Avaliação da biodegradação anaeróbia de efluente de abatedouro de aves

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: TECNOLOGIA AMBIENTAL E RECURSOS HÍDRICOS. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. AVALIAÇÃO DA BIODEGRADAÇÃO ANAERÓBIA DE EFLUENTE DE ABATEDOURO DE AVES. Danielle Patrice A. Lima. Orientadora: Prof. Drª. Sávia Gavazza dos Santos Pessôa Co-Orientador: Prof. Drº Mario Takayuki Kato. Recife - PE, 2010.

(2) Danielle Patrice Alexandre Lima. AVALIAÇÃO DA BIODEGRADAÇÃO DE EFLUENTE DE ABATEDOURO DE AVES. Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco, como parte dos requisitos para a obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil na Área de Concentração Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos.. Orientadora: Prof. Drª Sávia Gavazza dos Santos Pessôa Co-orientador: Prof. Drº Mario Takayuki Kato. Recife, 2010.

(3) L732a. Lima,Danielle Patrice A. Avaliação da biodegradação anaeróbia de efluente de abatedouro de aves / Danielle Patrice A. Lima. - Recife: O Autor, 2010. 98folhas; il., tabs. Gráfs. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, 2010. Orientadora: Prof. Drª.Sávia Gavazza dos Santos Pessôa. Inclui Referência. 1. Engenharia Civil. 2. Saneamento. 3. Tratamento Anaeróbio. 4. Óleos e Graxas. 5. Ácidos Orgânicos Voláteis. 6. Abatedouro de Aves. I. Título.. 624 CDD (22. ed.). UFPE/BCTG/2010-215.

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(5) A oração “Nem sempre nos evitará os obstáculos e as provações do caminho, mas sempre nos garantirá a tranqüilidade, levando-nos a reconhecer que em todos os acontecimentos da vida, Deus nos faz sempre melhor.” Autor desconhecido.

(6) AGRADECIMENTOS. A Deus sem ele nada em minha vida seria possível. Aos meus pais Djalma Lopes Lima e Maria dos Prazeres Alexandre Lima por sempre me incentivarem e deixarem que eu faça minhas próprias escolhas. Pela presença permanente, o colo acolhedor, e os gestos de amor e carinho durante toda a minha vida. A toda minha família, especialmente, minhas tias Rosalinda Rodrigues (pela acolhida e incentivo) e Rejane Rodrigues pelo incentivo. À professora Sávia Gavazza pela orientação, paciência, carinho e exemplo de dedicação como pesquisadora/professora e também como ser humano. Ao professor Mario Kato pela co-orientação desde o início deste trabalho, pelos ensinamentos e exemplo de profissionalismo. A professora Maria do Carmo Pimentel pela disponibilidade e contribuição na implementação das metodologias de carboidrato, proteína e lipídio. A Mauricéa Alimentos S.A. pela permissão para coleta do resíduo utilizado neste trabalho, além da disponibilidade de seus funcionários como o srº José Carlos da Silva. A todos que fazem, ou já fizeram, parte do Laboratório de Saneamento Ambiental (LSA) durante o tempo de realização deste trabalho. Meus sinceros agradecimentos, todos me ensinaram algo durante esse período. Especialmente: A Djalma Ferraz por sempre me mostrar o quanto é bom ter amigos, por estar sempre ao meu lado chorando ou sorrindo. Pelo incentivo e ensinamentos. À Maria Clara Mendonça pelo companheirismo, ensinamentos, amizade, carinho e momentos de descontração. A Danilo Mamede pelos longos anos de amizade, sempre reavivados pela providência divina. Pelas palavras sábias, pelo incentivo e alegria deixando os dias nublados sempre mais bonitos. À Elisabeth Pastich pelo carinho, amizade, ensinamentos e pelos momentos de descontração juntamente com Danilo Mamede e Maria Clara. A Ronaldo Fonseca pela presença constante, sempre pro-ativo, e disposto a ajudar. Além da alegria, amizade e carinho sempre dispensados a mim..

(7) À Luiza Feitosa pelos ensinamentos, paciência, atenção, por me “socorrer” tantas e tantas vezes, amizade e pelo exemplo de profissional dedicada. Aos alunos de iniciação científica especialmente Edécio Souza e Rafael Maranhão pela disponibilidade nas coletas, pela amizade e alegria. Luiz Galdino pelas análises cromatográficas. Agradeço a todos que fizeram parte da minha turma de mestrado em especial Robson Silva, Dayana Andrade, Simone Paixão, Renata Pinheiro e Cristiane Ribeiro não esquecendo Wamberto Junior, doutorando, mas que iniciou a pós-graduação junto conosco, que contribuíram para minha formação pessoal e profissional. Aos amigos de longa data que me acompanham e nunca me deixam sozinha, principalmente nas horas mais difíceis: Gláucia Lima, Rita Mendonça, Carlos Eduardo Menezes, Luciane Pinto, Carmen Lúcia Morato, Cintya Nascimento, Andreza Marques, Lidiane Braga e Ana Cláudia Silva. A UFPE e seus funcionários, especialmente Andrea Negromonte, pela disponibilidade e eficiência. A CAPES pela concessão da bolsa. A FACEPE pela concessão da bolsa de finalização de mestrado. Ao Banco Nacional Brasileiro (BNB) que financiou os recursos deste projeto..

(8) LISTA DE FIGURAS. Figura 3.1: Principais países exportadores de carne de frango no mundo. 09. Figura 3.2: Principais países produtores de carne de frango no mundo. 09. Figura 3.3: Fluxograma simplificado do processo de abate de aves. 12. Figura 3.4: Algumas etapas do abate de aves. 13. Figura 3.5: Fórmula química estrutural geral de triacilglicerol. 14. Figura 3.6: Fórmula química estrutural geral de aminoácido. 15. Figura 3.7: Fórmula química estrutural geral de monossacarídeo. 16. Figura 3.8: Fórmula química estrutural geral da reação de hidrólise alcalina do triacilglicerol. 22. Figura 4.1: Foto ilustrativa das etapas de separação sólido-líquido. 27. Figura 4.2: Flotador por ar dissolvido (FAD). 28. Figura 4.3: Desenho esquemático representando a geração de efluente da empresa e suas etapas de tratamento. 28. Figura 4.4: Pontos de coleta para caracterização da água residuária. 29. Figura 4.5: Amostras coletadas para caracterização da água residuária. 30. Figura 4.6: Parâmetros analisados para caracterização da água residuária. 30. Figura 4.7: Desenho esquemático do aparato utilizado para o teste de atividade metanogênica específica (AME). 34. Figura 4.8: Desenho esquemático de reator utilizado no experimento de biodegradação e do sistema de medição de gás. 35. Figura 4.9: Foto ilustrativa do aparato utilizado para teste de hidrólise. 37. Figura 4.10: Foto ilustrativa dos reatores utilizados para a avaliação da biodegradabilidade anaeróbia. 38. Figura 5.1: Foto ilustrativa da lagoa anaeróbia com acúmulo de gordura e sólidos 46 Figura 5.2: Quantificação de proteína, na amostra bruta (a) e filtrada (b), ao longo do sistema de tratamento utilizado pela empresa.. 50. Figura 5.3: Quantificação de carboidrato na amostra bruta (a) e filtrada (b), ao longo do sistema de tratamento utilizado pela empresa.. 51. Figura 5.4: Quantificação de lipídios nas amostras coletadas ao longo do sistema de tratamento utilizado pela empresa.. 52.

