VI AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE SISTEMAS DE TRATAMENTO DE CORRENTES GASOSAS EM TERMOS DA REDUÇÃO DE CONCENTRAÇÃO ODORANTE

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XIII SILUBESA - Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

VI-098 - AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE SISTEMAS DE TRATAMENTO DE CORRENTES GASOSAS EM TERMOS DA REDUÇÃO DE CONCENTRAÇÃO

ODORANTE

Marina Eller Quadros ⁽¹⁾

Engenheira sanitarista e ambiental graduada pela Universidade Federal de Santa Catarina. Mestranda em Engª Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina. Bolsista pelo CAPES. Pesquisadora do Laboratório de Controle da Qualidade do Ar (LCQAr/ENS/UFSC).

Gilson Rodrigo Miranda

Químico graduado pela Universidade Federal de Santa Catarina. Mestre em Engª Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina. Doutorando em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina. Pesquisadora do Laboratório de Controle da Qualidade do Ar (LCQAr/ENS/UFSC).

Waldir Nagel Schirmer

Prof. Adjunto Eng. Ambiental da UNICENTRO; Engº Químico graduado pela Universidade Federal de Santa Catarina. Mestre em Engª Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina. Doutor em Engª Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina.

Magnun Maciel Vieira

Graduando em Engenharia Sanitária e Ambiental na Universidade Federal de Santa Catarina.

Henrique de Melo Lisboa

Prof. do ENS/UFSC; Eng. Civil pela UFSC (1980); Especialização em Hidrologia pela Escola de Hidrologia e Recursos Hidráulicos - Madrid (1981); Mestre em Meteorologia - USP (1986); DEA em Química da Poluição Atmosférica e Física do Meio-ambiente pela Université Paris VII (1993); Doutor em Poluição Atmosférica pela Université de Pau/Ecole des Mines d’Alès (França, 1996).

Endereço⁽¹⁾: Campus Universitário-Trindade, Florianópolis, SC. Universidade Federal de Santa Catarina- Depto. de Engenharia Sanitária e Ambiental, CEP.: 88040-970 - Brasil. Fone (55 48) 3721-9597 Ramal 206 Fax: (55 48) 3234-6459 - e-mail: marinaequadros@yahoo.com

RESUMO

São diversas as técnicas que podem ser aplicadas para o tratamento de efluentes gasosos industriais. Dentre as mais utilizadas estão os lavadores de gases e os biofiltros. Este trabalho teve como objetivo principal a avaliação da eficácia e o grau de eficiência na remoção de odores de diferentes equipamentos de tratamento de efluentes gasosos industriais. Dentre as indústrias avaliadas estão uma metalúrgica, uma química, uma petroquímica e duas alimentícias. Os quatorze sistemas de tratamento avaliados incluem: nove lavadores ciclônicos; um lavador do tipo hidrofiltro; um sistema de dois lavadores de pratos em série; um sistema de dois lavadores ciclônicos em série; e dois biofiltros. Foram coletadas amostras de gás na entrada e na saída de cada sistema de tratamento, em triplicata. As amostras foram então transportadas ao laboratório e a sua concentração odorante foi medida utilizando o olfatômetro dinâmico Odile 2006, marca Odotech, com seis jurados treinados e calibrados. Também se realizou a medição de vazão na saída de cada um destes equipamentos, com um tubo de Pitot do tipo “S”, para o cálculo da taxa de emissão odorante na saída de cada sistema de tratamento. Os resultados mostraram uma ampla faixa de valores de eficiência para a remoção de odor por diferentes tipos de equipamento de controle. Os biofiltros avaliados apresentaram uma eficiência média superior à dos lavadores de gases para a remoção de odor. Dois dos lavadores de gases avaliados apresentaram valores mais altos de concentração odorante na saída do que na entrada, provavelmente devido à saturação da água de lavagem. Observou-se que seis dos lavadores de gases investigados apresentaram taxa de emissão superior à 5x10⁶ U.O/m³, valor estabelecido como limite de emissão por fontes pontuais industriais pela legislação do estado do Paraná.

