Analysis of alternatives of valorization of coal fly ash from a thermal power station

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA presente dissertação de mestrado foi integrada num estágio curricular efetuado na Central Termoelétrica do Pego, empresa que produz energia elétrica utilizando carvão mineral como matéria-prima. O principal objetivo deste estudo foi analisar alternativas de valorização das cinzas volantes (CV) produzidas nesta indústria. Devido às enormes quantidades produzidas, a gestão deste resíduo é um problema para este tipo de indústrias. Apesar das cinzas volantes serem valorizadas por algumas áreas (principalmente pela indústria cimenteira), estas não abrangem a totalidade produzida. Por isso, uma quantidade significativa ainda é depositada em aterro, o que pode acarretar problemas ambientais, em virtude das suas características físico-químicas.Os resultados da caracterização físico-química mostraram algumas diferenças entre as várias amostras de cinzas analisadas, nomeadamente em termos de humidade, carbono, CaO livre e granulometria. Foram também caracterizados os lixiviados produzidos pelas CV e alguns constituintes apresentaram concentrações superiores às legalmente permitidas em Portugal para deposição em aterros de resíduos não perigosos. Adicionalmente, estudou-se a possibilidade de utilizar as CV como agente de secagem de lamas de ETAR (LA), nas respetivas proporções, 0:100, 5:95, 10:90 e 15:85. Este estudo envolveu diferentes temperaturas (40, 70, 100 e 130 ºC) de modo a perceber a influência destes fatores nos fenómenos difusionais. Apesar da temperatura ter sido a variável que mais determinou a secagem, foi observável que amostras com maiores taxas de incorporação de CV apresentaram uma secagem mais eficaz quando comparadas com o teste de controlo.Numa fase final, determinou-se o índice de germinação (GI) em extratos obtidos em diferentes razões L/S, para as CV, as LA e para a mistura 15:85, de modo a avaliar o impacto do lixiviado durante a germinação. Verificou-se que para razões L/S inferiores a 5 L/kg, as cinzas volantes não afetam o normal crescimento da Lepidium Sativum L (GI≈ 80 %). O que demonstra o carácter não tóxico deste resíduo. Por sua vez, as LA originaram um grau de inibição severo (GI<40 %) para razões L/S de inferiores a 100 L/kgEm suma, o estudo desenvolvido alertou para o impacte ambiental e para os cuidados que a gestão dos resíduos industriais carece, nomeadamente as LA pelos baixos valores de GI. É importante que estudos de valorização de resíduos continuem a ser realizados para que se encontrem alternativas de valorização e assim reduzir o impacte ambiental que possam causar.This master´s thesis was integrated with a curricular internship in the Thermal Power Station of Pego, which produces electric power through the burning of coal. The primary goal of this study is to analyse alternatives to the valuation of the coal fly ash (CV) which the industry produces.Due to the enormous amounts of coal fly ash that are produced, the management of this waste is a problem for this type of industries. Despite the valuation of this material by some industries (such as in the production of cement), not all of the waste can be used by them. As such, a significant amount of CV is still being dumped into landfills, which bring about a host of environmental problems due to their physical and chemical properties.The results of physical and chemical characterization showed some differences between the various samples taken, namely in terms of humidity, carbon, free CaO and gradation. Such differences reduce the number of industries that could potentially use this coal fly ash. The leachates produced by CV were also characterize and some elements presented higher concentrations than what is legally permitted in Portugal in landfills for non-dangerous substances.Additionally, the possibility of using the coal fly ash as a drying agent for the sewage sludge (LA) was studied in these proportions, 0:100, 5:95; 10:90 e 15:85. This study involved several temperatures (40, 70, 100 e 130 ºC) to better understand the influence of these factors in the diffusion. Despite the variation of temperature generating the greatest benefit for the drying, it was also observed that samples with higher amounts of incorporated coal fly ash had a more efficient drying process than control test.Finally, both the germination index in extracts obtained in different liquid to solid ratio, for CV, LA and mixture 15:85 in order to assess the impact of leachate in germination process. In cases where the liquid to solid ratio was lower than 5 L/kg, it was observed that the CV did not affect the natural development of Lepidium Sativum L. (GI≈ 80 %)., demonstrating the non-toxic nature of these residues. In turn, the sewage sludge led to a severe degree of inhibition (GI