Tratamento de Efluentes Proveniente de Indústria de Bebidas Através da
Associação de Reatores Aeróbios
Manassés Antônio Vicente Júnior1
Flávia Garrett de Azevedo2
flavia.garrett@estacio.br Flávia Gonçalves Domingues Ferreira2
flavia.domingues@estacio.br
Resumo: O presente trabalho visa, avaliar em escala real, o comportamento do sistema
formado por um reator anaeróbio de recirculação interna IC seguido de tanques de aeração, para tratamento do efluente de uma indústria de bebidas. Devido ao alto teor de carga orgânica proveniente dos açucares que compõe a maioria dos substratos utilizados no processo de fabricação e do alto pH oriundo das soluções utilizadas nas lavagens de pisos, tubulações e tanques. Por isso a necessidade de um tratamento específico devido à complexidade do efluente bruto. O estudo foi realizado em uma indústria de bebidas, através de análises físico-químicas dos efluentes brutos, saída do reator IC e efluente tratado, esses dados foram apresentados através de series temporais. Os valores finais obtidos através do sistema foram bastantes satisfatórios e eficazes, com eficiências globais de remoção de DQO acima de 98% e de remoção de DBO acima de 99%, através do sistema o efluente final da estação de tratamento foi capaz de atender todos os parâmetros estabelecidos pela legislação ambiental durante os seis meses de monitoramento.
Palavras-chave: INDÚSTRIA DE BEBIDA; REATOR ANAERÓBIO; TRATAMENTO
EFLUENTE.
Abstract: The present work aims to evaluate in real scale the behavior of the system formed
by an anaerobic IC reactor followed by aeration tanks to treat the effluent of a beverage industry. Due to the high organic load content of the sugars that make up most of the substrates used in the manufacturing process and the high pH from the solutions used in floor, tubing and tank washes. Therefore the need for a specific treatment due to the complexity of the raw effluent. The study was carried out in a beverage industry, through physico-chemical analyzes of the raw effluents, exit of the reactor IC and treated effluent, these data were presented through time series. The final values obtained through the system were quite satisfactory and efficient, with total COD removal efficiencies above 98% and BOD removal above 99%, through the system the final effluent from the treatment plant was able to meet all parameters established by the environmental legislation during the six months of monitoring.
Keywords: DRINK INDUSTRY; ANAEROBIC REACTOR; EFFLUENT TREATMENT.
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1Graduando do curso de Engenharia de Produção do Centro Universitário Estácio do Recife. 2Docentes do curso de Engenharia de Produção do Centro Universitário Estácio do Recife
Introdução
No Brasil a indústria de bebidas corresponde em 2014 a aproximadamente 3% do valor da indústria de transformação segundo dados do IBGE. Em virtude do simples acesso à principal matéria prima utilizada para fabricação de bebidas, a água, a localização geográfica das plantas industriais é diretamente relacionada a essas fontes. Outro fator é a proximidade de mercados consumidores e rotas de logísticas que facilitam a distribuição, fazendo com que as empresas sejam instaladas mais regionalmente e se espalhando por todo território nacional (CERVIERI JÚNIOR et al., 2014). A indústria de bebidas no brasil em 2016, arrecadou aproximadamente cerca de R$ 117,0 bilhões, por volta de 1,9% do PIB do país e 4,8% do valor de produção da indústria de transformação (ABIA, 2017).
O tratamento de efluentes líquidos em uma indústria de bebidas é um setor de suma importância para toda indústria. Em sua maioria esse efluente é proveniente de operações de: • Lavagem da área de preparação e envase;
• Lavagem dos reatores e tanques de armazenamento de cerveja; • Lavagem dos pisos das áreas de fermentação, maturação e filtração; • Lavagem das garrafas e barris;
• Lavagem das máquinas, tanques, equipamentos e tubulações; • Descargas dos tanques de solução de soda
• Restos de cervejas provenientes das quebras de garrafas e produtos não conformes; Em média geral uma planta de uma indústria de bebidas utiliza de 5 a 10 litros de água para produzir 1 litro de cerveja. Os efluentes são na maior parte dos casos alcalinos por causa das soluções utilizadas para limpeza de tanques e tubulações, e possuem alto teor de carga orgânica, devido açucares que compõem a maioria dos substratos utilizados no processo de fabricação (ROSA e AFONSO, 2015).
