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PPP : Água na Indu´stria dea Cana –de-açúcar, Cetesb, SP , 16/04/2008.1
Workshop Projeto PPP:“Aspectos Ambientais da Cadeia do Etanol de Cana-de-Açúcar”
Painel I:
Água na Indústria da Cana-de-açúcarAndré Elia NetoEng° Especialista Tecnologia Agroindustrial – Meio AmbienteCTC – Centro de Tecnologia Canavieira
São Paulo, SP, 16 de abril de 2008
Uso sem restrição desde que citada a fonte
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Processo, Efluentes e Resíduos - Etanol
Abordagem• Água utilizada no processo industrial
• Uso de Água no Setor
• Efluentes
• Vinhaça (vinasse)
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Processo IndustrialFonte: folheto da Usina Santa Elisa
Recepção, preparo e extração do caldo
Produção de Energia
Preparo do caldo
Fábrica de Açúcar
Destilação de Álcool
Fermentação
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Processo: moagem
�Recepção e preparo da cana e extração do caldo
Resfriamento mancais
Bagaço
Caldo p/ processo
Extração:•Moendas ou•Difusores
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Processo: preparo do caldo
Caldo caleado
Caldo misto da extração
� Tratamento do caldo: sulfitação (aç. branco) e calea ção
Forno deenxofre
Enxofre sólido
Sulfitaçãodo
caldo
Calagem
01 02
Caldo filtrado
Caldo das Moendas
,
Leite de cal
Água de resfriaento
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Processo: preparo do caldo�Tratamento do caldo: aquecimento e decantação
Caldo caleado
Lodo
Caldo
Clarificado para
destilaria
condensados
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Processo: preparo do caldo
�Tratamento do caldo: Filtragem do lodoLodo
Caldo filtrado
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Processo: produção do xarope
�Fábrica: Evaporação do caldo (xarope 65° Brix)
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Processo: fábrica e açúcar
�Fábrica: Cozimento e cristalização
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Processo: fábrica e açúcar�Fábrica: Secagem e armazenamento
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Processo: fermentação�Fermentação: preparo e tratamento do mosto
Mosto para fermentação
produtos
Leite levedura
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Processo: fermentação �Fermentação (por batelada ou contínua) Mosto para
fermentação
Leite de Levedura
(p/ tratamento)
Vinho para destilaria
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Processo: destilação hidratado
�Destilação (álcool hidratado)Vinho
flegmaálcool
hidratado
flegmaçavinhaça
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V inhaça
V a p o r d e
e s c a p e
Aparelho de Desti lação
Ág u a
Q u e n t e
Ág u a
Q u e n t e
A B CP
K
Ág u a
F r i a
V i n h a ça
E n t r a d a
Ág u a
Q u e n t e
Ág u a
F r i aC o n d e n s a d o
Ág u a
F r i a
EEEH H H
HH
I1I
I
,C i c l o h e x a n o
Processo: destilação anidro�Destilação (álcool anidro) Vinho
flegma
álcool hidratado
álcool anidro
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Usos médios de água: setorial
Fonte: Elia Neto, A. Tratamento de Efluentes na Agroindústria Sucroalcooleira, RT 762-95/96, CTC, 19950,10,03070 l/funcionário.diaUso Potável
0,20,0500,050 m3/t.cana totalLimpeza Pisos e EquipamentosOutros
19,04,00080 m3/m3 álcoolResfriamento CondensadoresDestilaria (**)
14,33,00061 m3/m3 álcoolResfriamento de Dornas
0,00,0010,01 m3/m3 álcoolPreparo do Pé-de-cuba
0,00,0010,01 m3/m3 álcoolPreparo do Mosto
4,81,00010 a 30 m3/m3 álcoolResfriamento do CaldoFermentação (**)
1,00,2000,20 m3/t.cana totalResfriamento Turbogeradores
2,40,500424 a 602 kg/t.cana totalProdução de VaporGeração de Energia
0,00,0050,01 m3/t.cana p/açúcarLavagem de Açúcar
0,20,0500,10 m3/t.cana p/açúcarResfriamento Cristalizadores
0,10,0300,06 m3/t.cana p/açúcarDiluição de Méis