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INTRODUÇÃO

A consciência ambiental acompanha o desenvolvimento da humanidade em maior ou menor grau conforme a era histórica em que nos encontramos. Ao analisar os eventos históricos ligados ao meio ambiente, percebe-se que quando as alterações humanas à biosfera afetam o seu dia-a-dia e despertam a opinião pública para a possibilidade de que essas modificações podem desafiar a nossa própria existência no planeta, há um acréscimo perceptível da consciência ambiental. Um exemplo disso são as novas tendências, em termos de acordos internacionais legais e comerciais, e a percepção do público geral em relação ao aquecimento global, agravado pelas emissões humanas de gases efeito estufa. Em uma era de ênfase na consciência ambiental humana, os odores emitidos por indústrias são hoje reconhecidos como uma forma de poluição do ar, e a sua presença não é admitida por uma parcela crescente das populações vizinhas aos emissores.

No estado de Santa Catarina, o decreto no 14.250, de 5 de junho de 1985, proíbe a emissão de substâncias odoríferas na atmosfera em quantidades que possam ser perceptíveis fora dos limites da área de propriedade da fonte emissora. No estado do Paraná, a resolução SEMA 041/2002 da Secretaria do Meio Ambiente e Recursos Hídricos (SEMA), objetiva definir critérios para o controle da qualidade do ar neste estado e menciona no seu artigo 11º que “as atividades geradoras de substâncias odoríferas, com uma taxa de emissão acima de 5.000.000 UO/h (Unidades de Odor por hora), deverão promover a instalação de equipamento, previamente analisado pelo Instituto Ambiental do Paraná, visando a captação e remoção do odor, com eficiência mínima de 85%”. Esta é, até o presente, a única legislação brasileira que estabelece limites de emissão de odores. A resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA, 2006) define que, “em função das características locais da área de influência da fonte poluidora sobre a qualidade do ar, o órgão ambiental licenciador poderá estabelecer limites de emissão mais restritivos, inclusive considerando o incômodo causado pelo odor além dos limites do empreendimento”.

São diversas as tecnologias que podem ser empregadas para o tratamento de um efluente gasoso. A escolha do sistema depende das características físico-químicas do efluente, principalmente sua composição química.

Entretanto, fatores como a temperatura de saída dos gases, teor de umidade e de material particulado e até mesmo a vazão da corrente gasosa, também podem influenciar na determinação da melhor técnica de tratamento.

Lavadores de gases são equipamentos de tratamento de correntes gasosas cuja eficiência depende do contato íntimo do efluente gasoso e o líquido de lavagem. O poluente a remover, seja ele gasoso ou material particulado é agregado ao líquido por impactação inercial ou por absorção. O efluente gasoso a tratar geralmente passa pelo líquido nebulizado em contra-corrente. O líquido de lavagem pode ser constituído de água ou de uma solução que intensifique a afinidade com os compostos a remover. Há diversas categorias de lavadores de gases, subdivididas pela configuração física do equipamento e da maneira com que ocorre este contato entre efluente e líquido de lavagem. A principal vantagem deste método está na grande faixa de efluentes que podem ser tratados por ela, e em cargas variáveis. Uma desvantagem deste método está na transferência do meio gasoso ao meio líquido, que deve ser tratado em etapa posterior (Lacey et. al. 2007).

Os biofiltros são basicamente constituídos de uma torre de enchimento, onde, afixada ao material, se desenvolve uma comunidade microbiana especializada em degradar os compostos constituintes do efluente gasoso. Fatores como a temperatura e umidade do meio são determinantes no crescimento da fauna microbiana e, portanto, na eficiência do sistema. Há uma grande variedade de materiais de enchimento, desde o solo, areia, casca de coco até meios poliméricos sintéticos, destacando-se a turfa (solo mineral) por apresentar boa eficiência devido a sua alta porosidade e riqueza em microorganismos. A biofiltração é considerada uma boa técnica para remoção de odores de correntes gasosas, pois apresenta alta eficiência com baixo consume energético e não gera produtos finais poluentes. Sua principal desvantagem está na baixa capacidade de adaptação do meio para alterações na vazão ou concentração de poluentes no efluente a ser tratado (Souza et.

al. 2007).

