Caracterização dos efluentes na produção de etanol de cana-de-açúcar

A identificação da qualidade da água nos diversos pontos dentro da usina é necessária para adotar as estratégias do seu reúso e tratamento. Isso também evita comprometer equipamentos e processos que requerem determinadas qualidades mínimas na água.

3.4.1. Efluentes na produção de etanol de primeira geração

A Tabela 3.3 resume os principais efluentes durante o processo de produção de etanol de primeira geração que apresentam potencial para ser reusados, seja de forma direta ou sob um prévio tratamento adequado.

Tabela 3.3: Principais efluentes na produção de etanol de primeira geração com potencial de reúso dentro da usina

Correntes para reúso

Condensados do vapor vegetal do caldo Purga da caldeira

Efluente da água de limpeza

Purgas de água da lavagem dos gases da caldeira Água obtida no processo de desidratação

3.4.1.1. Condensados do vapor vegetal do caldo

Os efluentes dos condensados são límpidos e quentes, com temperaturas diminuindo do inicio ao fim (de 100 °C para 60 °C) e a concentração de matéria orgânica aumentando nos últimos efeitos devido ao arraste de açúcar. Os condensados do vapor vegetal são resultantes da condensação dos vapores vegetais oriundos do próprio caldo nos efeitos do sistema de evaporação.

O reúso dos condensados pode ser focado no suprimento para as seguintes operações unitárias: embebição, preparo de leite de cal, preparo de polímero, lavagem da torta, no preparo do mosto como fluxo de resfriamento, no preparo de pé-de-cuba após resfriamento, na lavagem de gases CO2 após resfriamento. Eles podem ser utilizados para demandas menos nobres como

Existem ainda outras possibilidades de reúso dos condensados, como, por exemplo, em reposições de água nos circuitos fechados para suprir perdas, na lavagem de cana, lavagem dos gases da caldeira, sistemas de resfriamento, dentre outros.

Os condensados são desclassificados para uso nas caldeiras devido aos excessos de cloreto, ferro, cobre, dureza e COT (Carbono Orgânico Total), o qual está correlacionado com açúcares.

Recomenda-se coletar os condensados separadamente, de forma que um não contamine o outro. Pode-se utilizar um tanque coletor tipo cilíndrico horizontal, possibilitando assim o envio por bombeamento de cada corrente para o local de reúso.

3.4.1.2. Purgas da caldeira

As caldeiras estão equipadas com um sistema de purga para o controle dos sólidos totais dissolvidos (STD). A purga é normalmente feita no tubulão de vapor porque é aqui onde ocorre a maior concentração de sólidos (HUGOT, 1986). A respeito da água das purgas das caldeiras, a sua DBO é bastante baixa, mas a concentração de lama inorgânica e de sólidos solúveis é alta. O resíduo pode ser isolado, ou pode ser incorporado à caixa receptora da vinhaça para a irrigação da lavoura (BRAILE e CAVALCANTI, 1993).

3.4.1.3. Efluente da água de limpeza

Os efluentes da água de limpeza derivam fundamentalmente de três linhas diferentes: da lavagem da seção de preparo e extração que pode ser contaminada com óleo e graxa desta seção, principalmente pela lubrificação dos mancais da moenda; das oficinas automotivas que podem estar contaminadas com óleo e graxa proveniente da limpeza das peças; e da lavagem de veículos (ELIA NETO et al., 2009). Apesar de não envolver grandes volumes, aqueles efluentes constituem-se em águas contaminadas também por açúcar, presente nos equipamentos e eventuais derramamentos de açúcar e resíduos de bagaço nos pisos, podendo conter alta concentração de sólidos sedimentáveis (KESSERLINGH, 2002). Decorrente disso, o efluente deve ser tratado antes de ser reaproveitado na Estação de Tratamento de Água (ETA).

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3.4.1.4. Purgas da água de lavagem dos gases da caldeira

Por sua baixa carga orgânica e seu alto teor de sólidos contidos, as purgas da água de lavagem podem ser reutilizadas indiretamente, sendo ingressadas na ETA para sua purificação.