A digestão anaeróbia ocorre de maneira que haja uma união de diferentes microrganismos, na ausência de oxigênio, que degradam compostos orgânicos mais complexos como carboidratos, proteínas e lipídios em substratos mais simples como metano (ZEHNDER e SVENSSON, 1986)
O processo de digestão dos sistemas de tratamento anaeróbio é acelerado procurando-se condicionamento favorável. Essas condições estão conectadas ao projeto do sistema de tratamento e as condições operacionais aplicadas. Com relação ao sistema de tratamento existe suas condições que são considerados básicas, o sistema de tratamento deve manter grande massa de bactérias ativas que atue no processo da digestão anaeróbia e é necessário que ocorra contato constante entre o material orgânico presente no afluente e a massa bacteriana no sistema. Para que os processos operacionais possam acontecer qualitativamente deve-se levar em consideração a temperatura, o pH, a presença de elementos nutrientes e a ausência de materiais tóxicos detectados no afluente (MCCARTY, 1982).
O tratamento de efluentes ocorre totalmente através de etapas biológicas. Estas etapas biológicas, reeditam os processos naturais ocorridos em um corpo d’água após o lançamento dos despejos. No corpo d’água, a matéria orgânica é transformada em substratos mineralizados inertes por mecanismos unicamente naturais, evidenciando assim o evento de autodepuração. Em uma estação de tratamento de efluentes os mesmos eventos ocorre, porém aliado a uma tecnologia de processo, acarretando condições controladas e em taxas de ocorrência mais elevadas (VON SPERLING, 2012).
O reator anaeróbio de recirculação interna, mais conhecido como reator IC (internal circulation), é avaliado como uma variação do reator UASB, porem com algumas
características do reator anaeróbio de leito granular expandido. Em sua maioria o reator IC possui uma base estreita e uma altura elevada e como o reator de leito granular expandido tem como característica as altas velocidades liquidas de ascensão do efluente, e níveis elevados de agitação e mistura (SPEECE, 1996).
No entanto existem limitações no tratamento de efluente de indústrias de bebidas através de reatores anaeróbios. Por isso existe a necessidade do pós-tratamento com reatores aeróbios que proporcionam efluentes com alta qualidade. Recentemente vem se generalizando a ideia de que ambos sistemas anaeróbio/aeróbio possuem vantagens e desvantagens e que, em vez de se contraporem, ambos podem ser utilizados em combinação, aproveitando-se o melhor que cada sistema oferece. Em nível de pesquisas, diversos resultados promissores demonstram a viabilidade da associação de reatores como um ótimo sistema de tratamento.
A maior parte da remoção de carga orgânica é feita no reator anaeróbio, o restante é realizado no reator aeróbio. Porem como a carga orgânica tratada no reator aeróbio é bastante reduzida, também são reduzidas as maiores desvantagens do sistema aeróbio, gerando menores custos de energia, menor volume do tanque e menor produção de lodo em excesso. Sendo assim, o presente estudo tem por objetivo verificar a aplicabilidade e a eficiência do tratamento de efluentes, composta por um tratamento primário em um reator anaeróbio IC, seguido de um tratamento secundário em um reator aeróbio, de uma indústria de bebidas.
Metodologia
A pesquisa foi realizada em uma empresa de bebidas, localizada no estado de Pernambuco, o fluxograma da estação de tratamento é apresentado na Figura 1.
Fonte: Próprio Autor (2020).
O fluxograma da ETE conta com uma caixa de entrada, onde se concentra toda chegada do efluente da fábrica, em seguida um gradeamento onde ficam retidos os sólidos mais grosseiros, posteriormente o efluente passa por uma caixa de areia onde ocorre a retenção de partículas de areia igual ou superior 0,2mm. O tanque de emergência recebeu o efluente bruto em situações de anomalia, para depois enviá-lo para o processo de tratamento com a vazão controlada.
Através de bombas elevatórias o efluente foi enviado para peneiras onde ocorreu a retirada de sólidos em sua maior parte de bagaço proveniente do processo de cerveja, em seguida esse efluente foi enviado para o tanque de equalização onde ocorreu a homogeneização do efluente. Em seguida, para o tanque de condicionamento, onde foi adicionado ácido e base para que o efluente tenha as características necessárias para o reator anaeróbio.
