Pirólise orientada de lodo de esgoto para aplicação em solos agrícolas
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG |
Texto Completo: | http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4039 |
Resumo: | O tratamento do esgoto sanitário gera o lodo de esgoto, que é de difícil destinação por conter patógenos, elementos potencialmente tóxicos e poluentes. A presente pesquisa sugere a destinação deste resíduo aos solos agrícolas na forma de biochar, o qual é o produto sólido da pirólise, sendo baseada na decomposição térmica em atmosfera inerte com temperatura selecionada conforme as características. Então, objetivou-se i) construir um pirolisador em escala piloto, ii) selecionar um solo alvo para aplicação de biochar orientando a pirólise através das propriedades dos seus coloides, iii) executar um experimento de incubação de biochar para quantificar os efeitos na disponibilidade hídrica e nutricional do solo alvo, iv) implementar experimentos de doses de biochar em solos sob plantio direto para determinar a dose ótima que melhore suas funções em disponibilizar água e nutrientes para as plantas e que sequestre carbono. Foi desenvolvido um pirolisador em escala de protótipo que possibilitou controlar a temperatura com acurácia e precisão e um processo de pirólise seguro ao operador e que inicia desde o pré-tratamento do lodo de esgoto até o controle da variabilidade de produção. As temperaturas finais de pirólise de 300 °C, 400 °C e 500 °C foram testadas e os efeitos nas características do biochar foram avaliados. A pirólise à 300 °C resultou na maior capacidade de troca de cátions e teor de C através da manutenção do material volátil e dos grupos funcionais de superfície, conferindo ao biochar maior carga elétrica superficial, maior retenção hídrica, menor resistência hidrofóbica e maior solubilidade de metais em relação ao biochar obtido nas demais temperaturas. Ao incubar o biochar obtido neste estudo e outro proveniente de Brasília em um Cambissolo com coloides de baixa reatividade química na dose equivalente a 10 Mg ha-1 , obtiveram-se resultados promissores do biochar obtido à 300 °C, ocasionando aumentou médio de 20% da água facilmente disponível para as plantas e aumento do P do solo. Ao realizar dois experimentos em campo utilizando doses de biochar obtido à 300 °C, houve efeito na produtividade de trigo quando o biochar foi aplicado em um Neossolo com 87% de teor de areia na dose de 5 Mg ha-1 , superando a adubação química utilizada como padrão da fazenda. Já quando o biochar foi aplicado em campo no mesmo Cambissolo utilizado no teste de incubação, não houve influência na produtividade vegetal, possivelmente devido a calagem e adubação de orgânica recém realizada neste solo. Conclui-se que o protótipo e o processo de pirólise apresentam alta reprodutibilidade, permitindo a recuperação de voláteis com potencial biocombustível, que o biochar produzido a partir do lodo de esgoto apresentou características promissoras para ser aplicado aos solos agrícolas com baixo potencial de impactos ambientais, que a pirólise orientada do biochar permitiu obter efeitos benéficos na disponibilidade de água do solo e no seu teor de P e que no campo foi possível observar resultados expressivos quando utilizado biochar como substituto da adubação em um solo altamente dependente da utilização de insumos para sustentar a produção vegetal e ainda sequestrar carbono. |
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Pirólise orientada de lodo de esgoto para aplicação em solos agrícolas. 2023. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2023.http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4039O tratamento do esgoto sanitário gera o lodo de esgoto, que é de difícil destinação por conter patógenos, elementos potencialmente tóxicos e poluentes. A presente pesquisa sugere a destinação deste resíduo aos solos agrícolas na forma de biochar, o qual é o produto sólido da pirólise, sendo baseada na decomposição térmica em atmosfera inerte com temperatura selecionada conforme as características. Então, objetivou-se i) construir um pirolisador em escala piloto, ii) selecionar um solo alvo para aplicação de biochar orientando a pirólise através das propriedades dos seus coloides, iii) executar um experimento de incubação de biochar para quantificar os efeitos na disponibilidade hídrica e nutricional do solo alvo, iv) implementar experimentos de doses de biochar em solos sob plantio direto para determinar a dose ótima que melhore suas funções em disponibilizar água e nutrientes para as plantas e que sequestre carbono. Foi desenvolvido um pirolisador em escala de