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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA E ECOLOGIA
ESPECIALIZAÇÃO EM GESTÃO E PERÍCIA AMBIENTAL
ANDRÉ LUÍS SAGIORATO MARCON
EFICIÊNCIA NO TRATAMENTO E CONTROLE DE EFLUENTES DE UMA INDUSTRIA DE BEBIDAS
CUIABÁ 2018
ANDRÉ LUÍS SAGIORATO MARCON
EFICIÊNCIA NO TRATAMENTO E CONTROLE DE EFLUENTES DE UMA INDUSTRIA DE BEBIDAS
Monografia apresentada como requisito para obtenção do Título de Especialista em Gestão e Perícia Ambiental, da Universidade Federal de Mato Grosso - Campus Cuiabá. Orientador(a): Profa. Dra. Débora E. Pedrotti Mansilla
CUIABÁ 2018
LISTA DE TABELAS
Tabela 01: Característica dos Efluentes Brutos .......................................................................12
Tabela 02: Eficiências de Tratamento Projetadas ....................................................................12
Tabela 03: Indicação de tratamento biológico .........................................................................19
Tabela 04: Vantagens e desvantagens de processos biológicos ...............................................19
Tabela 05: Parâmetros de controle operacional de um reator anaeróbio .................................26
Tabela 06: Capacidade de desinfecção dos diferentes agentes oxidantes ................................30
Tabela 07: Análises Internas da unidade ..................................................................................32
Tabela 08: Resultados Externos da unidade .......................................................................... 34
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 4
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................ 6
2.1 TRATAMENTO DE EFLUENTES EM INDÚSTRIAS DE BEBIDAS ............................. 6 3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ..................................................................... 10
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................................... 11
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO ........................................................... 11 4.2 CARACTERIZAÇÃO DA ETE ......................................................................................... 11 4.3 PROCESSO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES E CONTROLE OPERACIONAL 14
4.3.1 PRÉ-TRATAMENTO ............................................................................................. 14 4.3.1.1 Gradeamento ..................................................................................................... 14 4.3.1.2 Caixa de Areia (Desarenador) .......................................................................... 15 4.3.1.3 Separador Água e Óleo (SAO) ......................................................................... 16 4.3.1.4 Peneiramento .................................................................................................... 16
4.3.2 TANQUE DE EQUALIZAÇÃO ............................................................................. 17 4.3.3 TRATAMENTO SECUNDÁRIO - PROCESSOS BIOLÓGICOS ........................ 18
4.3.3.1 Tratamento Anaeróbio ...................................................................................... 20 4.3.3.1.1 Controle operacional do Reator Anaeróbio ............................................... 24
4.3.3.2 Tratamento Aeróbio .......................................................................................... 27 4.3.4 POLIMENTO DO EFLUENTE .............................................................................. 29
4.3.4.1 Processos de Desinfecção ................................................................................. 29 4.4 CONTROLES OPERACIONAIS ...................................................................................... 31
4.4.1 CONTROLE ALUMÍNIO ....................................................................................... 32 4.4.2 ANÁLISE INTERNAS ........................................................................................... 32 4.4.3 EQUIPE E TREINAMENTOS ............................................................................... 33 4.4.4 RESULTADOS ATUAIS – INDICADORES ........................................................ 34 4.4.5 PERSPECTIVAS FUTURAS ................................................................................. 35
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................. 36
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 37
4
1 INTRODUÇÃO
A água, essencial à vida e ao meio ambiente, é um recurso finito e extremamente
vulnerável. O controle da poluição hídrica é de suma importância para que a qualidade da
água seja compatível com a sua utilização e preservação (BORSOI E TORRES, 1997).
Em indústrias de grande porte (como a de fabricação de bebidas) é comum o
emprego de processos biológicos mistos (anaeróbios e aeróbios), que aliam à confiabilidade e
eficácia na obtenção de efluentes tratados e enquadrados nos parâmetros exigidos pela
legislação ambiental, o menor consumo de insumos (energia elétrica, produtos químicos) e a
menor geração de resíduos (lodo biológico excedente) (OLIVEIRA NETTO, 2011;
BARBOSA, 2012). Os parâmetros de controle dos efluentes das indústrias de bebidas são
(GORDANO, 2004): matéria orgânica (demandas químicas (DQO) e bioquímica (DBO) de
oxigênio) ; sólidos totais; fósforo, nitrogênio; óleos e graxas; temperatura; cor e pH.
A utilização de água pela indústria, segundo Giordano (2004), pode ocorrer de
diversas formas, tais como pela incorporação ao produto em razão das lavagens de máquinas,
de tubulações e de pisos, pelas águas de sistemas de resfriamento e geradores de vapor, em
razão das águas utilizadas diretamente nas etapas do processo industrial ou incorporadas aos
produtos, além de esgotos sanitários dos funcionários.
