of the useful life of industrial landfills for packaging waste, minimizing impacts and intensive costs with this type of liability.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português