ISABELA CHAVES VERRESCHI
ESTUDO SOBRE A QUALIDADE DA ÁGUA TRATADA DE UMA CERVEJARIA VISANDO MELHORIA DA EFICIÊNCIA DO
PROCESSO
Lorena 2018
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena
ISABELA CHAVES VERRESCHI
ESTUDO SOBRE A QUALIDADE DA ÁGUA TRATADA DE UMA CERVEJARIA VISANDO MELHORIA DA EFICIÊNCIA DO
PROCESSO
Projeto de monografia apresentado à Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo como requisito legal para a conclusão de graduação no curso de Engenharia Química.
Orientadora: Prof. Dr. Elisângela de Jesus Cândido Moraes
Lorena 2018
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizado da Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Verreschi, Isabela Chaves
Estudo sobre a qualidade da água tratada de uma cervejaria visando melhoria da eficiência do processo / Isabela Chaves Verreschi; orientadora Elisângela de Jesus Cândido Moraes. - Lorena, 2018. 37 p.
Monografia apresentada como requisito parcial para a conclusão de Graduação do Curso de Engenharia Química - Escola de Engenharia de Lorena da
Universidade de São Paulo. 2018
1. Etapas do tratamento de água. 2. Eficiência do tratamento de água cervejeira. 3. Propostas de melhoria. I. Título. II. Moraes, Elisângela de Jesus Cândido, orient.
RESUMO
VERRESCHI, I.C. Estudo sobre a qualidade da água tratada de uma cervejaria visando melhoria da eficiência do processo. 2018. 37 f. Monografia (Trabalho de Graduação) – Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo, Lorena, 2018.
A água é uma das principais matérias-primas na produção de cerveja e requer um tratamento eficiente visando atender aos parâmetros de qualidade estipulados pelo Ministério da Saúde e padrões cervejeiros. Este trabalho teve por base referências bibliográficas sobre os parâmetros de qualidade da água para consumo humano e suas etapas de tratamento. Objetivou-se realizar propostas de melhoria para estação de tratamento de água da cervejaria estudada e, para isso, foram estudadas todas as etapas de tratamento de água e realizadas análises laboratoriais sobre pH, turbidez, trihalometano, teor de cloro e eficiência de dosagem dos produtos químicos durante o tratamento, sendo esta última realizada por meio de um Jar Test, também conhecido como teste dos jarros e onde se conseguiu simular o funcionamento da estação de tratamento de água. Os resultados desse trabalho foram implementados na estação de tratamento de água da cervejaria em questão e promoveram um maior controle e eficiência do sistema de tratamento. Dentre os resultados obtidos os mais relevantes foram a implementação do sistema de pós cloração dosado diretamente na caixa filtrada e que ao realizar um ajuste fino na dosagem de cloro no final do tratamento, permitiu a redução da dosagem de cloro na pré cloração da ETA e consequentemente promoveu uma redução na formação de THM e reclamações nas análises sensoriais sobre sabor elevado de cloro na água. Outro resultado importante foi a utilização de um simulador de dosagem de sulfato de alumínio baseado na turbidez da água bruta e vazão de capitação da ETA, esse simulador promoveu a padronização e redução de 10% a 20% nas dosagens de sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio no tratamento da água. A criação e uso do padrão técnico de água recuperada foi outro resultado marcante deste trabalho, pois promoveu maior controle e eficiência do tratamento da água ao garantir parâmetros mínimos necessários para a água poder ser recuperada e tratada sem que houvesse interferências na qualidade do tratamento e eficiência da ETA.
Palavras chave: Etapas do tratamento de água, eficiência do tratamento de água cervejeira, propostas de melhoria.
ABSTRACT
VERRESCHI, I.C. Study about the quality of the treated water of a brewery in order to improve the efficiency of the process. 2018. 37 f. Monography (Undergraduate Work) - Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo, Lorena, 2018.
Water is one of the main raw materials in beer production and requires an efficient treatment in order to meet the quality parameters stipulated by the Ministry of Health and brewing standards. This work was based on bibliographical references on the parameters of water quality for human consumption and its treatment stages. The objective of this study was to perform improvement proposals for the water treatment plant of the brewery studied. All water treatment steps were studied and laboratory tests were performed on pH, turbidity, trihalomethane, chlorine content and dosage efficiency of the products during the treatment, the latter being carried out by means of a Jar Test, a test where it was possible to simulate the operation of the water treatment plant.
The results of this work were implemented in the water treatment plant of the brewery in question and promoted greater control and efficiency of the treatment system. Among the results, the most relevant were the implementation of the post-chlorination system directly dosed in the filtered box and, by fine-tuning the chlorine dosage at the end of the treatment, allowed the reduction of the chlorine dosage in the pre-chlorination of ETA and consequently promoted a reduction in the formation of THM and complaints in the sensorial analyzes on high chlorine taste in the water. Another important result was the use of an aluminum sulfate dosing simulator based on the raw water turbidity and ETA capitation flow, this simulator promoted the standardization and reduction of 10% to 20% in the dosages of aluminum sulfate and hydroxide of calcium in water treatment. The creation and use of the technical standard of recovered water was another striking result of this work, as it promoted greater control and efficiency of water treatment by ensuring minimum parameters necessary for water to be recovered and treated without interfering in the quality of treatment and efficiency of ETA.
