UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ ENGENHARIA AMBIENTAL
RAFAELA PERANDRÉ ASSMENN
DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE
DE FRIGORÍFICO DE SUÍNOS PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO
AMONIACAL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
MEDIANEIRA 2016
RAFAELA PERANDRÉ ASSMENN
DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE
DE FRIGORÍFICO DE SUÍNOS PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO
AMONIACAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenheira Ambiental, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientadora: Prof. Dr. Juliana Bortoli Rodrigues Mees
Co-orientadora: Ms. Gisele Maria Brod Caldereiro
MEDIANEIRA 2016
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Medianeira
Diretoria de Graduação e Educação Profissional Coordenação do Curso de Engenharia Ambiental
TERMO DE APROVAÇÃO
DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE DE FRIGORÍFICO DE SUÍNOS PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO AMONIACAL
por
RAFAELA PERANDRÉ ASSMENN
Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi apresentado às 16:00 do dia 30 de novembro de 2016, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental. A candidata foi arguida pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
________________________________ ______________________________ Profa. Dra. Juliana Bortoli R. Mees Me. Gisele Maria Brod Caldereiro
Orientadora Co-orientadora
_______________________________ ________________________________ Profa. Carla Limberguer Profº. Eduardo Borges Lied
AGRADECIMENTOS
À minha família, pelo apoio e dedicação para que eu pudesse alcançar meus objetivos profissionais, principalmente à minha avó materna Maria Helena de Souza Perandré, pelo incentivo ao estudo desde sempre.
À Professora Dra. Juliana Bortoli Rodrigues Mees, pelo privilégio de tê-la como orientadora. Obrigada pela dedicação, paciência, perfeccionismo e carinho durante a orientação deste trabalho, principalmente por ter me dado a oportunidade de realizar o trabalho na área que tenho tanto apreço.
À Gisele Maria Brod Caldereiro, Andrieli Terezinha Schulz e Alexsander Tavares, pelo fornecimento dos dados e esclarecimentos prestados ao longo do trabalho.
A Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR, Câmpus Medianeira, pela bolsa de fomento concedida para a realização deste trabalho.
Ao corpo docente da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR, Câmpus Medianeira, pela dedicação ao ensino dos discentes, tanto pelos conhecimentos técnico-científicos transmitidos quanto pelas experiências de vida relatadas.
Aos colegas de graduação, pelo auxílio, companheirismo e a amizade durante esses anos.
Ao João Paulo de Sousa Magalhães, amigo sincero, paciente e dedicado que tanto contribuiu e apoiou nos grandes momentos de decisão nos últimos dois anos.
Enfim, a todos que de maneira direta ou indireta estiveram envolvidos para que eu chegasse até aqui: muito obrigada.
“dive for dreams or a slogan may topple you (trees are their roots and wind is wind) trust your heart if the seas catch fire (and live by love though the stars walk backward) honour the past but welcome the future (and dance your death away at this wedding) never mind a world with its villains or heroes (for god likes girls and tomorrow and the earth)”
RESUMO
ASSMENN, Rafaela Perandré. Diagnóstico e Prognóstico de um Sistema de
Efluente de Frigorífico de Suínos para Remoção de Nitrogênio Amoniacal.
2016. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Medianeira, 2016.
Devido a grande poluição de corpos hídricos, o tratamento de efluentes ganhou importância no cenário nacional para garantir a qualidade ambiental da biota aquática. No entanto, poluentes de difícil remoção, como o nitrogênio amoniacal, acabam dificultando o tratamento, sendo necessários grandes investimentos nos sistemas de tratamento para atender os padrões de lançamento. Assim, o presente estudo tem como objetivo caracterizar uma planta de efluentes de um abatedouro e frigorífico de suínos, sendo esta constituída por um tratamento preliminar e primário, secundário e um pós-tratamento. Após a avaliação do sistema, foi identificado que há grande presença de material sólido devido à ineficiência do tratamento primário, e inserção de biofertilizante no início do tratamento secundário, fazendo com a concentração de nitrogênio amoniacal seja elevada no efluente final, pois os aeradores utilizados na lagoa aerada de mistura completa não apresentam potência necessária para remoção desse poluente, além de possuírem disposição é errônea. Portanto, com a avaliação minuciosa do sistema, foram propostas quatro melhorias para uma maior remoção de nitrogênio amoniacal, sendo elas instalação de uma coluna de arraste de ar – Stripping – reestruturação e instalação de novos aeradores na lagoa aerada de mistura completa, instalação de lodo ativado convencional ou instalação de um espessante de lodo após o biodigestor. Todos os tratamentos apresentam alta eficiência, porém, não são capazes de remover a carga inserida de nitrogênio amoniacal quando instalados de forma separadamente. Assim, o estudo mostrou que a melhor opção é o espessamento do lodo para posterior uso em solo agrícola e modificação no sistema da lagoa aerada para um sistema de lodo ativado, que tem capacidade de remoção de 50% do nitrogênio amoniacal presente no efluente. Essas modificações permitem a melhoria continua do sistema de tratamento de efluente, além de redução de possíveis impactos que o despejo de efluente no corpo receptor poderia causar para a biota aquática, como a eutrofização.
ABSTRACT
ASSMENN, Rafaela Perandré. Diagnosis and Prognosis of a pork-effluent
system to remove the Ammoniacal Nitrogen. 2016. Trabalho de conclusão de
curso (bacharelado em engenharia ambiental) - universidade tecnológica federal do paraná. Medianeira, 2016.
Due to the great amount of pollution of water bodies, the treatment of effluents has gained importance in the national scenario to guarantee the environmental quality of the aquatic biota. However, the difficult to remove pollutants, such as ammoniacal nitrogen, make treatment difficult, requiring large investments in treatment systems to meet the legal standards. Thus, the present study aims to characterize an effluent plant of a pork slaughterhouse, which consists of preliminary and primary treatment, secondary treatment and post-treatment. After the evaluation of the system, it was identified that there is a large presence of solid material due to the inefficiency of the primary treatment, and the insertion of biofertilizer at the beginning of the secondary treatment causes a higher concentration of ammoniacal nitrogen in the final effluent, because the lagoon of complete mixture do not present the necessary power to remove this pollutant, besides having disposition is erroneous. Therefore, with the detailed evaluation of the system, four improvements were proposed for a better removal of ammoniacal nitrogen, being the installation of an air dragging column - Stripping - restructuring and installation of new aerators in the aerated lagoon of complete mixing, installation of a activated sludge or the installation of a sludge thickener after the biodigester. All treatments have high efficiency, however, they are not able to remove the inserted load of ammoniacal nitrogen when installed separately. Thus, the study showed that the best option is the thickening of the sludge for later use in agricultural soil and modification in the aerated lagoon system to an activated sludge system, which has the capacity to remove 50% of the ammoniacal nitrogen present in the effluent. These modifications allow the continuous improvement of the effluent treatment system as well as the reduction of possible impacts that effluent discharge into the receiving body could cause to the aquatic biota, such as eutrophication.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Processamento de Suínos e Aspectos Ambientais ... 8
Figura 2 - Finalidades da Decantação Primária ... 14
Figura 3 - Sistema de Lodo Ativado Convencional ... 17
Figura 4 - Configuração de um ar Stripping de amônia ... 23
Figura 5 - Porcentagem de amônia livre em função do pH para diferentes temperaturas ... 24
Figura 6 - Vista superior do tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico ... 27
Figura 7 - Bacia do Paraná III e seus afluentes ... 28
Figura 8 - Sistema Geral de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos ... 29
