VI MINIMIZAÇÃO DE EFLUENTES NO PROCESSAMENTO DE BEBIDAS: ESTUDO DE CASO

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XXVII Congresso Interam ericano de Engenharia Sanitária e Am biental

VI-015 - MINIMIZAÇÃO DE EFLUENTES NO PROCESSAMENTO DE

BEBIDAS: ESTUDO DE CASO

Fabiana do Rocio Timofiecsyk(1)

Engenheira de Alimentos pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná. Mestranda em Tecnologia Química, Área de Concentração em Tecnologia de Alimentos. Linha de Pesquisa Minimização de Resíduos, Universidade Federal do Paraná.

Urivald Pawlowsky

Engenheiro Químico pela Universidade Federal do Paraná. Mestre em Ciência pela COPPE. Doutor em Ciência pela State University of New York. Professor do curso de Pós-Graduação em Tecnologia Química. Ex-Diretor do Departamento do Meio Ambiente da SUREHMA. Atualmente IAP. Consultor da Organização Pan-Americana de Saúde, de Indústrias e de Órgãos Governamentais desde 1982.

Endereço(1): Rua Humberto Bevervanso, 100 - Bigorrilho - Curitiba - PR - CEP: 80710-480 - Brasil - Tel: (41) 335-9587 - e-mail: fabianat@engquim.ufpr.br

RESUMO

Este estudo envolveu etapa de levantamento de dados na qual identificaram-se e quantificaram-se as fontes geradoras de efluentes do processo produtivo e a partir das informações obtidas elaboraram-se as alternativas que visam à minimização do volume de efluente gerado, tendo como prioridade o consumo de água utilizado na limpeza das instalações e dos equipamentos de uma unidade processadora de bebidas de uma indústria alimentícia da região metropolitana de Curitiba - PR.

A água é essencial no processamento em questão e com a aprovação da lei de taxação de águas no estado do Paraná haverá um incremento nos custos de obtenção deste recurso, portanto a indústria que desenvolve programas de redução no consumo de água ameniza os efeitos econômicos desta cobrança na rentabilidade da empresa, diminui o volume do efluente gerado e melhora o potencial da fonte para usos futuros.

As principais estratégias identificadas para diminuir o consumo de água e conseqüentemente o volume de efluente gerado foram: alterações no sistema CIP (cleaning in place), melhoria do procedimento de limpeza das instalações (piso), adoção de boas práticas operacionais.

PALAVRAS-CHAVE: Minimização de Efluentes, Taxação de Águas, Higienização na Indústria, Processamento de Bebidas, Recursos Hídricos.

INTRODUÇÃO

O objetivo da indústria de alimentos, uma das mais importantes indústrias de transformação no Brasil, é transformar recursos naturais em alimentos industrializados da mais alta qualidade com custo mínimo para atender as necessidades da população garantindo abastecimento seguro dos grandes centros urbanos. Para isto é necessário dispôr de boas matérias-primas, sistemas de transformação adequados, pessoal eficiente e método de limpeza de máquinas e instalações eficientes e econômicos (MADRID et. al., 1995; ABEA, 2000). AQUARONE et.al. (1990) ressaltaram que no processo industrial além do produto, cuja fabricação é intencional, são gerados outros materiais, de origem não-intencional, denominados resíduos.

De acordo com CRITTENDEN & KOLACZKOWSKI (1995) os resíduos líquidos, sólidos e gasosos gerados durante o processamento de qualquer produto representam perdas de matérias-primas e energia, exigindo investimentos significativos em tratamentos para controlar a poluição. Porém muitos dos tratamentos “fim de tubo” não eliminam realmente os resíduos gerados, apenas os transferem para outro meio que não os esperava.

Para não prejudicar o meio ambiente os resíduos gerados devem ser gerenciados de acordo com a hierarquia estabelecida pela Resolução Oficial da Comunidade Européia (Figura 1).

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Figura 1 - Hierarquia das Opções de Gerenciamento de Resíduos.