No reator anaeróbio IC ocorreu a degradação da matéria orgânica por microrganismos anaeróbios com a produção de biogás queimado pelo Flare, seguidamente o efluente passa por um tratamento em um tanque de aeração responsável por degradar a matéria orgânica, por meio de microrganismos aeróbios na presença de oxigênio, transformando em mais lodo que parte será retirado através da centrifugação. No decantador secundário ocorreu a separação do efluente tratado e do lodo biológico. O efluente tratado seguiu para a calha de saída e em seguida para o corpo receptor.
Procedimento experimental - Amostragem
Foi realizado uma análise diária, durante 6 meses no período de janeiro a junho de 2017. Realizou-se coletas compostas, dos efluentes bruto, saída do reator IC e tratado. Devido a variação constante do efluente bruto, optou-se pela amostragem composta por 3 coletas durante o dia, retirando alíquotas iguais de cada coleta e acondicionando à 4°C. - Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Para determinação da DQO foi utilizado o Método internacional de digestão e leitura espectrofotométrica. Utilizou-se o termo reator Hach Drb200 e o espectrofotômetro Hach. - Demanda Biológica de Oxigênio (DBO)
Para medição da DBO foi utilizado o método respiro métrico, com aparelho oxitop de acordo com o Standard Methods (ALPHA, 2012). Utilizou-se uma incubadora refrigerada BOD TE-371 e analisadores de DBO Oxitop WTW.
- Eficiência
Foi realizado a análise de eficiência do sistema ao longo de 6 meses. Foram avaliadas as eficiências de remoção de carga orgânica da saída do reator IC, e eficiência do tratamento global do sistema.
COi= Carga orgânica de entrada
COf= Carga orgânica de saída
Resultados e Discussão
A Figura 2 apresenta os resultados através de series temporais da concentração de DQO solúvel durante as etapas de tratamento da estação. Segundo a legislação do CPRH (Agencia Estadual do Meio Ambiente) prevista na Instrução Normativa n° 001 de 06 de outubro de 2008, as indústrias de bebidas devem ter uma remoção percentual de DQO final de 80% da DQO do efluente bruto (CPRH, 2008). Em 100% do período de monitoramento o efluente de saída do reator IC não conseguiu atender os padrões de lançamento do efluente tratado sendo necessário o tratamento complementar.
Como a remoção de DQO do reator IC não atendeu os parâmetros regulamentados pelo CPRH, o tratamento adicional através do tanque de aeração permitiu eficiências maiores que 80% durante todo período de monitoramento. Segundo as especificações de projeto, a DQO máxima da saída do reator IC utilizado é de 600mg/L. Durante os 6 meses não foram constatados valores acima da especificação de projeto. A DQO do efluente tratado segundo as especificações de projeto tem uma DQO máxima de 60mg/L, também não foi constatado nenhum valor fora da especificação.
Figura 2 - Series temporais da concentração de DQO solúvel (mg/L) do afluente e efluente.
Fonte: Próprio Autor (2020).
Na Figura 3 pode-se observar o gráfico de series temporais de eficiência de remoção biológica do reator IC e tratamento global da estação seguindo a mesma normativa, a porcentagem de remoção de lançamento é de 90%, o tratamento apenas com o reator IC não seria suficiente para alcançar os valores da legislação.
Apenas 6% das amostras da saída do reator IC atenderam os parâmetros. Após o posterior tratamento com o reator aeróbio, 100% dos valores atenderam os parâmetros,
com uma mediana de 98,61%, demonstrando a capacidade de atender os parâmetros especificados. A Portaria 430 do CONAMA não estabelece porcentagem de concentração de DQO na saída do efluente tratado (CONAMA, 2011).
Figura 3 - Séries temporais das eficiências de remoção biológica do afluente e efluente.
Fonte: Próprio Autor (2020).
A Figura 4 mostra os resultados através de séries temporais da concentração de DBO solúvel durante as etapas de tratamento da estação. O reator IC possui eficiência de projeto de 80% de remoção de DBO. Em 100% do período de monitoramento o efluente de saída do reator IC não conseguiu atender os padrões de lançamento do efluente tratado sendo necessário o tratamento complementar.