Figura 9 - Etapas do Sistema de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico em estudo... 34
Figura 10 - Tratamento preliminar – peneiras linha verde (à esquerda) e vermelha (à direita) ... 36
Figura 11 - Tratamento primário – decantador linha verde (à esquerda) e vermelha (à direita) ... 36
Figura 12 - Tratamento primário – decantador 3 ... 37
Figura 13 - Tratamento secundário – Lagoa anaeróbia 1 (à esquerda) e 2 (à direita) ... 37
Figura 14 - Tratamento secundário – Lagoa aerada de mistura completa (à esquerda) e lagoa de decantação (à direita) ... 37
Figura 15 - Pós-Tratamento – flotador físico-químico ... 38
Figura 16 - Calha Parshall – início do tratamento secundário (à esquerda) após pós-tratamento (à direita) ... 39
Figura 17 - Percentual de substratos de alimentação do biodigestor ... 39
Figura 18 - Biodigestor (à esquerda) e lagoa de biofertilizante (à direita) ... 40
Figura 19 - Layouts dos decantadores – decantador linha verde (A), vermelha (B) e decantador 3 (C) ... 44
Figura 20 - Modelo de aerador utilizado na nova proposta de tratamento ... 50
Figura 21 - Área de influência dos novos Aeradores ... 50
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Discriminização do Setor Agroindustrial no Brasil ... 4 Tabela 2 - Caracterização de Efluentes de Abatedouros e Frigoríficos de Suínos ... 10 Tabela 3 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Decantadores ... 13 Tabela 4 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Lagoas de
Estabilização ... 16 Tabela 5 - Parâmetros de Projetos para o Dimensionamento de um Sistema de Lodo Ativado Convencional ... 17 Tabela 6 - Diversos tipos de tratamento para remoção de compostos de nitrogênio em efluentes industriais ... 19 Tabela 7 - Parâmetros para o Projeto de um Ar Stripping ... 24 Tabela 8 - Parâmetros e concentrações estabelecidos pela Resoluções CONAMA nº 430/11 e CEMA nº 070/09 ... 26 Tabela 9 - Parâmetros Físico-Químicos Analisados E Suas Respectivas
Metodologias ... 30 Tabela 10 - Pontos de Amostragem e Análises realizada em cada local ... 31 Tabela 11 - Geração de efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos em estudo 33 Tabela 12 - Características físicas do Tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico de Suínos em estudo ... 35 Tabela 13 - Análise Comparativa entre Efluente Bruto e Efluente Final em Relação à Resolução CONAMA nº 430/2011 ... 42 Tabela 14 - Avaliação Físico-Química do Tratamento Primário (Decantador) ... 44 Tabela 15 - Parâmetros adotados para o dimensionamento dos aeradores da lagoa ... 49 Tabela 16 - Parâmetros adotados para o dimensionamento de um lodo ativado convencional ... 51 Tabela 17 - Parâmetros adotados para o dimensionamento do Stripping ... 53
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Oferta e Demanda de Carnes no Brasil e no Mundo... 5 Quadro 2 - Parâmetros Físico Químicos Avaliados ... 42
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 1 2 OBJETIVOS GERAIS ... 3 2.1 Objetivos Específicos ... 3 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 4 3.1 AGROINDÚSTRIA ... 4
3.2 ABATEDOUROS E FRIGORÍFICOS DE SUÍNOS ... 6
3.2.1 Processo Produtivo ... 7
3.2.2 Produção e geração de resíduos em abatedouros e frigoríficos ... 8
3.2.3 Caracterização dos efluentes de frigoríficos ... 9
3.3 PRINCIPAIS SISTEMAS APLICÁVEIS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES DE ABATEDOURO E FRIGORÍFICO ... 11
3.3.1 Remoção de matéria sólida ... 13
3.3.2 Remoção de matéria orgânica ... 14
3.3.2.1 Lagoas de Estabilização ... 15
3.3.2.2 Lodos Ativados ... 16
3.3.4 Remoção de nutrientes – (Nitrogênio) ... 17
3.3.4.1 Processo biológico convencional de remoção de nitrogênio – (Nitrificação e Desnitrificação) ... 20
3.3.4.3 Stripping de amônia (arraste da amônia com utilização de ar) ... 21
3.4 LEGISLAÇÃO ... 25
4 MATERIAL E MÉTODOS ... 27
4.1 LOCAL DO ESTUDO ... 27
4.2 METODOLOGIA Para caracterização e ANÁLISE DO ATUAL SISTEMA DE TRATAMENTO ... 30
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 33
5.1 DIAGNÓSTICO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS ... 33
5.1.1 Descrição das operações e processos que compõem o sistema de tratamento ... 33
5.1.2 Parâmetros físico-químicos avaliados do sistema de efluente do abatedouro e frigorífico de suínos ... 40
5.2 AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS ... 43
5.2.1 Tratamento Preliminar e Primário ... 43
5.2.2 Tratamento Secundário ... 46
5.2.3 Pós Tratamento ... 47
5.2.4 PARECER SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA EM ESTUDO ... 47
5.3 PROGNÓSTICO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS – PROPOSTAS ... 48
5.3.1 Modificação no sistema de aeração da lagoa aerada ... 49
5.3.2 Sistema de lodo ativado ... 51
5.3.3 Remoção de nitrogênio amoniacal por arraste de ar – Stripping ... 53
5.3.4 Instalação de um espessante de lodo após o biodigestor ... 54
6 CONCLUSÃO ... 56
APÊNDICE I ... I APÊNDICE II ... VIII
1
1 INTRODUÇÃO
A utilização da água é indispensável para a manutenção dos processos industriais, alterando assim, suas características físicas, químicas e biológicas, e gerando desde efluentes líquidos industriais. Logo, é necessário um gerenciamento adequado desses resíduos, pois os mesmos possuem cargas altamente poluidoras que, quando descartadas inadequadamente, podem causar sérios danos ao meio ambiente, como eutrofização dos corpos receptores.
Um setor da agroindústria brasileira que gera uma grande quantidade de efluentes líquidos potencialmente poluidores aos corpos hídricos é o abate e processamento de suínos, indústria fortemente desenvolvida no oeste paranaense. Além de conter elevada carga orgânica e grande quantidade de sólidos em suspensão, um dos poluentes mais agravantes e de difícil remoção presente neste tipo de efluente é o nitrogênio, especialmente o nitrogênio amoniacal, podendo causar ou contribuir para o processo de eutrofização de corpos hídricos.
Portanto, o efluente deve ser adequadamente tratado, para posteriormente ocorrer o descarte no corpo receptor de acordo com os padrões estabelecidos pela Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 430/2011 (BRASIL, 2005) e Resolução do Conselho Estadual do Meio Ambiente (CEMA) nº 70/2009 (PARANÁ, 2009). Para atender os parâmetros estabelecidos pela legislação, diferentes técnicas de tratamento são empregadas dependendo da caracterização de cada efluente, do clima de cada região onde a indústria está inserida e de acordo com as características geomorfológicas do local.
Os principais tratamentos empregados para remoção do nutriente nitrogênio amoniacal são tratamentos físico-químicos, como a coagulação/floculação e flotação e, os tratamentos biológicos que tradicionalmente contemplam a nitrificação seguida da desnitrificação. Quando esses tratamentos são insuficientes para remover os poluentes presentes no
2 efluente, devem haver um pós-tratamento, como membranas e colunas de arraste de ar “Stripping”, por exemplo.
3
2 OBJETIVOS GERAIS
Diagnosticar o sistema de tratamento de efluente de um abatedouro e frigorífico e propor melhorias visando a remoção de nitrogênio amoniacal.
2.1 Objetivos Específicos
Caracterizar o sistema de tratamento atual (preliminar, primário, e secundário) com base nos parâmetros de projeto estrutural e avaliação
in loco;
Caracterizar o efluente industrial após o pós-tratamento físico-químico (coagulação/floculação/flotação);
Caracterizar o efluente (biofertilizante) do biodigestor que ingressa no tratamento secundário;
Propor melhorias nos processos que compõem o sistema de tratamento de efluentes visando a remoção de nitrogênio amoniacal;
4
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 AGROINDÚSTRIA
A agroindústria faz parte do agronegócio, transformando e/ou processando matérias-primas agropecuárias em produtos elaborados adicionando valor ao produto, e o distribuindo (PARRÉ; GUILHOTO, 2000). Assim, Araújo (2007) define as duas vertentes que dispõe o sistema agroindustrial: a primeira como um Sistema Agroalimentar como sendo “... o conjunto das atividades que concorrem à formação e à distribuição dos produtos alimentares e, em consequência, o cumprimento da função de alimentação”, como abatedouros e frigoríficos. A segunda vertente é chamada de Sistema Agroindustrial não Alimentar definida como: “o conjunto das
atividades que concorrem à obtenção de produtos oriundos da agropecuária, florestas e pesca, não destinadas à alimentação, mas aos sistemas energéticos, madeireiro, couro e calçados, papel, papelão e têxtil”.