Key words: Stages of water treatment, brewing water treatment efficiency, improvement proposals.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Matérias Primas da Cerveja ... 15
Figura 2: Calha Parshall - Estação de Tratamento de Água ... 18
Figura 3: Fluxograma do Tratamento de Água ... 19
Figura 4: Decantador - Estação de Tratamento de Água ... 21
Figura 5: Filtros - Estação de Tratamento de Água ... 22
Figura 6: Clorímetro Portátil ... 25
Figura 7: Mapa da Água Recuperada ... 26
Figura 8: Gráfico de Controle da pós cloração na água do reservatório após implementação ... 28
Figura 9: Gráfico de Controle da pós cloração na água do reservatório atual ... 28
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Comentários sobre sabor de cloro na Água do reservatório... 29 Gráfico 2: Histórico do Consumo de Sulfato de Alumínio e Hidróxido de Cálcio ... 30 Gráfico 3: Água Recuperada x PL Packaging Latas + Volume Filtrado ... 34
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Padrões de Potabilidade da OMS ... 13
Tabela 2: Padrão Microbiológico da Água para Consumo Humano ... 14
Tabela 3: Padrão de Turbidez para Água Pós-Filtração ou Pré-Desinfecção ... 15
Tabela 4: Especificação Técnica da Água Tratada Cervejeira ... 17
Tabela 5: Resultado análise Jar Test - Turbidez aproximada 11 NTU ... 31
Tabela 6: Resultado análise Jar Test - Turbidez aproximada 10,5 NTU ... 31
Tabela 7: Exemplo de Dosagens de Sulfato de Alumínio de acordo com a turbidez para vazão de 250 m³/h ... 32
Tabela 8: Padrão técnico para o tanque de água recuperada da cervejaria ... 33
LISTA DE ABREVIATURAS ETA Estação de tratamento de Água
OMS Organização mundial da Saúde PL Produção líquida
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 11 2. OBJETIVOS ... 12 2.1. OBJETIVO GERAL ... 12 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 13
3.1. PADRÃO DE POTABILIDADE DE ÁGUA ... 13
3.2. PADRÃO MICROBIOLÓGICO DE POTABILIDADE DE ÁGUA ... 13
3.3. PADRÃO DE TURBIDEZ PARA ÁGUA POTÁVEL ... 15
3.4. MATÉRIAS PRIMAS PARA PRODUÇÃO CERVEJEIRA ... 15
3.5. A ÁGUA NA INDÚSTRIA CERVEJEIRA ... 16
3.5.1. Especificação Técnica da Água Cervejeira ... 16
3.6. TRATAMENTO DE ÁGUA ... 17 3.7. ETAPAS DO TRATAMENTO ... 19 3.7.1. Coagulação ... 19 3.7.2. Floculação ... 20 3.7.3. Decantação ... 20 3.7.4. Filtração ... 21 3.7.5. Desinfecção ... 22 4. MATERIAIS E MÉTODOS ... 24 4.1. MÉTODO DE PESQUISA ... 24 4.2. MATÉRIA PRIMA ... 24 4.3. ANÁLISES SENSORIAIS ... 24
4.4. DOSAGEM DOS PRODUTOS QUÍMICOS ... 24
4.4.1. Cloro ... 24
4.4.2. Sulfato de Alumínio e Hidróxido de Cálcio ... 25
4.5. ÁGUA RECUPERADA ... 26
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 27
5.1. CLORO ... 27
5.2. DOSAGEM DOS PRODUTOS QUÍMICOS ... 29
5.3. ÁGUA RECUPERADA ... 33
6. CONCLUSÃO ... 35
7. CRONOGRAMA ... 36
1. INTRODUÇÃO
É indiscutível a importância da água do nosso dia a dia. De toda a água presente na superfície terrestre, apenas aproximadamente 0,62% correspondem às águas doces e que podem ser aproveitadas para consumo humano (RICHTER, 2009).
O processo cervejeiro está sempre em constante desenvolvimento e crescimento e, para garantir a qualidade da cerveja, é fundamental garantir a qualidade de suas matérias primas e boas práticas de fabricação.
Por ser utilizada durante todo o processo cervejeiro, a água é considerada sua principal matéria prima e, deste modo, requer um rígido controle de qualidade.
Toda água destinada a consumo humano deve ser antes tratada e seguir alguns parâmetros físicos, químicos e biológicos de qualidade que são estipulados pela Portaria N° 2914/2011 do Ministério da Saúde.
São responsáveis por esse tratamento as estações de tratamento de água (ETA), as quais após captarem a água, normalmente de rio ou represa, tem a função de retirar as impurezas e micro-organismos presentes nessa água (ANDREOLI et al., 2006).