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MATERIAIS E MÉTODOS

As amostragens foram realizadas em cinco diferentes indústrias nos estados de Santa Catarina e Paraná, no período de maio de 2006 a outubro de 2007. Dentre estas indústrias estão uma metalúrgica, uma química, uma petroquímica e duas alimentícias. Os quatorze sistemas de tratamento avaliados incluem: nove lavadores ciclônicos; um lavador do tipo hidrofiltro; um sistema de dois lavadores de pratos em série; um sistema de dois lavadores ciclônicos em série; e dois biofiltros.

AMOSTRAGEM

As amostras de ar foram coletadas em sacos fabricados em Tedlar^ que são resistentes à adsorção de odores e formam barreira a gases. Estes têm capacidade aproximada de 60 litros de ar. Todas as amostras foram coletadas e analisadas em triplicata. Foram utilizados dois métodos de amostragem. Quando possível, utilizou- se o método direto de amostragem. Neste caso, a amostra passa por uma bomba diafragma pressão/vácuo, que possui interior revestido de inox, para não absorver odores (Figura 1). Para amostragem de locais com concentração odorante muito diferente, porém, a bomba deve ser limpa entre uma amostragem e outra.

Figura 1: Sistema de coleta das amostras de campo (com bomba diafragma)

Nas circunstâncias em que não foi possível fazer a limpeza da bomba entre uma amostragem e a outra, utilizou-se o método indireto de amostragem. Neste caso, o saco de amostragem é colocado no interior de um vaso hermeticamente fechado (figura 2). O vaso é conectado para sucção a uma bomba de aspiração de ar, provocando depressão em seu interior. Após o vácuo no vaso, o saco é então cheio até as pressões interior e exterior equivalerem-se novamente. Este método é conhecido como da caixa pulmão de amostragem. Em amostras com alta temperatura ou alta umidade é usado um sistema de resfriamento da amostra para condensação da umidade excedente, que pode danificar os equipamentos de amostragem e análise.

Figura 2: Sistema de coleta das amostras de campo (com caixa pulmão)

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MEDIÇÃO DE VAZÃO

Os procedimentos de medição, bem como a determinação dos valores de velocidade e vazão na chaminé, seguiram as Normas NBR 11966 (MB-3080), NBR 11967 (MB-3081) e NBR 10702, correspondendo, respectivamente, às metodologias de determinação de velocidade e vazão em dutos, determinação da umidade em dutos e determinação da massa molecular do gás em base seca em dutos (ABNT, 1989). Para a realização dos trabalhos é utilizado um tubo Pitot do tipo “S”, um manômetro digital e um aparelho termopar para medição das temperaturas de bulbo seco e úmido.

Nos dois biofiltros estudados a medição de vazão não realizada por não haver chaminé de exaustão. Os dados de vazão foram obtidos do próprio sistema de ventilação de cada biofiltro, regulado para vazão constante.

ANÁLISES OLFATOMÉTRICAS

Para detecção do limite de percepção olfativo (k₅₀) e determinação da concentração odorante das amostras foi utilizado o olfatômetro de diluição dinâmica, marca Odile – com software versão 2006 (figura 3). O Olfatômetro Odile 2000 é composto por sistema de ar puro; unidade de pressurização; unidade de diluição;

mesa olfatométrica com seis baias (ou boxes); e software de operação em computador. Os resultados do Limite de Percepção de Odor foram calculados pela norma da comunidade européia EN: 13.725 (CEN, 2003). Todas as amostras foram analisadas dentro de 30 horas após a sua amostragem, seguindo recomendações desta mesma norma, para preservar as condições iniciais das amostras.