No Brasil, a discriminização do setor agroindustrial considera os seguintes critérios apresentados na Tabela 1, os quais evidenciam a importância do setor agrícola para o cenário econômico brasileiro (IBGE, 2008).
Tabela 1 - Discriminização do Setor Agroindustrial no Brasil
Discriminação Peso (%)
Total da agroindústria 100,00
Total da agricultura 64,9
Produtos industriais derivados da agricultura 55,5 Produtos industriais destinados à agricultura 9,4
Total da Pecuária 28,6
Produtos industriais derivados da pecuária 22,6 Produtos industriais destinados à pecuária 6 Inseticidas, herbicidas e outros defensivos de uso agropec. 5
Desdobramento da madeira 1,5
Fonte: IBGE (2007).
Segundo dados do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior - MDIC (2016), o setor agroindustrial no Paraná foi responsável por
5 33% das exportações, cerca de US$ 1,86 bilhões apenas no primeiro semestre de 2016. Em relação a 2015, esse setor comercial teve um aumento de 16% no mesmo período. Além disso, as exportações paranaenses para o MERCOSUL de 2016 (Bloco econômico composto, além do Brasil, por Argentina, Paraguai, Uruguai e Venezuela) aumentaram em 65% em relação ao período de janeiro a maio de 2015. De acordo com o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento - MAPA (2016), as exportações chegaram a US$ 949 bilhões no acumulado de janeiro a maio de 2016. Logo, o Estado ocupa a segunda posição entre os estados brasileiros que mais exportam no setor do agronegócio, estando à frente o Estado de São Paulo (MAPA, 2016).
A pecuária é responsável por 28,6% do agronegócio, abrangendo abate e processamento de carnes, fabricação de ração e outros insumos, sendo o setor cárneo mais pretuberante (IBGE, 2016). Segundo o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastercimento – MAPA (2016), o Brasil lidera o ranking de maior exportador mundial de carne bovina desde 2008, pois o país possui um extenso rebanho que é responsável por 33% deste comércio mundial. Em relação à suinocultura, o Brasil também é reconhecido como um dos principais produtores e exportadores da carne para manter o consumo elevado de carnes no Brasil e no mundo (Quadro 1).
Carnes no Mundo (mil toneladas)
Bovina Suína Frango
Oferta 58,7 111.845,0 87,4
Demanda 56,9 111.174,0 85,1
Carnes no Brasil (mil toneladas)
Oferta 10,26 3.524,0 12.691,0
Demanda 8,36 3.004,0 8.592,0
Quadro 1 - Oferta e Demanda de Carnes no Brasil e no Mundo Fonte: Adaptado ABPA, 2014.
Contudo, com base nos dados da Secretária do Comércio Exterior, o setor de carne suína sofreu queda de 6,76% em abril de 2016 em relação ao mês anterior. Contudo, no mês de agosto do mesmo ano, a exportação da carne suína teve um aumento de exportação em 9,4%, confirmando as
6 expectativas da Ministério da Agricultura e Pecuária, de que o Brasil deverá manter o quarto lugar nas exportações de carne suína nos próximos anos, com média anual de 4,91% até 2018-2019 (MAPA, 2016).
No entanto, essa indústria movimenta um mercado extenso e de grande importância na dieta humana, e por se tratar de um produto de alta demanda nacional (Quadro 1), o Brasil apresenta uma matriz industrial consolidada no mercado, e tem investindo em pesquisas para o melhoramento da qualidade da carne (PIGATTO, 2011), possuindo uma previsão de crescimento progressivo em relação à produção de animais para abate.
Por fim, devido à relevância econômica da atividade de produção animal para corte no cenário nacional, fez com que houvesse um número crescente de abatedouros e frigoríficos, seja de aves, bovinos ou de suínos (FERREIRA et al, 2002).
3.2 ABATEDOUROS E FRIGORÍFICOS DE SUÍNOS
Pacheco e Yamanaka (2008) definem abatedouros ou matadouros como unidades que realizam o abate dos animais, produzindo carcaças (carne com ossos) e vísceras comestíveis, porém sem industrializar a carne. No entanto, o processamento da carne e produção dos seus derivados deve ocorrer em frigoríficos ou em matadouros-frigoríficos, que segundo o Decreto nº 30.691 /52 é definido por:
“o estabelecimento dotado de instalações completas e equipamento adequado para o abate, manipulação elaboração, preparo e conservação das espécies de açougue sob variadas formas, com aproveitamento completo, racional e perfeito de subprodutos não comestíveis; possuirá, instalações de frio industrial.”
7 Por ser um ramo da indústria em larga expansão devido à variedade de produtos, alta demanda aliada ao preço favorável, o abate e industrialização de carne suína tem se destacado na economia brasileira. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), no segundo trimestre de 2016, no Brasil, foram abatidas 10,46 milhões de cabeças de suínos, representando aumentos de 3,9% em relação ao trimestre imediatamente anterior e de 8,0% na comparação com o mesmo período de 2015, totalizando 919,41 mil toneladas de carcaça.
A Região Sul, no segundo semestre de 2016, respondeu por 65,5% do abate nacional de suínos, sendo o Estado do Paraná responsável pelo abate de mais de 87,42 mil de cabeças, equivalendo a um montante 4,5% da produção nacional (IBGE, 2016). Assim, o Estado do Paraná se consolida como o terceiro maior produtor nacional de suínos, tendo 22 frigoríficos inscritos SIF - Serviço de Inspeção Federal, e 55 frigoríficos inscritos no SIP – Serviço de Inspeção Estadual. No Paraná é estimada a existência de aproximadamente 130.000 propriedades que possuem suínos, contudo destes estima-se que apenas 31.000 têm produção regular, sendo as regiões oeste e sudoeste as maiores produtores de suínos no Estado (SEAB PR, 2016).
3.2.1 Processo Produtivo
Para o abate e processamento de suínos são realizadas, basicamente, as seguintes operações: recepção dos animais e dieta hídrica nas pocilgas, condução e lavagem dos animais, insensibilização, sangria, escaldagem e depilação, evisceração, corte da carcaça, refrigeração, industrialização e transporte adequado do produto (SCARASSATI et al., 2003). O fluxograma representado na Figura 1 demonstra o processo de abate de suínos.
8 Figura 1 - Processamento de Suínos e Aspectos Ambientais
Fonte: CETESB (2006).
Portanto, o setor cárneo para o agronegócio é de extrema importância econômica, principalmente para a região Sul do país que tem a maior produção de suínos (MAPA, 2016). Contudo, abate e processamento da carne gera grandes quantidades de resíduos, sendo eles sólidos, líquidos e gasosos.
3.2.2 Produção e geração de resíduos em abatedouros e frigoríficos
Os abatedouros e frigoríficos são importantes indústrias do agronegócio no cenário nacional, produzindo em grande escala produtos consumidos no mercado interno e externo. Segundo a Secretaria de Estado de Abastecimento e Agricultura do Paraná, em 2015, o Paraná abateu 7.716.969 suínos (SEAB,
9 2016), totalizando 676.220.139 quilos. Considerando o desenvolvimento constante da cadeia produtiva de suínos e demanda crescente pelo produto, há um aumento na produtividade e industrialização em frigoríficos, aumentando também o consumo de recursos naturais, principalmente a água, gerando uma maior quantidade de resíduos sólidos e efluentes líquidos.
Em relação ao consumo de água em um frigorífico, a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental - CETESB (2008) estima que o consumo de água nos abatedouros e frigoríficos de suínos varia de 500 a 1.500 litros por suíno abatido e industrializado, dependendo do grau de automatização da empresa, como mostrado na Figura 1. Espinoza et al. (2000) citam um consumo na faixa de 170 a 750 litros por cabeça abatida e industrializada, para esta mesma tipologia de indústria. Bellaver e Oliveira (2009) indicam um consumo médio por animal abatido de 850 litros. No entanto, o consumo de água na indústria se torna elevado e influenciado por diversos fatores, como método de produção e disponibilidade hídrica, por exemplo (KRIEGER, 2007).