A ETA utiliza em seu processo algumas operações unitárias como coagulação, floculação, decantação, filtração e agitação. Objetivando a remoção das impurezas presentes na água e ajustes dos parâmetros regidos pelos Ministério da Saúde, durante essas operações são adicionados alguns produtos químicos (MOREIRA, 2011).
Na estação de tratamento de água da cervejaria em questão faz - se uso de uma calha Parshall, onde são dosados os produtos químicos, um decantador onde os flocos formados durante o processo irão decantar e um filtro o qual filtrará a água. Esses processos tem a função de remover partículas suspensas, materiais dissolvidos e micro-organismos presentes na água.
Tendo em vista que nos dias atuais a preocupação ambiental está presente em todas etapas de um processo produtivo, assim como sua utilização sustentável, o presente trabalho como objetivo estudar o atual tratamento de água de uma cervejaria e propor melhorias para o mesmo, com foco na qualidade do tratamento.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
O objetivo desse trabalho foi avaliar e garantir a qualidade da água tratada utilizada em uma cervejaria e fornecer propostas de melhorias para o tratamento da mesma.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Obter uma melhor eficiência da ETA.
- Estudar a influência da água recuperada do processo cervejeiro na ETA. - Garantir ao final do tratamento da água a menor turbidez possível. - Garantir desinfecção correta da água sem alterações no sabor e odor.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. PADRÃO DE POTABILIDADE DE ÁGUA
A Organização Mundial da Saúde estabelece alguns índices mínimos e máximos de potabilidade da água para consumo humano e industrial, como mostrada na tabela 1 abaixo.
Tabela 1: Padrões de Potabilidade da OMS
Parâmetros (em mg/L ou unidade indicada) VMR OMS VMP Físicos e Organolépticos
Cor, °Hazen 5 15
Turbidez, UNT 1 5
Sabor Nenhum Nenhum
Odor Nenhum Nenhum
pH 7 - 8,5 6,5 - 8,5
Notas: VMR: valor máximo recomendável; VMP: valor máximo permissível; °H = Graus Hazen; UNT = unidades nefelométricas de turbidez. Fonte: Adaptado de RICHTER, 2009.
3.2. PADRÃO MICROBIOLÓGICO DE POTABILIDADE DE ÁGUA
É regido pelo Ministério da Saúde o padrão microbiológico de potabilidade de água para consumo humano, segundo a Portaria no 2.914, de 12 de dezembro de 2011 e
Tabela 2: Padrão Microbiológico da Água para Consumo Humano
PARÂMETRO VALOR MÁXIMO PERMITIDO
Água para consumo humano (¹) Escherichi Coli ou coliformes
termotolerantes(2) Ausência em 100 mL
Água na saída do tratamento
Coliformes totais Ausência em 100 mL
Água tratada no sistema de distribuição (reservatórios e rede) Escherichi Coli ou coliformes
termotolerantes(2) Ausência em 100 mL
Coliformes totais
Sistemas que analisam até 40 amostras por mês:
Ausência em 100 mL em 95% das amostras examinadas no mês;
Sistemas que analisam mais de 40 amostras por mês:
Apenas uma amostra poderá apresentar mensalmente resultado positivo em 100 mL. Notas: (1) Água para consumo humano em toda e qualquer situação, incluindo fontes individuais como poços, minas, nascentes, dentre outras.
(2) A detecção de Escherichia Coli deve ser preferencialmente adotada. Fonte: Ministério da Saúde
Se, no controle de qualidade da água, forem identificadas amostras com resultado positivo para coliformes totais, deverão ser coletas novas amostras nos dias que se seguem até serem obtidos resultados satisfatórios. No caso de recoleta dos sistemas de distribuição de água, devem ser recoletadas no mínimo três amostras simultâneas, uma no mesmo ponto, uma localizada a montante (na direção da nascente) e outra a jusante (na direção da foz) (SAÚDE, 2011)
Após o tratamento de desinfecção da água, a mesma deve conter um teor mínimo de cloro residual livre de 0,5 mg/L, existindo ainda a obrigatoriedade de manutenção de, no mínimo, 0,2 mg/L em qualquer ponto da rede de distribuição. São admitidos outros agentes de desinfecção desde que demonstrada eficiência equivalente a definida pelo Ministério da Saúde segundo a Portaria no 2.914, de 12 de dezembro de 2011 (SAÚDE,
3.3. PADRÃO DE TURBIDEZ PARA ÁGUA POTÁVEL
Também regido pelo Ministério da Saúde, o padrão de turbidez para água potável, segundo a Portaria no 2.914, de 12 de dezembro de 2011, apresenta critérios que devem
ser atendidos e que estão listados na tabela 3.
Tabela 3: Padrão de Turbidez para Água Pós-Filtração ou Pré-Desinfecção
TRATAMENTO DA ÁGUA VALOR MÁXIMO PERMITIDO
Desinfecção (água subterrânea) 1,0 UT(1) em 95% das amostras
Filtração rápida (tratamento completo
ou filtração direta) 1,0 UT(1)
Filtração lenta 2,0 UT (1) em 95% das amostras
Nota: (1) Unidade de turbidez.