19,04,0008 a 10 m3/t.cana p/açúcarCondensadores/Multijatos Cozedores
9,52,0004 a 6 m3/ t.cana p/açúcarCondensadores/Multijatos EvaporaçãoConcentração do Caldo (*)
1,40,3000,30 m3/ t.cana totalCondensadores dos Filtros
0,20,0400,04 m3/ t.cana totalEmbebição dos Filtros
0,20,0500,10 m3/ t.cana p/açúcarResfriamento Coluna de Sulfitação (*)
0,10,0300,03 m3/ t.cana totalPreparo de Leite de CalTratamento de caldo
0,70,1500,15 m3/ t.cana totalResfriamento de Mancais
1,20,2500,25 m3/ t.cana totalEmbebiçãoExtração (moendas)
25,45,3301,4 a 8,26 m3/ t.cana totalLavagem de CanaAlimentação
Distribuição (%)Uso Médio (m3/t.cana total)Uso EspecíficoFinalidadeSetor
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Usos médios de água: tipo
� O uso específico de água é maior na produção do açúcar (30m3/t.cana), caso de uma usina que só produza açúcar (o que atualmente é muito raro).
� Já destilaria autônoma de produção de álcool tem a menor necessidade relativa de água para o seu processo industrial, cerca de 15 m3/tonelada de cana processada.
� Usinas com destilaria anexa usa cerca de 21 m3/t.cana, tipo de unidades que representam a maioria do parque industrial, com a produção de cerca de 50% de cana para açúcar e 50% para a produção do álcool.
pesoUso (m3/t.cana
Tipo de unidade industrial
72 %15Destilaria autônoma de álcool (100%álcool)
100 %21Usina c/ destilaria anexa (50% açúcar e 50% álcool)
143 %30Usina 100% açúcar
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Uso e Reuso da Água
Diretrizes: captação mínima e Lançamento zero� Prática de redução e reuso de água� Circuitos fechados com torres� Águas residuárias para
lavoura
Metas para gerenciamento de águas para o setor
zeroLançamento (m3/t.cana)
1,0consumo (m3/t.cana)
1,0Captação (m3/t.cana)
Uso médio = 21 m3/t.cana (usina)15 m3/t.cana (destilaria)
Outros13%Cond. Álcool
19%
Resf. Dornas14%
Multijatos29%
Lavagem de Cana25%
Existem usinas que captam água com taxas menores ainda de até 0,5 m 3/tcana
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Água: Captação e Lançamento
� Apesar do uso de água ser grande, os volumes de captação e de lançamento de despejo podem ser reduzidos devido aos controles internose reusos.
Resultados de alguns levantamentos:
(1) Com dados do PERH-1994/95(2) Levantamento CTC (39 usinas de SP)(3) Novo levantamento CTC (34 usinas de SP)(3) Levantamento UNICA/CTC em 2005
Fonte: Elia Neto, A. Captação e uso de água no proocessamento da cana-de-açúcar in: Macedo I.C.et al A Energia da Cana-de-AçúcarUNICA, SP, 2005
4,15
0,92
5,07
1997 (3)
1,22
1,60
2,92
1994 (2)
nd3,8Lançamento
nd1,8Consumo
1,835,6Captação
2005 (4)1990 (1)Usos (m3/t.cana)
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Disponibilidade e Demanda: SP
Disponibilidade e demanda de captação de água superficiais no Estado de S. Paulo
Fontes:(*1) Plano Estadual de Recursos Hídricos–1994/95 (1 °Plano do Estado de São Paulo–1990 – Síntese)(*2) Plano Estadual de Recursos Hídricos – 2004/2007 – Resumo (DAEE, 2006)
100453,73100880100354Total
----1347Sucroalc
30,5138,532219032112Industrial
39,2177,875549044154Irrigação
30,3137,32232002587UrbanaDemanda
893 m3/s888 m3/sQ7,10
2.020 m3/s2.105 m3/sQreferênciaDisponi-bilidade
%m3/s%m3/s%m3/s
Estim p/ 2007Ano 2010 (pior)1990
PERH – 2004/07(*2)PERH – 1990 (*1)Disponibilidade e Demanda
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Disponibilidade e Demanda: setor� Em um passado recente o setor utilizava água em abundância, chegando até
cerca 15 m3/t.cana (ou mais ainda)• circuitos abertos para a lavagem de cana e resfriamento de águas
• tratamentos realizados em lagoas enormes, com tempo de detenção que podiam chegar à cerca de 2 meses
• problemas pontuais de lançamento de efluentes com carga orgânica ou temperatura não condizente com a capacidade de assimilação dos corpos de água, sobretudo os com menores vazões.