Os principais usos da água são para dessedentação animal, lavagem de caminhões e pocilgas, escaldagem, lavagem de vísceras e carcaças, transporte de produtos e resíduos, utilização na fabricação de produtos, limpeza e esterilização de facas, equipamentos e pisos, higienização dos funcionários, resfriamento de compressores e condensadores, bem como alimentação de caldeiras (UNEP, 2000). Com isso, a geração de efluente industrial de abatedouro e frigorífico são elevados, pois segundo a UNEP (2000), 80 a 95% da água utilizada por essas indústrias se tornam efluentes com alta carga orgânica poluidora, pois contém esterco, gorduras, sangue, bem como pequenas quantidades de fosfatos, nitratos e sais dependendo do que é processado na indústria. Em quantidade, os efluentes se tornam o principal resíduo gerado por frigoríficos (SENAI, 2006).
3.2.3 Caracterização dos efluentes de frigoríficos
A caracterização dos efluentes industriais constitui o primeiro passo para o estudo preliminar de projetos para definir os possíveis tratamentos, além de
10 conseguir determinar o potencial poluidor destes quando lançados no corpo de água receptor (NUNES, 2004). Além disso, a caracterização dos efluentes industriais permite que o órgão ambiental legislador conceda licenças para as indústrias se a mesmas estiverem de acordo com as leis federais, estaduais e municipais de lançamento de efluentes, além de outros requisitos pertinentes.
Os efluentes líquidos de matadouros e frigoríficos são constituídos pelas águas oriundas de diversos processos da planta industrial, como por exemplo, da lavagem de diversas etapas da produção contendo detergentes e desinfetantes, fezes, urina, bem como resíduos gordurosos, sangue e proteínas (BRAILE; CAVALCANTI, 1993; SENAI, 2003; MATOS, 2005 apud GOMES, 2010). Braile e Cavalcanti (1993) citam que a composição detalhada desses efluentes é influenciada pelos diferentes processos produtivos, da quantidade e tipo de carne processada, além das condições e tipos de equipamentos utilizados e das práticas de redução da carga poluidora e do volume de efluentes que a própria empresa resolve adotar para redução de custos, consequentemente gerando lucro.
Sendo assim, os efluentes gerados nos processos de abate e processamento da carne de suínos (setor de salsicharia e presuntaria, por exemplo) apresentam elevada carga orgânica devido à presença de sangue, gordura, esterco, conteúdo estomacal não-digerido e intestinal, bem como quantidade consideráveis de nitrogênio, fósforo e sal, além de material suspenso e sedimentável como microrganismos patogênicos (SCARASSATI et al., 2003; PACHECO; YAMANAKA, 2008; SENAI, 2003; MASSE et al., 2000). Na Tabela 2, apresenta-se a caracterização de efluente oriundo de abatedouros e frigoríficos por diversos autores.
Tabela 2 - Caracterização de Efluentes de Abatedouros e Frigoríficos de Suínos
Parâmetro (unidade) Quantidade
Vazão (m3.h-1) 500 - 2.5004 DBO5 (mg.L-1) 2.0001 1.100 - 5.5204 DQO (mg.L-1) 4.0001 Sólidos Suspensos (mg.L-1) 1.6001 2.135 - 2.7002 Fósforo Total (mg.L-1) 271
11 Tabela 2: Caracterização de Efluentes de Abatedouros e Frigoríficos de Suínos
Conclusão.
Parâmetro (unidade) Quantidade
Nitrogênio Total (mg.L-1) 1801 534 - 7352 7,0 - 7,12 6,0 - 8,03 Sólidos Totais (mg.L-1) 4892 - 71212 Sólidos Voláteis(mg.L-1) 3647 - 57242 Sólidos Suspensos Voláteis (mg.L-1) 1936 - 24272
Amônia (mg.L-1) 89 - 2462
CaCO3 917 - 10562
Fonte: Gomes (2010) apud Pacheco e Yamanaka (2008)1; Masse et al. (2000)2; Maldaner (2008)3; FEPAM (1997)4.
Os efluentes gerados nos processos de abate e processamento da carne de suínos possuem uma elevada carga poluidora, que quando lançados ao corpo receptor sem tratamento ou parcialmente tratados podem vir a causar danos – principalmente materiais sólidos, matéria orgânica e nutrientes. Um dos principais efeitos do despejo desses poluentes é o aumento do consumo de oxigênio dissolvido, que resulta em impactos aos ecossistemas aquáticos (VON SPERLING, 2005). Outra consequência do tratamento ineficiente do efluente é a eutrofização do corpo receptor, causada pelo excesso de nutrientes presentes na água, principalmente o nitrogênio (MACEDO, 2010; TEIXEIRA, 2006).
3.3 PRINCIPAIS SISTEMAS APLICÁVEIS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES DE ABATEDOURO E FRIGORÍFICO
A fim de minimizar os impactos ambientais dos efluentes líquidos gerados e atender às legislações ambientais vigentes, federais e estaduais, os frigoríficos devem empregar um tratamento satisfatório (SCARASSATI et al., 2003 apud GOMES, 2010). Para isso, algumas operações unitárias são empregadas no tratamento de efluentes de acordo com Metcalf & Eddy (2016) após fazer a caracterização do mesmo.
Portanto, o sistema de tratamento de efluentes é determinado de acordo com a caracterização do efluente e o tipo de indústria, além de outros fatores,
12 como “disponibilidade de área, custo de implantação, vazão de efluentes gerados, porte da indústria” (GIORDANO, 1999; VON SPERLING, 2006). Com isso, os principais processos empregados no tratamento de efluentes de acordo com Metcalf ; Eddy (2016) são:
I) Físicos: o tratamento dos efluentes ocorre por forças físicas para remoção de contaminantes, como gradeamento, filtração, desarenação, flotação, entre outros.
II) Químicos: técnicas de tratamento que utilizam adição de produtos químicos e/ou de reações químicas, ocorrendo assim a remoção ou conversão parcial de alguns contaminantes presentes no efluente. Esses processos podem ser a coagulação e floculação bem como a adsorção, precipitação química, entre outros.
III) Biológicos: envolvem atividades biológicas para a remoção e/ou conversão de contaminantes. Essa etapa é adicionada normalmente quando há elevada carga orgânica no efluente e visa a remoção de compostos nitrogenados devido as etapas de nitrificação e desnitrificação presentes nesse tipo de tratamento.
Von Sperling (2006) sugere tratamentos dos efluentes em quatro níveis, juntamente com os processos físico-químicos e biológicos abordados por Metcalf & Eddy (2016). Assim, há inserção de outro tratamento como o terciário, podendo classificar a configuração do sistema de tratamento de efluentes nos seguintes níveis (VON SPERLING, 2006):
I) Tratamento preliminar: visa remover sólidos grosseiros (materiais de maiores dimensões e areia);
II) Tratamento primário: visa remover sólidos sedimentáveis e parte da matéria orgânica;
III) Tratamento secundário: atividade biológica para a remoção da matéria orgânica dissolvida e em suspensão, além de nutrientes, como fósforo e nitrogênio por meio da transformação desta em sólidos sedimentáveis ou gases.
13 (usualmente compostos não biodegradáveis ou tóxicos), ou a remoção complementar de poluentes que não foram removidos nos tratamentos posteriores.
3.3.1 Remoção de matéria sólida
Devido a grande quantidade de materiais sólidos presentes nos efluentes oriundos de abatedouros e frigoríficos e com diferentes granulometrias, diversos processos físico-químicos podem ser empregados. Esses processos são característicos dos níveis preliminares e primários, sendo compostos por gradeamento, peneiramento, decantação primária e processos de coagulação/floculação.
As peneiras são utilizadas para a remoção dos sólidos grosseiros com granulometria acima de 0,25 mm, que são caracterizados por sólidos totais, granulometria usual de frigoríficos está entre 0,5 e 1 mm (NUNES, 2001). Para a remoção dos sólidos sedimentáveis, são empregados decantadores primários com taxa de escoamento entre 16 e 24 m3.m2d-1, quando a taxa de
escoamento superficial é maior ocorre arraste de sólidos para o tratamento seguinte (JORDÃO & PÊSSOA, 1995). Os parâmetros de projetos para decantadores primários destinados para tratamento de efluentes industriais podem ser observados na Tabela 3.
Tabela 3 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Decantadores
Parâmetro do Projeto Decantador
Tempo de Detenção 2 a 4 horas 2 1,5 a 2,5 horas 4 Taxa de Aplicação 16 a 24 m3/m2d 2 12 a 48 m3/m2.d 3 30 a 50 m3/m2d 4 Profundidade 3 a 5 metros 4
14 Tabela 3: Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Decantadores
Conclusão.