Fonte: Ministério da Saúde
Deve ser verificado mensalmente o percentual de aceitação do limite de turbidez expresso na tabela 3, sendo coletadas no efluente individual de cada unidade de filtração amostras diárias para desinfecção ou filtração lentas, e amostras a cada quatro horas para filtração rápida (SAÚDE, 2011).
3.4. MATÉRIAS PRIMAS PARA PRODUÇÃO CERVEJEIRA
O processo de produção cervejeiro contempla quatro matérias primas principais: água, malte, lúpulo e fermento, representadas na figura 1 a seguir:
Figura 1: Matérias Primas da Cerveja
Dentre as matérias primas citadas, a água se sobressai como a mais importante, representa 90% da cerveja ao final do processo e pode ter impacto direto no sabor, odor e coloração da cerveja, dependendo dos sais minerais e matérias orgânicas presentes na mesma.
A quantidade de sais e compostos orgânicos tem influência direta nos processos químicos e enzimáticos na fermentação e maturação da cerveja, e por isso deve-se realizar um tratamento físico-químico eficiente da água. (VENTURINI FILHO, 2010).
3.5. A ÁGUA NA INDÚSTRIA CERVEJEIRA
Na indústria cervejeira a água está presente durante todo seu processo e por isso possui um rígido controle de qualidade.
Durante a preparação do mosto a composição iônica da água tem grande influência na nutrição da levedura e suas propriedades tecnológicas, definindo assim a qualidade e flavor (sabor) da cerveja ao final do processo. Íons como magnésio, ferro e cobre tem fundamental importância e devem estar presentes em concentrações suficientes para não inibir ou promover flavors indesejáveis (BOULTON; QUAIN, 2006).
O controle e regulação do pH da água possui fundamental importância durante o processo de mosturação, no qual deve ser mantido baixo para maior eficiência na quebra do amido e proteólise (hidrólise de proteína com ruptura de ligações peptídicas)
(BOULTON; QUAIN, 2006).
Principalmente relacionado a contaminações microbiológicas e químicas, a água cervejeira deve seguir e atender padrões de pureza, deste modo, é tratada para remover contaminantes orgânicos e impedir a proliferação e existência de agentes bacterianos (BOULTON; QUAIN, 2006).
3.5.1. Especificação Técnica da Água Cervejeira
A água cervejeira em questão possui especificações de cloro, turbidez e THM que são controladas rigorosamente durante todo o dia para garantir a qualidade da cerveja fabricada. Devido à grande quantidade de tipos de cervejas fabricadas e a preocupação quanto a qualidade das mesmas, preza – se por manter especificações mais rigorosas como pode ser observado na tabela 4 a seguir.
Tabela 4: Especificação Técnica da Água Tratada Cervejeira
ITEM AVALIADO VALOR PERMITIDO
Cloro residual livre 0,4 a 0,6 ppm(1)
pH 6,0 a 8,0
Turbidez Máximo 1,0 NTU(2)
THM Máximo 25 ppb(3)
Notas: (1) Partes por milhão. (2) Unidade nefelométrica de turbidez. (3) Partes por bilhão.
Fonte: Do autor.
3.6. TRATAMENTO DE ÁGUA
O processo de tratamento da água na indústria cervejeira estudada é do tipo físico-químico e se inicia com a captação da água de um corpo hídrico, essa água, conhecida como água bruta, é encaminhada para a Calha Parshall onde são dosados os produtos químicos:
Sulfato de Alumínio – Responsável pela floculação; Hidróxido de Cálcio – Responsável pela correção de pH e Hipoclorito de Sódio – Responsável pela função bactericida. Como mostrado na figura 2 a seguir:
Figura 2: Calha Parshall - Estação de Tratamento de Água
Fonte: Do autor
Os produtos químicos utilizados no tratamento de água se tornaram essenciais após a cloração da água potável como forma de previnir doenças transmitidas pela água e ainda mais importantes após a introdução de coagulantes e meios de filtração mais intensos. É indiscutível a importância dos produtos químicos no tratamento de água,o que discute-se são quais produtos devem ser utilizados e em quais quantidades. (GITIS; HANKINS, 2018)
O sistema de tratamento promove a agitação dos produtos químicos e a água segue para um decantador no qual os flocos formados serão decantados. Posteriormente segue para os filtros onde é filtrada e depois encaminhada para um reservatório de água tratada, donde é distribuida para toda a cervejaria.
Da água enviada e utilizada na cervejaria é possível recuperar uma parte que é utilizada nos rinseres do Packaging Latas, cuja função é limpeza das latas, e outra dos filtros da Filtração da cerveja que é utilizada na desaeração das linhas. Essas águas não possuem contaminação com a cerveja e são recuperadas e direcionadas para a Calha Parshall, onde são tratadas novamente.
Um fluxograma resumido do tratamento de água pode ser observado na figura 3 a seguir:
Figura 3: Fluxograma do Tratamento de Água
Fonte: Do autor.