(9) Figura 5.5: Variação de DQO no reator 1 tratando água residuária bruta durante o tempo experimental. DQO afluente bruta (▲), efluente bruto (□) e efluente filtrado (♦).. 56. Figura 5.6: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de ácidos orgânicos totais em R1 tratando água residuária bruta. 57. Figura 5.7: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de ácidos orgânicos totais em R1 tratando água residuária bruta durante o tempo experimental.. 58. Figura 5.8: Concentrações afluentes (a) e efluentes (b) de ácidos orgânicos voláteis no reator R1, durante o período experimental.Onde ác. acético (♦), ác. propiônico (■), isobutírico (▲), butírico (×), isovalérico (×) e valérico (●). 60. Figura 5.9: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de alcalinidade intermediária em R1 tratando água residuária bruta durante o tempo experimental 61 Figura 5.10: Foto ilustrativa do volume ocupado pelo lodo+escuma no reator R1. 63. Figura 5.11: Variação das concentrações de DQO em R2 tratando água residuária após sistema FAD. DQO afluente bruta (▲), efluente bruto (□) e efluente filtrado (♦). 65. Figura 5.12: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de ácidos orgânicos totais em R2 tratando água residuária após sistema FAD. 66. Figura 5.13: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de alcalinidade a bicarbonato em R2 tratando água residuária após sistema FAD. 66. Figura 5.14: Concentrações afluentes (a) e efluentes (b) de ácidos orgânicos voláteis no reator R2 durante o período experimental. Onde ác. acético (♦), ác. propiônico (■), isobutírico (▲), butírico (×), isovalérico (×) e valérico (●). 68. Figura 5.15: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de alcalinidade intermediária em R2 tratando água residuária após FAD. 69. Figura 5.16: Foto ilustrativa do reator R2, conteno água residuária após sistema FAD. 70. Figura 5.17: Variação das concentrações de DQO em R3 tratando água residuária após hidrólise com NaOH (0,1%) DQO afluente bruta com HCl (×) afluente bruta sem HCl(▲), efluente bruto (□) e efluente filtrado (♦). 71. Figura 5.18: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de ácidos orgânicos totais em R3 tratando água residuária após hidrólise com NaOH (0,1%) durante o tempo experimental. 72.

(10) Figura 5.19: Concentrações afluentes (a) e efluentes (b) de ácidos orgânicos voláteis no reator R3, durante o período experimental. Onde ác. acético (♦), ác. propiônico (■), isobutírico (▲), butírico (×), isovalérico (×) e valérico (●). 74. Figura 5.20: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de alcalinidade a bicarbonato em R3 tratando água residuária após hidrólise com NaOH (0,1%). 75. Figura 5.21: Variação das concentrações afluente (♦) e efluente (■) de alcalinidade intermediária em R3 tratando água residuária após hidrólise com NaOH 0,1% (m/v). 76. Figura 5.22: Foto ilustrativa do reator R3, contendo água residuária após hidrólise com NaOH (0,1%). 77. Figura 5.23: Produção de biogás. 78. Figura 5.24 Variação de óleos e graxas nos reatores R1, R2 e R3 (♦) afluente R1, (■) afluente R2, (▲) afluente R3, (×) efluente R1, (×) efluente R2 e (○) efluente R3. 81. Figura 5.25 Variação de lipídeos nos reatores R1, R2 e R3 (♦) afluente R1, (■) afluente R2, (▲) afluente R3, (×) efluente R1, (×) efluente R2 e (●) efluente R3. 82.

(11) LISTA DE TABELAS. Tabela 4.1: Parâmetros analisados na biodegradação anaeróbia. 39. Tabela 5.1:Valores médios, mínimos e máximos dos parâmetros analisados. 42. Tabela 5.2:Valores médios, mínimos e máximos dos parâmetros analisados para caracterização. 44. Tabela 5.3: Caracterização de água residuárias de abatedouros de aves. 48. Tabela 5.4:Valores médios obtidos após o teste de hidrólise com NaOH. 53. Tabela 5.5: Concentrações médias de ácidos orgânicos volatéis obtidas por cromatografia gasosa no Reator R1. 59. Tabela 5.6: Concentrações médias de ácidos orgânicos volatéis obtidas por cromatografia gasosa no Reator R2. 67. Tabela 5.7: Concentrações médias de ácidos orgânicos volatéis obtidas por cromatografia gasosa no Reator R3. 73. Tabela 5.8: Variação de sólidos antes do início do experimento e após a finalização. 79. Tabela 5.9: Variação média de proteína e carboidrato durante o tratamento anaeróbio. 82. Tabela 5.10: Valores médios obtidos para os principais parâmetros nos R1, R2 e R3. 83.

(12) LISTA DE ABREVIATURAS. AME: Atividade Metanogênica Específica Máxima AOV: Ácidos orgânicos voláteis CONAMA: Conselho Nacional de Meio Ambiente DQO: Demanda química de oxigênio DBO: Demanda bioquímica de oxigênio ETE: Estação de tratamento de efluentes IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente LSA: Laboratório de Saneamento Ambiental da UFPE N-NH4: Nitrogênio Amonical N-NO2 :Nitrito N-NO3: Nitrato N-NTK: Nitrogênio Total Kjeldahl OD - Concentração de Oxigênio Dissolvido pH: Potencial hidrogeniônico SSF: Sólidos suspensos fixos SST: Sólidos suspensos totais SSV: Sólidos suspensos voláteis ST: Sólidos totais STF: Sólidos totais fixos STV: Sólidos totais voláteis TOG: Teor de óleos e graxas UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo) UFPE: Universidade Federal de Pernambuco.

(13) RESUMO. LIMA, D. P. A. (2010) Avaliação da Biodegradação Anaeróbia de Efluente de Abatedouro de Aves. – Dissertação (Mestrado) – Centro de Tecnologia e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2010. O presente trabalho buscou avaliar a aplicabilidade da tecnologia anaeróbia para tratamento de efluente de abatedouro de aves, onde foi testado de forma comparativa, o uso da água residuária bruta, pré-tratada por sistema de flotação por ar dissolvido (FAD) e prétratada com hidrólise alcalina. Na primeira etapa do trabalho foi realizada a caracterização da água residuária do abatedouro de aves. O sistema de tratamento adotado pela empresa é composto de um FAD seguido de três lagoas sendo a 1ª anaeróbia e a 2ª e 3ª facultativas. Esse sistema apresentou, durante a caracterização, eficiência de remoção de DQO bruta, DBO bruta e óleos e graxas de 92%, 99% e 98%, respectivamente. Em escala de laboratório foram operados simultaneamente três reatores anaeróbios (R1, R2 e R3). Em R1 foi utilizado água residuária bruta, em R2 água residuária pré-tratada pelo sistema FAD da empresa e em R3 água residuária bruta pré-tratada por hidrólise alcalina com NaOH 0,1% (m/v) no laboratório. Os reatores sofreram choque de carga orgânica no 19º dia de operação, por este motivo apresentaram diferentes condições antes e depois do choque de carga. A eficiência média de remoção de DQO em R1, R2 e R3 foram 71±4%, 68±4% e 75±4%, respectivamente. No entanto, apesar do fato de que possuíam eficiências de remoção aproximadas o reator R1 apresentou colmatação de gordura na parte superior e obstrução progressiva do leito reacional tendo sua operação finalizada por este fim. Em R2 foi observado lavagem de biomassa o que pode ter acarretado na eficiência média de 68%. Em R3 foi observado maior estabilidade em relação ao choque de carga, com manutenção de DQO efluente filtrada praticamente estável. Contudo R3 também apresentou flotação do lodo e colmatação de gordura, tendo sua alimentação impossibilitada, a operação também foi finalizada. Após o choque de carga foi verificado o acúmulo de ácidos orgânicos voláteis nos três reatores. O reator R1 não mostrou estabilidade em reverter esta situação. Em R2 apesar do acúmulo o sistema mostrou que talvez a acumulação de ácidos pudesse ser revertida, necessitando possivelmente de período operacional mais longo. O reator R3 apresentou, apesar do acúmulo, remoção de ácidos principalmente o ácido acético e o ácido propiônico garantido maior estabilidade ao reator. Sendo assim o reator R3 demonstrou bom desempenho na remoção de matéria orgânica e ácidos orgânicos voláteis, tendo maior estabilidade durante o choque de carga orgânica. Entretanto, um período mais longo seria necessário para avaliar estratégias a fim de impedir a flotação do lodo e colmatação de gordura no reator. Palavras-chave: Tratamento anaeróbio, abatedouro de aves, óleos e graxas, acúmulo de ácidos orgânicos voláteis..

