CHARACTERIZATION OF RESIDUES (SLUDGE) AEROBIC AND ANAEROBIC ORIGINATING FROM SUGARCANE INDUSTRY OF THE NORTHWEST OF SÃO PAULO (BRAZIL)

Autores

  • Marcelo Kobelnik Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista-Unesp, campus Araraquara – Univ. Estadual Paulista
  • Renato Vessecchi Lourenço Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista-Unesp, campus Araraquara – Univ. Estadual Paulista
  • Clóvis Augusto Ribeiro Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista-Unesp, campus Araraquara – Univ. Estadual Paulista https://orcid.org/0000-0002-7984-5908

Resumo

O presente artigo descreve o estudo de resíduos de cana-de-açúcar, que consistem em um lodo industrial com potencial impacto negativo sobre o crescimento de plantas. Assim, foi realizada a caracterização dos lodos anaeróbio e aeróbio gerados, obtidos, respectivamente, dos reatores de Lodo Anaeróbio de Fluxo Ascendente (UASB) e de Circulação Interna (IC). Os lodos aeróbio e anaeróbio foram coletados e caracterizados por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de absorção atômica em chama (AAS), e sua avaliação pirolítica foi conduzida por meio de curvas termogravimétricas. A matéria orgânica foi decomposta na faixa de temperatura entre 160 °C e 700 °C. As substâncias orgânicas presentes nos lodos foram avaliadas por análise de FTIR, a qual indicou a presença de grupos carboxilatos e outros grupos orgânicos derivados de celulose, lignina e precursores de substâncias húmicas. Os parâmetros cinéticos das etapas de desidratação e decomposição térmica foram determinados. Os resultados mostram que diferentes energias de ativação foram obtidas para o processo de decomposição térmica. A análise por FTIR forneceu informações importantes sobre os tipos de matéria orgânica presentes nas amostras de lodo. A análise TG/DTG da pirólise, juntamente com os parâmetros cinéticos, permitiu distinguir as principais etapas que podem ser consideradas em uma reação. A energia de ativação para a etapa de desidratação apresentou comportamento semelhante, enquanto a primeira etapa de decomposição térmica indicou diferenças significativas. A análise por AAS revelou a presença dos íons metálicos Zn, Pb, Fe e Mn em ambas as amostras.

Biografia do Autor

  • Marcelo Kobelnik, Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista-Unesp, campus Araraquara – Univ. Estadual Paulista

    Possui graduação em Licenciatura em Química pela Universidade Estadual de Ponta Grossa (2002) e Graduação em Engenharia Civil pelo Centro Universitário de Rio Preto - UNIRP (2016). O mestrado foi realizado em Ciência e Tecnologia de Alimentos na Universidade Estadual de Ponta Grossa em 2005, com ênfase em equilíbrio químico de soluções aquosas e termogravimetria (TG) e o Doutorado em Química foi concluído em 2009 no Instituto de Química de Araraquara, Universidade Estadual Paulista, UNESP, com ênfase em separação de metais com ligantes orgânicos (complexometria), analise térmica (TG, DSC), infravermelho, cinética do estado sólido, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difratometria de raios X. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com atuações nas seguintes áreas: emulsões asfálticas, ligantes asfálticos, polímeros, geossintéticos, estudo de resíduos sólidos, argamassas para a construção civil. Também trabalha na área de Ciência e Tecnologia de Alimentos, com estudos realizados com antioxidantes e óleos vegetais provenientes de plantas típicas do Brasil, utilizando amplamente a cromatografia gasosa (CG). As técnicas analíticas de análise termomecânica (TMA), analise dinâmico mecânica (DMA) e viscosidade rotacional tem sido usadas em alguns artigos publicados.

  • Renato Vessecchi Lourenço, Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista-Unesp, campus Araraquara – Univ. Estadual Paulista

    Possui graduação em Quimica Licenciatura pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2006) e mestrado em Química pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2011). Atualmente é professor da Sociedade Educacional Osvaldo Cruz, professor - E.E Severino Reino, professor da Faculdade Riopretense de Filosofia Ciências e Letras e professor da Fundação de Ensino Oswaldo Bertazoni. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Química, atuando principalmente nos seguintes temas: lodo, comportamento térmico, dsc., experimentação, ensino e interação, comunidade, ensino de química.

