Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos

Apresentação em tema: "Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos"— Transcrição da apresentação:

1 Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos
Roberto N. Szente

2 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

3 O Problema…

4 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??

5 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).

6 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..).

7 Soluções Existentes para Reciclagem

8 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.

9 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....

10 Plasmas

11 Plasma Matéria Dissociada e Ionizada Principais Características:
Condutor elétrico Influenciado por campos elétricos e magnéticos Macroscopicamente neutro A M I + e

12 Plasma Térmico – Gás parcialmente ionizado, atingindo temperaturas entre e C (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 - Térmico Solido Liquido Gas Plasma E

13 Plasma Térmico Geração
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 C 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).

14 Tocha de Plasma Arco Elétrico Anodo Gas Catodo Jato de Plasma Bobinas

15 Tocha de Plasma

16 Tocha de Plasma Modelagem

17 Tocha de Plasma - Modelagem Temperatura
Temperature (1000 K) r (mm) z (mm)

18 Plasmas Térmicos Aplicações 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, ....)

19 Processos Inovadores em Meio Ambiente

20 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

21 Presente (solos contaminados, resíduos industriais, embalagens assépticas, escórias metálicas,…)

22 Solos Contaminados

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25 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.

26 Processos Tradicionais
Processo Característricas Limitações Centrífuga Remoção mecânica Material com 5% HC; Tipos de resíduos Incineração Remoção Térmica Sem 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.

27 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 C; 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.

28 Solos Contaminados / Borras de Petróleo Processo TSL
Fonte Controle Tocha de Plasma Resíduos Solo Limpo Reator

29 Solos Contaminados / Borras de Petróleo Processo TSL
Óleo recuperado Solo Contaminado Solo Vitrificado Solo Limpo

30 Processo Inovativo - TSL Solo Contaminado

31 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.

32 Resíduos Inorgânicos Industriais

33 Resíduos Industriais Diversos tipos de resíduos industriais e produtos industriais, 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.

34 Resíduos Industriais Processo TSL - Princípio
Material colocado diretamente no reator; Temperatura de operação: C, obtida pelo uso de tochas de plasma operando a C; 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).

35 Processo TSL Unidade Industrial

36 Resíduos Inorgânicos Processo TSL Produtos

37 Resíduos Industriais Processo TSL
Teste de Lixiviação – NBR 1004 Elemento Limite Lodo Plasma (mg/l) (mg/l) (mg/l) Arsênio , <0,01 <0,01 Chumbo , ,10 <0,01 Cádmio , ,90 <0,01 Bário ,00 <10,00 <0,01 Cromo , ,92 <0,01 Fluoretos , ,00 <0,01 Mercúrio ,10 <0,01 <0,01 Prata , ,07 <0,01

38 Resíduos Industriais Processo TSL
Teste de Solubilização NBR Elem./ Comp Limite Result- Resíduo Result- PLASMA (mg/l) (mg/l) (mg/l) Bário 1,00 < 1, <0,01 Chumbo 0, , <0,01 Cromo (total) 0, , <0,01 Alumínio 0, , <0,10 Cobre 1, , <0,01 Ferro 1, , <0,01 Manganês 0, , <0,01 Zinco 5, , < 0,05 Nitrato 10, , <2,00 Cloretos 250, , <5,00 Sódio 200, , <5,00 Sulfato 400, , <10,00 Dureza 500, , <10,00

39 Tocha de Plasma Unidade Industrial - Lodo Galvânico

40 Reator a Plasma Unidade Industrial- Resíduo Inorgânico

41 Embalagens Assépticas Tipo Longa Vida

42 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.

43 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 C; 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).

44 Reciclagem de Material contendo Alumínio e Plástico Processo TSL
Vapores orgânicos Parafina Material Plástico e Alumínio Fonte de Potência Reator Tocha de Plasma Al Painel de Controle

45 Processo TSL Material Plástico e Alumínio
Lingote de Alumínio Material Plástico e Alumínio Parafina

46 Processo TSL Características 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).

47 Recuperação de Metais em Escórias

48 Silício

49 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 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.

50 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.

51 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 C, em atmosfera controlada; Material é alimentado no reator a plasma como gerado no processo de produção de silício (sem beneficiamento ou manipulação).

52 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.

53 Recuperação de Silício Processo a Plasma
Escória Condens. Gases Limpos Secad. Limpeza de Gases Fonte de Potência Aliment. Sistema a Plasma Fase Cerâmica Silício Recuperado

54 Alumínio

55 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.

56 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.

57 Reciclagem de Alumínio Pequenas 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.

58 Reciclagem de Alumínio Problemas
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).

59 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.

60 Reciclagem de Alumínio Processo a Plasma Características
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).

61 Alumínio Matéria Prima e Produtos

62 Reciclagem de Alumínio Comparação Plasma vs Queimadores
. 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

63 Futuro Próximo !!!

64 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

65 Conclusões

66 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.

67 Plasmatrick