3.7. ETAPAS DO TRATAMENTO
3.7.1. Coagulação
A coagulação se dá com a adição de produtos químicos, conhecidos como compostos coagulantes e que envolvem as partículas suspensas na água. Esses compostos coagulantes reagem com as partículas sólidas presentes na água, de modo a reduzir as interação das forças que as mantém separadas, e o mais utilizado é o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14 H2O).
Essa etapa tem fundamental importância pois as próximas etapas do tratamanento da água dependem da eficiência dessa coagulação. (RICHTER, 2009).
3.7.2. Floculação
As partículas que foram desestabilizadas na coagulação com a adição dos agentes coagulantes e tiveram reduzidas suas forças de separação, passarão a formar partículas maiores as quais são visíveis a olho nu, chamados de flocos. Estes flocos são retidos durante o tratamento por sedimentação ou filtração. (RICHTER, 2009).
Alguns parâmetros podem interferir na eficiência da floculação como: tipo de coagulante, pH de coagulação, temperatura da água, entre outros. Do mesmo modo, para garantir a eficiência da floculação a agitação nesse momento do tratamento deve ser lenta, para proporcionar o encontro das partículas menores e poder formar os flocos. (TIBA, 2012).
3.7.3. Decantação
Após serem formados na etapa de floculação, os flocos apresentam maior densidade que a água e, por efeito da gravidade, se depositaram no fundo do decantador para depois serem removidos. Essa etapa também é conhecida como clarificação da água. (MOREIRA, 2011).
Decantadores de fluxo vertical em manto de lodos ou clarificadores são equipamentos com capacidade de reunir em um único tanque a floculação e a decantação (RICHTER, 2009). Esse tipo de decantador é utilizado na estação de tratamento de água da qual este trabalho se trata e pode ser observado na figura 4 a seguir:
Figura 4: Decantador - Estação de Tratamento de Água
Fonte: Do autor.
Neste tipo de decantador a água entra em sentido ascendente, isto é, de baixo para cima. Na figura é possível observar a presença de colmeias, as quais têm a função de reter os flocos formados no fundo do decantador, formando uma manta de lodo. Essa manta é importante para ajudar a manter os flocos no fundo e evitar que flocos mais leves subam para a superfície e sejam arrastados para os filtros. Deste modo mantem-se a eficiência do processo de tratamento da água. Vale ressaltar a importância da limpeza periódica do decantador para retirar o lodo em excesso.
3.7.4. Filtração
Os flocos presentes na água e que não decantaram na etapa anterior, por terem uma pequena densidade, seguem para a etapa de filtração onde serão retidos por elementos filtrantes (PEREIRA, 2011).
Segundo RICHTER, 2009 os elementos filtrantes são essenciais para garantir a eficiência do filtro e se diferem em tamanho, forma e composição química. Dessa forma
se faz necessário cumprir a frequência de limpeza dos filtros e remover as sujidades acumuladas nos meios filtrantes para assegurar sua eficiência e a qualidade da água tratada (MOREIRA, 2011).
A estação de tratamento estudada é composta por filtros rápidos os quais são normalmente constituídos por areia e antracito como material filtrante (PEREIRA, 2011).
Para manter a alta eficiência dos filtros é necessário realizar periodicamente a manutenção de seu leito filtrante por meio da retrolavagem. A retrolavagem consiste na injeção de ar em sentido ascendente no filtro de modo a arrastar o material depositado no leito filtrante.
Na figura 5 a seguir pode-se observar um exemplo dos filtros mencionados no tratamento de água da cervejaria.
Figura 5: Filtros - Estação de Tratamento de Água
Fonte: Do autor.
3.7.5. Desinfecção
Esta é a última etapa do processo de tratamento e tem como objetivo eliminar possíveis agentes patogênicos. Micro-organismos presentes na água como vírus, protozoários, vermes e bactérias, além de poderem provocar doenças alteram o sabor e odor da água (RICHTER, 2009).
O procedimento mais comum de desinfecção é a adição de cloro durante o tratamento. Segundo Paulo Garcez Palha Filho (2016), a técnica de cloração tem sua eficiência modificada de acordo com o pH do meio. Com o aumento do pH o cloro
apresenta uma menor eficiência enquanto que em pH mais baixos ele tem seu potencial de desinfecção otimizado.
Ainda segundo Palha Filho (2016), o inverso ocorre com relação a concentração de cloro; ao aumentar-se sua concentração tem-se maior presença de cloro livre na água e consequentemente maior é sua ação antimicrobiana.
No entanto, a alta dosagem de cloro no tratamento de água pode gerar alguns subprodutos indesejados como o trihalometano (THM). O THM tem propriedades cancerígenas e se forma pela reação do cloro com a matéria orgânica presente na água.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. MÉTODO DE PESQUISA
A pesquisa de abordagem qualitativa tem caráter pesquisa-ação e foi densenvolvida em uma cervejaria.