Parâmetro do Projeto Decantador
Eficiência Estimada para remoção de DBO
(%) 20 a 40 1,2
Fonte: Von Sperling (1996)1; Jordão & Pessôa (1995)2; Cavalcanti (2012)3; (Metcalf & Eddy (2016)4.
Quando há a presença de sólidos em suspensão ou dissolvidos, processos físico-químicos são utilizados para a remoção dos mesmos, a fim de aumentar a eficiência do tratamento. Esses sólidos quando presentes no efluente podem causar odor, cor e turbidez, e o processo de coagulação e floculação podem removê-los, bem como metais pesados, óleos emulsionados, ácidos, álcalis (SANTOS, 2006; PHILIPPI et al., 2007). Assim, as finalidades da decantação primária são:
Figura 2 - Finalidades da Decantação Primária
Fonte: Eckenfelder (2000), Jordão & Pêssoa (1995), Metcalf & Eddy (2003).
3.3.2 Remoção de matéria orgânica
A matéria orgânica proveniente dos efluentes agroindustriais normalmente é de alta biodegradabilidade. Assim, processos de tratamento biológico são inseridos para remoção e tratamento da mesma, pois reproduzem, de certa maneira, os mecanismos naturais que ocorrem em um corpo d`água após o lançamento de despejos (VON SPERLING, 1996). Nesses processos biológicos ocorre a degradação do substrato por meio da ação de
50 a 70% de Sólidos Suspensos (METCALF & EDDY, 2003)
• Remover de: 40 a 60% de Sólidos Suspensos (JORDÃO & PESSÔA, 1995)
59 a 90% de Sólidos Suspensos (ECKENFELDER, 2000)
25 a 40% de DBO5(METCALF & EDDY, 2003)
• Remover de: 25 a 35% de DBO5(JORDÃO & PESSÔA, 1995)
10 a 30% de DBO5 (ECKENFELDER, 2000)
15 microrganismos aeróbios ou anaeróbios buscando máxima eficiência em relação ao tempo, custo e área para o tratamento do efluente (UTSUMI & FIGUEIRA, 2008). Usualmente, lagoas de estabilização e lodos ativados são amplamente utilizados para a remoção da matéria orgânica dos efluentes industriais de abatedouros e frigoríficos.
3.3.2.1 Lagoas de Estabilização
As lagoas de estabilização consistem na forma mais simples para o tratamento da matéria orgânica presente em efluentes industriais, sendo até hoje o processo mais utilizado no Brasil, devido à disponibilidade de área e as condições climáticas favoráveis (TEIXEIRA, 2006). As lagoas de estabilização são classificadas de acordo com a atividade metabólica predominante na degradação da matéria orgânica, podendo ser pelas vias anaeróbio ou aeróbio. Normalmente, lagoas anaeróbias, aeradas facultativas, de decantação e maturação são as mais utilizadas. No entanto, existem outras lagoas de estabilização e que podem ser configuradas de diferentes maneiras dependendo da caracterização do efluente e da região de instalação.
Segundo Von Sperling (1996), as lagoas de estabilização podem ser descritas como:
I) Lagoas anaeróbias: lagoas com alta profundidade e menor volume, com remoção da matéria orgânica por microorganismos anaeróbios. Apresenta uma camada de até 10 cm de escuma, o que protege os microrganismos anaeróbios da incidência solar. Esse processo remove em torno de 50 a 60%, podendo atingir até 80% quando bem operada.
II) Lagoas aeradas de mistura completa: processo predominantemente aeróbio, onde há a inserção de oxigênio dissolvido para que os microrganismos degradarem a matéria orgânica, obtendo maior eficiência. Os sólidos em suspensão presentes nessas lagoas serão
16 removidos posteriormente em uma lagoa de decantação.
III) Lagoas de decantação: são lagoas utilizadas para a deposição dos sólidos provenientes da lagoa aerada de mistura completa, apresentando assim, alta taxa de geração de lodo.
Tabela 4 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Lagoas de Estabilização Parâmetro do Projeto Lagoa Anaeróbia Lagoa Aerada de
Mistura Completa Lagoa de Decantação Tempo de Detenção 3 a 6 dias 1,5 2 a 4 dias1 2 dias 1,5 2 a 5 dias 2 2 a 10 dias 2,6 20 a 50 dias 3
Taxa de Aplicação 0,1 a 0,3 KgDBO5/m3d 15 -
Profundidade 4 a 5 metros 1 2,5 a 4,5 metros1 3 a 4 metros 1,5 3 a 4,5 metros 2 3 a 4 metros2 3 a 5 metros 3,5 2,4 a 4,9 metros6 2,4 a 5,2 metros 6
Remoção de Lodo 10 anos 1,5 2 a 5 anos 1
Eficiência Estimada para remoção de
DBO (%)
50 a 60 1 (pode-se atingir
até 80) 90 a 95 2
Não remove DBO 50 2
80 6 59 6
Fonte: Von Sperling (1996)1; Jordão & Pessôa (1995)2; Cavalcanti (2012)3; Metcalf & Eddy (2016)4; Nunes (2012)5; Eckenfelder (2000)6.
3.3.2.2 Lodos Ativados
Os lodos ativados são empregados em efluentes industriais quando há a necessidade de se obter uma elevada qualidade do mesmo para o despejo no corpo receptor. A estrutura desse processo é constituída por tanques de aeração, onde ocorrem reações bioquímicas para estabilização da matéria orgânica, decantação do lodo excedente e recirculação do lodo (Figura 3).
17 Existem diversas variantes do processo de lodo ativado, como sistema convencional e de aeração prolongada. Para avaliar qual melhor processo ser instalado, deve-se levar em consideração a qualidade final desejada do efluente, a idade do lodo, tipo de aeração e condições climáticas da região (VON SPERLING, 1997).
Figura 3 - Sistema de Lodo Ativado Convencional Fonte: Google imagens.
Assim, diversos autores expõem diferentes parâmetros de projetos que podem ser definidos para o dimensionamento de um sistema de lodo ativado convencional conforme a qualidade final do efluente desejada (Tabela 5).
Tabela 5 - Parâmetros de Projetos para o Dimensionamento de um Sistema de Lodo Ativado Convencional Parâmetro do Projeto Tempo de Detenção (horas) Idade do Lodo (dias) Coeficiente de Produção Celular (Y) - SSV.gDOB5-1 Concentração de Sólidos em Suspensão (Xv) - mgSSV.L-1 Fator de Carga (U) Eficiência Estimada para remoção de DBO (%) Lodo Ativado Convencional 6 a 8 1 4 a 10 1 0,4 a 0,8 1 1.500 a 3.500 1 0,3 a 0,8 1 85 - 931 2 a 6 2 4 a 15 2 0,3 a 0,7 2 1.000 a 2.000 2 0,06 a 1,10 2 - 4 a 8 3 5 a 15 3 0,1 a 0,3 3 1.200 a 3.000 3 0,2 a 0,4 3 > 90 3 7 a 8 4 5 a 15 4 0,15 a 0,45 4 1.500 a 3.000 4 0,2 a 0,4 4 85 4 Fonte: Von Sperling (2000)1; Jordão & Pessôa (1995)2; Cavalcanti (2012)3; Metcalf & Eddy (2016)4.
18 O nitrogênio é um elemento essencial para o crescimento de vegetais e organismos em geral, pois é utilizado para síntese de aminoácidos; além de fazer parte dos ciclos biogeoquímicos da atmosfera (TEIXEIRA, 2006). No entanto, em elevadas concentrações em ambientes aquáticos, os compostos nitrogenados induzem ao crescimento exagerado de alguns organismos, como algas, caracterizando o processo de eutrofização (VON SPERLING, 2005).
Efluentes de abatedouros e frigoríficos podem conter compostos nitrogenados devido à presença de sangue e fezes provenientes do processamento de carnes. Assim, pode ser encontrado desde nitrogênio orgânico dissolvido e em suspensão, nitrogênio amoniacal a nitrito (NO2-) e
nitrato (NO3-), dependendo dos tipos de produtos gerados nas instalações.
Com tudo, a principal forma deste componente antes do tratamento é nitrogênio orgânico com algum nitrogênio amoniacal (NH3 e NH4 +) (TEIXEIRA,
2006).