protótipo que possibilitou controlar a temperatura com acurácia e precisão e um processo de pirólise seguro ao operador e que inicia desde o pré-tratamento do lodo de esgoto até o controle da variabilidade de produção. As temperaturas finais de pirólise de 300 °C, 400 °C e 500 °C foram testadas e os efeitos nas características do biochar foram avaliados. A pirólise à 300 °C resultou na maior capacidade de troca de cátions e teor de C através da manutenção do material volátil e dos grupos funcionais de superfície, conferindo ao biochar maior carga elétrica superficial, maior retenção hídrica, menor resistência hidrofóbica e maior solubilidade de metais em relação ao biochar obtido nas demais temperaturas. Ao incubar o biochar obtido neste estudo e outro proveniente de Brasília em um Cambissolo com coloides de baixa reatividade química na dose equivalente a 10 Mg ha-1 , obtiveram-se resultados promissores do biochar obtido à 300 °C, ocasionando aumentou médio de 20% da água facilmente disponível para as plantas e aumento do P do solo. Ao realizar dois experimentos em campo utilizando doses de biochar obtido à 300 °C, houve efeito na produtividade de trigo quando o biochar foi aplicado em um Neossolo com 87% de teor de areia na dose de 5 Mg ha-1 , superando a adubação química utilizada como padrão da fazenda. Já quando o biochar foi aplicado em campo no mesmo Cambissolo utilizado no teste de incubação, não houve influência na produtividade vegetal, possivelmente devido a calagem e adubação de orgânica recém realizada neste solo. Conclui-se que o protótipo e o processo de pirólise apresentam alta reprodutibilidade, permitindo a recuperação de voláteis com potencial biocombustível, que o biochar produzido a partir do lodo de esgoto apresentou características promissoras para ser aplicado aos solos agrícolas com baixo potencial de impactos ambientais, que a pirólise orientada do biochar permitiu obter efeitos benéficos na disponibilidade de água do solo e no seu teor de P e que no campo foi possível observar resultados expressivos quando utilizado biochar como substituto da adubação em um solo altamente dependente da utilização de insumos para sustentar a produção vegetal e ainda sequestrar carbono.The treatment of sanitary sewage generates sewage sludge, which is difficult to dispose of because it contains pathogens, potentially toxic elements and pollutants. The present research suggests the destination of this residue to agricultural soils in the form of biochar, which is the solid product of pyrolysis, being based on thermal decomposition in an inert atmosphere with temperature selected according to the desired characteristics. Therefore, it was aimed i) to build a pilot-scale pyrolyzer, ii) to select a target soil for biochar application by guiding pyrolysis through the properties of its colloids, iii) to perform a biochar incubation experiment to quantify the effects on water and nutrient availability of the target soil, iv) to implement biochar dose experiments in no-till soils to determine the optimal dose that improves its functions in making water and nutrients available to plants and that sequester carbon. A prototype- scale pyrolyzer was developed that made it possible to control the temperature with accuracy and precision and a pyrolysis process that is safe for the operator and that starts from the pretreatment of sewage sludge to the control of production variability. Final pyrolysis temperatures of 300 °C, 400 °C and 500 °C were tested and the effects on biochar characteristics were evaluated. Pyrolysis at 300 °C resulted in the highest cation exchange capacity and C content through the maintenance of volatile material and surface functional groups, giving the biochar higher surface electrical charge, higher water retention, lower hydrophobic resistance and higher metal solubility compared to the biochar obtained at the other temperatures. When incubating the biochar obtained in this study and another from Brasilia in a Cambissolo with colloids of low chemical reactivity at a dose equivalent to 10 Mg ha-1 , promising results were obtained from the biochar obtained at 300 °C, causing an average increase of 20% of the water easily available to plants and an increase in soil P. When conducting two field experiments using doses of biochar obtained at 300 °C, there was an effect on wheat productivity when biochar at a dose of 5 Mg ha-1 was applied to a Neossolo with 87% sand content, surpassing the chemical fertilization used as a farm standard. When the biochar was applied in the field in the same Cambissolo used in the incubation test, there was no influence on plant