PREVENÇÃO MELHOR

MINIMIZAÇÃO RECICLAGEM TRATAMENTO

DISPOSIÇÃO PIOR

Fonte: EPA, 1988; CRITTENDEN & KOLACZOWSKI, 1995.

Como nem sempre é possível um processo não gerar resíduos, a minimização é a segunda melhor opção de gerenciamento para a indústria porque visa melhorias no desempenho ambiental de atividades existentes. O termo “Minimização de Resíduos” foi definido pela Agência de Proteção Ambiental Norte-Americana (EPA), como “toda ação tomada para reduzir a quantidade e/ou a toxicidade dos resíduos que requerem disposição final”. Segundo CRITTENDEN & KOLACZKOWSKI (1995) e CHEREMISINOFF (1995) esta opção de gerenciamento envolve qualquer técnica, processo ou atividade que evite, elimine ou reduza a quantidade de resíduo gerada na fonte, geralmente dentro dos limites do processo como sistema; ou permita o reuso ou a reciclagem dos resíduos para um propósito útil com conseqüente diminuição dos gastos econômicos e disposição dos mesmos no meio ambiente.

Com a implantação deste sistema otimiza-se o aproveitamento da matéria-prima e reduzem-se os custos de tratamento e disposição dos resíduos gerados, melhorando a eficiência e aumentando a produtividade dos processos (VALLE, 1995; EDWARDS et.al., 2000). Além disso, melhoria no desempenho ambiental gera benefícios econômicos uma vez que a indústria passa a produzir mais com menos, desperdiçar menos, reciclar mais, etc. (GILBERT, 1995).

Gerenciamento de recursos hídricos

A água é um recurso natural renovável, que apresenta sinais de escassez. Esta escassez se faz sentir quando a água é desperdiçada ou perdida, por não se reconhecer o seu verdadeiro valor (BANCO MUNDIAL, 1992). A água é essencial nas operações de processamento de alimentos sendo utilizada como ingrediente do produto final, geração de vapor, sistemas de resfriamento e operações de limpeza dos equipamentos e das instalações, etc. A maior parte da água utilizada num processo industrial termina no fluxo de efluentes e o uso excessivo de água resulta em volume excessivo de efluente a ser tratado implicando em maior custo de tratamento (OKOTH, 1997; TAVARES, 1999).

A legislação que prevê cobrança pela água captada quando entrar em vigor abrangerá os segmentos que utilizam os recursos hídricos superficiais ou subterrâneos e será efetuada em função do volume de água captada. A lógica desta cobrança é fazer com que este recurso seja usado mais moderadamente garantindo água disponível às gerações futuras (MALTA et.al., 1997, NAUMANN, 1998). Portanto a outorga do uso da água tem contribuido para que as empresas desenvolvam programas de redução de consumo.

No estado do Paraná o projeto de cobrança das águas captadas ainda está em andamento, porém com a aprovação da lei de taxação de águas passa-se a cobrar o uso dos recursos hídricos captados na fonte causando um incremento dos custos de obtenção deste recurso. Por isso, as indústrias, principalmente a de bebidas cuja disponibilidade de água (recurso natural escasso) é super importante, podem agir de forma pró-ativa, desenvolvendo estratégias que visam à minimização do consumo de água amenizando o aumento dos custos de operação influindo positivamente na rentabilidade da indústria, bem como incremento do potencial da fonte para usos futuros.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver alternativas que visam à redução do volume de efluente gerado, tendo como prioridade o grande consumo de água utilizado na limpeza das instalações e dos equipamentos de uma unidade industrial situada na região metropolitana de Curitiba-PR. Como este consumo de água não pode ser eliminado, adotam-se medidas que diminuam o consumo sem prejudicar a eficácia do processo de

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MATERIAL E MÉTODOS

O estudo de caso apresentado corresponde a uma unidade processadora de produtos líquidos esterilizados de baixa viscosidade (refrescos e achocolatados) de uma indústria alimentícia localizada na região metropolitana de Curitiba - Paraná.

Utilizou-se a metodologia de minimização de resíduos proposta por U.S. Environmental Agency (EPA, 1988), de forma adaptada, descrita na Figura 2.

