TÍTULO: ESTUDO DA DEGRADAÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA EM EFLUENTE SIMULADO DE LATICÍNIOS 1% (V/V)
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA ÁREA:
SUBÁREA: Engenharias SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO(ÕES): CENTRO UNIVERSITÁRIO SENAC - SENACSP INSTITUIÇÃO(ÕES):
AUTOR(ES): MICHELI TUTUMI DE ARAUJO AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): ALEXANDRE SARON ORIENTADOR(ES):
1. RESUMO
Os efluentes gerados pela indústria de laticínios são caracterizados por altos níveis de matéria orgânica devido a características do leite. Se não lançados corretamente nas águas de superfície, esses efluentes podem alterar a qualidade desse recurso de modo a torná-lo prejudicial aos seres vivos. Considerando o alto teor de matéria orgânica dos efluentes da indústria de laticínios, este projeto abordou análises físico-químicas de amostras de efluente simulado 1% (v/v) para um estudo da degradação de matéria orgânica presente na solução. A partir de análises de DBO5,20 por um período de 20 dias consecutivos de análises, foi evidenciada além da DBO exercida, a remanescente. Também foi calculado o coeficiente de desoxigenação (K1) do efluente utilizado, importante parâmetro para que se conheça a taxa de degradação de matéria orgânica e a intensidade do impacto que pode ser ocasionado pelo lançamento do efluente em um corpo hídrico.
2. INTRODUÇÃO
A indústria de laticínios apresenta alto consumo de água em suas atividades, o que resulta em grandes volumes de poluentes (VOURCH et al., 2008). Entre essas operações que geram efluentes, destacam-se a limpeza e/ou higienização do empreendimento, descartes, descargas, vazamentos e/ou derramamentos (MACHADO et al., 2002 apud TEIXEIRA, 2011). Consequência disso são efluentes com quantidades elevadas de gordura, caseína, lactose e sais inorgânicos, além de substâncias detergentes e demais produtos de limpeza, o que contribui de maneira considerável para altos valores de Demanda Bioquímica de Oxigênio, DBO (CARVALHO, PRAZERES, RIVAS, 2013; SINGH, SINGH, IMAM, 2014). O lançamento dos efluentes lançados pelas indústrias em corpos hídricos no Estado de São Paulo deve seguir os parâmetros estabelecidos no Decreto Estadual 8.468/76. Para o lançamento, direto ou indireto, nas coleções de água, as condições que devem ser seguidas são apresentadas no Art. 18 do decreto. Por sua vez, os lançamentos de efluentes em sistemas de esgotos que apresentem “tratamento com capacidade e tipos adequados” devem estar de acordo com os parâmetros definidos no Art. 19-A.
No presente estudo, foram realizadas análises de pH, temperatura, turbidez, sólidos totais, condutividade e DBO para a caracterização do efluente analisado. O pH equivale ao equilíbrio entre íons H+ e OH- expressado numericamente, variando de 0 a 14 (DERISIO, 2012). Este parâmetro tem relação direta com o desenvolvimento
e sobrevivência dos animais, afetando, por exemplo, o metabolismo e os processos fisiológicos de peixes e outros organismos aquáticos (NASCIMENTO; BOIJINK; PÁDUA, 2007).
A turbidez expressa a redução da transparência da água, ocasionada por materiais em suspensão que podem apresentar micro-organismos e impedir a ação de produtos de limpeza sobre eles (CARDOSO, 2011; CHAGAS, 2015).
Os sólidos totais na área do saneamento correspondem, segundo a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB, 2017), a “toda matéria que permanece como resíduo, após evaporação, secagem ou calcinação da amostra” sob determinadas condições de temperatura e tempo. Essa matéria pode sedimentar no leito dos rios e ocasionar danos nos leitos de desovas de peixes e a destruição de organismos que fornecem alimentos para outros seres vivos (CETESB, 2017).
A condutividade de efluentes está relacionada à concentração de poluentes, que pode variar com as concentrações iônicas e temperatura, de modo que valores de condutividade acima de 100 µS/cm indicam “ambientes impactados” (CETESB, 2017).
Por sua vez, as análises de DBO estão relacionadas à matéria orgânica presente na água. A presença de oxigênio dissolvido (OD) no meio permite que bactérias degradem a matéria orgânica biodegradável lançada pelas indústrias, de acordo com Braga et al. (2005). Assim, a partir da medição de OD presente em amostras de efluentes, pode-se obter valores de DBO que, segundo Meneses (2006), quantificam a matéria orgânica biodegradável presente na água, o decréscimo dos teores de OD necessários para que bactérias oxidem a matéria orgânica e a intensidade do impacto causado pelo lançamento de efluentes em corpos d’água.