  • Clóvis Augusto Ribeiro, Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista-Unesp, campus Araraquara – Univ. Estadual Paulista

    Bacharelado Em Química pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (1985), mestrado em Química pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (1988) e doutorado em Química (Química Analítica) [Sp-Capital] pela Universidade de São Paulo (1993). Atualmente é Professor Adjunto do Instituto de Química de Araraquara da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Analise Térmica e Métodos Cromatográficos, atuando principalmente nos seguintes temas: cinética não isotérmica de reações em fase condensada, polímeros supramoleculares e aplicações na área farmacêutica, química ambiental.

Referências

CAPANA, A. S. et al. Thermal behavior of residues (sludge) originated from Araraquara water and sewage treatment station. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v. 97, p. 601-604, 2009. Disponível em:https://doi.org/10.1007/s10973-009-0361-4.Acesso em: 17 mar. 2026.

CAPELA, J. M. V.; CAPELA, M. V.; RIBEIRO, C. A. Rational approximations of the Arrhenius integral using Jacobi fractions and Gaussian quadrature. Journal of Mathematical Chemistry, v. 45, p. 769-775, 2009. Disponível em:https://doi.org/10.1007/s10910-008-9381-8. Acesso em: 8 abr. 2026.

CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo. Relatório de estabelecimento de valores orientadores para solos e águas subterrâneas no estado de São Paulo. São Paulo: CETESB 2001. Disponível em:https://repositorio.cetesb.sp.gov.br/server/api/core/bitstreams/451feb1f-c6f8-47ec-b131-2fdbff2116a9/content. Acesso em: 05 de mar. 2026.

DENG, W. et al. Moisture distribution in sludges based on different testing methods. Journal of Environmental Sciences, v. 23, n. 5, p. 875-880, 2011. Disponível em:https://doi.org/10.1016/s1001-0742(10)60518-9. Acesso em: 17 mar. 2026.

EMBRAPA - EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Manual de métodos de análises de solo. Brasília: EMBRAPA, Comunicação para Transferência de Tecnologia, 1997. Disponível em:https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/handle/doc/330804. Acesso em: 17 mar. 2026.

GAŠPAROVIČ, L. et al. Kinetic study of pyrolysis of waste water treatment plant sludge. Chemical Papers, v. 65, p. 139-146, 2011. Disponível em:https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/2011ChPap..65..139G/doi:10.2478/s11696-010-0081-z. Acesso em: 17 mar. 2026.

GILDEMEISTER, D. et al. Stabilisation of precipitates of pedogenic dissolved organic matter by multivalent cations. Journal of Soils and Sediments, v. 15, p. 1-12, 2015. Disponível em:https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/2015JSoSe..15....1G/doi:10.1007/s11368-014-0946-9. Acesso em: 17 mar. 2026.

KLUČÁKOVÁ, M.; NOVÁČKOVÁ, K. Comparison of thermal and chemical stability of Cu-humic complexes. Journal of Soils and Sediments, v. 14, p. 360-367, 2014. Disponível em:https://doi.org/10.1007/s11368-013-0699-x. Acesso em: 17 mar. 2026.

LIER, J. B. et al. Anaerobic treatment of partly acidified wastewater in a two-stage expanded granular sludge bed (EGSB) system at 8°C. Water Science and Technology, v. 36, n. 2-3, p. 317-324, 1997. Disponível em:https://doi.org/10.1016/S0273-1223(97)00538-6. Acesso em: 17 mar. 2026.

LOPES, J. C. et al. Produção de alface com doses de lodo de esgoto. Horticultura Brasileira, v. 23, p. 143-147, 2005. Disponível em:https://doi.org/10.1590/S0102-05362005000100030. Acesso em: 17 mar. 2026.

LOURENÇO, R. V. et al. Thermal behavior of residues (sludge) originating from the sugarcane industry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v. 106, p. 735-740, 2011. Disponível em:https://doi.org/10.1007/s10973-011-1396-x. Acesso em: 17 mar. 2026.