Como a remoção de DBO do reator IC não atendeu os parâmetros regulamentados pelo CPRH (CPRH, 2008), o tratamento adicional através do tanque de aeração permitiu eficiências maiores que 90% durante todo período de monitoramento, e uma mediana de 14mg/L. Segundo a Portaria 430 do CONAMA a remoção mínima de DBO é de 60% para ser lançado diretamente no corpo receptor (CONAMA, 2011), através da associação de reatores conseguimos atender a norma com uma certa folga em relação ao parâmetro desejado. Apenas com o tratamento do reator IC, também seria possível atender o limite de remoção de DBO estabelecido pelo CONAMA, porém bem mais próximo do limite determinado.
Figura 4 - Séries temporais da concentração de DBO solúvel (mg/L) do afluente e efluente.
Fonte: Próprio Autor (2020).
Analisando os resultados obtidos através do estudo de (SERENO FILHO et al., 2013), pode-se constatar a melhoria na eficiência do sistema global após o tratamento do efluente de uma indústria de bebidas pelo sistema anaeróbio/aeróbio. Com uma mediana de 81,7% de remoção de DQO e 79,5% de remoção de DBO na saída do reator IC também não seria possível atender as especificações vigentes da legislação. Através do pós-tratamento aeróbio foi possível elevar esses valores para medianas de 90,3% de remoção de DQO e 91,6% de remoção de DBO.
Comparando os estudos através do gráfico de remoção global (Figura 5) também foi possível identificar a melhor eficiência do tanque de aeração em relação ao pós-tratamento realizado com lagoa aerada, acarretando números de eficiências bem mais elevados.
Figura 5 - Gráfico comparativo da eficiência global de remoção biológica dos sistemas.
Fonte: Próprio Autor (2020).
Conclusões
O estudo permitiu concluir que:
- Considerando que as exigências da legislação ambiental são bastantes restritas para os parâmetros DQO e DBO:
- Não seria viável apenas o tratamento anaeróbio pois não consegue resultados de DQO e DBO final que se adequem as exigências do órgão ambiental estadual
- O sistema aeróbio por si só não viabilizaria o tratamento da carga orgânica de uma cervejaria desse porte, seria necessário uma área muito grande para comportar um tanque de aeração que tratasse tamanha carga, sendo esse um dos problemas de projeto, o consumo de energia elétrica muito elevado, e produção de lodo aeróbio muito alto.
- O efluente final possui uma qualidade muito elevada tanto em relação a remoção quanto em odor e clarificação, comparando com o sistema apenas com reator anaeróbio.
- Sendo assim a associação dos reatores consegue mitigar os problemas apresentados acima e potencializar a eficiência do sistema, cumprindo assim com todas as exigências legais relacionadas a eficiência de tratamento.
Referencias
ABIA – Associação Brasileira das Indústrias da Alimentação. Categorias. Disponível em:
<http://www.abia.org.br/vsn/#sthash.3vtdM54l.dpbs>. Acessado em: 11 de maio de 2020. APHA - American Public Health Association.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 22 Ed., Washington: American Public Health Association Pub.,
2012.
CERVIERI JÚNIOR, O. et al. O setor de bebidas no Brasil. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, n. 40, p. 93-130. BNDES, set. 2014.
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente.Resolução n. 430, de 13 de maio de 2011. Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA. Diário Oficial da União, Brasília, 16 mai. 2011.
CPRH - Agência Estadual de Meio Ambiente. INSTRUÇÃO NORMATIVA Nº. 001 /2008. Disponível em:
<http://www.cprh.pe.gov.br/ARQUIVOS_ANEXO/INSTRU%C3%87%C3%83O%20NO RMATIVA%20001%20DE%202008;140606;20090713.pdf>. Acessado em 15 de maio de 2020.
ROSA, N. A.; AFONSO, J. C. Química e sociedade: A química da cerveja. São Paulo:
Revista Química Nova Escola, v. 37, 2015. Disponível em:
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Tenessee: Archae Press, 1996.
VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Volume 4. Lodos Ativados. 3aEdição. Belo Horizonte, Editora Belo Horizonte: 2012.
MCCARTY, P.L. One Hundred Years of Anaerobic Treatment. In: Anaerobic Digestion 1981. Amsterdan: Elsevier Biomedical Press B.V, 1982
ZEHNDER, A. J. B.; SVENSSON, B. H. Life Without Oxygen: What Can and What Cannot?Journal Experientia, v. 42, p-1197-1205, 1986.
