Contribution to the study of drying systems sewage sludge from WWTP

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO principal objetivo deste trabalho é uma análise de sistemas/tecnologias de secagem de lamas, visando identificar o modelo mais eficiente do ponto de vista energético e tempo de secagem.Inicialmente apresenta-se uma descrição resumida dos diversos processos de tratamento de águas residuais urbanas e industriais, nomeadamente o tratamento da fase líquida, constituído pelos tratamentos preliminar, primário, secundário e terciário, e o tratamento da fase sólida, constituído por processos mecânicos, químicos e biológicos. São também referidos os aspetos mais relevantes do enquadramento técnico-legal do processo de gestão de lamas.De modo a compreender a dimensão do problema da gestão de águas residuais em Portugal, é analisado o número de ETAR, o volume de águas residuais tratadas e de lamas produzidas, bem como as características e composição das lamas.Na perspetiva de identificar os diferentes sistemas de secagem de lamas e os resultados do seu desempenho, procedeu-se à análise de vários sistemas tecnológicos e estudos experimentais de secagem de lamas de ETAR, na literatura especializada e em informações de divulgação de fabricantes. Os resultados desta pesquisa mostram que o aumento da temperatura tem uma influência significativa no aumento da cinética de secagem das lamas e consequente redução do tempo de secagem, e que a cinética de secagem é influenciada também pela área específica exposta e condicionada pela formação de uma crosta superficial, que trava a velocidade de secagem. Entre outros, foram analisados sistemas de secagem direta e indireta, de película fina e de atomização, e em termos de fontes de energia foi analisado o uso de energia solar e produzido por bomba de calor.Da análise realizada, concluiu-se que um secador de lamas mais eficaz em termos do tempo de secagem das lamas e consumo energético é aquele que promove a movimentação/agitação das lamas durante o processo de secagem. Um secador deste tipo permitirá uma temperatura de funcionamento relativamente baixa, abrindo perspetivas para se poder fazer a recuperação de energia residual de gases de exaustão, permitindo assim baixar os custos de funcionamento do secador. Em alternativa deve ser privilegiado o uso energias renováveis (solar, queima de resíduos ou biogás). Na perspetiva de uma valorização agrícola das lamas, praticadas em vários países com terrenos deficitários em matéria orgânica, a higienização das lamas e a redução dos maus odores é fundamental durante o processo de secagem e pode ser melhorada com a adição de produtos químicos, como o CaO.The main objective of the work presented is an analysis of sludge drying systems/technologies, aiming to identify the most efficient model of the energy point of view and drying time.Firstly, it is presented a summary description of the various processes of urban and industrial wastewater treatment plants, namely the treatment of the liquid phase, involving the preliminary, primary, secondary and tertiary treatments, and the treatment of the solid phase, consisting of mechanical, chemical and biological processes. The most relevant aspects of the technical-legal framework of the sludge management process are also mentioned.In order to understand the magnitude of the problem of wastewater management in Portugal, the number of wastewater treatment plants and the volume of wastewater treated and sludge produced are analysed, as well as the characteristics and composition of sludges.With the goal to identify the different sludge drying systems and their performance, several technological systems and experimental studies of sewage sludge drying, available in papers and information produced by manufacturers. The results of this survey show that the increase of drying temperature has a significant influence on the increase of drying kinetics of sludge and consequently reduction of drying time, and that the drying kinetics is also influenced by the specific area of sludge and is moderated by the formation of a superficial crust, which slow down the drying speed. Among others, direct and indirect drying systems, and thin film and spray methods were analysed. It is also analysed the energy sources used: solar energy and heat pump.Based in the overview performed, it was concluded that a sludge dryer more efficient in terms of the drying time and energy consumption is one with movement/agitation of the sludge during the drying process. A dryer with this tool will allow a relatively low drying temperature operation, opening a door to recover residual energy form exhaust gases, thereby enabling a reduction of drying cost. Alternatively, the use of renewable energies (solar, incineration or biogas) should be valorised. When agricultural valorisation of sludge is planning, in case of countries with land with organic matter deficit, the hygiene of sludge and the reduction of bad odours are crucial during the drying process and can be improved with the addition of chemicals, such as CaO