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Previous issue date: 2017-12-01 / Periodically several types of waste are produced and discarded in landfills. Among that waste there is the sewage sludge one of the biggest issues from environmental and financial perspective of sanitation companies. This study has as primary goal to evaluate the potencial production of sanitary sewage sludge briquettes and charcoal to be used as fuel, as well as to perform its physical and chemical characterization. The incorporation effect of the cooking residual oil by immersion method and in form of an additive incorporated directly into the briquette mixture composition was also evaluated. This fuel may be used in a combustion furnace boiler or biomass thermoelectric plants, which has same purpose as coal and wood. Fuel and mechanical characteristics of those briquettes as well as superior calorific value, ash content, volatile materials, fixed carbon, thermogravimetric analyzes and resistance to axial compression until the rupture were evaluated. There was experimental planning methodology known in the literature to verify the factors that interfere in the briquette production and its properties, as well as characterize briquette and raw materials. To investigate the best raw material proportions in the briquettes production and verify moisture effects and binder, a factorial experiment was performed under a randomized complete block design (DBC), maintaining a constant pressure (5 tons). This plan had as non-immersed briquettes blocks (1), and immersed ones (2) at 160 oC for a time of 100 seconds. After a negative effect on immersion process, due to low mechanical strength, a Plackett-Burman (PB) design was performed to evaluate moisture, binder, mixture, pressure effects as well as additive on mechanical briquettes resistance. This plan allowed to verify the variable effects in a reduced number of tests, PB (12) with a triple central point, totalizing a 15 tests matrix. Once the identification of most significant variables in the briquettes production, a larger number of trials and levels were planned, being central rotational compound (DCCR) design, applied on most significant variables of PB plan and additive, these plans showed best quantities and conditions required for briquettes production in terms of operations, transportation and storage as well as better energy efficiency. The best mixing condition that produced the briquette with the highest calorific value was 85% sewage sludge, 2.50% humidity, 7.50% additive and 8.75-ton pressure, besides a power 15.566 MJ.kg-1, capable of withstanding a pressure of 41.19 MPa (420 kgf cm-2) and a density of 1.311 g.cm-3, until rupture, thus the best briquette for transportation and handling. This work provides a suggested route to use sanitary sewage sludge in combination with charcoal fines to produce fuel in the form of briquettes. Besides these characteristics, morphological and compositional properties were studied by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersion Spectroscopy (EDS) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FITIR) with attenuated total reflectance (ATR) as well as mechanical properties, visual analysis, granulometry tests and mechanical resistance. In this study with briquettes, power and mechanical resistance were investigated. With the test results, it was verified that sanitary sewage sludge has similar calorific value to other materials used for briquettes manufacture, being an excellent raw material for energy power by combustion in the form proposed by this study. / Periodicamente são gerados diversos tipos de resíduos e descartados em aterros sanitários. Dentre estes, o lodo de esgoto sanitário que é um dos maiores problemas do ponto de vista ambiental e financeiro das empresas de saneamento. Neste contexto, este estudo tem como objetivo principal avaliar a potencialidade da produção de briquetes de lodo de esgoto sanitário e finos de carvão vegetal para o uso como combustível, bem como realizar sua caracterização física e química. Também foi avaliado o efeito da incorporação do óleo residual de cozinha pelo método da imersão e na forma de aditivo incorporado diretamente na mistura da composição do briquete. A aplicabilidade desse combustível poderá ser em forno de combustão de caldeiras ou termoelétricas de biomassa, tendo a mesma finalidade do carvão e da madeira. Para conhecer as características combustíveis e mecânicas dos briquetes, foram avaliados o poder calorífico superior, o teor de cinzas, os materiais voláteis, o carbono fixo, análises termogravimétricas e a resistência à compressão axial até a ruptura. Foi empregada a metodologia de planejamentos experimentais, conhecida na literatura, para verificar os fatores que interferem na produção do briquete e suas propriedades, além de realizar a caracterização do briquete e das matérias primas. Para investigar quais as melhores proporções de matéria prima na produção dos briquetes os efeitos da umidade e do aglutinante, realizou-se um experimento fatorial sob o delineamento em blocos casualizados (DBC), mantendo-se a pressão constante (5 toneladas). Este planejamento teve como blocos os briquetes não-imersos (1), e os imersos (2) a 160 oC por um tempo de 100 segundos. Após verificar um efeito negativo no processo de imersão, devido à baixa na resistência mecânica, um planejamento de Plackett-Burman (PB) foi realizado para avaliar os efeitos das variáveis umidade, aglutinante, mistura, pressão e o aditivo na resistência mecânica dos briquetes. Esse planejamento permitiu verificar os efeitos das variáveis por meio de um número reduzido de ensaios, PB (12) com uma triplicata no ponto central, totalizando uma matriz de 15 ensaios. Após a identificação das variáveis mais significativas na parte da produção dos briquetes, realizou-se um planejamento com um número maior de ensaios e níveis, sendo este o delineamento composto central rotacional (DCCR), aplicado as variáveis mais significativas do planejamento de PB e o aditivo. Esses planejamentos permitiram determinar quais as melhores quantidades e condições necessárias para produção de briquetes, em termos de operações, transporte e armazenagem, e do melhor poder energético. A melhor condição de mistura que proporcionou a produção do briquete com maior poder calorífico foi de 85% de lodo de esgoto sanitário, 2,50% de umidade, 7,50% de aditivo e 8,75 ton de pressão, além de um poder calorífico de 15,566 MJ kg-1, foi capaz de suportar, até a ruptura, uma pressão de 41,19 MPa (420 kgf cm-2) com uma densidade de 1,311 g cm-3. Sendo assim este o briquete mais indicado para o transporte e manipulação. Esse trabalho fornece a rota sugerida para a utilização do lodo de esgoto sanitário em combinação com finos de carvão vegetal para a produção de combustível em forma de briquetes. Além destas características, estudaram-se as propriedades morfológicas e composicional por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), da Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS) e da Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FITIR) com refletância total atenuada (ATR). Também as propriedades mecânicas, análises visuais, ensaios de granulometria e resistência mecânica. Neste estudo com briquetes, foram investigados em especial o poder energético e a resistência mecânica. Com os resultados dos ensaios, verificou-se que o lodo de esgoto sanitário possui poder calorífico similar ao de outros materiais utilizados para fabricação de briquetes, sendo uma excelente matéria prima para geração de energia por combustão na forma proposta neste estudo.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/4024 |
| Date | 01 December 2017 |
| Creators | Oliveira, Ricardo Sonsim de |
| Contributors | Palácio, Soraya Moreno, Silva, Edson Antonio da, Borba, Carlos Eduardo, Veit, Márcia Teresinha, Modolo, Márcio Luiz, Mariani, Filipe Quadros, Bittencourt, Paulo Rodrigo Stival |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, -2624803687637593200, 500, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, UNIOESTE, Brasil, Centro de Engenharias e Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 1582274381427649589, 600, 600, 600, -7734402124082146922, 8898138769758318591 |
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