A caracterização físico-química do vinhoto demonstrou que trata-se de um efluente que apresenta elevada concentração de matéria orgânica, nutrientes, compostos colorantes, pH ácido e elevada condutividade devido a grande concentração de matéria inorgânica. A grande concentração de matéria orgânica presente no vinhoto, lhe confere boa biodegradabilidade e cinética favorável para o tratamento biológico.
O pré-tratamento do vinhoto bruto por meio de membrana de ultrafiltração apresentou desempenho satisfatório, com eficiência média de remoção de 16% de COT, 34% de DBO, 40% de nitrogênio total, 45% de ST, 49% de DQO, 54% de STV, 60% de fósforo total e 96% de cor. Além do bom desempenho na remoção dos poluentes, o pré-tratamento com a membrana de ultrafiltração não apresentou tendências para o processo de incrustação, uma vez que durante todo o estudo não foi necessário a realização de limpezas químicas do módulo de ultrafiltração para recuperação do fluxo permeado. Além das vantagens já mencionadas, o pré-tratamento usando as membranas de ultrafiltração opera praticamente sem a geração de resíduos, uma vez que o concentrado, rico em nutrientes pode ser utilizado na fertirrigação dos canaviais.
O ensaio de adsorção comprovou a elevada capacidade do carvão ativado em pó (CAP) na remoção da cor e COT, ainda presentes no permeado do BRM. As concentrações de CAP de 2,0 e 4,0 g/L apresentaram o melhor desempenho na remoção de cor e COT. A adição de 2 g/L de CAP ao permeado do BRM resultou em 58% de eficiência de remoção de COT e 81% de eficiência de remoção de cor. Já para a concentração de 4 g/L de CAP foi possível alcançar eficiência de remoção de 83% e 97% para COT e cor, respectivamente. O estudo de adsorção entre o sistema composto pelo permeado do BRM e pelo CAP, seguiu o modelo cinético de pseudo-segunda ordem e melhor se ajustou a isoterma de Langmuir (r2 = 0,95).
O desempenho do BRM durante a fase de operação sem adição de carvão ativado em pó foi bastante satisfatório. O sistema apresentou bom desempenho na remoção de matéria orgânica e nutrientes. A eficiência média de remoção foi de 93% de DQO e COT, 88% de fósforo e 80% de nitrogênio total. A taxa de aumento da pressão transmembrana foi de 0,044 bar/dia, o que contribuiu para manter a taxa de incrustação das membranas dentro de uma faixa aceitável para BRM tratando efluente industrial real com elevada carga orgânica.
Após a adição do carvão ativado em pó, o desempenho do BRM apresentou melhor eficiência de remoção de DQO, DBO, COT, nitrogênio total, fósforo total, cor e STV. Houve pouca diferença entre o desempenho do BRM operando com 2,0 e 4,0 g/L de CAP, não justificando a utilização da maior concentração.
Contrariando todas as expectativas, a adição do CAP durante a operação do BRM não contribuiu para o controle da incrustação das membranas. Pelo contrário, o carvão ativado em pó alterou as características do líquido reacional tornando-o mais incrustante.
Durante a operação do BRM-CAP houve grande redução da concentração de SMP e EPS, tanto em termos de carboidrato como de proteínas. Entretanto, houve um aumento da relação proteína/carboidrato que está relacionada com queda da permeabilidade da membrana, e maior hidrofobicidade do lodo biológico, aumentando assim a afinidade do lodo pela membrana.
A viscosidade do lodo biológico também aumentou durante a operação do BRM-CAP. O aumento foi ocasionado pela maior concentração de sólidos no BRM, devido a contribuição das partículas de CAP. O aumento da viscosidade também foi ocasionado pelo aumento da concentração de EPS em termos de proteínas. A maior viscosidade do lodo biológico contribui para o agravamento da incrustação pois dificulta a remoção das partículas depositadas na superfície da membrana e dificulta a transferência do oxigênio dissolvido para o líquido reacional.
O tamanho médio dos flocos biológicos diminuiu durante a operação do BRM-CAP. A adição do carvão ativado em pó acabou provocando a quebra dos flocos biológicos, possivelmente devido à sua ação cisalhante. Outro fator que contribuiu para a redução do tamanho dos flocos biológicos foi a baixa concentração de carboidrato no meio, que desempenham importante papel na manutenção da integridade estrutural dos flocos biológicos.
O menor tamanho dos flocos biológicos resultou em aumento da resistência da torta, principal mecanismo de incrustação das membranas durante a operação do BRM sem e com adição de CAP. Os flocos biológicos menores são depositados mais facilmente na superfície ou nos poros da membrana, causando obstrução da membrana e maior taxa de incrustação.
A adição do CAP não proporcionou aumento do fluxo crítico. Durante a etapa de operação do BRM sem e com adição de carvão ativado em pó o fluxo crítico foi de 20 L/h.m2, bem acima do fluxo operacional de 8 L/h.m2. Entretanto, mesmo operando abaixo do fluxo crítico houve incrustação das membranas durante as duas fases de operação do BRM, o que possivelmente ocorreu devido ao progressivo depósito de macromoléculas orgânicas nos poros e/ou sobre a superfície da membrana levando ao aumento progressivo da resistência à filtração, e contribuindo para que nesses pontos o fluxo local fosse superior ao fluxo crítico.
Os resultados das análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram claramente a formação de um biofilme sobre a superfície das membranas. O biofilme formado durante a operação do BRM sem adição de CAP apresentou um aspecto denso, cobrindo toda a superfície da membrana e resultando em bloqueio de poros. Já o biofilme formado durante a operação do BRM-CAP apresentou maior porosidade, devido a capacidade do CAP de adsorver EPS, SMP, bactérias e coloides finos que contribuem para formação do biofilme.
Diante dos resultados aqui apresentados, conclui-se que para o presente estudo, a adição de carvão ativado em pó ao BRM não contribuiu para minimizar o processo de incrustação das membranas.
Ao final da rota de tratamento proposta foi possível obter um efluente com características para reuso na etapa de lavagem da cana de açúcar.