A medição de DBO dia a dia durante certo período pode indicar a DBO remanescente, que é a matéria orgânica presente na amostra, e a DBO exercida, que corresponde ao consumo acumulado de oxigênio necessário para a estabilização da matéria orgânica até o instante da medição (VON SPERLING, 1996). A oxidação da matéria orgânica pelas análises de DBO exercida e DBO remanescente pode variar com o tempo como ilustrado por Von Sperling (1996) na Figura 2.1.
Figura 2.1 – Variação temporal de DBO exercida e DBO remanescente.
Fonte: VON SPERLING (1996).
A partir dos valores de DBO, pode-se obter o coeficiente de desoxigenação (K1), parâmetro que, segundo Nunes (2008), apresenta influência sobre o consumo de OD. De acordo com a autora, este coeficiente tem grande importância na modelagem de OD e é afetado pelo tipo da matéria orgânica, o grau de tratamento, a temperatura e a presença de substâncias inibidoras. De acordo com Von Sperling (1996), os valores típicos de K1 na base e, a 20 °C, são apresentados na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Valores típicos de K1 (base e, 20 °C).
ORIGEM K1 (dia-1)
Água residuária concentrada 0,35 – 0,45
Água residuária de baixa concentração 0,30 – 0,40
Efluente primário 0,30 – 0,40
Efluente secundário 0,12 – 0,24
Rios com águas limpas 0,09 – 0,21
Água para abastecimento público < 0,12
Fonte: VON SPERLING (1996). 3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo Geral
Analisar a degradação de matéria orgânica em efluente simulado da indústria de laticínios através da análise de DBO.
3.2 Objetivos Específicos
• Levantar dados secundários sobre efluentes da indústria de laticínios e os parâmetros abordados no projeto;
• Preparar solução para simular efluente da indústria de laticínios; • Realizar análises físico-químicas;
• Calcular o coeficiente de desoxigenação do efluente preparado; • Comparar os valores obtidos com a literatura.
4. METODOLOGIA
Para o estudo realizado, foi preparado um efluente de laticínio com concentração de 1% (v/v). Na caracterização, este efluente passou pelas análises físico-químicas de pH, temperatura, turbidez, sólidos totais e condutividade. Também foram realizadas análises de DBO, todas realizadas no Laboratório de Química Ambiental do Centro Universitário Senac durante o primeiro semestre de 2018. Com os valores de DBO, foi utilizado o método dos mínimos quadrados para obter o coeficiente de desoxigenação do efluente.
5. DESENVOLVIMENTO
Para a preparação do efluente, foram colocados 10 mL de leite in natura em 1000 mL de água, resultando em uma solução com concentração de 1% (v/v) (Figura 5.1).
Figura 5.1 – Efluente preparado com concentração de 1% (v/v).
Fonte: Autoria própria (2018).
As análises físico-químicas foram realizadas de acordo com os métodos estabelecidos no 22th Stadard Methods for Examination of Water and Wasterwater. Nas análises de pH e temperatura, foi utilizado o pHmetro HI98128 pHep®5 da HANNA instruments, com precisão de ± 0,05 pH (Figura 5.2).
Figura 5.2 – pHmetro posicionado para as análises de pH e temperatura.
Fonte: Autoria própria (2018).
A análise de turbidez foi realizada com o turbidímetro AP2000 da PoliControl, com precisão de ± 2%.
Na quantificação de sólidos totais (ST), foi utilizada a balança analítica modelo AUY220 da marca Shimadzu, com precisão de ± 0,1 mg. A quantificação de sólidos totais presentes na amostra analisada é dada pela expressão 5.1.
𝑆𝑇 = (𝑚1− 𝑚2) ∗ 10.000 (5.1) sendo:
𝑚1 = massa da cápsula de porcelana vazia;
𝑚2 = massa da cápsula de porcelana com resíduo.
A análise de condutividade foi realizada com o condutivímetro de bancada CG2200 da marca Gehaka, com precisão de ± 3 divisões (Figura 5.3).
Figura 5.3 – Análise de condutividade do efluente estudado.
Nas análises de DBO, realizadas durante 20 dias, foi utilizado o medidor de OD digital portátil modelo MO-900 da Instrutherm, com precisão de ± 0,4 mg/L. Para o volume de efluente utilizado, foram preparados 25 L de água aerada seguindo a metodologia apresentada na norma ABNT NBR 12614:1992.
