Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/29601
Title in Portuguese: Aproveitamento do lodo de fossa séptica para produção de biodiesel, bio-óleo, gás, biocarvão e cinzas
Title: Use of septic tank sludge to produce biodiesel, bio-oil, biocarbon and ash
Author: Martins, Ana Vívian Parente Rocha
Advisor(s): Stefanutti, Ronaldo
Co-advisor(s): Nascimento, Ronaldo Ferreira do
Keywords: Saneamento
Lodo de esgoto
Biodiesel
Gás natural
Biocombustíveis
Lodo - Resíduos
Bio - coal
Bio - oil
Ashes
Issue Date: 25-Aug-2017
Citation: MARTINS, A. V. P. R. Aproveitamento do lodo de fossa séptica para produção de biodiesel, bio-óleo, gás, biocarvão e cinzas. 2017. 206 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: O aumento na geração de lodo de esgoto doméstico, nos últimos anos, em decorrência de investimentos no setor de saneamento, tornou-se um sério problema a ser enfrentado pelos profissionais do saneamento, sendo necessário procurar novas rotas de descarte e utilização para este resíduo. Dessa forma, o objetivo dessa pesquisa foi aproveitar o lodo de esgoto como fonte de energia para produção de biocombustíveis e bio-adsorventes. Foi definida uma rota de produção de biodiesel (esterificação ou transesterificação) a partir das características do óleo/gordura da escuma e caixa de gordura e utilizou-se o processo de transesterificação in situ como rota de produção de biodiesel a partir do lodo de fossa. Foi utilizado o processo de extração contínua e pirólise de lodo para produção de bio-óleo, biocarvão, gases e cinzas. As propriedades foram investigadas e potenciais aplicações foram propostas. Os biocarvões foram caracterizados pelas seguintes técnicas: umidade total, conteúdo de cinzas, materiais voláteis, carbono fixo, poder calorífico superior, análise termogravimétrica e medidas de área superficial específica e as cinzas foram caracterizadas por fluorescência de raios-x, difração de raios-x, espectrofotometria no infravermelho, medidas de área superficial específica, pH e potencial de carga zero para serem utilizadas para remoção de metais. Todos os materiais graxos extraídos apresentaram alto valor de índice de acidez, indicativo de característica de matéria graxa em avançado estado de degradação, devido às condições ambientais, processo de fritura do óleo e gordura comestível e o processo de extração utilizado. A reação de transesterificação in situ eliminou a necessidade de separar e extrair os lipídios e ácidos graxos contidos no lodo, uma vez que o ácidos graxos, contendo lipídios foram simultaneamente extraídos e esterificados. As amostras de biodiesel indicaram a ocorrência de quantidades significativas de metil ésteres de ácido cáprico (C10:0), ácido láurico (C12:0), ácido mirístico (C14:0), ácido esteárico (C18:0), ácido oléico (C18:1), ácido linoléico (C18:2) e ácido eicosenóico (20:1). Observou-se que os metil ésteres de ácidos graxos que compõem o lodo de fossa séptica são majoritariamente o ácido palmítico (C16:0). A composição do biodiesel de lodo de fossa não teve diferença significativa da composição do biodiesel de óleo vegetal. A análise termogravimétrica sob fluxo de nitrogênio mostrou que a decomposição da matéria orgânica ocorre entre 200 e 500 °C. O processo de pirólise apresentou um rendimento de cerca de 48, 30 e 22% em massa paras as fases sólido, líquida e gás, respectivamente. Os biocarvões produzidos apresentaram teores de carbono, material volátil e cinzas de 6,2, 48 e 53,8% em massa, poder calorífico de 15,5 MJ kg-1, características de carbono amorfo e sem morfologias definidas. O bio-oleo e o gás foram testados no motor para cortar grama (2T). Os produtos testados deram partida no motor, o que confirma suas propriedades como bio-combustíveis. As cinzas obtidas de lodo de fossa séptica demostraram uma boa capacidade de remoção para os íons cobre e chumbo nas soluções aquosas. A cinética de equilíbrio seguiu o modelo de pseudo-segunda-ordem. A isoterma de Langmuir melhor se ajustou aos dados experimentais nos sistemas estudados e deu o melhor R2 para o íon cobre. Portanto, o lodo, pela sua abundância, é um material que pode ser facilmente reaproveitado como fonte de energia.
Abstract: The increase in the generation of domestic sewage sludge in recent years due to investments in the sanitation sector has become a serious problem to be faced by sanitation professionals, and it is necessary to look for new routes of disposal and use for this waste. Thus, the objective of this research was to sewage sludge as an energy source for the production of biofuels and bio-adsorbents. A biodiesel production (esterification or transesterification) route was defined from the oil / grease characteristics of the scum and fat box and the in-situ transesterification process was used as a biodiesel production route from the sludge sludge. The process of continuous extraction and pyrolysis of sludge was used for the production of bio-oil, bio-coal, gases and ashes. The properties were investigated and potential applications were proposed. The biocarbons were characterized by the following techniques: total moisture, ash content, volatile materials, fixed carbon, higher calorific value, thermogravimetric analysis and specific surface area measurements and the ashes were characterized by x-ray fluorescence, x-ray diffraction , infrared spectrophotometry, specific surface area measurements, pH and zero load potential to be used for metal removal. All the extracted fatty materials presented high value of acidity index, indicative of characteristic of grease matter in advanced state of degradation, due to the environmental conditions, frying process of the oil and edible fat and the extraction process used. The in situ transesterification reaction eliminated the need to separate and extract the lipids and fatty acids contained in the sludge, since the lipid-containing fatty acids were simultaneously extracted and esterified. The biodiesel samples indicated significant amounts of methyl esters of capric acid (C10: 0), lauric acid (C12: 0), myristic acid (C14: 0), stearic acid (C18: 0), oleic acid (C18 : 1), linoleic acid (C18: 2) and eicosenoic acid (20: 1). The fatty acid methyl esters composing the septic tank sludge were found to be predominantly palmitic acid (C16: 0). The biodiesel composition of the sludge sludge had no significant difference in the biodiesel composition of vegetable oil. The thermogravimetric analysis under nitrogen flow showed that organic matter decomposition occurs between 200 and 500 ° C. The pyrolysis process had a yield of about 48, 30 and 22 mass% for the solid, liquid and gas phases, respectively. The biocarbons produced had carbon contents, volatile material and ashes of 6.2, 48 and 53.8% by mass, with a calorific value of 15.5 MJ kg-1, characteristics of amorphous carbon with no defined morphologies. Bio-oil and gas were tested on the lawn mower (2T). The tested products have started the engine, which confirms its properties as biofuels. Ash obtained from septic tank sludge showed good removal capacity for copper and lead ions in aqueous solutions. The equilibrium kinetics followed the pseudo-second order model. The Langmuir isotherm better adjusted to the experimental data in the systems studied and gave the best R2 for the copper ion. Therefore, sludge, by its abundance, is a material that can be easily reused as an energy source.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/29601
metadata.dc.type: Tese
Appears in Collections:DEHA - Teses defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2017_tese_avpmartins.pdf3,22 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.