(14) ABSTRACT. LIMA, D. P. A. (2010) Evaluation of Anaerobic Biodegradation of Effluents of Poultry Slaughterhouse. - Thesis (Masters) – Centro de Tecnologia e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2010.. In this study it was evaluated the applicability of the anaerobic technology for wastewater treatment of poultry slaughterhouse. It was comparatively evaluated the reactor performance by the use of the raw wastewater, pretreated by flotation and by alkaline hydrolysis. In the first stage of the research it was performed the characterization of the wastewater from poultry slaughterhouse. The treatment system adopted by the company studied was composed by dissolved air flotation, followed by three lagoons. The system reported during the characterization COD, BOD and oil and grease removal efficiencies of 92%, 99% and 98%, respectively. In lab scale were operated simultaneously three anaerobic reactors (R1, R2 and R3). R1 was fed with raw wastewater, R2 with pretreated wastewater by FAD system of the company and R3 with wastewater pretreated by alkaline hydrolysis with NaOH 0.1% (w/v) in laboratory. The reactors were operated for 30 days and suffered organic upload on the 19th day of operation. The reactor presented different conditions before and after the shock load. The average efficiency of COD removal in were 71 ± 4%, 68 ± 4% and 75 ± 4%, respectively for R1, R2 and R3. However, despite the fact that they had removal efficiencies approached the R1 reactor showed fat clogging on top and progressive obstruction of the reaction bed having finished its operation for this reason. Washing biomass was observed in R2, which could have caused the average efficiency of 68%. R3 was observed in greater stability over the shock load, with maintenance of filtered effluent COD stable. However, R3 also showed sludge flotation and fat clogging. After the shock load was observed accumulation of volatile organic acids in the three reactors. The R1 reactor showed no stability in reversing this situation. R2, despite the buildup, the system showed that perhaps the accumulation of acids could be reversed, possibly requiring a longer operational period. The reactor R3 showed, despite the accumulation, removal of acids mainly acetic acid and propionic acid to the reactor ensured greater stability. So the R3 reactor showed good performance in removing organic matter and volatile organic acids, and increased stability during the organic shock load. However, a longer period would be needed to evaluate strategies to prevent flotation of the sludge and the reactor fat clogging. KEYWORDS: Anaerobic treatment; accumulation of volatile organic acids.. poultry. slaughterhouse;. oils. and. greases;.

(15) SUMÁRIO Pag.. 1- INTRODUÇÃO 2- OBJETIVOS 2.1- Objetivo geral 2.2- Objetivos específicos 3- REVISÃO DE LITERATURA 3.1- Breve histórico da avicultura 3.1.1- Avicultura industrial brasileira 3.1.2- A diversidade de raças 3.1.3- O panorama atual da avicultura 3.1.4- A avicultura em Pernambuco 3.2- Abatedouro de aves 3.2.1- Descrição do processo e operações industriais 3.2.2- Tratamento de águas residuárias de batedouro de aves 3.2.2.1- Lipídios 3.2.2.2- Proteínas 3.2.2.3- Carboidratos 3.2.3- Tratamento físico-químico 3.2.4- Tratamento biológico aeróbio 3.2.5- Tratamento biológico anaeróbio 3.2.6- Tratamento enzimático 3.2.7- Tratamento hidrolítico 3.3- Legislação ambiental 4- MATERIAIS E MÉTODOS 4.1- Abatedouro de estudo 4.2- Descrição do sistema de tratamento existente 4.3- Caracterização da água residuária 4.4- Implantação de metodologias no LSA 4.4.1- Determinação de carboidrato 4.4.2- Determinação de proteína 4.4.3- Determinação de lipídio 4.5- Atividade Metanogênica Específica (AME) 4.6- Biodegradabilidade anaeróbia 4.6.1- Configuração do reator 4.6.2- Inóculo 4.6.3- Água residuária 4.7- Hidrólise alcalina 4.8- Procedimento experimental 4.9- Freqüência dos parâmetros analisados na biodegradação anaeróbia 4.10- Quantificação de ácidos orgânicos voláteis por cromatografia 5- RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1- Caracterização da água residuária 5.2- Teste de hidrólise 5.3- Tratamento anaeróbio. 01 04 05 05 06 07 07 08 08 10. 11 11 13 14 15 16 16 17 18 20. 21 23 25 26 26 29 31 31 32 32 33 34 34 36 36 36 38 39 39 41 42 53 55.

(16) 5.3.1- Tratamento da água residuária bruta 5.3.2- Tratamento da água residuária após sistema FAD 5.3.3- Tratamento da água residuária após hidrólise alcalina 5.4- Avaliação comparativa entre R1, R2 e R3 6- CONCLUSÕES 7- SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS. 55 64 70 77 85 88 90.

(17) 1. 1 INTRODUÇÃO.

(18) 2. Águas residuárias de abatedouros são ricas em nutrientes e moléculas orgânicas biodegradáveis e normalmente contêm altos níveis de gordura e proteína que apresentam, por sua vez, um baixo coeficiente de biodegradabilidade. Se não tratados geram águas residuárias com altos níveis de Demanda Química e Bioquímica de Oxigênio, DQO e DBO, respectivamente. O aumento do consumo da carne de frango em todo o mundo ocasionou, conseqüentemente, o aumento da produção desta carne nos países em desenvolvimento, pois nestes países o custo de produção é mais baixo, devido à mão de obra e água potável disponíveis. Segundo dados do Ministério da Agricultura, a previsão da produção de frangos de corte no Brasil para 2010 é de 10 milhões de toneladas. Atualmente, o Brasil possui o segundo maior bando de aves do mundo e a carne de frango é a mais consumida do país (EMBRAPA, 2009). Concomitante ao crescimento econômico gerado pela avicultura cresceu também a preocupação com o tratamento e destino final dos dejetos gerados nesta atividade. Os produtores precisam se adequar às legislações vigentes no país e em cada estado especificamente. Segundo de Sena et al. (2009) o tratamento de águas residuárias oriundas de indústria de processamento de carne tem sido uma das grandes preocupações do setor agroindustrial, principalmente, devido às restrições que os acordos internacionais têm imposto com relação às questões ambientais. Basicamente, os sistemas de tratamentos biológicos de efluentes podem ser divididos em aeróbio e anaeróbio. Na busca por alternativas que representem o melhor custo/benefício, a associação de outras tecnologias ao tratamento anaeróbio tem merecido destaque. O uso de tecnologias anaeróbias vem crescendo em todo o mundo, mas principalmente em países com clima tropical, como o Brasil, onde as condições ambientais são favoráveis a esse tipo de processo. Caixeta, Cammarota e Xavier (2002), destacam o uso de sistemas anaeróbios utilizados para o tratamento de efluentes de carne processada, em virtude da sua alta eficiência na remoção de matéria orgânica com custo significativamente baixo quando comparado ao processo aeróbio. Apesar disso, sua aplicação ainda é pouco significativa, devido a problemas como a acumulação de sólidos suspensos e flotação de gorduras dentro do reator que causam a diminuição da atividade metanogênica. Desta forma, o sucesso.