productivity, possibly due to liming and organic fertilization recently performed in this soil. It is concluded that the prototype and the pyrolysis process presents high reproducibility, allowing the recovery of volatiles with biofuel potential; that the biochar produced from sewage sludge presented promising characteristics to be applied to agricultural soils with low potential environmental impacts; that the targeted pyrolysis of biochar allowed to obtain beneficial effects on soil water availability and its P content and that in the field it was possible to observe expressive results when using biochar as a substitute for fertilization in a soil highly dependent on the use of inputs to sustain plant production and also sequester carbon.Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2023-10-25T15:42:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Alisson Marcos Fogaça.pdf: 2718851 bytes, checksum: 9d36883cec8485b5553e781a157baf79 (MD5)Made available in DSpace on 2023-10-25T15:42:17Z (GMT). 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CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA Termoconversão Resíduos Valorização Disponibilidade hídrica Química de superfície Thermoconversion Waste Valorization Water availability Surface chemistry. |
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O tratamento do esgoto sanitário gera o lodo de esgoto, que é de difícil destinação por conter patógenos, elementos potencialmente tóxicos e poluentes. A presente pesquisa sugere a destinação deste resíduo aos solos agrícolas na forma de biochar, o qual é o produto sólido da pirólise, sendo baseada na decomposição térmica em atmosfera inerte com temperatura selecionada conforme as características. Então, objetivou-se i) construir um pirolisador em escala piloto, ii) selecionar um solo alvo para aplicação de biochar orientando a pirólise através das propriedades dos seus coloides, iii) executar um experimento de incubação de biochar para quantificar os efeitos na disponibilidade hídrica e nutricional do solo alvo, iv) implementar experimentos de doses de biochar em solos sob plantio direto para determinar a dose ótima que melhore suas funções em disponibilizar água e nutrientes para as plantas e que sequestre carbono. Foi desenvolvido um pirolisador em escala de protótipo que possibilitou controlar a temperatura com acurácia e precisão e um processo de pirólise seguro ao operador e que inicia desde o pré-tratamento do lodo de esgoto até o controle da variabilidade de produção. As temperaturas finais de pirólise de 300 °C, 400 °C e 500 °C foram testadas e os efeitos nas características do biochar foram avaliados. A pirólise à 300 °C resultou na maior capacidade de troca de cátions e teor de C através da manutenção do material volátil e dos grupos funcionais de superfície, conferindo ao biochar maior carga elétrica superficial, maior retenção hídrica, menor resistência hidrofóbica e maior solubilidade de metais em relação ao biochar obtido nas demais temperaturas. Ao incubar o biochar obtido neste estudo e outro proveniente de Brasília em um Cambissolo com coloides de baixa reatividade química na dose equivalente a 10 Mg ha-1 , obtiveram-se resultados promissores do biochar obtido à 300 °C, ocasionando aumentou médio de 20% da água facilmente disponível para as plantas e aumento do P do solo. Ao realizar dois experimentos em campo utilizando doses de biochar obtido à 300 °C, houve efeito na produtividade de trigo quando o biochar foi aplicado em um Neossolo com 87% de teor de areia na dose de 5 Mg ha-1 , superando a adubação química utilizada como padrão da fazenda. Já quando o biochar foi aplicado em campo no mesmo Cambissolo utilizado no teste de incubação, não houve influência na produtividade vegetal, possivelmente devido a calagem e adubação de orgânica recém realizada neste solo. Conclui-se que o protótipo e o processo de pirólise apresentam alta reprodutibilidade, permitindo a recuperação de voláteis com potencial biocombustível, que o biochar produzido a partir do lodo de esgoto apresentou características promissoras para ser aplicado aos solos agrícolas com baixo potencial de impactos ambientais, que a pirólise orientada do biochar permitiu obter efeitos benéficos na disponibilidade de água do solo e no seu teor de P e que no campo foi possível observar resultados expressivos quando utilizado biochar como substituto da adubação em um solo altamente dependente da utilização de insumos para sustentar a produção vegetal e ainda sequestrar carbono. |
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2023 |
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