PLANEJAMENTO ⇓

LEVANTAMENTO DE DADOS ⇓

ELABORAÇÃO DAS ESTRATÉGIAS DE MINIMIZAÇÃO

Figura 2 – Metodologia de Minimização de Efluentes de um processo produtivo de bebidas.

Na etapa do planejamento definiram-se os objetivos para a execução do trabalho. No levantamento de dados salientou-se o conhecimento da unidade produtiva identificando-se as fontes geradoras de efluentes com o estudo do fluxograma do processo e quantificação do volume de efluente, nesta etapa informações de caráter técnico quanto à tecnologia, equipamentos, processamento para entendimento das condições operacionais da unidade em questão também foram adquiridas. As metodologias de inspeção foram verificação visual, por amostragem e balanço de massa. A partir das informações coletadas foram estabelecidas as estratégias de minimização dos efluentes na própria fonte.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na etapa de levantamento de dados reuniram-se informações para caracterização do processo produtivo, como os parâmetros de operação (temperatura, vazão, etc.), entradas e saídas (matérias-primas, produtos, sub-produtos e efluentes). Entrevistas com operadores e seus chefes imediatos foram realizadas para completar as informações sobre a geração de efluentes e documentos como relatórios e apontamentos de produção também foram analisados.

O ciclo do processo está dividido nas seguintes etapas: • esterilização dos equipamentos;

• produção (Figura 3);

• higienização dos equipamentos e limpeza da instalação. Ingredientes (Pó)

⇓

Água PREPARO FORMULAÇÃO ⇓ • Água de Resfriamento • Água Gelada ESTERILIZAÇÃO E RESFRIAMENTO ⇓

Vapor ENVASE ASSÉPTICO ⇓ ENCAIXOTAMENTO ⇓ EXPEDIÇÃO E F L U E N T E L Í Q U I D O Figura 3 – Fluxograma do processo

Fonte: Levantamento Industrial

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O efluente líquido é proveniente das operações de: esterilização dos equipamentos, lavagem e desinfecção dos equipamentos constituídos por águas de lavagem, produtos de limpeza; perdas de produto na máquina de envase asséptico (quando ocorre falhas no equipamento), água de rolagem de esteiras transportadoras que contém lubrificante e água de diluição do peróxido de hidrogênio (a embalagem do produto é esterilizada com peróxido de hidrogênio que é diluído a concentração menor que 1 % antes de ser descartado).

OBS: Neste trabalho não foram consideradas situações anormais de processamento, como ocorrência de problemas mecânicos e os consumos de água requeridos para a geração de vapor e sistemas de resfriamento. A água é proveniente da companhia de saneamento (SANEPAR) e é utilizada para as seguintes finalidades: • ingrediente: a água usada na formulação dos produtos sofre tratamento adicional que consiste de

cloração e filtragem (filtro de carvão ativado);

• processo de higienização de equipamentos (tubulações, tanques, trocadores de calor, máquina de envase, etc.) é feita pelo sistema CIP (Cleaning in place), consiste num sistema de limpeza em circuito fechado, automático, no qual os equipamentos são higienizados sem desmontagem;

• geração de vapor: o vapor é usado como meio de aquecimento no trocador de calor de casco e tubos onde é feita a esterilização dos produtos;

• sistema de resfriamento: utiliza-se água proveniente da torre de resfriamento, sendo um sistema fechado onde há reciclo da água utilizada.

• água gelada: é proveniente de um resfriador de líquido com condensação de ar com recirculação de 100%.

A água de resfriamento e a água gelada são utilizadas no resfriamento do produto esterilizado à temperatura de envase (20° C). O uso de sistemas com recirculação destas águas contribui para diminuição do volume do efluente a ser enviado a ETE (estação de tratamento de efluente) diminuindo também o custo diário pelo menor consumo.

As operações de limpeza dos equipamentos e das instalações foram priorizadas por serem realizadas com consumo de água dispendioso e constituírem-se em oportunidades potenciais de redução do volume de efluente gerado.