MARIA, I. C. et al. Sewage sludge application to agricultural land as soil physical conditioner. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 34, p. 967-974, 2010. Disponível em:https://doi.org/10.1590/S0100-06832010000300038. Acesso em: 17 mar. 2026.

MEUNIER, N. et al. Comparison between electrocoagulation and chemical precipitation for metals from acid soil leachate. Journal of Hazardous Materials, v. 137, n. 1, p. 581-590, 2006. Disponível em:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.02.050. Acesso em: 17 mar. 2026.

MARTENSSON, B. M. S. L. et al. Leachability testing of metallic wastes. Waste Management & Research, v. 23, p. 457-467, 2005. Disponível em:https://doi.org/10.1177/0734242X05058684. Acesso em: 17 mar. 2026.

NAKAMOTO, K. Infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds. 5. ed. New York: John Wiley & Sons, 1997.

PANTANO, G. et al. Occurrence of Cu and Cr in the sedimentary humic substances and pore water from a typical sugar cane cultivation area in São Paulo, Brazil. Journal of Soils and Sediments, v. 14, p. 377-384, 2014. Disponível em:https://doi.org/10.1007/s11368-013-0782-8. Acesso em: 17 mar. 2026.

PINAMONTI, F. et al. The use of compost: its effects on heavy metal levels in soil and plants. Resources, Conservation and Recycling, v. 21, p. 129-143, 1997. Disponível em:https://doi.org/10.1016/S0921-3449(97)00032-3. Acesso em: 17 mar. 2026.

PLANQUART, P. et al. Distribution, movement and plant availability of trace metals in soils amended with SS composts: application to low loadings. Science of the Total Environment, v. 241, n. 1-3, p. 161-179, 1999. Disponível em:https://doi.org/10.1016/S0048-9697(99)00338-1. Acesso em: 17 mar. 2026.

SCHAUMANN, G. E.; MOUVENCHERY, Y. K. Potential of AFM–nanothermal analysis to study the microscale thermal characteristics in soils and natural organic matter (NOM). Journal of Soils and Sediments, v. 12, p. 48-62, 2012. Disponível em:https://doi.org/10.1007/s11368-011-0443-3. Acesso em: 17 mar. 2026.

SHAO, J. et al. Pyrolysis characteristics and kinetics of sewage sludge by thermogravimetry Fourier transform infrared analysis. Energy & Fuels, v. 22, p. 38-45, 2008. Disponível em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ef700287p. Acesso em: 17 mar. 2026.

SILVEIRA, M. L. A.; ALLEONI, L. R. F.; GUILHERME, L. R. G. Biosolids and heavy metals in soils. Scientia Agricola, v. 60, p. 93–806, 2003. Disponível em:https://doi.org/10.1590/S0103-90162003000400029. Acesso em: 17 mar. 2026.

SPARKS, D. L. Environmental soil chemistry. 2. ed. San Diego: Academic Press, 2003.

TATY-COSTODES, V. C. et al. Removal of Cd(II) and Pb(II) ions, from aqueous solutions, by adsorption onto sawdust of Pinus sylvestris. Journal of Hazardous Materials, v. 105, n. 1-3, p. 121-142, 2003. Disponível em:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2003.07.009. Acesso em: 17 mar. 2026.

VERSTRAETE, W. B. D. et al. Anaerobic bioprocessing of organic wastes. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 12, n. 3, p. 221-238, 1996. Disponível em:https://link.springer.com/article/10.1007/BF00360919. Acesso em: 17 mar. 2026.

ZHANG, Q. et al. Pyrolysis characteristics and kinetic analysis of different dewatered sludge. Bioresource Technology, v. 170, p. 325-330, 2014. Disponível em:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.07.111. Acesso em: 17 mar. 2026.

ZHENG, G. Z. et al. Stabilization of nickel and chromium in sewage sludge during aerobic composting. Journal of Hazardous Materials, v. 142, n. 1-2, p. 216-221, 2007. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.08.003 . Acesso em: 17 mar. 2026.

YANG, X.; JIANG, Z. Kinetic studies of overlapping pyrolysis reactions in industrial waste activated sludge. Bioresource Technology, v. 100, n. 14, p. 3663-3668, 2009. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.03.002. Acesso em: 17 mar. 2026.

Downloads

Publicado

2026-07-31