4.2. MATÉRIA PRIMA
A matéria-prima em questão foi a água captada da Represa do Rio Jaguari e a água que era recuperada do processo cervejeiro.
4.3. ANÁLISES SENSORIAIS
Foram realizadas diariamente análises sensoriais da água da cervejaria em todos os seus pontos de produção. As análises foram realizadas por mestres cervejeiros e foram observadas algumas características da água como cor, odor e sabor e que servirão como ponto de partida deste trabalho.
4.4. DOSAGEM DOS PRODUTOS QUÍMICOS
4.4.1. Cloro
Nesta etapa foram coletadas diariamente algumas amostras de água considerando diferentes pontos da ETA para a realização de análises laboratoriais. Os pontos analisados foram: água bruta, entrada do decantador, saida dos filtros e reservatório.
Para cada um desses pontos foram realizadas nas amostras análises sensoriais pelos mestres cervejeiros e analizados o teor de cloro via clorímetro portátil (figura 6 a seguir) e THM por cromatografia gasosa.
Figura 6: Clorímetro Portátil
Fonte: Do autor.
4.4.2. Sulfato de Alumínio e Hidróxido de Cálcio
Durante o trabalho foi realizado um Jar Test, também conhecido como teste dos jarros, um experimento laboratorial no qual se consegue fazer uma simulação da ETA para verificação dos parâmentros de dosagem dos produtos químicos no tratamento da água, de acordo com a turbidez da água bruta e a vazão de água que a ETA opera.
No equipamento de Jar Test existem seis jarros que foram igualmente preenchidos com água bruta. Em um dos jarros se simulou a dosagem atual de químicos da ETA e nos demais se manteve constante a dosagem de cloro e se variou as dosagens de sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio.
A dosagem ideial dos químicos foi identificada quando se conseguiu promover um pH de floculação ótimo e se teve ao final do experimento a menor turbidez possível. Fato que demonstrava que as impurezas foram eficientemente decantadas e podiam ser removidas durante o processo de tratamento.
4.5. ÁGUA RECUPERADA
Durante o processo cervejeiro era possível recuperar parte da água utilizada nos rinsers do Packaging Latas (não retornável) e dos filtros da filtração (água desaerada), como pode ser observado na figura 7 abaixo. Essa água era então enviada novamente para a ETA, onde era tratada na Calha Parshall.
Foi observada se as características dessa água interfeririam na eficiência da estação de tratamento e se a mesma poderia ser reutilizada.
Para isso, foram coletas amostras das águas recuperadas do processo de cerveja, rinseres das linhas do Packaging Latas (não retornável) e água desaerada utilizada na filtração para se realizar análises das mesmas quanto a matéria orgânica e temperatura.
Também foram analisadas amostras da água do tanque de água recuperada que se encontrava na cervejaria. Nesse tanque eram misturadas as águas dos rinseres e a água desaerada antes de serem enviadas para a ETA e por isso se percebeu a necessidade de analisar também o pH e temperatura da água no mesmo.
Por fim, foi analisada a influência da água recuperada enviada da cervejaria, na eficiência de tratamento da ETA através de um acompanhamento diário do tratamento de água com variações na água recuperada enviada.
Figura 7: Mapa da Água Recuperada
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. CLORO
Após acompamento diário das análises sensoriais e análises do teor de cloro e THM presente na água tratada, percebeu-se a necessidade de instalar um sistema de pós cloroção na ETA por dois motivos principais. O primeiro motivo estava relacionado a alta dosagem de cloro na pré cloração da Calha Parshall que unido a matéria orgânica da água bruta captada, favorecia a formação de THM e alterava algumas características da cerveja no final do processo, como odor, cor e sabor. O segundo motivo foi que a pós cloração permitia um ajuste fino e padronizado de cloro de modo a garantir o cumprimento do padrão de qualidade da água regido pelo Ministério da Saúde.
Nos primeiros testes de implementação, a pós cloração era dosada diretamente em uma tubulação que saia da caixa filtrada e depois era direcionado para o reservatório. No entanto, quando se analisava o gráfico dessa dosagem observava-se muitos picos de dosagem, como representado na figura 8. Isso acontecia porque a vazão de água da tubulação era muito pequena e por esse motivo a bomba do sistema de pós cloração ficava injetando cloro constantemente a fim de corrigir a dosagem de cloro. Após alguns testes passou-se a realizar a pós cloração diretamente na caixa de água filtrada, onde tem-se uma maior vazão de água e onde foi possivel ter uma maior homogeneização da dosagem de cloro, a partir desse momento obteve-se um gráfico de dosagem mais uniforme e linear como pode ser observado na figura 9.
Figura 8: Gráfico de Controle da pós cloração na água do reservatório após implementação
Fonte: Do autor.
Figura 9: Gráfico de Controle da pós cloração na água do reservatório atual
Fonte: Do autor.