O nitrogênio amoniacal está presente em duas formas dissolvidas: o amoníaco ou amônia não ionizada (NH3) e o íon amônio (NH4+), cujas
proporções relativas dependem do pH, da temperatura e da salinidade do ambiente. Com o aumento da temperatura e diminuição do pH, as concentrações do íon amônio aumentam consideravelmente (Koren et al, 2000).
Os processos utilizados para remoção de nitrogênio em efluentes industriais podem ser físico-químicos ou biológicos. Lagoas de estabilização, bem como lodos ativados são processos biológicos utilizados para remoção de nitrogênio, quando possibilitam a nitrificação seguida de desnitrificação.
Segundo Metcalf e Eddy (2014), os processos de remoção físico-químicos de nitrogênio mais utilizados são a cloração dos efluentes, a troca iônica com resina específica para os íons amônio e nitrato, o stripping da amônia.
Além desses, existem outros tratamentos como apresentados na Tabela 6, visando a remoção de nitrogênio orgânico, amoniacal (NH3 e NH4 +) e nitrato
19 Tabela 6 - Diversos tipos de tratamento para remoção de compostos de nitrogênio em
efluentes industriais
Tipo de tratamento ou processo
Espécie de Nitrogênio
E (%)
N-Orgânico N-Amoniacal Nitrato
Tratamento convencional 1. Primário
10 - 20% remoção Sem efeito Sem efeito 5 - 10% 2. Secundário 15 - 50% remoção < 10% remoção Desconsiderável 10 - 30%
Processos biológicos 1. Assimilação por
bactérias Sem efeito 40 - 70% remoção Desconsiderável 30 - 70% 2. Desnitrificação Sem efeito Sem efeito 80 - 90 % remoção 70 - 95% 3. Remoção de algas Transformação parcial em N-amoniacal Assimilação pelas algas Assimilação pelas algas 50 - 80% 4. Nitrificação 40 - 50% Transformação em
nitrato Sem efeito 5 - 20% 5. Lagoas de oxidação Transformação parcial em N-amoniacal Remoção parcial por volatilização Remoção parcial via nitrificação/desnitrif icação 20 - 90% Processos químicos
1. Cloração Breakpoint Desconhecido 90 - 100%
remoção Sem efeito 80 - 95%
2. Coagulação química 50 - 90% remoção Desconsiderável Desconsiderável 20 - 30% 3. Adsorção do carbono 30 - 50% remoção Desconsiderável Desconsiderável
4. Resina de troca iônica - específica para NH4+
Desconsiderável/
desconhecido 80 - 97% remoção Sem efeito 70 - 95% 5. Resina de troca iônica -
específica para NO3- Desconsiderável Desconsiderável 75 - 90% remoção 70 - 90% Operações físicas
1. Stripping de amônia Sem efeito 60 - 95% remoção Sem efeito 50 - 90%
2. Eletrodiálise 100% do nitrogênio orgânico suspenso 30 - 50% remoção 30 - 50% remoção 80 - 90% 3. Filtração 30- 100% do nitrogênio orgânico suspenso Desconsiderável Desconsiderável 20 - 40% 4. Osmose inversa 100% do nitrogênio orgânico suspenso 60 - 90% remoção 60 -90% remoção 80 - 90%
20 Tabela 6 - Diversos tipos de tratamento para remoção de compostos de nitrogênio em
efluentes industriais Conclusão. Tipo de tratamento ou processo Espécie de Nitrogênio Eficiência N-Orgânico N-Amoniacal Nitrato
1. Irrigação Transformação em N-amoniacal Transformação em nitrato, assimilação pela planta Transformação em N2, assimilação pela planta 60 - 90% 2. Infiltração rápida Transformação em N-amoniacal Transformação em nitrato Transformação em N2 30 - 80% 3. Escoamento superficial Transformação em N-amoniacal Transformação em nitrato, assimilação pela planta Transformação em N2, assimilação pela planta 70 - 90%
Fonte: Adaptado Metcalf & Eddy (2003) apud Assunção 2009.
3.3.4.1 Processo biológico convencional de remoção de nitrogênio – (Nitrificação e Desnitrificação)
A remoção biológica de nutrientes ocorre basicamente envolvendo três mecanismos: amonificação, nitrificação e desnitrificação. A amonificação é a conversão do nitrogênio orgânico solúvel em amoniacal (GRADY et al., 1999). A nitrificação é a oxidação da amônia (NH4+) em nitrato (NO3-) com formação
de nitrito como intermediário (NO2-) por meio de bactérias aeróbias específicas,
gram negativas litoautotróficas. Portanto, para ocorrer esse processo de remoção de nitrogênio, há a necessidade de oxigênio dissolvido no efluente entre 2,0 mg.L-1 e 3,0 mg.L-1 (MEDEIROS, 2005). METCALF & EDDY (2003)
apresentam as equações das reações de transformação da amônia em nitrito e nitrato, e os gêneros das bactérias responsáveis por esses processos respectivamente.
2NH4+ + 3O2 → 2NO2 - + 4H+ +2H2O (Nitrossomas)
2NO2 - + O2 → 2NO3 - (Nitrobacter)
21 Além da presença de oxigênio dissolvido (O2)2 para ocorrer a
nitrificação, a temperatura, pH, alcalinidade, relação carbono:nitrogênio e presença de compostos inibidores são fatores importantes para que ocorra o tratamento de maneira eficiente. Além disso, a temperatura deve ser entre 20 e 25 ºC, e a faixa de pH ótimo entre 7,0 e 8,5 (FONTENOT et al., 2007).
A desnitrificação é o processo de conversão do nitrito e nitrato em nitrogênio gasoso (Equação 1) por bactérias facultativas heterotróficas, que atuam em condições anóxicas (METCALF & EDDY, 2013).
NO3 - → NO2 - → NO → N2O → N2 Equação 1
Como no processo de nitrificação, para ocorrer a desnitrificação é necessário que algumas condições ambientais físicas e químicas do efluente estejam presentes. Além da presença da das bactérias e a ausência do oxigênio dissolvido, a temperatura do efluente deve ser em torno de 25 e 35 ºC, com uma faixa adequada de pH entre 6,5 e 8,5 (GERARDI, 2002) e relação carbono:nitrogênio 11,1 (CHIU et al., 2007).
3.3.4.3 Stripping de amônia (arraste da amônia com utilização de ar)
A remoção de nitrogênio amoniacal pela dessorção do gás amônia para a atmosfera é um dos principais mecanismos de remoção de nitrogênio empregado em processos de tratamento de águas efluentes industriais. A função do processo de ar stripping da amônia é a volatilização de amônia (dessorção para a atmosfera), sendo um processo físico de desprendimento de gás amônia (NH3) a partir da dissociação do íon NH4+ em ambientes aquáticos
com valores elevados de pH. Para ocorrer a dessorção da amônia, eleva-se o pH, fazendo com que equilíbrio entre o íon amônio e amônia livre se desloque em direção à formação de NH3. A dissociação em meio líquido do N-NH3 pode
22
NH4+ ↔ NH3 + H+ Equação 2
NH3 + H2O ↔ NH4+ +OH- Equação 3
Neste processo, a remoção do nitrogênio amoniacal ocorre por meio de agitação e introdução de ar atmosférico, proporcionando maior superfície de contato do líquido (ECKENFELDER, 2000). Assim, o mecanismo de remoção ar stripping de amônia ocorre por meio da passagem do líquido por torres que contêm sopradores de ar, proporcionando maiores taxas de difusão do gás dissolvido no líquido para atmosfera, como pode ser vista na Figura 4 (ASSUNÇÃO, 2009).
O stripping de amônia pode ter diferentes configurações, dependo do seu formato, em relação à direção e ao sentido dos escoamentos de ar e de líquido. Os sistemas de arraste com ar podem ser divididos em dois grandes grupos devido ao formato, sendo tanques de ar stripping, em que a fase líquida é contínua, havendo dispersão da fase gasosa, e as torres de ar stripping. As torres são comumente usadas devido à disponibilidade de área, e podem apresentar três diferentes configurações para absorção da amônia, sendo torres de recheio, de pratos e de nebulização. Contudo, as torres de recheio são as mais usadas na engenharia sanitária e ambiental, principalmente para remoção de NH3, CO2, H2S e VOCs. (LaGrega et al, 2001).
