TRATAMENTO DA VINHAÇA: EFEITOS NA 1
REDUÇÃO DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS 2
3
Vitor Amigo Vive1, Maria Cristina Rizk2 4
5 1
Graduando em Engenharia Ambiental pela Universidade Estadual Paulista “Júlio de 6
Mesquita Filho” – Faculdade de Ciências e Tecnologia, campus de Presidente Prudente. 7
Departamento de Planejamento, Urbanismo e Ambiente. Bolsista FAPESP. Endereço: 8
Rua Roberto Simonsen, n. 305, Presidente Prudente-SP. CEP: 19060-900. Contato: 9
vitorvive@hotmail.com. 10
2
Professor Assistente Doutor da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita 11
Filho” – Faculdade de Ciências e Tecnologia, campus de Presidente Prudente. 12
Departamento de Planejamento, Urbanismo e Ambiente. Endereço: Rua Roberto 13
Simonsen, n. 305, Presidente Prudente-SP. CEP: 19060-900. Contato: 14 crisrizk@fct.unesp.br. 15 16 Resumo 17
Um dos motivos de aumento das preocupações com o meio ambiente é devido ao 18
crescimento do setor sucroalcooleiro, que ocorre de forma significativa no Brasil. A 19
produção de álcool acarreta em grandes volumes de resíduos, principalmente a vinhaça, 20
sendo que são produzidos aproximadamente 13 litros de efluente por litro de álcool 21
destilado. Este resíduo apresenta elevadas concentrações de nitrato, potássio e matéria 22
orgânica, de modo que, se disposto de forma inadequada, pode prejudicar as 23
propriedades físicas e químicas do solo e contaminar os recursos hídricos superficiais e 24
subterrâneos. Assim, este trabalho estudou o tratamento da vinhaça antes do seu 25
descarte no meio ambiente por meio do processo oxidativo avançado H2O2/UV, onde os 26
principais resultados obtidos para remoção de DQO e cor foram de 24 e 39%, 27
respectivamente, em pH 3,0 e na concentração de 5,51 g.L-1 de H2O2, e para remoção de 28
turbidez foi de 56% em pH 7,0 e na concentração de 5,51 g.L-1 de H2O2. 29
Palavras-chave: contaminação dos recursos naturais, efluentes industriais, processos 30
oxidativos avançados. 31
INTRODUÇÃO 33
Nos últimos tempos, as áreas de produção de cana-de-açúcar (Saccharum sp.) 34
vêm aumentando continuamente, sobretudo na região Centro-Oeste do Brasil. 35
Concomitantemente ao aumento da produção de álcool, é também acrescido à produção 36
de vinhaça, efluente denso produzido a partir de processos de destilação do álcool, de 37
cor escura, com carga orgânica elevada e pH ácido (ZAYAS et al., 2007). Geralmente, 38
o teor de matéria orgânica da vinhaça é equivalente a uma demanda biológica de 39
oxigênio (DBO5) na ordem de 25.000 a 45.000 mg.L-1 e uma demanda química de 40
oxigênio (DQO) de 70.000 a 120.000 mg.L-1 (LEAL et al., 2003). Como consequência, 41
a vinhaça tem um poder altamente poluente e, considerando-se que a produção de 1 42
tonelada de álcool anidro gera 16 m3 de vinhaça, em média, a eliminação da vinhaça 43
representa um passivo ambiental grave (VLYSSIDES et al., 1997). 44
Segundo Freire e Cortez (2000), o poder poluente da vinhaça é cerca de cem 45
vezes maior que o do esgoto doméstico justamente em decorrência da sua riqueza em 46
matéria orgânica, sólidos dissolvidos e baixo pH, onde os valores elevados destes 47
parâmetros são suficientes para considerar a vinhaça altamente nociva à fauna e à flora. 48
Devido a altas concentrações de cor associadas aos sólidos suspensos, este 49