Figura 3: Componentes do sistema do olfatômetro ODILE

As diluições são realizadas de maneira decrescente e logarítmica. O software faz a análise contínua dos resultados, trabalhando com a média logarítmica de cada um dos jurados e depois com a média dos seis jurados. Cada baia é provida de um painel para votação e três saídas de ar, das quais apenas uma sai a mistura de ar odorante com ar puro. As outras duas saídas expelem somente ar puro. A amostra diluída é apresentada de maneira aleatória aos jurados, e ocorre em diversas ordens de diluição (figura 4).

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Figura 4: Saídas de ar apresentadas a um jurado

O resultado desta análise é apresentado em unidades de odor por metro cúbico (U.O./m³), onde 1 UO/m³ representa uma amostra em que 50% dos jurados podem perceber o odor da mesma e os 50% demais a consideram inodora. Assim, o valor da concentração de odor define numericamente quantas vezes a amostra, ou o efluente, deve ser diluída para atingir este limiar.

Anteriormente às análises de amostras, é realizada a análise de um branco laboratorial, que representa a concentração do odor de fundo dos sacos de Tedlar, do sistema de ar puro e de quaisquer impurezas porventura existentes no sistema de diluição do olfatômetro. Para tanto, é procedida análise laboratorial de um saco preenchido com ar puro do próprio sistema que fornece ar comprimido para o olfatômetro. O valor da concentração desta amostra é então subtraído dos valores de concentração encontrados para as demais amostras.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados obtidos para as análises olfatométricas de concentração odorante estão apresentados na tabela 1, a seguir. Calculou-se a média das três amostras retiradas na entrada e na saída do equipamento de tratamento e, a partir daí, determinou-se a eficiência (η) de remoção de odor em termos de concentração odorante. Na mesma tabela, são descritas as categorias de indústria e o tipo de tratamento avaliado.

Tabela 1: Dados de concentração odorante e eficiência de remoção de odor Concentração odorante média

[U.O/m³] Tipo de

Indústria Tipo de Equipamento

Entrada Saída

Eficiência ηηηη(%)

Alimentícia Lavador Ciclônico 1 59.573 43.111 27,6%

Alimentícia Lavador Ciclônico 4 914 617 32,5%

Alimentícia Lavador Ciclônico 5 2.935 919 68,7%

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Concentração odorante média [U.O/m³]

Tipo de

Indústria Tipo de Equipamento

Entrada Saída

Eficiência ηηηη(%)

Petroquímica Biofiltro 2 8.076 2.230 72,4%

Alimentícia Lavador tipo hidrofiltro 530 488 7,9%

Nos lavadores ciclônicos 1 a 9, o efluente é lavado somente com água pura. No sistema de lavadores de pratos em série (indústria química), o líquido de lavagem é constituído por uma solução básica. No lavador tipo hidrofiltro, o efluente é lavado por uma solução contendo um produto surfactante, um desengordurante e um desodorizante.

Na tabela 2, a seguir, podem ser observados os dados de vazão, em metros cúbicos por hora ajustados às condições normais de temperatura e pressão (Nm³/h); e a taxa de emissão odorante, em unidades de odor por hora (U.O/h), na saída de cada sistema avaliado. Esta taxa é calculada a partir da multiplicação da vazão pelo valor da concentração odorante na saída de cada sistema.

Tabela 2: Taxas de emissão de odor Tipo de

Indústria Tipo de Equipamento Vazão [Nm³/h]

Taxa de emissão [U.O./h]

Alimentícia Lavador Ciclônico 1 3.107 134 x 10⁶

Alimentícia Lavador Ciclônico 2 4.857 141 x 10⁶

Alimentícia Lavador Ciclônico 3 13.613 25,4 x 10⁶

Alimentícia Lavador Ciclônico 4 3.135,44 1,9 x 10⁶ Alimentícia Lavador Ciclônico 5 5.424,44 4.98 x 10⁶ Alimentícia Lavador Ciclônico 6 2.812,38 51,7 x 10⁶

Alimentícia Lavador Ciclônico 7 5.736,63 19 x 10⁶

Alimentícia Lavador Ciclônico 8 11.177,74 7,7 x 10⁶

Alimentícia Lavador Ciclônico 9 7.644,30 102 x 10⁶

Química Dois lavadores de pratos em série 417,8 4,3 x 10⁶ Metalúrgica Dois lavadores ciclônicos em série - -

