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Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos

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Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos . Roberto N. Szente. Roteiro. O Problema..... Soluções existentes Plasma Introdução Tochas de Plasma Processos Industriais Diversos Processos Inovadores em Meio Ambiente Solos Contaminados Embalagens Longa-Vida

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roteiro
Roteiro
  • O Problema.....
  • Soluções existentes
  • Plasma
    • Introdução
    • Tochas de Plasma
    • Processos Industriais Diversos
  • Processos Inovadores em Meio Ambiente
    • Solos Contaminados
    • Embalagens Longa-Vida
    • Escórias (Silício, Alumínio)
    • Resíduos de Saúde (Lixo Hospitalar)
    • Resíduos Industriais
    • Outros
  • Conclusões
slide3
O

Problema…

res duos
Resíduos???
  • O que são resíduos??
    • Remanescente; aquilo que resta de qualquer substância; resto....
  • Mas, uma lâmpada fluorescente, é um resíduo?
  • E quando um produto industrial acaba no meio ambiente?? Torna-se um resíduo??
  • Será que uma lâmpada fluorescente usada é o mesmo que o resto de dicloro anilina gerada na fabricação de insumos para plásticos??
res duos5
Resíduos???
  • Que tipos de materiais podem acabar no meio ambiente (natureza) ??
    • Processo (produção de bens – por exemplo, resíduos da produção de plásticos, usinagem de peças, produtos químicos, fabricação de papel, etc) – Na verdade, nesta categoria estão os únicos resíduos de acordo com a definição
    • Final da vida útil de Produtos Industriais (televisores, automóveis, lâmpadas fluorescentes, etc); estudos de ciclo de vida tornam-se cada vez mais importantes e decisivos na definição de produtos industriais.
    • Embalagens (utilizadas para proteger produtos industriais – por exemplo, garrafas, latas de alumínio, papelão, isopor, etc).
res duos6
Resíduos???
  • Portanto, na verdade não devemos dizer que devemos tratar resíduos (industriais, domésticos, hospitalares, etc) mas sim tratar materiais que acreditamos possam afetar o meio ambiente que desejamos preservar.
  • Então, o que devemos fazer é RECICLAGEM de materiais, e não somente tratamento de resíduos (que envolveria somente uma parte (pequena) dos materiais que acabam no meio ambiente..).
reciclagem
Reciclagem
  • Entre os processos mais utilizados:
    • A) Aterros
    • B) Incineração / Cimenteiras
    • C) Compostagem
    • D) Específicos - Diversos

Diversos processos específicos foram desenvolvidos para reciclagem de certos produtos ou materiais. Entre esses processos, podem ser destacados:

      • Papelão, papel (processo via hydra pulping);
      • Vidro (refusão);
      • Plásticos (seleção e extrusão);
      • Madeiras (trituração e enchimento);
      • Ferro velho (carga de alto forno);
      • Alumínio (refusão de latas); ......diversos outros

Alguns desses processos são economicamente possíveis apenas quando são subsidiados ou quando a mão de obra (principalmente para segregação) não é qualificada.

reciclagem9
Reciclagem
  • O grande desafio atual da reciclagem é aumentar a quantidade de material que pode retornar à cadeia produtiva (reciclagem primária ou secundária).
  • Entre esses materiais, devem ser incluídos resíduos industriais (de processo), material inorgânico de lixo doméstico, inúmeros produtos industriais após uso e outros....
plasma

M

e

A

+

I

+

I

A

A

e

M

M

A

+

M

I

e

Plasma
  • Matéria Dissociada e Ionizada
  • Principais Características:
      • Condutor elétrico
      • Influenciado por campos elétricos e magnéticos
      • Macroscopicamente neutro
plasma t rmico