(19) 3. desta tecnologia depende da eficiência do tratamento primário em reduzir gorduras e sólidos suspensos. Entre os problemas causados pelo excesso de óleos e graxas, podem ser destacados: o crescimento de microrganismos filamentosos, a flotação de lodo com atividade pobre e a geração de odores desagradáveis (VALLADÃO, FREIRE e CAMMAROTA, 2007). Diante do exposto, o presente trabalho avaliou a aplicabilidade da tecnologia anaeróbia para tratamento de efluente de abatedouro de aves, onde foram testados de forma comparativa, o uso da água residuária bruta, pré-tratada por sistema de flotação por ar dissolvido (FAD) e pré-tratada com hidrólise alcalina..

(20) 4. 2 OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos.

(21) 5. 2.1. Objetivo Geral. Avaliar de forma comparativa a biodegradação anaeróbia de efluente de abatedouro de aves na forma bruta, pré-tratada por flotação e pré-tratada por hidrólise alcalina.. 2.2. Objetivos Específicos. Conhecer as características do efluente de abatedouro de aves utilizado no presente estudo; Avaliar a eficiência do sistema de tratamento anaeróbio quando aplicado ao efluente de abatedouro de aves, bruto, pré-tratado por FAD e pré-tratado por hidrólise alcalina;.

(22) 6. 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Breve histórico da avicultura Abatedouro de aves Legislação ambiental.

(23) 7. 3.1. Breve histórico da avicultura. A avicultura tem sua origem há 150 milhões de anos, quando populações de regiões da Índia e China e, provavelmente de outras regiões da Ásia, iniciaram a domesticação do Gallus Gallus que habitava as florestas daquele continente. Desde os vales da Índia cruzaram a Mesopotâmia até chegarem à Grécia com as tribos nômades. Da Europa, as galinhas chegaram ao Brasil trazidas pelos navios portugueses, principalmente, como recurso alimentar para a travessia. Ainda na época colonial, foram introduzidas no Brasil, as raças orientais e asiáticas que os portugueses trouxeram de suas viagens às Índias e ao Oriente (ARASHIRO, 1989).. 3.1.1 A avicultura industrial brasileira. O desenvolvimento da avicultura familiar ocorreu a partir do final da década de 1950, nos estados da Região Sudeste, principalmente em São Paulo. Até esse momento era comercializada no Brasil a chamada galinha caipira. Na década de 1970, período em que houve profunda reorganização do complexo de carnes no Brasil, a atividade passou a ser liderada pelos estados de Santa Catarina e Mato Grosso, devido a proximidade da região sudeste e como consequência do custo mais baixo dos grãos de milho e soja, principais insumos para a produção de frangos vivos. Nesse período ocorreu a transição da avicultura familiar para industrial (LANA, 2000). Desde o inicio da produção de frangos de corte no Brasil, a cadeia produtiva modernizou-se, devido à necessidade de redução de custos e aumento de produtividade, tentando com isso não perder competitividade em nível mundial. Como conseqüência, tem sido uma das mais organizadas do mundo, destacando-se das demais criações pelos resultados alcançados não só em produtividade e volume de abate, como também no desempenho econômico, onde têm contribuído de forma significativa para a economia do Brasil (SARCINELLI,VENTURINI e SILVA, 2007)..

(24) 8. 3.1.2 A diversidade de raças. Existem mundialmente mais de 300 raças de espécies de galinhas domésticas (Gallus domesticus). Podem distinguir-se três categorias principais de raças de galinhas: raças puras para fins comerciais, raças híbridas que resultam de cruzamentos e raças locais ou nacionais. De maneira empírica pode-se dividir as raças para fins comerciais de acordo com o seu principal objetivo de produção (SARCINELLI;VENTURINI e SILVA, 2007):  Postura de ovos, principalmente as raças de galinhas leves, que põem ovos ou poedeiras;  Produção de carne, principalmente pelas raças mais pesadas ou de frangos de corte;  As galinhas que são criadas tanto para porem ovos como pela produção de carne e que são as chamadas raças de dupla aptidão.. 3.1.3 O panorama atual da avicultura. Segundo dados divulgados pela Associação Brasileira dos Produtores e Exportadores de Frango (ABEF), o Brasil é o maior exportador e o terceiro maior produtor mundial de carne de frango. Ainda segundo a ABEF, em 2009 o Brasil exportou 3.800 toneladas (Figura 3.1) e produziu 11.360 toneladas de carne de frango, ficando atrás apenas dos EUA e China, respectivamente (Figura 3.2)..

(25) 9. Figura 3.1 - Principais países exportadores de carne de frango no mundo (adaptado de ABEF, 2009).. Figura 3.2 - Principais países produtores de carne de frango no mundo (adaptado de ABEF, 2009)..

(26) 10. 3.1.4 A avicultura em Pernambuco. A avicultura no estado de Pernambuco tem seu berço na cidade de São Bento do Una, onde um pequeno grupo de produtores começou suas atividades no final da década de 60. Esta atividade hoje é o segmento mais importante do agronegócio pernambucano. Em números de famílias empregadas já superou a cana de açúcar e exerce uma função social de relevância por viabilizar as propriedades rurais no semi-árido, já que gera uma renda extra ao produtor rural sem impedir as atividades habituais dos mesmos (VITAL, DROUVOT e SAMPAIO, 2008). Hoje esta atividade é responsável por 31% dos empregos do setor, 2,53% do PIB estadual e 28% do PIB do agronegócio Pernambucano (AVISITE, 2010). A produção estadual atende a demanda interna e faz do estado um exportador de frangos para os estados vizinhos, sendo hoje muito pressionado pelo aumento da produção de frangos de corte nos estados da Paraíba e Alagoas. Quanto à forma de organização da produção, ela encontra-se ainda em estágio incipiente, ou seja, as transações ocorrem, em sua maioria, em mercado aberto, com elevado risco econômico para o sistema como um todo, o que compromete a sua eficiência. Apresenta-se como um grande desafio às agroindústrias instaladas em Pernambuco, implementar estratégias na busca da competitividade local. Por outro lado, este estado incipiente da forma organizacional, representa uma “proteção” para as empresas de porte médio a pequeno, já que a informalidade do mercado assusta os grandes grupos do segmento (VITAL, DROUVOT e SAMPAIO, 2008). O desenvolvimento da avicultura em Pernambuco, como no restante do Nordeste, está condicionado, sobretudo, à questão da oferta de grãos para formulação das rações. A limitação da produção local de grãos provoca a necessidade de transportá-los de longas distâncias a custos que oneram bastante a atividade (AVIPE, 2010)..

(27) 11. 3.2. Abatedouro de aves. 3.2.1 Descrição do processo e operações industriais. As aves chegam ao abatedouro em engradados plásticos nos caminhões vindos da granja. Os veículos são posicionados em um galpão coberto e com grandes ventiladores laterais, com o intuito de não estressar a ave no momento pré-abate. São depois conduzidas para a área de recepção onde são dependuradas de ponta-cabeça em ganchos metálicos, seguindo então para a área de processamento. Assim que adentram a área produtiva as aves são atordoadas com um choque elétrico na ordem de 70 volts. Logo a seguir são mortas por meio de um corte na carótida, ocorre então a sangria. Posteriormente as aves são depenadas e lavadas com água com temperatura em torno de 60ºC (escaldagem) e logo em seguida são cortados os pés. Estes são comercializados sendo apreciados principalmente por chineses. As aves são então evisceradas e cortadas as cabeças. Na evisceração ocorre o processamento e préresfriamento dos miúdos comestíveis (coração, moela e fígado), além de inspeção sanitária. Ocorre uma nova lavagem e gotejamento da água. As aves são então novamente inspecionadas e em seguida destinadas ao fracionamento da carcaça, caso apresentem alguma lesão por exemplo, ou são encaminhadas inteiras para as etapas posteriores de pesagem, embalagem e congelamento ou o resfriamento. O fluxograma descrito a seguir (Figura 3.3) apresenta um esquema simplificado do abate de aves..