Além disso, os sistemas de arraste podem ser divididos por diferentes tipos de escoamento, sendo eles (METCALF & EDDY, 2014):
escoamento em contracorrente (countercurrent flow): ar e líquido em sentidos opostos;
escoamento co-corrente (cocurrent flow): ar e líquidos no mesmo sentido;
23 Figura 4 - Configuração de um ar Stripping de amônia
Fonte: Adaptado EPA (2016).
A quantidade de ar requerida para remoção de amônia do líquido em torres de stripping é influenciada principalmente pela temperatura do líquido e requer elevadas taxas de renovação de ar durante os meses frios para que a eficiência de remoção de amônia se processe adequadamente, além de elevado pH (METCALF & EDDY, 2014), pois estão diretamente relacionados ao equilíbrio entre essas formas de N-amoniacal (Equação 4).
Equação 4
Essa relação ocorre devido à elevação do pH e da temperatura deslocando o equilíbrio entre as formas de N-amoniacal, prevalecendo a amônia livre, ou seja, quanto maior o pH, maior será o percentual de amônia livre, como observado na Figura 5.
24 Figura 5 - Porcentagem de amônia livre em função do pH para diferentes temperaturas Fonte: HOSSAKA (2008).
O pH ideal para que se tenha a eficiência esperada do processo de remoção de amônia por arraste de ar, sendo entre 60 e 95%, é em torno de 10,5 a 11,5. Para se obter esse elevado pH, a alcalinização do meio é feita antes do stripping, pela adição de hidróxido de cálcio ou sódio (NaOH), entre outros. O Ca(OH)2 é comumente usado para o ajuste de pH devido seu baixo custo. Isso
é necessário para que atinja uma alta eficiência de remoção de amônia do efluente (METCALF & EDDY, 2014).
Para o dimensionamento das torres de ar stripping, o principal fator a ser definido é o diâmetro, pois esse depende diretamente da vazão de ar a ser utilizada para obter a eficiência desejada. Usualmente, o diâmetro é entre 0,5 e 3m. Outra relação importante durante o dimensionamento, é o diâmetro:altura que deve ser menor ou igual a 1/10 da altura da torre (Tabela 7). Normalmente, a altura da torre deve ser de 1 e 15 metros (METCALF & EDDY, 2014).
Tabela 7 - Parâmetros para o Projeto de um Ar Stripping Características de
Dimensionamento Símbolo Unidade
Remoção de COV
Remoção de Amônia Taxa de aplicação do líquido L.m2min-1 600 - 1.800 40 - 80
25 Tabela 7- Parâmetros para o Projeto de um Ar Stripping
Conclusão. Características de
Dimensionamento Símbolo Unidade
Remoção de COV Remoção de Amônia Relação ar/líquido G/L m3.m3 -1 20 - 60:1 2.000 - 6.000:1 Fator de extração S 1,5 - 5,0 1,5 - 5,0 Perda de carga de ar ΔP (N/m2)/m-1 100 - 400 100 - 400 Relação altura/diâmetro H/D m.m-1 ≤ 10:1 ≤ 10:1 Profundidade do enchimento D m 1 - 6 2 - 6 Fator de segurança FS %D, %H 20 - 50 20 - 50 pH do efluente pH 5,5 - 8,5 10,8 - 11,5 Fatores de enchimento aproximados Anéis Pall, selas Intalox
50 mm Cf 1.m-1 20 - 25 20 - 25
Fonte: Metcalf & Eddy (2014).
3.4 LEGISLAÇÃO
No Brasil, a legislação ambiental é determinada pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), e cada Estado possui sua própria legislação estadual, sendo que esta deve cumprir os requisitos das leis federais em sua totalidade, podendo ou não ser mais restritivas. Assim, para despejos de efluentes nos corpos receptores nacionais e estaduais, as Resoluções adotadas são Resolução CONAMA nº 430/2011 e Resolução CEMA nº 070/2009, respectivamente, além da Portaria do IAP nº 256/2013 que estabelece os critérios e exigências para a apresentação da declaração de carga poluidora, através do sistema de automonitoramento de atividades poluidoras no Paraná e determina seu cumprimento.
A Resolução CONAMA nº 430/2011 dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução nº 357/2005, estabelecendo características gerais para o lançamento de efluentes industriais em corpos hídricos. Em relação à Resolução CEMA nº 070/2009 vigente no Estado do Paraná, dispões sobre os limites que cada composto em efluentes de diferentes industriais deve obedecer para que haja sua disposição final em um corpo receptor, que pode ser observado na Tabela 8.
26 Tabela 8 - Parâmetros e concentrações estabelecidos pela Resoluções CONAMA nº
430/11 e CEMA nº 070/09
Parâmetros Resolução nº 430/2011 Resolução CEMA nº 070/2009
DBO Redução mínima de 60% 60 mg.L-1
Material sedimentável até 1 mL.L-1.h-1 até 1 mL.L-1.h-1 Potencial hidrogeniônico pH entre 5 e 9 pH entre 5 e 9
Nitrogênio Amoniacal 20,0 mg.L-1 20,0 mg.L-1
Óleos e Graxas até 50 mg.L-1 até 50 mg.L-1
Temperatura temperatura inferior a 40°C* temperatura inferior a 40°C* * Temperatura inferior a 40°C com variação < 3°C em relação à temperatura do corpo receptor.
Portanto, para o lançamento de efluentes em corpos receptores, o limite máximo estabelecido para matéria orgânica, sólidos sedimentáveis e nitrogênio pela Resolução CONAMA nº 430/11 para despejo de efluentes em corpos receptores é de redução de no mínimo 60% da DBO, máximo de 1 mL.L.h-1 e
concentração máxima de 20 mg.L-1, respectivamente. Em adição, órgãos
ambientais estaduais como a IAP – PR, adota esse mesmo valor para os lançamentos de efluentes no Estado, como exposto na Tabela 8, ressaltando que a DBO para efluentes oriundos de frigoríficos deve ter no máximo concentração de 60 mg.L-1.
27
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 LOCAL DO ESTUDO
O frigorífico está localizado na região oeste do Paraná, à latitude sul 25º17’40” e longitude oeste 54º05’30” recebe diariamente, aproximadamente 6.450 suínos, que são encaminhados para abate, processamento e industrialização da carne. Os principais produtos gerados são linguiças, salsichas, salames, presunto, e produtos in natura como pernil e lombo.
Figura 6 - Vista superior do tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico Notas:
A - peneiras estáticas e decantadores B - lagoa anaeróbia I
C - lagoa anaeróbia II D - lagoa aerada
E - lagoa de decantação
F - lagoa facultativa (em processo de desativação).
Em média, 927 litros de água são utilizados por suíno abatido e industrializado, totalizando em média 5.979 m3 d-1. O corpo receptor deste
28 Bacia Hidrográfica do Paraná III, sendo afluente de um dos principais afluentes da bacia, o Rio Ocoí (Figura 8). No entanto, o mesmo não possui alta vazão, assim, a empresa possui outorga para lançar 200 m3.h-1 efluentes, mas
atualmente despeja 140 m3.h-1.
Figura 7 - Bacia do Paraná III e seus afluentes Fonte: Programa Cultivando Água Boa (2016).
O efluente líquido gerado é segregado em 2 linhas de tratamento: verde e vermelha. A linha verde é composta basicamente por esterco suíno (pocilgas e higienização de caminhões), correspondendo a 35% da vazão total de efluentes gerado e, a linha vermelha recebe o efluente do processo industrial, cerca de 65% da vazão total do efluente.
Ambas as linhas são encaminhadas para o tratamento preliminar e primário, composto por peneiras estáticas e decantadores. Na sequência as linhas se unem seguindo para o tratamento secundário composto por lagoas de estabilização em série, sendo duas lagoas anaeróbias, uma lagoa aerada de
29 mistura completa e uma lagoa de decantação. Há ainda uma etapa de pós-tratamento físico-químico (flotação/coagulação/floculação). Na entrada do tratamento secundário há introdução de biofertilizante proveniente do sistema de biogestor instalado na indústria, sendo esse de sistema contínuo de biomassa em suspensão híbrido dos modelos chinês e indiano, onde o volume de resíduos em suspensão no interior do biodigestor permanece constante ao longo do tempo (CALDEREIRO, 2015), com a finalidade de geração de biogás para ser utilizado no chamuscador do processo industrial dos suínos. Além disso, há a inserção de esgoto doméstico gerado na indústria.