efluente pode obstruir a penetração de luz e os processos fotossintéticos quando lançado 50
em corpos hídricos, além de contribuir para o aumento do consumo de oxigênio, 51
causando a morte de peixes e de plantas, destruindo a flora e a fauna aquática e 52
dificultando o aproveitamento dos mananciais contaminados como fonte de 53
abastecimento de água potável (FITZGIBBON et al., 1995). Além disso, a vinhaça no 54
final da produção do etanol possui temperatura entre 50 e 80ºC, onde o seu lançamento 55
em corpos d’água implica na elevação da temperatura e na diminuição de oxigênio 56
dissolvido, podendo alcançar níveis críticos para a sobrevivência da fauna aquática 57
(MANE et al., 2006). As concentrações elevadas de nutrientes como fósforo e 58
nitrogênio podem causar eutrofização nos corpos d’água (VLYSSIDES et al., 1997). 59
Diversos estudos sobre a degradação de poluentes orgânicos presentes em 60
efluentes como a vinhaça vêm ocorrendo. Segundo Muruganandham e Swaminathan 61
(2006), os processos de oxidação avançada (POA) têm atraído muita atenção para o 62
tratamento de águas residuais nos últimos anos, pois estes processos consistem em gerar 63
radicais altamente reativos (●OH) capazes de degradarem produtos químicos orgânicos 64
recalcitrantes presentes em águas residuais. Os POA têm tido preferência na degradação 65
dos compostos orgânicos presentes em resíduos líquidos, pois os processos biológicos 66
têm pouca eficiência para o tratamento de águas altamente contaminadas e tóxicas 67
(MONTASER et al., 2000). Assim, tais processos são considerados como alternativas 68
no tratamento da vinhaça. 69
Desta forma, em razão das consequências ambientais graves acometidas com o 70
descarte inadequado da vinhaça e diante da quantidade de vinhaça produzida, este 71
trabalho objetivou o estudo do processo oxidativo avançado que combina o peróxido de 72
hidrogênio com irradiação ultravioleta (H2O2/UV) no tratamento da vinhaça. 73
74
MATERIAIS E MÉTODOS 75
O efluente utilizado neste trabalho foi coletado numa usina de açúcar e álcool 76
(abril de 2012 e julho de 2012), armazenado em galões de 5 litros e conservado a 77
temperatura abaixo de 10ºC até o seu uso. 78
A vinhaça foi caracterizada em termos de cor aparente e DQO (APHA, 1998) 79
utilizando-se um espectrofotômetro HACH modelo DR3900. O pH foi determinado no 80
pHmetro HANNA modelo HI 221 e a turbidez no espectrofotômetro HANNA modelo 81
HI 88703. A série de sólidos seguiu a metodologia APHA (1998) e o nitrogênio 82
Kjeldahl a metodologia do Instituto Adolf Lutz (1985). 83
O tratamento da vinhaça consistiu na passagem do efluente em fluxo contínuo 84
com vazão de 25 mL.min-1, de modo a favorecer a exposição da amostra à radiação UV 85
e a mistura com H2O2, por um reator formado de um tubo de aço inoxidável de 63 cm 86
de diâmetro e 40 cm de comprimento com uma lâmpada germicida (11 W, λmax = 254 87
nm e 1,5 cm de diâmetro) revestida por um cilindro de quartzo (diâmetro de 2,5 cm e 30 88
cm de comprimento), o qual foi inserido concentricamente no tubo de aço inoxidável. 89
Nos ensaios foram variados a concentração de peróxido de hidrogênio e o tempo 90
de exposição à UV, de modo que foram escolhidos três faixas de pH para a aplicação do 91
tratamento: 3,0, 5,0 e 7,0. Todos os tratamentos foram avaliados em termos da 92