E

E

E

Liquido

Solido

Gas

Plasma

Plasma - Térmico
  • Plasma Térmico – Gás parcialmente ionizado, atingindo temperaturas entre 5.000 e 30.000 0C (outros tipos de plasma atingem temperaturas diferentes; normalmente as temperaturas estão associadas à pressão de operação do sistema a plasma).
  • Em outras palavras, Plasma (Térmico ou Industrial) pode ser entendido como um gás aquecido (qualquer gás em princípio), (parcialmente ionizado e dissociado), por uso de eletricidade, a temperaturas muito acima das alcançadas por queimadores a óleo ou gás.
plasma t rmico gera o
Plasma TérmicoGeração
  • Plasma Térmico é gerado em equipamentos chamados de Tochas de Plasma, que utilizam um arco elétrico para aquecer gases a temperaturas elevadas (gerando um jato de plasma, a 15.000 0C tipicamente).
  • Presentemente Tochas de Plasma com eficiências acima de 90 % (TSL desenvolveu tochas próprias; rendimentos dos melhores mundiais) encontram-se disponíveis para diversos processos, utilizando diferentes gases de plasma (ar, argônio, nitrogênio, hidrogênio, hélio, oxigênio, etc).
tocha de plasma
Tocha de Plasma

Arco Elétrico

Anodo

Gas

Catodo

Jato de

Plasma

Bobinas

slide17

Tocha de Plasma - Modelagem Temperatura

Temperature (1000 K)

r (mm)

z (mm)

plasmas t rmicos aplica es industriais
Plasmas TérmicosAplicações Industriais
  • Baixa e Alta Potência:
    • Baixa potência: corte, soldagem, spraying
    • Alta potência: metalurgia / siderurgia

materiais

meio ambiente

  • Cada processo utiliza uma geometria de tocha e conceito de utilização diferentes.
  • Mais de 100 plantas industriais no mundo inteiro (Alcan, General Motors, Kawasaki Steel, Huls, Tioxide, SKF, Mintek, EDF, Peugeot, Daido, ....)
slide19
Processos Inovadores

em

Meio

Ambiente

aplica es de plasma meio ambiente
Aplicações de Plasma - Meio Ambiente
  • Presente:
    • Resíduos Inorgânicos Industriais
    • Resíduos de Saúde (Orgânicos Industriais)
    • Embalagens Longa Vida
    • Solos Contaminados
    • Alumínio
    • Escórias metálicas
  • Futuro próximo:
    • Pneus
    • Baterias de automóveis
    • Mercúrio
    • Catalisadores exauridos
slide21
Presente

(solos contaminados, resíduos industriais, embalagens assépticas,

escórias metálicas,…)

slide22
Solos

Contaminados

solos contaminados
Solos Contaminados
  • Solos Contaminados por petróleo, óleo, PCB, benzeno, tolueno, e muitos outros compostos orgânicos apresentam-se como um real problema mundial.
  • Processos tradicionais (centrífugas, incineração, cimenteiras, etc) apresentam grandes restrições ambientais e custos elevados.
processos tradicionais
Processos Tradicionais

Processo CaracterístricasLimitações

Centrífuga Remoção mecânicaMaterial com 5% HC; Tipos de resíduos

Incineração Remoção TérmicaSem recuperação de óleo; altos custos, riscos ambien.

Cimenteiras Remoção térmica Sem recuperação de óleo; localização; riscos ambien.

Land Farming Remoção biológica Sem recuperação de óleo; tipos de resíd; riscos amb.

solos contaminados processotsl
Solos Contaminados - ProcessoTSL
  • Desenvolvido processo pela empresa TSL Eng. Ambiental para o tratamento de solos contaminados, borras de petróleo, lama de perfuração e outros materiais.
  • Processo baseia-se no uso de fontes de energia extremamente eficientes (tochas de plasma operando a 15.000 0C; resistências elétricas de alta eficiência) para transmitir energia ao material sendo tratado.
  • Material é aquecido em ambiente controlado, evitando-se a combustão dos compostos orgânicos.
  • Recupera-se o óleo contido no material, sem emissão de gases, limpando-se completamente o material inicialmente contaminado. Vitrifica-se os compostos inorgânicos para inertizá-los.
solos contaminados borras de petr leo processo tsl

Fonte

Controle

Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL

Óleo

Tocha de

Plasma

Resíduos

Solo Limpo

Reator

solos contaminados borras de petr leo processo tsl29
Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL

Óleo recuperado

Solo Contaminado

Solo Vitrificado

Solo Limpo

solos contaminados processo tsl
Solos Contaminados Processo TSL

Vantagens do processo:

  • Reciclagem completa do material;
  • Solos completamente recuperados;
  • Recuperação de óleo contido;
  • Alta eficiência energética;
  • Emissão praticamente zero de gases totalmente não tóxicos (N2 , O2 , Ar, H2O);
  • Tecnologia limpa.
res duos industriais
Resíduos Industriais
  • Diversos tipos de resíduos industriais e produtosindustriais, como lodo galvânico, cinzas de incineração, catalisadores petroquímicos exauridos, borras industriais, etc, que contem metais pesados, podem ser reciclados em processos a plasma.
  • No processo a plasma desenvolvido, o material contendo metais pesados sofrem reações químicas e transformações físicas, gerando-se do processo subprodutos inertes e reaproveitáveis (matrizes cerâmica e férrea).
  • Processo a plasma permite o total, completo e final processamento e reciclagem do material contendo metais pesados, resíduos, de maneira segura e totalmente não poluente, com circuito fechado de efluentes líquidos e sólidos.
res duos industriais processo tsl princ pio
Resíduos IndustriaisProcesso TSL - Princípio
  • Material colocado diretamente no reator;
  • Temperatura de operação: 1.600 0C, obtida pelo uso de tochas de plasma operando a 15.000 0C;
  • Condições redutoras no reator;
  • Fusão no reator do material sendo processado; duas fases líquidas no reator (férrea e cerâmica), contendo metais pesados;
  • Remoção de matrizes férrea e cerâmica inertes e reaproveitáveis (analogias: matriz férrea - aço inoxidável; matriz cerâmica - vidro tipo cristal);
  • Limpeza de gases (vazão de gases muito pequena).
res duos industriais processo tsl
Resíduos IndustriaisProcesso TSL

Teste de Lixiviação – NBR 1004

Elemento Limite Lodo Plasma (mg/l) (mg/l) (mg/l)

Arsênio 5,00 <0,01 <0,01

Chumbo 5,00 0,10 <0,01

Cádmio 0,50 3,90 <0,01

Bário 100,00 <10,00 <0,01

Cromo 5,00 1,92 <0,01

Fluoretos 150,00 42,00<0,01

Mercúrio 0,10 <0,01 <0,01

Prata 5,00 0,07 <0,01

res duos industriais processo tsl38
Resíduos IndustriaisProcesso TSL

Teste de Solubilização NBR 10.004

Elem./ Comp. Limite Result- Resíduo Result- PLASMA

(mg/l) (mg/l) (mg/l)

Bário 1,00 < 1,00 <0,01

Chumbo 0,05 0,04 <0,01

Cromo (total) 0,05 0,82 <0,01

Alumínio 0,20 0,51 <0,10

Cobre 1,00 1,09 <0,01

Ferro 1,50 0,34 <0,01

Manganês 0,10 0,54 <0,01

Zinco 5,00 1,00 < 0,05

Nitrato 10,00 560,00 <2,00

Cloretos 250,00 964,00 <5,00

Sódio 200,00 471,00 <5,00

Sulfato 400,00 518,00 <10,00

Dureza 500,00 92,00 <10,00

slide41
Embalagens

Assépticas

Tipo Longa Vida

material contendo pl stico e alum nio
Material Contendo Plástico e Alumínio
  • Na reciclagem, já realizada em diversos países, de embalagens tipo longa vida ou de retalhos e aparas gerados na produção dessas embalagens, recupera-se o papel contido nesses materiais, gerando-se um material contendo plástico (80 %) e alumínio (20 %). Esse material está sendo colocado em fornos de cimento ou sendo parcialmente reutilizado de diversas maneiras.
  • Dentre os possíveis processos para a reciclagem ou tratamento do material contendo plástico e alumínio, o processo desenvolvido pela TSL apresenta-se como não somente o mais completo, capaz de total reciclagem dos materiais, mas também o único que não gera impactos ambientais.
processo tsl reciclagem de material contendo pl stico e alum nio
Processo TSL Reciclagem de material contendo plástico e alumínio
  • O processo consiste em:
  • alimentar continuamente material contendo ~80% PE e 20 % Al, em um reator a plasma (gás de plasma inerte);
  • manter a temperatura de operação em cerca de 1.200 0C;
  • derreter o alumínio contido ao mesmo tempo que volatiliza-se o material plástico, craqueando o plástico parcialmente, formando cadeias menores voláteis;
  • condensar os vapores (orgânicos), oriundos da volatilização do plástico, fora do reator;
  • recuperar todo o alumínio contido (em lingotes), gerando ao mesmo tempo um produto parafínico (do plástico inicialmente contido).
reciclagem de material contendo alum nio e pl stico processo tsl
Reciclagem de Material contendo Alumínio e PlásticoProcesso TSL