� Considerando a racionalização do uso de água, a demanda média do setor ésignificativa quando comparada com os outros setores.
• Considerando a média de 1,83 m3/t.cana , na safra, o setor demandaria 31,4 m3/s, ou seja, 7 % da demanda estadual de todos os setores,
• Apesar do grande crescimento nas duas últimas décadas (125 % de 1990 a 2007 no ESP), a demanda proporcional de água diminuiu quase que pela metade (de 13 % em 1990, para 7 % em 2007).
• Em relação à demanda industrial , estima-se que o setor sucroalcooleiro seja responsável por cerca de 23 % da demanda estadual por água (quase ¼ das capptadaspelas demais industrias).
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Reuso e Tratamento dos Efluentes Líquidos
�Controle Externo (corretivo)• decantação da água de lavagem de cana
• lagoas de estabilização da água de lavagem de cana (circuito aberto)
• torres de resfriamento
• tanques aspersores
• decantador/flotador de água de lavagem de gases da chaminé
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�Efluente da lavagem da cana :• Taxa de uso de água e impurezas minerais no despejo da lavagem
de cana:
Taxa de uso de água Impurezas minerais
─ CMAI 1996: 3,80 m3/ton.cana; 0,65% impurezas na cana
─ CMAI 2004: 2,58 m3/ton.cana; 0,55 %impurezas na cana
• Médio potencial poluidor em termos de matéria orgânica (180 a 500mg/ de DBO5) e alta concentração de sólidos.
• O tratamento consiste em decantação (lagoas) e lagoas de estabilização, para o caso de lançamento em corpos d’água.
• O reuso se dá pela recirculação após decantação (decantadores circulares ou caixas de areia) e correção do pH entre 9 a 10.
• Evolução : Limpeza da cana a seco =>Eliminação da lavagem (em cana picada a perda de açúcar é muito grande e não é feito lavagem). Com a eliminação da queimada se terá cana colhida com máquina (picada).
Tratamento: Água de Lavagem de Cana
Obs. CMAI, Controle Mutuo Agroindutrial do CTC
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Sistemas: Tratamento de Água de Lavagem de Cana
Decantador circular de água de lavagem de cana
Caixas de areia p/ água de lavagem de cana
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�Águas dos multijatos e condensadores barométricos
• Despejo originado nos evaporadores e vácuos do setor de concentração e cozimento
• Apresentando um baixo potencial poluidor (10 a 40 mg/DBO5) e alta temperatura (~ 50°C).
• O tratamento consiste de tanques aspersores (ou não convencional, torres para resfriamento), com as águas frias recirculando ao processo (ou lançamento).
Tratamento de Água da Fábrica
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Tratamento de Água de Resfriamento da Destilaria
�Águas de resfriamento de dornas e de condensadores de álcool• Sem potencial poluidor em termos de matéria
orgânica, porém com alta temperatura (~50°C).
• O tratamento visando diminuir a temperatura consiste de torres de resfriamentos (ou não convencional tanques aspersores) para retorno (circuito fechado).