As análises sensoriais realizadas pelos mestres cervejeiros, após a implementação do sistema de pós cloração, não apresentavam mais reclamações sobre a presença de sabor de cloro na água tratada, fato observado no gráfico 1 abaixo. Resultado esse de extrema importância para a água cervejeira, visto que o cloro têm ativa participação na formação de THM e consequente alteração de sabor, cor, odor e pH da cerveja. Deste modo, passou
a ser dosado um valor tido como ótimo de cloro para promover a desinfecção da água, sem comprometer a qualidade da cerveja no final do processo.
Gráfico 1: Comentários sobre sabor de cloro na Água do reservatório
Fonte: Do autor.
5.2. DOSAGEM DOS PRODUTOS QUÍMICOS
Realizou – se um acompanhamento do histórico de consumo de sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio de acordo com a turbidez da água bruta, o qual pode ser observado no gráfico 2, e em cuja análise observou – se a falta de controle e padronização do consumo de produtos químicos no tratamento de água.
Quando comparado o mês de abril dos anos de 2017 e 2018 (indicado pela seta no gráfico) em que se tem aproximadamente a mesma turbidez, deveria se ter por consequência a mesma dosagem aproximada dos químicos, o que não acontecia. Foi observado também a existência de picos de dosagens exageradas de ambos os químicos durante os meses analisados.
Gráfico 2: Histórico do Consumo de Sulfato de Alumínio e Hidróxido de Cálcio
Fonte: Do autor.
Após a realização do experimento Jar Test os resultados obtidos, mostrados nas tabelas 5 e 6 a seguir, possibilitaram a padronização da dosagem de sulfato de alumínio de acordo com a turbidez da água bruta e da vazão de captação da ETA a partir da criação de um simulador das dosagens de sulfato de alumínio cujo exemplo pode ser observado na figura 10.
Devido a carência momentânea do programa de excel no computador da ETA, o qual era usado no simulador de dosagens que foi criado, para não se perder o controle das dosagens e consequente qualidade do tratamento criou - se também uma planilha para as vazões de capitação de água mais utilizadas na ETA com dosagens máxima e mínima fixas do sulfato de alumínio variando - se apenas a turbidez, mostrado exemplo na tabela 7 abaixo.
Tabela 5: Resultado análise Jar Test - Turbidez aproximada 11 NTU Água bruta: pH = 6,64 / turbidez = 11,6 NTU
Jarro 1 2 3 4 5 6
Dosagem de Hipoclorito de
Sódio 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Dosagem de Sulfato de
Alumínio sol. 10% v/v 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
Dosagem de Hidróxido de
Cálcio emulsão 2 gotas 2 gotas 3 gotas 3 gotas 3 gotas 3 gotas
pH 6,11 5,87 6,07 6,08 5,60 5,24
Turbidez 7,83 11,60 8,23 3,37 12,00 12,30
OBS: A faixa mais baixa de pH diminui a eficiência de floculação. Fonte: Do autor.
Tabela 6: Resultado análise Jar Test - Turbidez aproximada 10,5 NTU Água bruta: pH = 6,77 / turbidez = 10,5 NTU
Jarro 1 2 3 4 5 6
Dosagem de Hipoclorito de
Sódio 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Dosagem de Sulfato de
Alumínio sol. 10% v/v 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
Dosagem de Hidróxido de
Cálcio emulsão 3 gotas 3 gotas 4 gotas 4 gotas 4 gotas 4 gotas
pH 6,9 6,65 6,73 6,55 6,48 6,47
Turbidez 1,90 2,14 1,74 1,55 1,95 1,72
Figura 10: Simulador de Dosagem de Sulfato de Alumínio - Exemplo até 5 NTU
Fonte: Do autor.
Tabela 7: Exemplo de Dosagens de Sulfato de Alumínio de acordo com a turbidez para vazão de 250 m³/h
Fonte: Do autor.
Experimentos mostraram que as dosagens de sulfato de alumínio e de hidróxido de cálcio eram diretamente proporcionais. O sulfato de alumínio promovia uma queda no pH e o hidróxido de cálcio tem por função aumentar o pH. Deste modo quanto maior a dosagem de sulfato de alumínio menor o pH obtido e consequentemente maior era a dosagem de hidróxido de cálcio a fim de se elevar o pH e atingir o pH ótimo de floculação, o qual pode ser padronizado a partir dos experimentos no Jar Test.
A partir dessas análises constatou-se a oportunidade de redução de 10% a 20% da dosagem de sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio no tratamento de água realizado.
5.3. ÁGUA RECUPERADA
As amostras coletadas foram analisadas e observou-se que algumas características dessa água recuperada interfiriam na eficiência da ETA, foram elas:
1. Temperatura: observou-se que quando a água recuperada chegava em uma temperatura elevada na ETA, quando essa água quente chegava nos decantadores os flóculos então formados começavam a flotar ao invés de decantar, ou seja, ficavam flutuando na superfície da água. Essa sujicidade era então arrastada para o resto do tratamento interferindo na eficiência do mesmo.
2. Taxa de blendagem: a taxa de blendagem é a razão entre a vazão da água recuperada sobre a vazão de água captada. Essa taxa foi determinada experimentalmente e definido no valor de no máximo 15%, valores superiores também interferiam na eficiência da ETA.