O fluxograma do sistema de tratamento de efluentes pode ser observado na Figura 9.
Figura 8 - Sistema Geral de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos
65% da vazão 35% da vazão
Biofertilizante Esgoto doméstico
Linha vermelha Linha verde
EFLUENTE BRUTO TRATAMENTO PRELIMINAR E PRIMÁRIO TRATAMENTO PRELIMINAR E PRIMÁRIO MEDIDOR DE VAZÃO CALHA PARSHALL TRATAMENTO SECUNDÁRIO (Lagoas de Estabilização) PÓS-TRATAMENTO (Flotação/Coagulação/Floculação) CORPO RECEPTOR LAGOA BIOFERTILIZANTE BIODIGESTOR TANQUE SÉPTICO
30 4.2 METODOLOGIA PARA CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DO ATUAL
SISTEMA DE TRATAMENTO
A metodologia de análise adotada para o sistema de tratamento atual foi a caracterização da planta e do sistema de tratamento de efluente gerado pelo frigorífico. A partir das informações coletadas “in loco” e através de informações fornecidas pela empresa, de dados do projeto executado, permite o diagnóstico dos possíveis problemas operacionais e o dimensionamento do tratamento. Assim, com base nos dados fornecidos e critérios estipulados pela literatura específica foi feito o diagnóstico da planta de tratamento. Por meio de análises físico-químicas de pH, DQO, DBO e sólidos sedimentáveis, efetuou-se a avaliação das eficiências de cada tratamento pelo período de um ano.
As amostras dos efluentes e do biofertilizante foram coletadas e preservadas de acordo com a NBR 9898/87, que determina técnicas adequadas de planejamento e amostragem para efluentes líquidos e corpos receptores. As coletas foram reavaliadas por um técnico responsável da indústria, e as análises foram feitas no laboratório da própria indústria.
Na Tabela 9 e 10, apresentam-se os parâmetros analisados em cada etapa do tratamento, sua periodicidade de análise, bem como suas respectivas metodologias e pontos de amostragem.
Tabela 9 - Parâmetros Físico-Químicos Analisados E Suas Respectivas Metodologias Parâmetro Unidade Periodicidade Método (APHA et al.,
2012) DBO mg.L-1 Mensal 5210 B (DBO5 dias) DQO mg.L-1 Mensal 5220 D (Colorimétrico) Sólidos Suspensos Totais mg.L-1 Bimestral 2540 B (Gravimétrico) Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Bimestral 4500 NH3 – F (Método do
Fenato) pH Unidade de pH Mensal 4500 - H+ B
(Potenciométrico) Óleos e Graxas mg.L-1 Bimestral 5520 D (Extração Soxhlet) Sólidos Sedimentáveis mL.L-1.h-1 Mensal 2540 F (Volumétrico) Fonte: Standard methods for the examination of water and wastewater. 22 ed., Washington, DC: APHA, 2012.
31 Tabela 10 - Pontos de Amostragem e Análises realizada em cada local
Análises Pontos de
Amostragem Descrição do Ponto Parâmetros Unidades
P1 Efluente bruto (análise composta) DQO mg.L-1 Óleos e Graxas mg.L-1 Material sedimentável mL.L-1.h-1 Temperatura oC Potencial hidrogeniônico - P2 - Linha Vermelha Decantador Linha Vermelha Material sedimentável mL.L-1.h-1 Óleos e Graxas mg.L-1 Sólidos Suspensos mg.L-1
P2- Linha Verde Decantador Linha Verde Material sedimentável mL.L-1.h-1 Óleos e Graxas mg.L-1 Sólidos Suspensos mg.L-1 P3 Decantador 3 Material sedimentável mL.L-1.h-1 Óleos e Graxas mg.L-1 Sólidos Suspensos mg.L-1 P4 Efluente - Calha Parshall (início do tratamento secundário) DQO mg.L-1 Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Temperatura oC Potencial hidrogeniônico - P5 Efluente da Lagoa Anaeróbia 1 DQO mg.L-1 Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Potencial hidrogeniônico - P6 Efluente da Lagoa Anaeróbia 2 DQO mg.L-1 Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 P7 Efluente da Lagoa Aerada de Mistura Completa DQO mg.L-1 Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Sólidos sedimentáveis mL.L-1.h-1 Temperatura oC Potencial hidrogeniônico - P8 Efluente da Lagoa de Decantação DQO mg.L-1 Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Material sedimentável mL.L-1.h-1 Temperatura oC Potencial hidrogeniônico -
32 Tabela 10 - Pontos de amostragem e análises realizada em cada local
Conclusão. Análises
Pontos de
Amostragem Descrição do Ponto Parâmetros Unidades
P9
Efluente do Tratamento Terciário (Flotador
físico-químico) DBO mg.L-1 DQO mg.L-1 Material sedimentável mL.L-1.h-1 Potencial hidrogeniônico - Fósforo total mg.L-1 Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Óleos e Graxas mg.L-1 Temperatura oC Sólidos suspensos totais mg.L-1
P10 Biofertilizante
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Sólidos totais mg.L-1 Sólidos totais fixos mg.L-1 Sólidos totais voláteis mg.L-1 Acidez volátil mg.L-1
P11 Esgoto Doméstico (Metcalf & Eddy, 2014) 806 mg.L-1 195 mg.L-1 12 mg.L-1 200 mg.L-1 508 mg.L-1 20 mg.L-1 5,6 mg.L-1 76 mg.L-1 107 - 109 mg.L-1 104 - 106 mg.L-1
Com os dados, realizou-se uma análise minuciosa de cada etapa do tratamento. Assim, propostas de melhorias foram realizadas, com foco na substituição ou novas implantações no sistema de tratamento para adequá-lo aos padrões das leis ambientais vigentes para esse tipo de efluente em relação à nitrogênio amoniacal.
33
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 DIAGNÓSTICO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS
5.1.1 Descrição das operações e processos que compõem o sistema de tratamento
Ao analisar o sistema de tratamento de uma maneira detalhada, foi possível identificar que o mesmo recebe diariamente de efluente industrial, esgoto doméstico e biofertilizante. Assim, a Figura 9, Tabela 11 e 12, demonstram as etapas de tratamento dos efluentes industriais, bem como a geração dos resíduos do processo e as características físicas de cada etapa do processo identificadas ao longo das análises.
Tabela 11 - Geração de efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos em estudo Sistema de Tratamento de Efluentes
Geração de efluentes Vazão (m3.h-1) Abate e processamento de carne 140
Esgoto doméstico 13,11
Biofertilizante 6
A vazão do esgoto doméstico foi baseada no número de funcionários (4.498) da indústria, e foi adotado o consumo médio diário de água per capita de 70 L.s-1, conforme proposto por Creder (2006). Esse esgoto doméstico produzido
pelos funcionários é proveniente de sanitários e do setor de higienização pessoal, sendo encaminhado para um tanque séptico – sendo esse dimensionado de acordo com a NBR 7.229.
34 Figura 9 - Etapas do Sistema de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico em estudo 65% 35% Resíduo Sólido Resíduo Sólido Efluente Líquido Efluente Líquido Efluente Líquido Esgoto Doméstico Resíduo Sólido PENEIRA ESTÁTICA LINHA VERMELHA PENEIRA ESTÁTICA LINHA VERDE DECANTADOR LINHA VERMELHA DECANTADOR LINHA VERDE DECANTADOR 3 MEDIDOR DE VAZÃO CALHA PARSCHALL LAGOA AERADA DE MISTURA LAGOA ANAERÓBIA 2 LAGOA ANAERÓBIA 1 LAGOA DE DECANTAÇÃO FLOTADOR FÍSICO-QUÍMICO MEDIDOR DE VAZÃO CALHA PARSHALL CORPO EFLUENTE SANGUE DE GRAXARIA EFLUENTE DO SANGUE RAMPA DE LAVAGEM DOS TANQUE DE HOMOGENEIZAÇÃO LAGOA BIOFERTILIZANTE COMPRESSORES BIODIGESTOR CHAMUSCADOR ABATE ZONA SUJA
PROCESSO DE PURIFICAÇÃO
DISPOSIÇÃO EM SOLO AGRÍCOLA