No cálculo da DBO5,20, foi utilizada a expressão 5.2, de modo que Vtotal equivale ao volume total de um frasco de OD (300 mL) e Vamostra equivale ao volume de amostra do efluente colocado no frasco de OD. Para este cálculo, o valor de ODfinal considerado foi dos frascos de OD do quinto dia de cada conjunto.
A DBO5,20 do efluente preparado foi obtido com a média dos valores de DBO5,20 dos conjuntos.
𝐷𝐵𝑂5,20 = (𝑂𝐷𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙− 𝑂𝐷𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙) ∗ ( 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎) (5.2)
Os valores da DBOn,20 para cada dia n de medição, foram realizados os mesmos cálculos da DBO5,20, de modo que o valor de ODfinal considerado em cada dia foi o valor medido no dia considerado.
Para o cálculo do K1, também foi utilizado o método dos mínimos quadrados seguindo as expressões 5.3 e 5.4, apresentadas por Metcalf & Eddy (2003):
𝑛𝑎 + 𝑏𝛴𝑦 − 𝛴𝑦′= 0 (5.3) 𝑎𝛴𝑦 + 𝑏𝛴𝑦2− 𝛴𝑦𝑦′= 0 (5.4) sendo: 𝑛 = número de dados; 𝑏 = - K1; 𝑦 = DBO (mg/L); 𝑦′=𝑑𝑦 𝑑𝑡 = 𝑦𝑛+1− 𝑦𝑛−1 2∆𝑡 6. RESULTADOS
Os resultados obtidos na caracterização do efluente e os respectivos valores encontrados na literatura são apresentados na Tabela 6.1.
Tabela 6.1 – Caracterização do efluente e respectivos valores obtidos por outros autores. Parâmetros Efluente preparado para o projeto Efluente de laticínio (PANCHONI et al., 2008) Efluente gerado no resfriamento do leite (BEGNINI; RIBEIRO, 2014) Efluente lácteo in natura (MESSIAS, 2015) pH 7,2 6,4 11,64 5,0 – 11,0 Temperatura (°C) 25,6 – 19,6 – DBO5,20 (mg/L) 391,25 580,6 600 1.800 – 2.300 Turbidez (NTU) 350,0 – 388 39,23 – 45,7 Sólidos totais (mg/L) 1.395,0 – 993,33 2.700 – 2.910 Condutividade (μs) 146,7 272,6 – –
Fonte: Autoria própria (2018).
O Gráfico 6.1 apresenta a variação temporal da DBO remanescente e DBO exercida para o efluente estudado, além das curvas de tendência das DBOs.
Gráfico 6.1 – Variação temporal da DBO exercida e DBO remanescente do efluente estudado.
Fonte: Autoria própria (2018).
Com as expressões 5.3 e 5.4 apresentadas, o resultado obtido para o coeficiente de desoxigenação do efluente estudado foi 0,096 dia-1.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A diferença observada entre os resultados obtidos e os valores encontrados na literatura para as análises de pH, turbidez, sólidos totais e condutividade pode ser explicada pelas diferentes concentrações e origens dos efluentes analisados.
A variação temporal das DBOs apresentou o comportamento descrito por Von Sperling (1996), caracterizado pelo aumento do consumo de oxigênio e posterior estabilização da matéria orgânica.
O valor do coeficiente de desoxigenação obtido foi menor do que o dado de literatura. Isso pode ser explicado pela concentração do efluente simulado no estudo, que afeta a quantidade de matéria orgânica presente nas amostras analisadas. Com o valor obtido este efluente deverá ter uma boa taxa de biodegradabilidade se tratado em uma Estação de Tratamento de Efluentes biológica. Para o aperfeiçoamento do estudo apresentado, recomenda-se a sua repetição com realização de análises com efluentes de diferentes concentrações.
8. FONTES CONSULTADAS
BEGNINI, Beatriz Chinato; RIBEIRO, Heraldo Baialardi. Plano para Redução de Carga Poluidora em Indústria de Laticínios. Saúde e Meio Ambiente, Santa Catarina, v. 3,
n. 1, p. 19-30, jan-jun. 2014. Disponível em:
<http://www.periodicos.unc.br/index.php/sma/article/view/519>. Acesso em: 30 ago. 2018.
BRAGA, Benedito; HESPANHOL, Ivanildo; CONEJO, João G. Lotufo; MIERZWA, José Carlos; BARROS, Mario Thadeu L. de; SPENCER, Milton; PORTO, Monica; NUCCI, Nelson; JULIANO, Neusa; EIGER, Sérgio. Introdução à Engenharia
Ambiental – 2ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.