(28) 12. Figura 3.3 – Fluxograma simplificado do processo de abate de aves.. A sangria, juntamente com a evisceração são as etapas de maior contribuição para elevação da carga orgânica da água residuária de abatedouro de aves, devido à perda de sangue nessas etapas. A depenagem, a escaldagem, e a lavagem das aves são as etapas com maior gasto de água (média de 247 m3/dia), juntamente com a lavagem de equipamentos e utensílios (SILVA, 2007). A Figura 3.4 apresenta algumas das etapas do abate de aves..

(29) 13. b). a). c). d). Figura 3.4 – Algumas etapas do abate de aves. a) sangria; b) depenagem; c) rápida lavagem; d) escaldagem.. 3.2.2 Tratamento de águas residuárias de abatedouro de aves. As águas residuárias de abatedouro de aves não diferem da maior parte das águas residuárias industriais no que diz respeito à grande variação de vazão e as mudanças de suas características ao longo do dia. São ricas em matéria orgânica e óleos e graxas além de apresentarem elevadas concentrações de sólidos suspensos e proteínas (BATSTONE et al.,1997; MASSÉ e MASSE, 2000; MASSÉ et al.,2001)..

(30) 14. As águas residuárias industriais são despejos líquidos originários de diversas atividades desenvolvidas na indústria, contendo, por exemplo, detergentes, desinfetantes, lubrificantes, gorduras, essências, condimentos diversos e etc, diluídos nas águas de lavagem de equipamentos, tubulações, pisos e demais instalações da indústria. O sistema de tratamento adequado para águas residuárias provenientes de abatedouro de aves deve contemplar a redução de cargas orgânicas e lipídicas.. 3.2.2.1 Lipídios. Os lipídios são compostos orgânicos de origem biológica, a maioria é insolúvel em água e formada basicamente por ácidos graxos e alcoóis. Estes se encontram, geralmente, na forma de ésteres. Podem ser divididos em lipídios simples e complexos. Os lipídios simples são aqueles que sofrem quebra pela molécula de água (hidrólise) e são formadores das matérias graxas, gorduras, óleos e ceras. Os óleos e gorduras também são chamados de triacilgliceróis. Os óleos são insaturados (cadeias carbônicas com duplas ligações), têm baixo ponto de fusão e por isso são líquidos a temperatura ambiente. As gorduras por sua vez são saturadas, sólidas a temperatura ambiente e possuem elevado ponto de fusão (SOLOMONS, 2009; STRYER, 2008). A Figura 3.5 apresenta a fórmula química estrutural geral de um triacilglicerol onde os radicais R1, R2 e R3 são, em sua maioria, cadeias carbônicas longas.. Figura 3.5 – Fórmula química estrutural geral de triacilglicerol. Baseado em Solomons, 2009..

(31) 15. Os lipídios encontrados em águas residuárias são substratos interessantes para a produção de biogás. São inicialmente hidrolisados para glicerol e ácidos orgânicos voláteis, depois são convertidos para hidrogênio e acetato por bactérias acetogênicas sintróficas e finalmente para metano por archaea metanogênica (PEREIRA et al., 2004; PALATSI et al., 2010).. 3.2.2.2 Proteínas. As proteínas são moléculas orgânicas que contêm carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Algumas também contêm enxofre. São essenciais em todos os aspectos da estrutura e função celulares e perfazem 50% ou mais do peso seco celular. Algumas são enzimas que atuam como catalisadores em reações bioquímicas, outras atuam no transporte de nutrientes para dentro e fora da célula, outras ainda desempenham um papel no movimento de microrganismos e são partes integrais das estruturas das células, como as paredes, as membranas e os componentes do citoplasma dentre outras funções (SOLOMONS, 2009; STRYER, 2008). Os aminoácidos são os blocos construtivos de proteínas, eles contêm no mínimo um grupo carboxila (-COOH) e um grupo amino (-NH2) unidos ao mesmo átomo de carbono (Figura 3.6).. COOH. H2 N. C. H. R Figura 3.6 - Fórmula química estrutural geral de aminoácido. Baseado em Solomons, 2009..

(32) 16. 3.2.2.3 Carboidratos. Os carboidratos são um grupo grande e diverso de compostos orgânicos, que inclui os açúcares e os amidos. Realizam uma série de funções essenciais nos seres vivos como, por exemplo, auxilia na formação da parede celular bacteriana, na síntese de aminoácidos e se constitui, principalmente, numa fonte de energia de uso imediato para a célula porque são compostos facilmente degradados pelos microrganismos, pois possuem carbono, hidrogênio e oxigênio (SOLOMONS, 2009; STRYER, 2008). Embora existam exceções, a fórmula geral dos carboidratos é (CH2O) n, onde n indica que existem três ou mais unidades CH2O. O principal grupo dos carboidratos é o açúcar simples denominado de monossacarídeo. A Figura 3.7 apresenta a fórmula química geral de um monossacarídeo.. R. H. C. OH. R Figura 3.7 – Fórmula química estrutural geral de monossacarídeo. Baseado em Solomons, 2009.. 3.2.3 Tratamento físico-químico. O uso de sistemas de tratamento físico-químicos é amplamente adotado para resíduos ricos em óleos e graxas, como tratamento primário, visto que reduzem sua carga orgânica. Os sistemas físico-químicos mais utilizados são coagulação, floculação e filtração, bem como a flotação por ar dissolvido (FAD), amplamente utilizado para resíduos ricos em lipídios. Em relação ao sistema FAD pode ser dito que o mesmo alcança eficiências de remoção em torno de 60%, mas necessita de um controle operacional do.

(33) 17. processo, uma vez que a solubilidade do ar é reduzida em altas temperaturas (WILLEY, 2001). A eficiência dos flotadores pode ser aumentada com a adição de agentes coagulantes como o sulfato de alumínio e o cloreto férrico. O objetivo da aplicação do sistema de coagulação-flotação é a remoção de matéria orgânica na água residuária, mas nutrientes como o fósforo também podem ser removidos no processo. Isso pode ser benéfico para o sistema desde que o excesso de fósforo possa causar a eutrofização das águas superficiais (AGUILAR, 2002). Contudo, o uso de produtos químicos no processo de coagulação aumenta a quantidade de lodo gerado (KÁRPÁTI et al., 1995). Isto deve ser levado em consideração para escolha do tratamento subseqüente (AGUILAR, 2002) e para a avaliação do destino do resíduo sólido gerado. A melhoria do desempenho do sistema FAD não apenas evita a instabilidade do próprio sistema, mas também assegura robustez e estabilidade aos reatores anaeróbios. Desta forma, evita a lavagem do lodo, a inibição da atividade biológica e a formação de escuma na parte superior dos reatores (de NARDI, FUZI e DEL NERY, 2008). De Sena et al. (2009) avaliaram o tratamento de água residuária proveniente de abatedouro de aves e suínos utilizando o sistema FAD seguido de processos de oxidação avançada (photo-peroxidação e photo-fenton) em escala de laboratório. O sistema FAD foi utilizado com sulfato férrico como coagulante. Os autores obtiveram para o sistema FAD eficiência de remoção de 75% e 80% para sólidos totais (ST) e demanda química de oxigênio (DQO). Entretanto uma eficiência de DQO (97%) ainda maior foi obtida com o uso de reações photo-fenton. Os autores concluíram que o uso de sistema DAF com processos de oxidação avançada são eficientes para a diminuição dos parâmetros orgânicos poluentes encontrados em águas residuárias de abatedouros.. 3.2.4 Tratamento biológico aeróbio. Os sistemas aeróbios possuem maior facilidade para degradar óleos e graxas pela presença de oxigênio, utilizado como aceptor final de elétrons, obtendo maior rendimento.