Vapores orgânicos

Parafina

Material Plástico

e Alumínio

Fonte de

Potência

Reator

Tocha de Plasma

Al

Painel de Controle

processo tsl material pl stico e alum nio
Processo TSL Material Plástico e Alumínio

Lingote de Alumínio

Material Plástico e Alumínio

Parafina

processo tsl caracter sticas principais
Processo TSLCaracterísticas Principais
  • Reciclagem completa do material anteriormente considerado como resíduo, possibilitando a total recuperação do alumínio inicialmente contido e transformação do plástico (PE) em produto de alto valor agregado (parafínico);
  • Alta eficiência energética (cerca de 4 vezes mais eficiente que processos tradicionais como incineração);
  • Processo limpo (sem geração de resíduos).
slide47
Recuperação

de Metais em Escórias

sil cio
Silício
  • Elemento utilizado principalmente na produção de ferro-ligas (ferro-silício) para aplicações específicas;
  • Brasil é um dos maiores produtores mundiais de silício metálico – pureza entre 98.5 e 99.5 % (cerca de 100.000 ton/ano);
  • Gera-se uma escória quando da produção de silício (contendo material fluxante utilizando para purificação de silício);
  • A escória da produção de silício é retirada periodicamente do forno; na escória encontra-se silício agregado.
sil cio50
Silício
  • Cerca de 5 % da produção de silício encontra-se na escória;
  • A escória de silício contem entre 25 e 40 % de silício metálico; outros compostos são óxido de silício, óxido de alumínio e outros.
  • A escória após resfriar é manualmente processada; retiram-se os maiores blocos de silício agregados e o resto da escória é normalmente descartada, aterrada ou ainda repassada para pequenas empresas que retiram um pouco mais do silício agregado (manualmente);
  • Sérios impactos ambientais (descarte); condições insalubres na separação de silício da escória e baixo rendimento na recuperação de silício.
recupera o de sil cio em esc rias processo a plasma
Recuperação de Silício em Escórias Processo a Plasma
  • Desenvolvido processo a plasma para recuperação do silício contido nas escórias;
  • Processo emprega um reator a plasma, sistema a plasma de alta eficiência (arco transferido) para provocar a fusão da escória e separação de fases;
  • Processo ocorre a cerca de 1.600 0C, em atmosfera controlada;
  • Material é alimentado no reator a plasma como gerado no processo de produção de silício (sem beneficiamento ou manipulação).
recupera o de sil cio em esc rias processo a plasma52
Recuperação de Silício em Escórias Processo a Plasma
  • Mais de 98 % do silício inicialmente presente na escória é recuperado no processo a plasma;
  • Pureza do silício recuperado é normalmente maior do que o silício produzido (> 99 %);
  • Processo a plasma é limpo; gera-se um subproduto (matriz cerâmica) inerte e passível de ser reaproveitada (como enchimento de pavimentação) ou outras aplicações.
recupera o de sil cio processo a plasma

Condens.

Recuperação de Silício Processo a Plasma

Escória

Gases Limpos

Limpeza de Gases

Secad.

Fonte de

Potência

Aliment.