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Tratamentos: Resfriamento de Água da Fábrica e Destilaria
Aspersores para resfriamento de águas multijatos
Torres de resfriamento de águas
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Tratamento dos Despejos da Lavagem de Gases da Chaminé
Decantadores/Flotadores� Água do circuito de lavador de gases e cinzas das caldeiras
• Baixo potencial poluidor em termos de matéria orgânica (100 a 150mg/ de DBO5), alta concentração de sólidos e alta temperatura (80°C).
• O tratamento consiste em decantação/flotação e o reuso do tratado se dá pela recirculação.
• O RS formado pelo lodo é enviado para a lavoura (aplicação com a torta de filtro)
Retentores Via Úmida� Operam por lavagem com água� Vazão de água 0,7 a 1,0 litro/Nm³� Pressão de água 1,5 kgf/cm²� Atende a escala Ringelmann 1� Requer sistema de decantação
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Sistema: Tratamento dos Despejos da Lavagem de Chaminé
Decantador/ /flotador de fuligem
Retentor de fuligem caldeiras
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Água Residuárias (diluindo ou não a vinhaça/fertirr igação).• Constituídas pelos efluentes de lavagem de piso e equipamentos,
purgas dos circuitos fechados e efluentes diversos.
• Quantidade : depende do índice de reuso na usina, podendo chegar com o fechamentos dos principais circuitos, em torno de 1 m3 de água captada/t.cana.
• Assim uma dosagem de vinhaça pura que tem uma lâmina de água pequena (15 a 30 mm/ano) pode ter esta lâmina aumentada para 80 a 120 mm/ano, com a mistura com água residuária.
• Caracterização : com médio teor de matéria orgânica (1.500 mgDBO5 em média) e sólidos. Podem conter OG no caso das águas de oficinas e das moendas não passarem por caixa de óleo.
Tratamento: Águas Residuárias
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(*) Fonte: Rosenfeld, U. Irrigação e Fertirrigação nas Sub egiões de SP e CO. Palestra; Simpósio de Tcnologia de Produção de Cana-de-Açúcar, GAPE/FEALQ, Piracicaba, 04/07/2003
� Deficiência de água - irrigação de salvamento (*):• Para cana planta 80 a 120 mm (4º ao 8º mês em 2 aplicações)
• Para cana soca 40 a 60 mm (15 dias após o corte em aplicação única)
Sistema: Irrigação e Fertirrigação
Ganhos médios de produtividade (*):Cana planta de 12 a 20 %Cana soca de 6 a 12 %
Reuso : diminui a necessidae de novas captação para irriga ção.
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RS: Vinhaça
� Definição (N.Cetesb P4.231):• Vinhaça: líquido derivado da destilação do vinho, que é resultante da
fermentação do caldo da cana de açúcar ou melaço.
� Conhecida conforme a região como: • vinhaça, vinhoto, restilo,..
� Resíduo Sólido Não Inerte (ABNT 10.004):pelo fato de não ter tratamento convencional que possibilite o lançamento
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Vinhaça: Origem OrgânicaMatéria-prima:
caldo, méis, melaço, xarop, água
Tratamento fermento :
ácido sulfúrico
Produtos auxiliares:
desinfectantes, nutrientes, anti-
espumantes
Vinho:
p/ destilação
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Vinhaça: Origemciclo-hexano
A B
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Vinhaça: Quantificação
�Quantificação• Volume varia basicamente conforme o teor alcoólico do
vinho e o vapor direto utilizado (10 a 15 litro/litro de álcool)
• Volume médio obtido do CMAI-Controle Mútuo Agroindustrial do CTC: ─Safra 1999/00 10,80 L/L─Safra 2000/01 10,32 L/L─Safra 2001/02 10,20 L/L ─Safra 2002/03 10,41 L/L─Safra 2003/04 10.46 L/L─Safra 2004/05 11.40 L/L─Safra 2005/06 11.98 L/L─Safra 2006/07 11.96 L/L─Safra 2007/08 11.96 L/L
•Associadas ao CTC (Copersucar)
•Associadas ao CTC (Canavieiro) -maior representatividade na Região CS
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Vinhaça: Quantificação
Fonte: CTC - Elia Neto, A & Nakahodo, T (1995).