3.4.1.5. Água obtida no processo de desidratação

Durante o processo de recuperação do solvente é gerado um efluente rico em água, a qual estava contida no etanol hidratado. A concentração de água nesse efluente é de aproximadamente 98% em base mássica e de 99,16% em base molar, sendo a fração restante composta por resíduos do solvente utilizado (KISS e SUSZWALAK, 2012).

3.4.2. Efluentes na produção de etanol de segunda geração 3.4.2.1. Vapor flash do pré-tratamento

O vapor flash, apesar de estar composto principalmente de água, concentra a maior carga de compostos tóxicos como furfural, ácido acético, entre outros como o ácido fórmico e o levulínico, decorrentes das reações do pré-tratamento de explosão a vapor. A Tabela 3.4 mostra a composição resultante da simulação desenvolvida em Palacios-Bereche (2011), a respeito da produção integrada de etanol de primeira e segunda geração através da hidrólise enzimática do bagaço com pré-tratamento a explosão a vapor.

Tabela 3.4: Composição em base mássica do vapor flash do pré-tratamento do bagaço

Composto Composição

Água 98,80 %

Furfural 0,92 %

Ácido acético 0,28 %

3.4.2.2. Licor de pentoses

Como consequência da lavagem do bagaço pré-tratado para remoção de xiloses e outras componentes inibitórias, duas correntes são formadas; uma composta por sólidos e uma líquida composta principalmente por água e xiloses. A composição do licor de pentoses de acordo as simulações realizadas por Palacios-Bereche (2011) encontra-se representada na Tabela 3.5.

Tabela 3.5: Composição em base mássica do licor de pentoses Composto Composição Água 97,9 % Xiloses 1,2 % Sacarose 0,2 % Dextrose 0,1 % Ácido acético 0,1 % Solúveis de lignina 0,1 % Cloreto de potássio 0,1 % Ácido sulfuroso 0,3 %

3.4.2.3. Água da prensagem da torta de lignina

Visando atingir uma melhor qualidade como combustível (menor umidade) na torta de lignina, produto do processo de hidrólise enzimática, esta é levada a um processo de prensagem para separar parte da água contida nela. A composição do efluente é função da concentração de sólidos utilizada durante a hidrólise (Tabela 3.6), já que esta determina o desempenho do processo. Em consequência, devido a que uma menor eficiência de conversão de açúcares é alcançada quando aumenta a concentração de sólidos insolúveis, um maior volume de água é esperado.

Tabela 3.6: Composição em base mássica da água da prensagem da torta de lignina

Composto Concentração no reator de hidrólise

5% 8% 10% Água 94,6% 95,4% 95,8% Sacarose 0,1% 0,1% 0,1% Dextrose 4,0% 3,3% 3,0% Xiloses 1,3% 1,2% 1,1% Ácido sulfúrico 0,1% 0,1% 0,1%

3.4.2.4. Condensados do vapor vegetal do licor de glicose

Sendo correntes quentes, é adequado considerar o seu reúso ao igual que os condensados de vapor vegetal do caldo, não obstante, durante a concentração, uma parte dos compostos tóxicos contidos no licor de glicose pode escapar com o vapor de água e condensar, afetando posteriormente o desempenho dos processos que recebem os condensados. Portanto, uma

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caracterização minuciosa desses fluxos é sugerida para futuros trabalhos visando determinar o tratamento ou não para remover aqueles compostos.

3.4.2.5. Permeado do processo de separação por membranas

A separação do licor de glicose através da osmose reversa gera um permeado com um alto conteúdo de água e com uma fração desprezível de compostos tóxicos. Uma pequena fração de ácido sulfuroso encontra-se na corrente, a qual pode ser removida através de um processo de cloração visando a formação do ácido sulfúrico, baixando o pH da água, mas seguida de um processo de calagem para neutralizar a corrente (KAWAMURA, 2000).

Este fluxo pode ser misturado com os condensados de vapor vegetal da concentração do caldo, para logo suprir necessidades internas da usina como a água para o reator de hidrólise.