Estabilização química de lamas de digestão anaeróbia de resíduos sólidos urbanos

Abstract

Neste estudo foi considerado um resíduo resultante da digestão anaeróbia (DA) de resíduos sólidos urbanos (RSU) separados numa unidade de tratamento mecânico biológico (TMB). Neste âmbito, o principal objetivo deste trabalho foi o de otimizar um processo de oxidação química que pudesse substituir a compostagem na estabilização das lamas de digestão anaeróbia (LDA). O sistema selecionado consistiu no processo de Fenton, em que é feita uma oxidação química com a adição de peróxido de hidrogénio (H2O2) e de ferro (Fe2+), de modo a que se consiga obter um ótimo na libertação de carbono em forma de CO2 (C-CO2). Por forma a otimizar o tratamento foram testados vários níveis de carga de ferro e de peróxido de hidrogénio. Esta oxidação química deu origem às lamas tratadas (LT). Através de uma análise estatística baseada num desenho de experiências para inferir quais as condições ótimas para o processo de Fenton. Usaram-se a carga de Fe2+ e de H2O2 como variáveis independentes e o C-CO2 como variável dependente. A análise da superfície de resposta levou à conclusão que as condições ótimas para o tratamento de oxidação química seriam 35,6 g H2O2 kg TS-1 e 33,1 g Fe2+ kg TS-1, mantendo o pH a 3, temperatura ambiente e a razão L/S a 5, em que o C-CO2 libertado seria de 32,38 mg. A estabilidade biológica dos materiais obtidos foi comparada com as LDA e com composto proveniente da estação de TMB (CMP). A amostra CMP, obteve um nível de oxygen uptake rate (OUR) de baixa biodegradabilidade, por sua vez a amostra LDA, obteve um OUR na gama da biodegradabilidade moderada. Já as LT, com o tratamento de oxidação química, diminui o OUR em relação ao das LDA, mas continuou na gama da biodegradabilidade moderada. O nível de fitotoxicidade também foi medido, em que o índice de germinação (GI) com o tratamento de oxidação química subiu de 37,4% para 99,6% revelando assim que o extrato das LT é um extrato não fitotóxico. Neste trabalho utilizou-se também a Espetroscopia de Infravermelhos por Transformada de Fourier (FTIR), onde foram comparadas as três amostras, LDA, LT e CMP. Concluiu-se que o tratamento químico introduz compostos OH (hidroxilação) nos anéis aromáticos formando assim álcoois secundários que foi revelada pela presença de um pico em 1122 cm-1 apenas nas LT. O tratamento de oxidação química mostrou ser um processo viável e que pode substituir a compostagem dando origem a um material biologicamente estável num curto espaço de tempo.

This study considered a residue resulting from the anaerobic digestion (DA) of the organic fraction of municipal solid waste (RSU) obtained from a mechanical biological treatment (TMB) unit. In this context, the main purpose of this work was to optimize a chemical oxidation process that could replace the composting in the stabilization of this sludge (LDA). The system selected consisted on Fenton’s reagent, in which the chemical degradation of organic matter is performed by adding hydrogen peroxide (H2O2) and iron (Fe2+), to achieve an optimum in mineralization which is determined by the amount of carbon released in the form of CO2 (C-CO2). In order to optimize the treatment, various charge levels of iron and hydrogen peroxide were tested through a statistical analysis based on an experiments design. The Fe2+ and H2O2 charges were used as independent variables, and C-CO2 was used as dependent variable. The analysis of response surface led to the conclusion that the optimal conditions for chemical oxidation treatment would be 35,6 g H2O2 kg TS-1 and 33,1 g Fe2+ kg TS-1, maintaining the pH 3, room temperature, and the L/S ratio at 5, wherein the C-CO2 released would be 32,38 mg. The biological stability of the obtained materials was compared with the LDA and the compost attained from the TMB station (CMP). The CMP sample showed an oxygen uptake rate (OUR) within the low biodegradability levels, on the other hand the LDA sample obtained an OUR in the range of moderated biodegradability. For LT obtained from the chemical oxidation treatment, the OUR decreased in relation to the OUR of LDA, but remained in the range of moderated biodegradability. The phytotoxicity level was also measured and it was concluded that the germination index (GI) of the LDA increased from 37,4% to 99,6% when they were subjected to chemical oxidation, thus revealing that the LT extract is non-phytotoxic. This work also used the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to compare the three samples – LDA, LT and CMP composition. It was concluded that the chemical treatment introduces OH compounds (hydroxylation) on the aromatic rings, thereby forming secondary alcohols revealed by the presence of a peak at 1122 cm-1 only in LT. The chemical oxidation treatment was shown to be a viable process that can replace the composting resulting in a stable biologically material in a shorter period of time when compared with composting.