Petroquímica Biofiltro 1 80 0,84 x 10⁶

Petroquímica Biofiltro 2 238 0,53 x 10⁶

Alimentícia Lavador tipo hidrofiltro 3585 1,7 x 10⁶

CONCLUSÕES

Foi observada eficiência negativa (ausência de eficácia) em dois dos lavadores de gases avaliados. Isto provavelmente ocorreu devido à demora excessiva na troca da água de lavagem, o que acarretou na sua saturação com compostos odorantes e o desprendimento destes para a atmosfera. Existe também a possibilidade da geração de compostos odorantes na água de lavagem, pela reação do efluente gasoso com o líquido saturado.

Quanto às taxas de emissão, observou-se que seis lavadores de gases apresentaram taxa de emissão superior à 5x10⁶ U.O/m³, valor limite definido pela resolução SEMA 041 do estado do Paraná. Esta resolução não possui equivalente em Santa Catarina, mas serve como parâmetro à empresa emissora quanto à magnitude das suas emissões odorantes.

A eficiência média observada para os lavadores ciclônicos eficazes foi de 40% ± 27% (o intervalo de 95% de confiança para a eficiência média é de 13% a 67%). A eficiência média observada para os biofiltros foi de 77%. Estes resultados mostraram uma ampla faixa de eficiências para a remoção de odor por diferentes tipos de equipamento de controle. Os biofiltros avaliados apresentaram uma eficiência maior do que os lavadores de gases para a remoção de odor. Nenhum dos quatorze equipamentos avaliados apresentaram eficiência igual ou superior a 85% para a remoção de odores, valor esperado para estes tipos de técnica da tratamento.

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Este trabalho mostra a importância do monitoramento das condições de operação dos equipamentos de controle, como a saturação da água de lavagem em lavadores e o conjunto temperatura /umidade relativa no leito filtrante dos biofiltros.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11966 (MB-3080): Efluentes gasosos em dutos e chaminés de fontes estacionárias – Determinação da velocidade e vazão. Método de ensaio. Rio de Janeiro. Julho/1989.

2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11967 (MB-3081): Efluentes gasosos em dutos e chaminés de fontes estacionárias – Determinação da umidade. Método de ensaio. Rio de Janeiro.

Julho/1989.

3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10702: Efluentes gasosos em dutos e chaminés de fontes estacionárias – Determinação da massa molecular em base seca. Método de ensaio. Rio de Janeiro. Julho/1989.

4. CONSELHO NACIONAL DE MEIO AMBIENTE (CONAMA). Resolução no 382. Estabelece os limites máximos de emissão de poluentes atmosféricos para fontes fixas. 2006.

5. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN). EN: 13.725 Air quality: Determination of odour concentration by dynamic olfatometry (english version). European Standard. Bruxelas. 2003.

6. LACEY, M.E.Q.MIRANDA, G.R. SCHIRMER, W.N. BELLI FILHO, P. LISBOA, H. Determinação da eficiência de lavador de gases para remoção de odores via avaliações físico-químicas e olfatométricas. In:

CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 24., Belo Horizonte.

Anais.. Belo Horizonte: ABES, 2007.

7. SANTA CATARINA. Decreto Nº 14.250, de 5 de junho de 1981. Regulamenta dispositivos da Lei nº 5.793, de 15 de outubro de 1980, referentes à Proteção e a Melhoria da Qualidade Ambiental.

8. SECRETARIA DE ESTADO DO MEIO AMBIENTE E RECURSOS HÍDRICOS DO PARANÁ (SEMA) Resolução Sema 041, de 17 de dezembro de 2002: Estabelece padrões de emissões atmosféricas. Curitiba.

2002.

9. SOUZA, M.L. BELLI FILHO, P. LISBOA, H.M. CABRAL, F. A. Avaliação do desempenho de um biofiltro piloto para tratamento de gases orgânicos odorantes. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 24., Belo Horizonte. Anais.. Belo Horizonte: ABES, 2007.