O programa de higienização consiste em:

a) pré-enxágüe com água a temperatura ambiente para remover os resíduos aderidos na superfície interna dos equipamentos;

b) limpeza alcalina feita com circulação de solução de soda cáustica a 2 - 2,5% a temperatura de 80 a 85°C para remoção de resíduos protéicos e gordurosos das superfícies;

c) enxágüe com água a temperatura ambiente para remover resíduos suspensos e a solução de limpeza; d) limpeza ácida realizada com a circulação de solução de ácido nítrico a 1 - 1,5% a 60 - 65°C para

remover incrustações de minerais que possam ser formados nos equipamentos;

e) enxágüe com a água a temperatura ambiente para remover os resíduos e componentes da solução ácida. A higienização é realizada pós-processamento (fim do dia), após problemas mecânicos ou quando há troca de produto durante o processamento (e o procedimento varia conforme o produto que estava sendo e o que será produzido).

As águas provenientes dos enxágües e as soluções de limpeza do processo de higienização não são recuperadas/recicladas. As soluções alcalinas e ácidas são descartadas num tanque onde são neutralizadas para então serem descarregadas no fluxo de efluentes e enviadas para a ETE. Os efluentes gerados são coletados em canaletas e enviados para estação de tratamento de efluentes que opera por sistema de tratamento biológico do tipo Lagoas de Estabilização.

Estratégias minimizadoras de efluentes

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mangueiras sem controle de vazão na sua extremidade. Apenas na área de esterilização a mangueira possui pistola de pulverização.

Na Figura 4 é possível comparar o volume de água utilizado nas operações de limpeza do piso. Na área de preparação há manipulação de matérias-primas em pó (pesagem, peneiramento) requerendo mais água para executar a limpeza. Instalando pistola de pulverização nas mangueiras melhora-se o procedimento de limpeza, eliminando o desperdício de água reduzindo o consumo de água em torno de 40 % com conseqüente diminuição do volume de efluente gerado (Figura 5).

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Preparação Esterilização Envase

l/dia

Figura 4 – Volume de efluente gerado nas operações de limpeza do piso das áreas da unidade produtiva.

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Preparação Envase

Figura 5 – Redução do volume de efluente gerado na limpeza do piso com a instalação de pistola de pulverização nas mangueiras.

A operação de esterilização dos equipamentos consiste em circular água pelo trocador de calor e demais equipamentos previamente higienizados. O volume médio de efluente gerado nesta operação é 420 l/dia sendo descartado diretamente nas canaletas de efluentes. Recomenda-se reutilizar esta água nas operações de limpeza do piso da instalação da unidade produtiva.

Alteração no sistema CIP (cleaning in place) com redução do tempo programado para execução do enxágüe inicial promoveu uma redução 68,67 % do volume de água necessário para realizar a primeira etapa, representando uma redução de 28,30 % do volume total gasto por CIP intermediário e 18,85 % para CIP completo (Figura 6);

OBS: CIP intermediário quando é realizado enxágüe inicial, circulação de solução alcalina e enxágüe; o CIP completo consta de enxágüe inicial, circulação de solução alcalina e enxágüe, circulação de solução ácida e enxágüe.

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0 5000

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15000

20000

25000

30000

_{cip intermediário (1)} cip intermediário (2) cip completo (1) cip completo (2)

Figura 6 – Redução do volume de efluente gerado devido a redução do tempo do enxágüe inicial (litros).

Evidenciou-se a importância de uma programação de produção que interrelacione a quantidade necessária de produto e a geração de efluente, uma vez que a troca de produto exige operação de limpeza dos equipamentos. É necessário planejar a produção mensalmente porque na unidade produtiva em questão é produzido mais de um tipo de produto.

A seqüência de produtos processados é que determina o ciclo de limpeza empregado, o volume adicional de efluente gerado varia de 7.000 a 20.000 l dependendo do procedimento empregado. Portanto, não trocando de produto durante o período de trabalho economiza-se o volume mencionado (Figura 7).

Figura 7 – Efluente gerado na higienização devido a troca de produto (litros).