(34) 18. energético para os microrganismos. Entretanto os fenômenos de adsorção e conseqüente flotação de biomassa são comumente observados (CHAO e YANG, 1981). Vários tipos de sistemas aeróbios têm sido utilizados no tratamento de águas residuárias ricas em gorduras, como por exemplo, lagoas aeradas e lodos ativados (KATO, 1982; TAWFIK et al., 2008). Entretanto, para este tipo de água residuária a aplicação de reatores biológicos aeróbios como principal unidade de tratamento é limitada devido ao gasto energético e a elevada geração de lodo (DEL NERY et al., 2007). Na região Nordeste o uso de lagoas de estabilização para tratamento de águas residuárias proveniente de abatedouro de aves é amplamente difundido. Devido à incidência solar praticamente durante todo o ano, à disponibilidade de área (principalmente no interior do Estado) e ao baixo custo de operação e manutenção. Em se tratando de lagoas facultativas as principais vantagens dizem respeito à enorme simplicidade e à confiabilidade do sistema, desde que sejam cumpridos os requisitos necessários para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica aconteçam.. 3.2.5 Tratamento biológico anaeróbio. Lipídios, abundantes nas águas residuárias de abatedouros, são potencialmente atrativos sob o ponto de vista energético para produção de biogás nos sistemas anaeróbios, entretanto na prática pré-tratamentos físico-químicos são empregados antes do tratamento anaeróbio (PEREIRA et al., 2004). Os reatores UASB têm sido bastante utilizados para o tratamento anaeróbio de águas residuárias ricas em óleos e graxas. Contudo vários trabalhos reportam o fracasso do sistema durante o tratamento dessas águas residuárias. As justificativas mais comuns são a flotação da biomassa e os efeitos inibitórios dos ácidos graxos sobre a metanogênese (CHIPASA e MEDRZYCKA, 2006). Jeganathan et al. (2006) também observaram a flotação da biomassa em seus reatores UASB tratando água residuária de industria alimentícia. Segundo os autores o acúmulo de material lipídico e não a carga de óleos e graxas aplicada foi o fator responsável pela falência do processo. A adsorção da gordura ao redor do floco de.

(35) 19. biomassa provocou a flotação do lodo. Com a perda de biomassa houve um aumento na carga lipídica específica aplicada, intensificando o processo de flotação do lodo. Os dados de remoção de óleos e graxas devem sempre ser analisados com muita cautela, devido à adsorção de gordura no leito reacional, uma vez que pesquisas realizadas com reatores biológicos (HWU et al., 1997; SAM-SOON et al., 1991) indicaram remoção de óleos e graxas de até 70% apresentando, no entanto, uma produção de metano bem abaixo do valor esperado. Ruiz et al.(1997) estudaram o tratamento de água residuária de abatedouro de xxx em reator UASB seguido de um filtro anaeróbio. Foi obtida uma eficiência de remoção de 71% em 15 dias. A matéria orgânica transformada em metano foi de 58%. Contudo a acidificação foi maior do que a metanização, que possivelmente, segundo os autores, seria devido à toxidade da água residuária na metanogênese. Proveniente provavelmente dos altos níveis de amônia originários da hidrólise de proteínas ou porque as bactérias metanogênicas não estavam adaptadas ao substrato. Um dos problemas mais reportados na literatura diz respeito à adsorção de ácidos graxos que induz a desintegração, flotação e lavagem do lodo (AMARAL et al., 2004). O fenômeno de limitação de transporte causado pelo acúmulo de ácidos graxos acima do lodo foi uma importante contribuição para a observação da fase lag que precede a produção de metano. Descobriu-se que a diminuição temporária da atividade metanogênica após o contato com ácidos graxos é um fenômeno reversível, sendo eliminado após a conversão do ácido graxo associado a biomassa em metano (PEREIRA, 2005). Os principais componentes dos ácidos orgânicos voláteis presentes em digestores anaeróbios são acético, propiônico, butírico e ácido valérico. Os ácidos são convertidos para metano e dióxido de carbono por bactérias metanogênicas e acetogênicas sintróficas. Sobrecargas ou distúrbios tóxicos podem causar um desbalanceamento entre produção e consumo de ácidos resultando na acumulação de ácidos orgânicos voláteis no sistema (DIAMANTIS, 2006). Pontes, 2009 avaliou o desempenho de um reator de leito fixo e escoamento ascendente, operado de modo contínuo, com argila expandida e espuma de poliuretano como suportes para imobilização da biomassa, no tratamento de água residuária proveniente de abatedouro de aves. Na primeira fase do trabalho, o reator foi operado em condição anaeróbia e anaeróbia-aeróbia, no tratamento da água residuária bruta proveniente do abatedouro. O autor quantificou os ácidos orgânicos voláteis por.

(36) 20. cromatografia gasosa no final da fase com TDH de 5h e verificou concentrações de ácido acético e propiônico mais altas na região do leito de argila expandida (215 e 210 mg/L), respectivamente. Quando o reator foi operado com THD de 6,7h as concentrações encontradas foram de 262 e 149 mg/L para os ácidos acético e propiônico, respectivamente. O autor concluiu que a produção de ácidos orgânicos ao longo do leito de argila expandida ocorreu dentro do esperado e que os ácidos orgânicos, principalmente o acético, constituirão a fonte de carbono para o processo de desnitrificação no reator anaeróbio-aeróbio com recirculação da fase líquida.. 3.3.4 Tratamento enzimático. A literatura tem descrito o uso de microrganismos e/ou enzimas desenvolvidas em laboratório para o tratamento biológico de águas residuárias com altas concentrações de óleos e gorduras (CAMMAROTA e FREIRE, 2006). Com o intuito de viabilizar o tratamento de águas residuárias de forma anaeróbia, o pré-tratamento enzimático vem sendo estudado. Indicando ser uma forma promissora, pois alcança valores de remoção de DQO em torno de 85 %. Entretanto o uso de preparações enzimáticas de baixo custo é vital para o emprego de enzimas no tratamento de águas residuárias, visto que o uso de preparações enzimáticas comerciais possui custo elevado o que inviabiliza economicamente o processo (VALLADÃO; FREIRE e CAMMAROTA, 2007). Masse, Kennedy e Chou (2001) utilizaram quatro pré-tratamentos para hidrolisar ou reduzir o tamanho das partículas de gordura de efluente de águas residuárias de abatedouros. Os autores concluíram que a lipase pancreática foi o melhor pré-tratamento para hidrolisar partículas de gordura. Contudo o impacto na eficiência do processo de digestão anaeróbia no corpo receptor precisa ser testado. Masse, Massé e Kennedy (2003) utilizaram lipase pancreática como pré-tratamento de água residuária de abatedouro suíno em reator anaeróbio em batelada seqüencial a 25ºC. Não houve diminuição do tamanho das partículas de gordura com o pré-tratamento enzimático em relação ao tratamento controle. Contudo, houve uma transformação da DQO total em metano de 82% no reator com água residuária pré-tratada. Segundo os.