3. Matéria orgânica: na água recuperada da filtração existe a possibilidade de arraste de matéria orgânica e, como mencionado anteriormente, essa matéria orgânica quando entrar em contato com o cloro na Calha Parshall promove a formação de THM que alterará as características finais da cerveja. Deste modo foi definido uma quantidade máxima de matéria orgânica permitida na água para que ela pudesse ser recuperada.
Deste modo, viu-se a necessidade de criar um padrão técnico para a água recuperada e que pode ser visto nas tabelas 8 e 9.
Tabela 8: Padrão técnico para o tanque de água recuperada da cervejaria
Descrição Frequência Mínima Especificação
T anq u e Águ a Recup er ada
Análise Sensorial Diário OK / NOK
Matéria orgânica Diário 2 mg/L
Condutividade - Água Recuperada Diário máx. 400µS/cm
pH - Água Recuperada Diário 6 a 8
Temperatura da Água Recuperada Por Turno máx. 45 ºC
Turbidez - Água Recuperada Diário máx. 40
Cloro Livre - Água Recuperada Diário Máx 0,6
Tabela 9: Padrão técnico para a água recuperada na ETA
Descrição Frequência Mínima Especificação
E n tr ada E T A
Análise Sensorial Diário OK / NOK
Matéria Orgânica Diário 2 mg/L
Condutividade - Água Recuperada Diário máx. 400µS/cm
Taxa de Blendagem Diário máx. 15,0%
pH - Água Recuperada Diário 6 a 8
Temperatura da Água Recuperada Diário máx. 30 ºC
Turbidez - Água Recuperada Diário máx. 40
Cloro Livre - Água Recuperada Diário máx. 0,6
Nota: Taxa de blendagem = vazão dosagem água recuperada / vazão de captação de água
Fonte: Do autor.
Com a criação e implementação do padrão técnico para a água recuperada passou-se a ter maior controle e garantia da qualidade da água tratada e obteve-passou-se um considerável aumento no volume de recuperação da mesma, como pode ser visto no gráfico 3. Isso promoveu um impacto positivo na cervejaria pois contribuiu a redução do volume de água captado.
Gráfico 3: Água Recuperada x PL Packaging Latas + Volume Filtrado
6. CONCLUSÃO
Com os resultados obtidos foi então proposto e implementado na Estação de Tratamento de Água da cervejaria um sistema de pós cloração da água dosado diretamente na caixa filtrada e que promoveu um maior controle da dosagem de cloro e redução na fomação de THM na água.
A partir de análises experimentais criou – se um do simulador de dosagens de sulfato de alumínio que foi implantado na ETA e tornou possível criar um padrão de dosagem dos químicos e promover uma padronização no tratamento realizado pela operação. Obteve – se ainda uma redução de 10% a 20% nas dosagens de sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio no tratamento da água, garantindo assim uma maior qualidade da água tratada. Resultado do ganho em eficiência do tratamento e que promoveu uma redução dos gastos financeiros com a compra desses produtos que anteriormente eram utilizados em excesso.
O acompanhamento e análises da água recuperada tornaram possível a criação do padrão técnico da água recuperada a fim de garantir a qualidade do tratamento da água sem interferências e reduzir o volume de água captada da Represa do Rio Jaguari.
Todas as propostas de melhoria indicadas no presente trabalho foram implementadas na Estação de Tratamento de Água da cervejaria e trouxeram impactos positivos e de extrema importância para garantir a qualidade da água cervejeira e da cerveja produzida a partir dela.
7. CRONOGRAMA
Início: Março de 2018. Fim: Dezembro de 2018.
Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Revisão bibliográfica Elaboração da proposta do trabalho Submissão do projeto (TCC 1) Desenvolvimento do trabalho experimental Análises dos dados, elaboração da monografia Apresentação da monografia
2018 Atividades
REFERÊNCIAS
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BOULTON, C.; QUAIN, D. BrewingYeast e Fermentation. BlackwellPublishing. Pp. 46-48, 108-148.2001.
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Acesso em: 31 Mar. 2018.
FILHO, Paulo G. P.; Água de processo. 2016. 94p. (Palestra)
GITIS, V.; HANKINS, N. Journal of Water Process Engineering Water treatment chemicals : Trends and challenges. v. 25, n. June, p. 34–38, 2018.
MOREIRA, ThiagoG. A.; Influência da corrosão na potabilidade da água no sistema de distribuição da estação de tratamento na Escola de Especialistas de Aeronáutica. 2011. f 68. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo, Lorena, 2011. RICHTER, Carlos A. Água Métodos e Tecnologia de Tratamento. São Paulo: Edgard Blücher, 2009. 340p.
TIBA, W. M. Comparação técnica visando a substituição do coagulante sulfato de alumínio pelo sulfato férrico no tratamento de água de abastecimento. 2012. f 102.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2012.
VENTURINI FILHO, W. G. Bebidas alcoólicas: ciência e tecnologia. São Paulo: Edgard Blucher, 2010.