Taxa de produção de vinhaça pura (sem flegmaça)
Variação da taxa de produção de vinhaça•De 7 litros/litro álcool(pura, fermentação c/ alto grau alcoólico)•Até 15 litros/litros de álcool (com vapor incorporado e baixo grau na fermentação)•A flegmaça também pode ser incorporada a vinhaça, aumentando-a em cerca de 2 l/litro (c/vapor)
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Taxa de Produção Média: 10,80 a 11,96 l/l.álcool (CM AI 1999-2007)
Fonte: Elia Neto, A & Nakahodo, T Caracterização da Vinhaça, CTC - 1995
Vinhaça: Caracterização Físico-Química (CTC)
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Fonte: Elia Neto, A & Nakahodo, T Caracterização da Vinhaça, CTC - 1995
Vinhaça: Caracterização Físico-química (CTC)
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Vinhaça: Caracterização média
� Caracterização média da vinhaça• PH 4• Temperatura 90°C• Vazão de vinhaça 10,85 L/L.álcool• DBO5 16.950 mg/L• DQO 28.450 mg/L• Sólidos Totais 25.155 mg/L• Potássio 2 kg.K/m 3
�Carga orgânica 300 g DQO/L.álcool
Fonte: Elia Neto, A & Nakahodo, T Caracterização da Vinhaça, CTC - 1995
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Vinhaça: Impactos – Potencial Poluidor
�Resíduo com alto potencial poluidor• Alto teor de matéria orgânica , impossibilitando o
tratamento e lançamento em corpos de água• Concentrações de sais (potássio, nitrogênio e outros)
que podem ser lixiviados e contaminar as águas subterrâneas
• Cheiro objetável no armazenamento e disposição no solo (matéria orgânica e enxofre, formando mercaptanas)
• A produção de 500 m 3 álcool/dia (1.000.000 t.cana/safra) equivale a poluição orgânica de uma cidade com 1.700.000 habitantes (durante a safra)
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Vinhaça: Histórico• Problema imediato: poluição hídrica pelo lançamento
─Não há solução técnica e econômica para o tratamento convencional da vinhaça:
• Solução: Uso na Fertirrigação da Lavoura de Cana─ Inicialmente: disposição do resíduo no solo, em áreas de
infiltração (áreas de sacrifício da lavoura). Eliminan do o problema imediato de poluição hídrica superficial (a ntes dos anos 70)
─Posteriormente: Uso racional da vinhaça:• com dosagens controladas trazendo benefícios na sub stituição
de parte da adubação mineral;• Diminuição do risco de poluição das águas subterrân eas.
─Atualmente: Aplicação altamente tecnificada:• Maiores benefícios agronômicos (produtividade);• Substituição de parte da adubação química (potássio )• Reciclagem parcial de recursos naturais (N,K e micr onutrientes)
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Vinhaça: Aplicação Tecnificada
�Tecnologias:• Alto custo na aplicação
(equipamentos e distâncias)Travessias de rios (APP)
Resfriamento e impermeabilização de tqs
Transporte
Aplicação – Aspersão (hidro-roll)
Canais - impermeabilizações
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Source: Penatti et alii – Vinasse a liquid fertilizer. Pr oceedings of ISCCT Congress, Guatemala, 2005
� Fertirrigação Racionalmente Aplicada
Vinhaça: Benefícios Agronômicos
Ganhos médios de 10 t.cana/ha com dosagens de 300 m3 .vinha/ha (cerca de 10 % de aumento de produdividade)
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onde:0,05 = 5% da CTCCTC = Capacidade de Troca Catiônica, expressa em cmolc/dm³ a pH 7,0, dada pela análise de fertilidade do solo.ks = Concentração de potássio no solo, expresso em cmolc/dm³, àprofundidade de 0,80 metros, dada pela análise de fertilidade do solo.3744 = Constante para transformar os resultados da análise de fertilidade para kg de potássio em um volume de um hectare por 0,80 metros de profundidade.185 = kg de K2O extraído pela cultura por ha, por corte.kvi = Concentração de potássio na vinhaça, expressa em kg de K2O/ m³.