Sistema

a Plasma

Fase

Cerâmica

Silício

Recuperado

alum nio
Alumínio
  • Excelente material para embalagens - especialmente para alimentos (impermeável a oxigênio, leve, inerte quimicamente à maior parte dos alimentos)
  • Em princípio 100 % reciclável
  • Mais de 98 % das latas de bebidas no mundo são feitas de alumínio (~3.2 milhões tons / ano)
  • Cavacos de alumínio ~2.0 milhões tons / ano
  • Mais de 1 milhão ton de escória são geradas anualmente por empresas produtoras de alumínio e refusoras.
reciclagem de alum nio
Reciclagem de Alumínio
  • 30 % do alumínio produzido é reciclado mundialmente, número crescente anualmente. As razões para reciclar alumínio são:
    • Significativa redução no consumo energético (0.7 kWh/kg vs 14 kWh/kg);
    • Diminuição do impacto ambiental (para cada novo kg de Al produzido são gerados 4 kg de resíduos;
    • Redução na quantidade de resíduos colocados em aterros;
    • Manter o preço do alumínio competitivo.
reciclagem de alum nio pequenas e m dias empresas
Reciclagem de AlumínioPequenas e Médias Empresas
  • Utilizam fornos rotativos com queimadores a óleo ou gás (T ~ 750 0C);
  • Sal (NaCl / KCl) é adicionado à carga para evitar a oxidação do alumínio;
  • 30 kg de sal por 100 kg de Al produzido (média)
  • Sal é retirado antes da remoção de alumínio líquido e reciclado;
  • Depois de 3 corridas (média), o sal é retirado e descartado.
reciclagem de alum nio problemas
Reciclagem de AlumínioProblemas
  • Sal descartado é potencialmente tóxico para o meio ambiente. Contem metais pesados e necessita ser colocado em aterros especiais.
  • Uso de sal é potencialmente perigoso para os operadores do forno (gases ricos em vapores).
  • Sal ataca o equipamento (refratários, tubulação, necessita ser frequentemente trocada).
  • Processo ineficiente em termos de energia (perdas para derreter o sal que acaba agindo como isolante térmico) e recuperação de alumínio (oxidação de parte da carga mesmo utilizando sal).
reciclagem de alum nio processo a plasma
Reciclagem de Alumínio Processo a Plasma
  • Processo a plasma emprega fornos rotativos semelhantes; entretanto substitui queimadores óleo/gás por sistemas a plasma;
  • Uso de condições não oxidantes dentro do forno;
  • Nenhum sal ou outro composto é adicionado ao processo;
  • Possibilidade de operação contínua.
reciclagem de alum nio processo a plasma caracter sticas
Reciclagem de Alumínio Processo a PlasmaCaracterísticas
  • Tecnologia limpa (sem geração de resíduos);
  • Alta eficiência energética e de recuperação de alumínio;
  • Fornos podem ser utilizados para tratar diferentes tipos de materiais (latas,cavacos, escória, finos).
reciclagem de alum nio compara o plasma vs queimadores
Reciclagem de AlumínioComparaçãoPlasma vs Queimadores

Al

Rec

.

Energ.Esp.

Ref. Custo

Aterrol

Total

(%)

(kWh/kg)

(US$/ton)

(US$/ton)

Queim.

80-85

2100

12

150

100

Plasma

90-95

700

3

10

60

slide63
Futuro

Próximo !!!

aplica es de plasma meio ambiente64
Aplicações de Plasma - Meio Ambiente
  • Futuro próximo:
    • Pneus

Está sendo desenvolvido um processo a plasma capaz de transformar os materiais contidos em Pneus Usados (borracha, negro de fumo, fios de aço) em produtos comercializáveis (óleo, negro de fumo, lingote de ferro). O processo já se mostrou viável em escala laboratorial e está sendo considerada no momento a construção de uma unidade piloto para demonstração da tecnologia.

    • Catalisadores Exauridos

Encontra-se em fase final de desenvolvimento um processo a plasma capaz de recuperar o níquel presente em Catalisadores Exauridos (petroquímicos e químicos) e ao mesmo tempo gerar um composto parafínico a partir de compostos orgânicos presentes nesses catalisadores. Além dos aspectos econômicos, deve-se salientar que o reaproveitamento (reciclagem secundária) desses catalisadores também terá uma consequencia ambiental muito importante, tendo em vista que esses materiais, contendo metais pesados, estavam sendo dispostos em alguns casos diretamente em aterros comuns.

    • Baterias de automóveis; Mercúrio
conclus es
Conclusões
  • Há a necessidade de se desenvolver novos processos para a reciclagem de materiais diversos, incluindo resíduos industriais, domésticos, produtos industriais usados, etc.
  • A tecnologia de plasma é possível de ser aplicada para recuperação de valiosos insumos contidos em materiais diversos, inclusive resíduos e produtos industriais usados. Possibilita uma reciclagem de materiais que acabariam em aterros ou sendo tratados sem um maior reaproveitamento.