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https://tede.unioeste.br/handle/tede/8265| Tipo do documento: | Tese |
| Title: | Análise econômica e energética do aproveitamento do lodo de esgoto sanitário considerando o uso nos sistemas de geração de energia |
| Other Titles: | Economic and energetic analysis of the use of sanitary sewage sludge considering its use in energy generation systems |
| Autor: | Zanini, Bárbara ![]() |
| Primeiro orientador: | Souza, Samuel Nelson Melegari de |
| Primeiro membro da banca: | Siqueira, Jair Antônio Cruz |
| Segundo membro da banca: | Bariccatti, Reinaldo Aparecido |
| Terceiro membro da banca: | Modolo, Marcio |
| Quarto membro da banca: | Cremonez, Paulo André |
| Resumo: | Periodicamente, são gerados diversos tipos de resíduos e descartados em aterros sanitários. Dentre esses, destaca-se o lodo de esgoto sanitário, que representa problemas do ponto de vista ambiental e financeiro nas empresas de saneamento. Nesse contexto, o presente estudo propôs uma análise da viabilidade econômica e energética do aproveitamento do lodo de esgoto sanitário ocupando a lacuna de trabalhos integrados entre essas análises. Foram produzidos pellets com diferentes proporções de lodo e pó de madeira de Pinus (0%, 25%, 50%, 75% e 100% m/m), utilizando peletizadora Rotex Master (1.500 kg·h⁻¹). As amostras foram caracterizadas quanto à umidade, teor de cinzas, material volátil, carbono fixo, poder calorífico, composição elementar (TXRF), estabilidade térmica (TGA) e emissão dos gases de pirólise (EGA-FTIR). Os resultados mostraram teores de umidade entre 1,89 e 6,76%, de acordo com a NBR ISO 18134-2:2015. O teor de cinzas aumentou proporcionalmente ao conteúdo de lodo (0,85% a 29,96%), enquanto o poder calorífico superior (PCS) variou de 14,447 a 19,006 MJ·kg⁻¹. As análises termogravimétricas evidenciaram maior estabilidade térmica para os pellets com maior proporção de lodo, com perdas de massa de 39% a 75% entre 25 e 600°C. As formulações com até 50% de lodo apresentaram desempenho energético compatível com a ISO 18125:2017 (≥16,56 MJ·kg⁻¹). As análises termogravimétricas e espectroscópicas evidenciaram comportamento térmico estável, liberação predominante de CO₂, CH₄ e compostos oxigenados, além de ausência de gases tóxicos em concentrações críticas. Para os cálculos do Biomass Quality Index – BQI, os pellets com lodo de esgoto em sua composição apresentaram um índice fora do limite padrão devido à grande quantidade de cinzas, zinco e cobre em sua composição. Para a análise de viabilidade econômica, todos os tipos de pellets produzidos a partir de lodo de esgoto apresentaram retornos do investimento e indicadores econômicos favoráveis, se comparados aos de pó de madeira, pois o custo diminui à medida que se inclui maior quantidade de lodo na sua composição; o Valor Presente Líquido (VPL) também cresce e o payback diminui, indicando uma viabilidade crescente do investimento. O Levelized Cost of Pellets (LCOP), para cada tonelada de pellet (R$/ton), variou de R$ 614,44/ton, para o pellet com 25% lodo (taxa de desconto 15%), a um valor mínimo de R$ 296,31/ton, para o pellet com 50% lodo (taxa de desconto 5%). Os pellets que utilizam madeira pura apresentaram LCOP entre 882,99 e 888,51 R$/ton. Assim, a incorporação de até 50% de lodo de esgoto em pellets de biomassa mostrou-se viável, preservando propriedades energéticas adequadas e sendo viável economicamente apesar da excessiva quantidade de cinzas e de alguns metais, pois a inclusão do lodo no processo produtivo reduz o custo com a matéria-prima e exclui o custo com o descarte em aterro sanitário. |
| Abstract: | Periodically, various types of waste are generated and disposed of in landfills. Among these, sewage sludge stands out, representing problems from both an environmental and financial standpoint for sanitation companies. In this context, the present study proposed an analysis of the economic and energy viability of utilizing sewage sludge, filling the gap in integrated studies between these analyses. Pellets were produced with different proportions of sludge and Pinus wood dust (0%, 25%, 50%, 75%, and 100% w/w) using a Rotex Master pellet mill (1,500 kg·h⁻¹). The samples were characterized in terms of moisture, ash content, volatile matter, fixed carbon, calorific value, elemental composition (TXRF), thermal stability (TGA), and pyrolysis gas emission (EGA-FTIR). The results showed moisture contents between 1.89 and 6.76%, according to NBR ISO 18134-2:2015. Ash content increased proportionally to sludge content (0.85% to 29.96%), while the higher heating value (HHV) ranged from 14.447 to 19.006 MJ·kg⁻¹. Thermogravimetric analyses showed greater thermal stability for pellets with a higher proportion of sludge, with mass losses of 39% to 75% between 25 and 600°C. Formulations with up to 50% sludge showed energy performance compatible with ISO 18125:2017 (≥16.56 MJ·kg⁻¹). Thermogravimetric and spectroscopic analyses showed stable thermal behavior, predominant release of CO₂, CH₄, and oxygenated compounds, and absence of toxic gases at critical concentrations. For the Biomass Quality Index (BQI) calculations, pellets with sewage sludge in their composition presented an index outside the standard limit due to the large amount of ash, zinc, and copper in their composition. For the economic feasibility analysis, all types of pellets produced from sewage sludge show favorable returns on investment and economic indicators when compared to those made from wood dust, as the cost decreases as a greater amount of sludge is included in their composition, the Net Present Value (NPV) also increases, and the payback period decreases, indicating an increasing viability of the investment. The Levelized Cost of Pellets (LCOP) per ton of pellet (R$/ton) ranged from R$ 614.44/ton for pellets with 25% sludge (15% discount rate) to a minimum of R$ 296.31/ton for pellets with 50% sludge (5% discount rate). Pellets using pure wood showed an LCOP between R$ 882.99 and R$ 888.51/ton. Thus, the incorporation of up to 50% sewage sludge in biomass pellets proved viable, preserving adequate energy properties and being economically feasible despite the excessive amount of ash and some metals, since the inclusion of sludge in the production process reduces the cost of raw materials and eliminates the cost of disposal in landfills. |
| Keywords: | Resíduos Pellets Análise econômica Viabilidade econômica Combustível alternativo Waste Pellets Economic analysis Economic viability Alternative fuel |
| CNPq areas: | AGROENERGIA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
| Sigla da instituição: | UNIOESTE |
| Departamento: | Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura |
| Campun: | Cascavel |
| Citation: | Zanini, Bárbara. Análise econômica e energética do aproveitamento do lodo de esgoto sanitário considerando o uso nos sistemas de geração de energia. 2025. 113 f. Tese( Doutorado em Engenharia de Energia na Agricultura) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/8265 |
| Issue Date: | 16-Dec-2025 |
| Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia de Energia na Agricultura (CVL) |
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| Bárbara Zanini.pdf | Arquivo completo | 3.2 MB | Adobe PDF | View/Open Preview |
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