(37) 21. autores a razão limite da digestão anaeróbia foi a acumulação de ácidos orgânicos voláteis em oposição a hidrólise de gorduras. Resultados semelhantes foram reportados por Cirne et al. (2007), que utilizaram lipase no tratamento de água residuária sintética com altas concentrações de lipídios. Os autores concluíram que a lipase aumentou a hidrólise de lipídios. Contudo as vantagens da hidrólise enzimática no processo total foi mínima devido ao acúmulo de ácidos orgânicos voláteis no reator anaeróbio. Os autores conferem aos ácidos orgânicos voláteis um fator de inibição da degradação de lipídios, embora o estudo também mostre que esse efeito inibitório não é permanente. Porém o tempo de recuperação requerido pode ser longo o que inviabiliza o processo operando reatores em escala real.. 3.2.7 Tratamento hidrolítico. Hidrólise é a ruptura de ligações químicas, promovida pela água, em meio ácido ou alcalino, ou ainda pelo calor com despressurização brusca de material úmido hidrolisável. (SOLOMONS, 2009). A hidrólise química inclui principalmente os tratamentos ácidos e alcalinos. Esse tipo de tratamento age primariamente sobre as proteínas, enquanto carboidratos e lipídios são pouco afetados (MÕNNICH, 1988). Alguns estudos mostram que os tratamentos ácidos e alcalinos promovam a solubilização da matéria orgânica, e consequentemente acelerem o processo de estabilização. As tecnologias hidrolíticas podem ser aplicadas com os objetivos de aumentar a solubilização dos sólidos presentes no lodo, para a reciclagem de nutrientes como o fósforo e o nitrogênio, suprimir a formação de escuma, dentre outros (MULLER, 2001). O hidróxido de sódio (NaOH) e o ácido sulfúrico (H2SO4) são produtos químicos amplamente utilizados na hidrólise de gorduras, juntamente com o hidróxido de potássio (KOH). A hidrólise ácida possui o inconveniente da sua reversibilidade proporcionando baixa eficiência do tratamento hidrolítico. A maioria dos estudos utiliza a hidrólise ácida em associação com outro tratamento, geralmente processos de elevação da temperatura.

(38) 22. e/ou pressão. Karlson et al. (1992) verificaram um aumento da DQO solúvel de 15 a 35% em relação a DQO total tratando lodo de Estação de Tratamento de Esgoto (ETE). Pelos motivos expostos a hidrólise alcalina é utilizada preferencialmente em detrimento da hidrólise ácida. O produto da reação de hidrólise de uma molécula de triacilglicerol utilizando NaOH são três moléculas de glicerol e três moléculas de sais de sódio. A Figura 3.8 apresenta a reação de hidrólise, onde os radicais R1, R2, R3 são cadeias carbônicas geralmente longas.. Figura 3.8 - Fórmula estrutural da reação de hidrólise alcalina do triacilglicerol, utilizando NaOH.. Na hidrólise alcalina o pH é elevado para 12 e este processo pode ser utilizado para hidrolisar e decompor lipídios, carboidratos e proteínas em substâncias solúveis menores como ácidos alifáticos, polissacarídeos e aminoácidos (CARBALLA et al., 2004). Na hidrólise química com NaOH ocorre o aumento da razão entre DQO solúvel e DQO total, assim como também ocorre a redução de sólidos voláteis durante a digestão anaeróbia (LIN et al., 1997; LEFEBVRE et al., 1998). Karlsson (1990) estudou alguns compostos químicos (HCl, NaOH e Ca(OH)2) e biológicos (fermentação) como pré-tratamento hidrolítico de águas residuárias de lodos ativados. O autor não verificou efeito na remoção de lipídios pelo pré-tratamento biológico. Enquanto que o pré-tratamento ácido e o pré-tratamento alcalino apresentaram uma redução de lipídios de 28%. Então para o autor a porção lipídica de águas residuárias de lodo ativado é a fração orgânica mais difícil de ser hidrolisada utilizando prétratamento. Omil et al. (2003) avaliaram, em escala real, o tratamento anaeróbio para águas residuárias provenientes de industria de processamento de leite, o sistema era composto de um filtro anaeróbio e um reator aeróbio em batelada seqüencial. Apesar da alta eficiência.

(39) 23. de remoção de DQO alcançada (90%), os autores verificaram que, ao longo do tempo, a adição de base pra neutralizar a água residuária e para manter o nível ideal de alcalinidade provocou falhas na biodegradação ocorrida no tanque de alimentação, aumentando assim a biodegradação de gorduras no filtro anaeróbio. Foram detectados distúrbios no processo anaeróbio com acumulação de ácidos graxos e flotação de material gorduroso na parte superior do filtro anaeróbio. Com o intuito de restabelecer as melhores condições de funcionamento do sistema a indústria foi forçada a realizar uma nova inoculação do reator anaeróbio.. 3.3. Legislação ambiental. Há muito tempo o Brasil já dispõe de condições legais para agir em defesa de bens ambientais. Desde os anos 30, vem se desenvolvendo em nosso país uma consciência de proteção ambiental. Especialmente nos últimos quarenta anos, o Brasil ampliou sua legislação ambiental (MMA, 2009). De acordo com dados do Ministério do Meio Ambiente (2009) em 1981, surgiu a primeira grande conquista do movimento ambientalista brasileiro, com a publicação da Lei Federal nº 6.938, de 31 de agosto de 1981, que dispõe sobre a Política Nacional de Meio Ambiente (PNMA), seus fins e mecanismo de formulação e aplicação constituiu-se num importante instrumento de amadurecimento e consolidação da política ambiental em nosso país. Visando controlar o lançamento no meio ambiente de poluentes, proibindo o lançamento em níveis nocivos ou perigosos para os seres humanos e outras formas de vida, A abertura da economia brasileira no início da década de 1990 também trouxe benefícios ambientais. As empresas brasileiras tiveram que melhorar sua produtividade para poder enfrentar a concorrência dos produtos importados. O aumento da produtividade também implicava um melhor uso das energias e insumos, reduzindo, desta forma, os resíduos perdidos na produção. Empresas exportadoras também foram pressionadas por seus compradores estrangeiros a implementar sistemas de produção mais limpos, já que os consumidores. dos. países. ricos. preferiam. ambientalmente corretos (CARVALHO, 2004).. produtos. fabricados. por. processos.

(40) 24. O conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) lançou em 17 de março de 2005 a resolução nº 357 que dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Além de considerar que o controle da poluição está diretamente relacionado com a proteção da saúde, garantia do meio ambiente ecologicamente equilibrado e a melhoria da qualidade de vida, levando em conta os usos prioritários e classes de qualidade ambiental exigidos para um determinado corpo de água. Cabe aos órgãos ambientais a determinação e a fiscalização dos parâmetros e limites de emissão de efluentes industriais, agrícolas e domésticos. Para isso, é necessária a implantação de um sistema de monitoramento confiável. As exigências da legislação ambiental levaram as empresas a buscar soluções para tornar seus processos mais eficazes. É cada vez mais freqüente o uso de sistemas de tratamento de efluentes visando a reutilização de insumos (água, óleo, metais, etc), minimizando o descarte para o meio ambiente (CARVALHO, 2004). As leis ambientais brasileiras são consideradas bastantes avançadas e bem elaboradas, no que diz respeito ao objeto proposto, o problema está na aplicação destas, que por fatores dos mais diversos, inviabiliza e torna falha a sua execução..

(41) 25. 4 MATERIAIS E MÉTODOS Abatedouro de estudo Descrição do sistema de tratamento Caracterização da água residuária Implantação de metodologias Atividade Metanogênica Específica Biodegradabilidade anaeróbia Hidrólise alcalina Procedimento experimental Frequência dos parâmetros analisados Quantificação de ácidos orgânicos voláteis.