• Solos saturados a dosagem mais restritiva• Áreas cada vez mais distantes• Incentivos a redução do volume (transporte econômic o)
Vinhaça: NT CETESB P4.231Dosagem de K2O
Critérios e Procedimentos para Aplicação no Solo Ag rícola
m³ de vinhaça/ha = [(0,05 x CTC - ks) x 3744 + 185] / kvi
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Vinhaça: Aspersão
Sistema de maior utilização nas usinas
• Canal + Montagem Direta
• Canal + Autopropelido (rolão - hidro-roll)
• Caminhão + Autopropelido (rolão - hidro-
roll)
Montagem Direta (canhão hidráulico)
Rolão (hidro-roll) acoplado em caminhão
Rolão (hidro-roll) em canal
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Conclusões� O CTC tem sugerido metas para o setor de 1 m3/t.cana para captação e zero de
lançamento de efluente. • Carga orgânica seria tratada através da utilização dos despejos na fertirrigação da
lavoura conjuntamente com a vinhaça. • O consumo de água que é a diferença entre o captado e o lançado ficaria ao redor da
captação, ou seja, 1 m3/t.cana.
• Os benefícios são muitos: ─ a própria reutilização dos despejos na lavoura (matéria orgânica e água na irrigação de
salvamento), ─ a diminuição dos custos da cobrança de água, e ─ menor dispêndio com tratamento externo de efluente.
� A política pública de cobrança de água mostrou ser um adequado instrumento de gestão das águas,
• mesmo ainda não totalmente implantada incentivou em grande parte o uso racional das águas no setor.
• Este instrumento pode e deve ser constantemente aperfeiçoado através da participação equânime entre Estado e Sociedade Civil, dando-se maior voz aos setores usuários de água.
PPP : Água na Indu´stria dea Cana –de-açúcar, Cetesb, SP , 16/04/2008.46
Conclusões� Em relação às pesquisas:
• Pode se dizer que o setor atingiu um patamar de engenharia básica no seu balanço hídrico industrial, com os sistemas de tratamento e fechamento de circuitos
• Há necessidade de desenvolvimento de tecnologia que possibilite uma relação custo-benefício para a reutilização da própria água da cana. ─ São cerca de 0,7 m3/t.cana, apesar de uma parte se incorporar ao bagaço, sobrando então
pelo menos 0,55 m3/t.cana, que são as águas condensadas vegetais , com algum reaproveitamento no processo e as águas contidas na vinhaça .
─ Pesquisas neste sentido poderiam colocar o setor no rumo de auto-suficiência de água, a exemplo da auto-suficiência energética com o bagaço da cana, aumentando mais ainda o grau de sustentabilidade ambiental do setor.
� Muito ainda pode-se realizar em prol da reuso de água do setor• Mesmo considerando a meta de 1 m3/t.cana, o setor tem capacidade de reduzir mais
ainda o percentual de captação próximo a 4 % da atual demanda estadual
• E uso de tecnologias de ponta em desenvolvimento e a serem desenvolvidas para aproveitar melhor a água contida na cana, dentro de uma óptica de custo-benefício.
PPP : Água na Indu´stria dea Cana –de-açúcar, Cetesb, SP , 16/04/2008.47
OBRIGADO
CTC - CENTRO DE TECNOLOGIA CANAVIEIRAPiracicaba - SP
André Elia Neto andre@ctc.com.br
Água na Indústria da Cana-de-açúcar