Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos

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. 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

12. 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.

13. 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).

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 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, ....)

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

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 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.

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 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.

28. Fonte Controle Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL Óleo Tocha de Plasma Resíduos Solo Limpo Reator

29. Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL Óleo recuperado Solo Contaminado Solo Vitrificado Solo Limpo

30. Processo Inovativo - TSLSolo 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 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.

34. 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).

35. Processo TSLUnidade Industrial

36. Resíduos InorgânicosProcesso TSL Produtos

37. 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

38. 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

39. Tocha de PlasmaUnidade Industrial - Lodo Galvânico

40. Reator a PlasmaUnidade 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 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).

44. 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

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

46. 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).

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 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.

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.