A adoção de boas práticas operacionais como monitoramento das tubulações e das entradas de água com a instalação de hidrômetros permite a detecção de vazamentos; verificação periódica de selos das bombas; emprego de soluções de limpeza (produtos químicos) na concentração correta como medida para evitar o excesso de água nas operações de enxágüe mediante o uso de bombas dosadoras são alternativas importantes para minimizar efluentes.

CONCLUSÕES

Com base no trabalho realizado, concluiu-se que:

O controle do uso de água numa unidade industrial é uma estratégia eficaz de redução do volume de efluente gerado e neste trabalho as operações de limpeza constituiram-se em oportunidades potenciais de redução onde buscou-se a otimização do uso de água mediante estratégias de simples implementação.

Nas indústrias alimentícias a garantia da qualidade de seus produtos está relacionada diretamente com a higienização dos equipamentos e instalações que devem ser realizadas de modo eficiente e sem desperdício.

0 5000 10000 15000 20000 25000

Procedimento 1 Procedimento 2 Procedimento 3

(1) Procedimento antigo (2) Procedimento atual

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Com a aplicação das estratégias evidenciadas é possível reduzir o consumo de água e conseqüentemente minimizar o volume de efluente gerado implicando na diminuição dos custos de aquisição de água e tratamento do efluente gerado.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1.

ABEA. Associação Brasileira de Engenheiros de Alimentos. Editorial. Disponível: http://www.geocites.com/eureka/gold/5301. [capturado em: 02 fev. 2000].

2.

AQUARONE, E.; BORZANI, W.; LIMA, U.A. Biotecnologia - Tópicos de microbiologia industrial. vol. 2. São Paulo: Ed.: Edgard Blücher. 1990. 243 p.

3.

BANCO MUNDIAL. Relatório sobre o Desenvolvimento Mundial, 1992. Desenvolvimento e meio ambiente, indicadores do desenvolvimento mundial. Publicado para o banco Mundial pela Fundação Getúlio Vargas. 305p.

4.

CHEREMISINOFF, P. N. Waste minimization and cost reduction for the process industries. New Jersey: Noyes. 1995. 331 p.

5.

CRITTENDEN, B.; KOLACZKOWSKI, S. Waste minimization: A practical guide. England: IChemE. 1995. 81 p.

6.

EDWARDS, H.W.; KOSTRZEWA, M.F.; LOOBY, G.P. Waste minimization assessment for a manufacture of corn syrup and corn starch. Disponível: http://www.nttc.edu/env/waste/csu56-27.html. [capturado em 27 mar. 2000].

7.

EPA. Waste minimization opportunity assessment manual. Cincinnati, Ohio: ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, 1988, 96 p.

8.

GILBERT, M. J. ISO 14001/BS7750 Sistema de gerenciamento ambiental. São Paulo: IMAM. 1995. 257 p.

9.

MADRID, C.; CENZANO,I. VICENTE, J.M. Manual das indústrias dos alimentos. Tradução de José A. Ceschin. São Paulo: Livraria Varela, 1995, 599p.

10.

MALTA, C.; PRESTES, C. A commodity do século 21. Amanhã. p. 42-53. jan. 1997.

11.

NAUMANN, M. O papel da economia na resolução dos problemas ambientais. Anais do II Simpósio internacional de qualidade ambiental: gerenciamento de resíduos e certificação ambiental. Porto Alegre. 26 a 28 out. 1998. vol.2. p. 69-74.

12.

OKOTH, M. W. Waste minimization: water use in Kenyan milk powder factory. UNEP Industry and Environment. Nairobi, Kenya. jul-sep, 1997. p. 54 - 57.

13.

TAVARES, L.F.F.A. ISO 14001 e a melhoria ambiental. Meio Ambiente Industrial. São Paulo. ano 4, ed. 22. n. 21, p.38-49. nov./dez. 1999.

14. VALLE, C.E. Qualidade ambiental: o desafio de ser competitivo protegendo o meio ambiente. São Paulo: Pioneira. 1995. 113p.