CARDOSO, Thaiany Guilherme. Sensor de turbidez para análise de amostras de
água. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia da Computação) – UniCEUB,
Brasília, 2011.
CARVALHO, F., PRAZERES, A. R., RIVAS, J. Cheese whey wastewater: Characterization and treatment. Science of the Total Environment, v. 445-446, p. 385-396, fev. 2013.
CETESB. Companhia Ambiental do Estado de São Paulo. Apêndice E - Significado
Ambiental e Sanitário das Variáveis de Qualidade das Águas e dos Sedimentos e Metodologias Analíticas e de Amostragem. São Paulo: CETESB, 2017.
Disponível em
<http://aguasinteriores.cetesb.sp.gov.br/wp-
content/uploads/sites/12/2018/03/Ap%C3%AAndice-E-Significado-Ambiental-e-Sanit%C3%A1rio-das-Vari%C3%A1veis-de-Qualidade-2016.pdf>. Acesso em: 03 jun. 2018.
CHAGAS, Denize Sampaio. Relação entre concentração de sólidos suspensos e
turbidez da água medida com sensor de retroespalhamento óptico. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Agrícola) – UFRB, Cruz das Almas, 2015.
DERISIO, José Carlos. Introdução ao controle de poluição ambiental – 4ª ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2012.
MENESES, Carla Gracy Ribeiro Meneses. Evolução da Biodegradabilidade da
Matéria Orgânica em um Sistema de Lagoas de Estabilização. 2006. 120 f. Tese
(Doutorado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal
do Rio Grande do Norte, Natal, 2006. Disponível em:
<https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15938>. Acesso em: 25 nov. 2017. MESSIAS, Raquel de Aquino. Ozonização catalítica de efluente de laticínio em
processo semi-batelada com reciclo. 2015. 219 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Química, na área de Concentração: Processos catalíticos e biocatalíticos) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97137/tde-20092016-100635/pt-br.php>. Acesso em: 04 jun. 2018.
NASCIMENTO, Thálita Stefann R.; BOIJINK, Cheila de Lima; PÁDUA, Delma M; Cantisani. Efeito do pH da água no equilíbrio iônico de alevinos de Piaractus mesopotamicus. In: 1º Congresso Brasileiro de Produção de Peixes Nativos de Água Doce e 1º Encontro de Piscicultores de Mato Grosso do Sul. 2007, Dourados. Anais
eletrônicos... Dourados: Embrapa, 2007. Disponível em: <https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/115054/1/QAGUA-06.pdf>. Acesso em: 30 ago. 2018.
NUNES, Daniele Gonçalves. Modelagem da Autodepuração e Qualidade da Água
do Rio Turvo Sujo. 2008. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) –
Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2008.
Disponível em:
<http://alexandria.cpd.ufv.br:8000/teses/engenharia%20agricola/2008/211962f.pdf>. Acesso em: 20 nov. 2017.
PANCHONI, Luciana Cadioli; OTENIO, Marcelo; GUERRA, Natália Maria Maciel; CRUZ, Gabriela Correia Araújo da; SANTOS, Valdecir dos. Avaliação físico-química
e bioquímica de efluente infiltrado de laticínio. Disponível em: <https://pt.engormix.com/pecuaria-leite/artigos/avaliacao-fisico-quimica-bioquimica-t38467.htm>. Acesso em: 30 ago. 2018.
SÃO PAULO (ESTADO). Decreto Nº 8.468, de 08 de setembro de 1976. Aprova o Regulamento da Lei nº 997, de 31 de maio de 1976, que dispõe sobre a prevenção e
o controle da poluição do meio ambiente. Disponível em:
<http://www.cetesb.sp.gov.br/Institucional/documentos/Dec8468.pdf>. Acesso em: 24 nov. 2017.
SINGH, N. B., SINGH, R., IMAM, M. M. Waste Water Management in Dairy Industry: Pollution Abatement and Preventive Attitudes. International Journal of Science,
Environment and Technology, India, v. 3, n. 2, p.672-683, apr. 2014.
TEIXEIRA, C. O. Efluente de laticínios, enquadramento legal e a representação
dos técnicos e gerentes. Juiz de Fora, 2011. Dissertação de mestrado-Universidade
Federal de Juiz de Fora, 2011.
VON SPERLING, Marcos. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de
esgotos – 2ª ed. Belo Horizonte: UFMG, 1996.
VOURCH, M., BALANNEC, B., CHAUFER, B., DORANGE, G. Treatment of dairy industry wastewater by reverse osmosis for water reuse. Desalination, Holanda, v. 219, n. 1-3, p.190-202, jan. 2008.