eficiência de remoção de DQO, cor e turbidez. O ajuste de pH foi feito com solução de 93
ácido clorídrico 25% e de solução de hidróxido de sódio 50%. 94
As concentrações de H2O2 e o tempo de exposição à luz UV estudado foram 95
baseadas nos trabalhos de Beltrán et al. (1997) e Shu et al. (2006). Os valores de pH 96
utilizados foram baseados nos trabalhos de Yonar et al. (2006) e Schrank et al. (2007). 97
Assim, as concentrações de peróxido de hidrogênio testadas foram de 2,76, 5,51 e 10,97 98
g.L-1 e os tempos de exposição à luz UV foram de 30, 60, 90, 120, 150 e 180 minutos. 99
Neste trabalho estão apresentados somente os resultados finais obtidos no tempo de 100
exposição à UV de 180 minutos. 101
Depois de obtidos os resultados de remoção de cor, DQO e turbidez, os ensaios 102
utilizando H2O2/UV foram analisados estatisticamente pelo software Statistica 10.0, 103
onde a análise de componentes principais (ACP) (GAUCH, 1994) foi aplicada com o 104
objetivo de reduzir a dimensionalidade dos dados e avaliar padrões na ordenação quanto 105
aos diferentes valores de pH e as diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio. 106
107
RESULTADOS E DISCUSSÃO 108
Os resultados da caracterização da vinhaça estão apresentados na Tabela 1. 109
110
Tabela 1 – Caracterização do efluente bruto 111
Parâmetros 1ª Coleta 2ª Coleta
Cor Aparente (mg PtCo.L-1) 23375 52000
DQO (mg O2.L-1) 23800 41427,5
pH 4,80 4,93
Turbidez (NTU) 1049 3250
Sólidos Suspensos Totais (mg.L-1) 2110 18900 Sólidos Suspensos Fixos (mg.L-1) 540 12500 Sólidos Suspensos Voláteis (mg.L-1) 1570 6400
Sólidos Dissolvidos Totais (mg.L-1) 22790 25964 Sólidos Dissolvidos Fixos (mg.L-1) 5930 1348 Sólidos Dissolvidos Voláteis (mg.L-1) 17160 24964
Sólidos Totais (mg.L-1) 24900 44864
Sólidos Totais Fixos (mg.L-1) 18730 13484 Sólidos Totais Voláteis (mg.L-1) 6470 31016 Nitrogênio Kjeldahl (g.L-1) 17,56 31,93 112
Com os dados obtidos pela análise físico-química foi possível confirmar o 113
elevado nível de DQO da vinhaça, além dos altos teores de cor e de turbidez, que estão 114
associados principalmente aos sólidos suspensos e aos compostos melanoidinas, 115
respectivamente (GONZÁLEZ et al., 2012), o que confirma o potencial poluente do 116
material. Verificou-se também que o valor encontrado de nitrogênio Kjeldahl não foi 117
elevado, onde suas características ficaram próximas dos valores encontrados na 118
literatura. 119
Dessa maneira, a caracterização de alguns parâmetros físico-químicos da 120
vinhaça permite dizer que sua descarga não controlada em corpos d’água pode 121
prejudicar a penetração de luz e, consequentemente, os processos fotossintéticos 122
essenciais à vida aquática, além de contribuir para o fenômeno da eutrofização, 123
destruindo a flora e a fauna aquática e dificultando o aproveitamento dos mananciais 124
como fonte de abastecimento de água potável. 125
A Tabela 2 apresenta a eficiência de remoção de DQO, cor e turbidez após 180 126
minutos de exposição à radiação UV no tratamento H2O2/UV. 127
128
Tabela 2 – Eficiência de remoção de DQO, cor e turbidez no processo H2O2/UV 129
Eficiência de Remoção (%)
Faixa de pH Concentração
de H2O2 (g.L-1) DQO Cor Turbidez
pH 3,0 2,76 15% 25% 21% 5,51 24% 39% 36% 10,96 10% 35% 26% pH 5,0 2,76 7% 10% -1% 5,51 18% 19% 23% 10,96 10% 18% 4% pH 7,0 2,76 4% -1% 7% 5,51 11% 38% 56% 10,96 14% 22% 42% 130
