Modelação do processo de secagem de lamas de ETAR por convecção natural

Abstract

As lamas oriundas do tratamento dos efluentes de ETAR (Estação de tratamento de águas residuais) urbanas e/ou industriais apresentam, no final do tratamento, uma humidade acima de 80%, já depois de desidratadas por meios mecânicos. Atualmente, a maioria destas lamas podem ser valorizadas na agricultura, como corretor de solos ou encaminhadas para incineração para produção termoelétrica. Contudo, a elevada humidade das lamas dificulta e encarece a gestão por parte dos operadores deste tipo de resíduo. A secagem térmica permite baixar a humidade para valores da ordem de 20% ou menos, reduzir consideravelmente o volume, eliminar os agentes patogénicos e reduzir os maus odores.Este estudo destina-se a desenvolver um modelo empírico que permita prever a cinética de secagem de lamas de ETAR em função da temperatura do ar para um regime de convecção natural e para lama sob a forma de cilindros longos. O modelo proposto tem a vantagem de considerar as três fases de secagem separadamente, o que se traduz numa melhor representatividade da cinética de secagem. O modelo foi desenvolvido com base em resultados experimentais de secagem realizados em estufa numa gama de temperaturas entre os 40 ºC e 130 ºC. As lamas utilizadas para o estudo experimental são provenientes da ETAR do Choupal, em Coimbra. Com base nos resultados experimentais foram estimadas a difusividade efetiva e o coeficiente de transferência de massa em função da temperatura de secagem. Os valores obtidos estão dentro dos valores que são típicos para este tipo de lamas e gama de temperaturas ensaiada.As previsões obtidas pelo modelo proposto são comparadas com os resultados experimentais obtidos, através de métodos estatísticos como o R, o RMSE, o erro médio absoluto e o χ2. Para além da gama de temperaturas ensaiadas, conclui-se que o modelo empírico permite uma boa correlação com os resultados experimentais para a temperatura de secagem superior, no caso 150 ºC.

The wastewater treatment process in WTP, both in an industrial and/or urban plant, produces sewer sludge with a moisture above 80% although a mechanical dehydration treatment. Nowadays, the sewer sludge can be valorized in agriculture as a soil conditioner or, transformed in heat or electricity by incineration. However, the high quantity of moisture present in the sewer sludge is a constraint for the waste management operators and increase the costs. The thermal drying reduces the moisture content to about 20% or lower, allows to reduce its volume, destroys pathogens and reduces unpleasant odors.The objective of this study is to develop an empirical model for the prediction of the drying kinetics of the WTP sewer sludge as a function of the drying air temperature, for a natural convection regime and for cylindrical sewer sludge samples. The proposed model describes the drying process in three stages, improving the accuracy of the prediction. This model was developed based on the experimental results of drying process of sewer sludge cylinder samples for a temperature range between 40 ºC and 130 ºC. The sludge used is originated from Choupal WTP in Coimbra. The values for the effective diffusion and mass transfer coefficient were estimated based on the experimental results and were similar to those found in the literature.The prediction results based on the proposed model were compared with the experimental ones using statistical factors like the R, RMSE, mean absolute error and χ2. The proposed model was tested for drying air temperature until 150 oC showing a good approach with the experimental results.