(42) 26. 4.1. Abatedouro de estudo. O abatedouro de aves está localizado no município de Nazaré da Mata, a 65 km de Recife. O município de Nazaré da Mata está situado na zona da mata pernambucana, possui clima tropical e uma população de 30.185 hab. (IBGE, 2009). Com unidade central em Carpina, onde dispõe de fábrica de rações, a empresa expandiu-se também para o estado da Bahia. Em Nazaré da Mata, dispõe de frigorífico que comercializa o frango inteiro e cortes especiais. Produz frangos e ovos, empregando 1.300 operários. Conta com 3 granjas próprias e 145 integrados. É responsável por 24,3% do abate de frango inspecionado pelo Governo Federal em Pernambuco. Segundo informações da empresa onde foi realizado o estudo, a produção média é 60.000 aves/dia, variando de acordo com as necessidades do mercado. O sistema de abastecimento de água conta com a captação no rio Tracunhaém e com o abastecimento pela Companhia Pernambucana de Saneamento (COMPESA), cerca de 70% e 30%, respectivamente. Para cada ave abatida se gasta em média 22 litros de água. A empresa consume em média aproximadamente 70 m3/hora de água tratada para todas as necessidades. O sistema de processamento de carne de frango do abatedouro de aves, localizado em Nazaré da Mata, segue o indicado na Figura 3.3 da revisão da literatura.. 4.2. Descrição do sistema de tratamento existente. A água residuária gerada na área produtiva é conduzida por duas tubulações de PVC (Figura 4.1 a), uma contendo vísceras (não comestíveis) e a outra com penas. Essas tubulações seguem em direção à sala de digestores, onde previamente é separado o resíduo líquido do resíduo sólido, através de uma peneira onde os sólidos são prensados (Figura 4.1 b). Os resíduos sólidos são transportados manualmente para dois digestores, um destinado às vísceras e o outro às penas (Figura 4.1 c). Esses resíduos são transformados em uma farinha, ensacados separadamente (penas e vísceras) e enviados para a granja da empresa onde são utilizados como suplemento alimentar das aves..

(43) 27. a) a). b). c) Figura 4.1 – Foto ilustrativa das etapas de separação sólido-líquido. a) tubulações que conduzem separadamente vísceras e penas; b) peneira para prensa dos materiais sólidos; c) digestor de penas.. O resíduo líquido é então encaminhado para a estação de tratamento. A estação é composta por um tratamento primário, constituído por um FAD (Figura 4.2), seguido de um tratamento secundário por meio de um sistema de lagoas de estabilização, constituído por três lagoas em série. A 1ª lagoa da série é anaeróbia, seguida de duas lagoas facultativas. As lagoas não possuem uma geometria definida. O afluente da 1ª lagoa facultativa não é localizado exatamente no início da lagoa, como ocorre usualmente, desta forma fica evidente a ocorrência de zonas mortas e fluxos preferenciais. O mesmo acontece com o efluente da 2ª lagoa facultativa cuja coleta não está localizada exatamente no final da lagoa. Estes detalhes podem ser observados no desenho esquemático da Figura 4.3..

(44) 28. Figura 4.2 - Flotador por Ar Dissolvido (FAD).. Figura 4.3 – Desenho esquemático representando a geração do efluente da empresa e suas etapas de tratamento..

(45) 29. 4.3. Caracterização da água residuária. Para a caracterização do efluente foram realizadas coletas simples, mensais, durante o período de cinco meses (agosto a dezembro de 2009). As amostras foram coletadas em cinco pontos do sistema de tratamento (Figura 4.4), definidos como: Ponto 1: água residuária bruta (afluente do sistema de tratamento) Ponto 2: efluente do FAD Ponto 3: efluente da 1ª lagoa (lagoa anaeróbia) Ponto 4: efluente da 2ª lagoa (1ª lagoa facultativa) Ponto 5: efluente da 3ª lagoa (2ª lagoa facultativa). a). b). a). d). c). b). d). e). c). e). Figura 4.4 - Pontos de coleta para caracterização da água residuária. a) Ponto 1; b) Ponto 2; c) Ponto 3; d) Ponto 4; e) Ponto 5.. As amostras foram armazenadas em recipientes plásticos de 2L e mantidas sob refrigeração à 4º C até o momento das análises (Figura 4.5)..

(46) 30. a). b). c). e). d). Figura 4.5 - Amostras coletadas para caracterização da água residuária. a) ponto 1; b) ponto 2; c) ponto 3; d) ponto 4; e) ponto 5.. Alguns parâmetros foram realizados ainda em campo e os demais no Laboratório de Saneamento Ambiental (LSA) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), a Figura 4.6 apresenta um desenho esquemático desses parâmetros.. Caracterização da água residuária. Parâmetros analisados em campo: pH, OD, condutividade, salinidade e temperatura.. Parâmetros analisados no laboratório: .. DQO, DBO, NTK, NH3, NO2-, NO3-, PO43-, SO4-, Cl-, AOV (tit.), TOG, coliformes totais e termotolerantes e série de sólidos.. Figura 4.6 - Parâmetros analisados para caracterização da água residuária..

(47) 31. Os parâmetros de Demanda Química de Oxigênio (DQO) bruta e filtrada, Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) bruta, Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (NH3), fósforo (PO43-), nitrito (NO2-), nitrato (NO3-), sulfato (SO4-), cloretos (Cl), pH, salinidade, condutividade, Oxigênio Dissolvido (OD), Teor de Óleos e Graxas (TOG), coliformes totais e termotolerantes e série de sólidos foram determinados de acordo com os métodos propostos pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater , APHA (1998). A medição da alcalinidade total, intermediária e a bicarbonato, como também a medição dos ácidos orgânicos voláteis totais (AOV) baseou-se na metodologia proposta por Ripley et al., (1986).. 4.4. Implantação de metodologias no LSA. Foi necessário implantar as metodologias para a quantificação de carboidrato, proteína e lipídio no LSA. Com a finalidade de facilitar futuros trabalhos essas metodologias são descritas a seguir.. 4.4.1 Determinação de carboidrato. A quantificação de carboidrato foi realizada pela metodologia proposta por Dubois et al. (1956) que consiste na reação com fenol e ácido sulfúrico concentrado, onde a presença do carboidrato torna a amostra alaranjada. É um método rápido e simples com resultados reprodutíveis, sendo a substância colorida estável por horas. Foi construída uma curva padrão com glicose (carboidrato mais abundante) em diferentes concentrações. Amostras padrões e branco foram tratadas da seguinte forma: a). Transferiu-se 500 µL de amostra ou solução padrão para tubo de ensaio com tampa. rosqueável; b). Adicionou-se 500 µL de solução de fenol 5% e agitou-se no vortex;.

(48) 32. c). Adicionou-se 2,5 mL de H2SO4 concentrado. Agitou-se no vortex e os tubos de. ensaio foram deixados em repouso em banho de água entre 25°C e 30°C por 15 minutos; d). A absorbância foi lida a 490 nm em espectrofotômetro.. 4.4.2 Determinação de proteína. A metodologia para a quantificação de proteína proposta por Lowry (1951) foi adotada por ser uma metodologia com resultados bastante reprodutíveis. Quando há presença de proteína a amostra adquire coloração azul. Esta metodologia consiste na preparação de quatro soluções: Solução A: Na2CO3 a 2% (p/v) diluído em NaOH a 0,1% (p/v); Solução B: CuSO4 5H2O a 0,5% (p/v) diluído em Na3C6H5O7 a 0,1% (p/v); Solução C: solução A + B, numa proporção 50:1; Solução D: reagente de Lowry, numa proporção 1:1 com água destilada; Deve ser observado que a água destilada utilizada para fazer as soluções necessita ser previamente fervida por 30 minutos para retirada do CO2. Foi construída uma curva padrão com albumina sérica bovina (BSB) com diferentes concentrações e em seguida as amostras padrões e branco foram tratadas da seguinte forma: a). Transferiu-se 900 µL de amostra ou solução padrão para tubo de ensaio rosqueável;. b). Adicionou-se 1000 µL da solução C, agitou-se no vortex e esperou-se 10 minutos;. c). Adicionou-se 100 µL da solução D, agitou-se no vortex e esperou-se 30 minutos;. d). A absorbância foi lida a 500 nm no espectrofotômetro.. 4.4.3. Determinação de lipídio. Para a quantificação de lipídeos utilizou-se a metodologia segundo Postma e Stroes (1968). Esta metodologia consiste na reação entre o ácido sulfúrico concentrado, ácido fosfórico concentrado e vanilina produzindo uma coloração rosada se positivo..