De acordo com a análise estatística realizada pelo software Statistica 10.0 pode-131
se dizer que os resultados em pH 3,0 apresentaram maiores remoções dos parâmetros 132
físico-químicos estudados em comparação aos ensaios em pH 5,0 e 7,0. Do mesmo 133
modo, a concentração de 5,51 g.L-1 de H2O2 apresentou maiores remoções dos 134
parâmetros físico-químicos em comparação com as concentrações 2,76 e 10,96 g.L-1. É 135
válido ressaltar os ensaios em pH 3,0 e 7,0 utilizaram amostras da segunda coleta de 136
vinhaça que teve em sua caracterização DQO muito superior a da primeira, em razão de 137
maiores concentrações de sólidos totais e de sólidos em suspensão. 138
Nesse sentido, o tratamento da vinhaça no pH 3,0 foi mais eficiente que o 139
tratamento em pH 5,0, mesmo com o efluente da segunda coleta tendo carga de matéria 140
orgânica superior, o que evidencia um aumento no potencial de geração de radicais 141
hidroxilas em meio ácido, melhorando o tratamento por H2O2/UV. 142
De acordo com Kang et al., 1999 a melhor faixa de atuação do peróxido 143
hidrogênio, para remoção da DQO, situa-se entre os valores de pH de 2,5 e 4,5. Acima 144
desses valores o H2O2 sofre decomposição perdendo sua ação. Portanto, a baixa 145
eficiência de remoção da DQO em pH 5,0 e 7,0 pode estar associada a baixa atuação do 146
peróxido de hidrogênio nestes valores de pH estudados. 147
A partir dos resultados de remoção dos parâmetros físico-químicos obtidos ao 148
final do estudo pode-se dizer que o tratamento melhorou a qualidade ambiental da 149
vinhaça, o que contribui diretamente para a diminuição do risco de poluição das águas. 150
No entanto, este tratamento poderia ter sido mais efetivo, pois de acordo com Shu et al. 151
(2006), a elevada DQO da vinhaça requer tratamentos combinados para alcançar 152
remoções significativas, pois os sólidos suspensos causam o espalhamento da luz UV 153
diminuindo a eficiência do tratamento H2O2/UV. 154
155
CONCLUSÃO 156
De acordo com a análise estatística, os resultados em pH 3,0 apresentaram as 157
maiores remoções de DQO, cor e turbidez. Do mesmo modo, a concentração de 5,51 158
g.L-1 de H2O2 apresentou maiores eficiências de remoção de DQO, cor e turbidez. No 159
que diz respeito ao melhor tempo de exposição à UV, a análise estatística identificou o 160
tempo de 180 minutos como o mais apropriado para este tratamento da vinhaça. 161
Na remoção de DQO o melhor resultado ocorreu na concentração de 5,51 g.L-1 162
de peróxido de hidrogênio no pH 3,0 com aproximadamente 24%. As maiores remoções 163
de cor ocorreram nos valores de pH 3,0 e 7,0, com cerca de 39% de remoção, ambos na 164
concentração de 5,51 g.L-1 de peróxido de hidrogênio. Para a remoção de turbidez, o 165
melhor resultado ocorreu no pH 7,0 com aproximadamente 56% na concentração de 166
5,51 g.L-1 de peróxido de hidrogênio. 167
Em síntese, o tratamento da vinhaça por H2O2/UV apresentou processos limpos 168
e não seletivos, consistindo-se em uma técnica atrativa para a degradação de 169
contaminantes orgânicos não biodegradáveis em efluentes industriais. 170
171
AGRADECIMENTOS 172
Os autores agradecem a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São 173
Paulo pelo apoio financeiro. 174
175
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