Grande parte das fábricas de bebidas no Brasil adotam o processo misto (anaeróbio e
aeróbio) como solução para o tratamento de seus efluentes. Na etapa anaeróbia obtêm-se
remoções da ordem de 85% de carga orgânica (DBO), com baixo consumo de energia elétrica
(inclusive com a geração de gás metano combustível, que pode ser usado na fábrica para
geração de vapor ou mesmo energia elétrica), ficando o pós-tratamento, aeróbio, responsável
pela complementação da remoção de DBO (BARBOSA, 2012).
Quanto aos efluentes industriais sua relação com os impactos ambientais, a situação é
relevante. A carga poluidora gerada nos processos industriais tem-se mostrado como um dos
maiores poluidores ambientais. Sendo assim, Imamura, Toni e Dorta (2012), trazem que para
caracterização dos efluentes industriais é necessária para determinar as características
biodegradáveis deste efluente antes da sua disposição final no ambiente, com o intuito de
preservação ambiental, com a diminuição do impacto negativo.
Diante do contexto, a eficiência no tratamento e o controle dos efluentes industriais
deve ser vista como uma oportunidade de valorização dos processos e negócios para as
5
empresas. Conciliar progresso econômico, equidade social e preservação ambiental podem
gerar bons dividendos, imagem e reputação, contribuindo também para o crescimento e
perenidade dos negócios além da preservação ambiental.
Devido à relevância que o cuidado com o meio ambiente tem ocupado na atualidade,
este estudo aborda como problema de pesquisa: é possível ter eficiência no tratamento e o
controle dos efluentes industriais?
O Curso de Especialização em Gestão e Perícia Ambiental fundamenta-se na ideia de
capacitar profissionais para combinar o domínio da técnica e a sensibilidade teórica para a sua
posterior utilização crítica, o que leva o curso a trabalhar sempre sob a perspectiva da
multidisciplinaridade. Essas são exigências que vêm sendo percebidas no próprio mercado de
trabalho produzido pelas condições atuais de alta competitividade.
Como forma de viabilizar a ideia aproximando-a da realidade, foi proposta a
elaboração desse estudo preliminar da gestão do tratamento de efluentes industriais, em um
nível que envolva a identificação das principais potencialidades da mesma.
Nosso propósito se justifica pelo fato de visarmos tecer uma análise do nível de
sensibilização e comprometimento, demonstrando como a eficiência no tratamento e controle
dos efluentes possuem um papel fundamental na conservação dos recursos naturais e reflete
positivamente nos resultados dos empreendimentos.
O objetivo geral dessa monografia é o de apresentar a eficiência no tratamento e
controle de efluentes de uma indústria de bebidas.
De forma a cumprir com o objetivo geral nos pautamos nos seguintes objetivos
específicos: Descrever os processos de um tratamento de efluentes de uma indústria de
bebidas; Apresentar os controles operacionais industriais para a eficiência no controle de uma
estação de tratamento de efluentes; Demonstrar a importância da gestão de efluentes como
forma de preservação dos recursos naturais e verificar os retornos possíveis (ambientais,
sociais e econômicos) gerados pela movimentação desse processo.
Neste sentido, este trabalho tem como finalidade aprofundar o assunto tratamento de
efluentes na indústria para obter uma analise preliminar e dar condução à pesquisa e se
estrutura apresentando inicialmente a Introdução, a metodologia, onde é apresentada a
trajetória de desenvolvimento do estudo; fundamentação teórica, na qual se aborda de forma
breve os principais conceitos discutidos neste estudo e por fim são expostas as conclusões e
sugestões para futuros trabalhos.
6
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo iremos abordar as principais informações e conceitos relevantes à
pesquisa, abordando as seguintes definições: Tratamento de Efluentes em Indústrias de
bebidas, Eficiência no tratamento e controle de efluentes e Legislação aplicável.
2.1 TRATAMENTO DE EFLUENTES EM INDÚSTRIAS DE BEBIDAS
O destino de qualquer efluente é o encaminhamento a um corpo de água. Em
consequência desse lançamento, aparece a possibilidade de virem a serem gerados certos
inconvenientes, como, por exemplo, o desprendimento de maus odores, o sabor estranho na
água potável, mortandade de peixes e outros. A saúde pública pode ser ameaçada pela
contaminação das águas de abastecimento, dos balneários e dos gêneros alimentícios. A febre
tifoide, a disenteria, cólera e a hepatite infecciosa podem ser disseminadas por veiculação
hídrica. É possível que as águas de um rio se tornem impróprias para o uso agrícola e
industrial. Com a finalidade de manter os corpos de água livres de inconvenientes como os
citados, é que se busca o tratamento de efluentes e sua eficiência (IMHOFF, 1996).
No tratamento de efluentes, o suprimento de oxigênio pode ser feito por meio de
bactérias que respiram o oxigênio livre do ar (bactérias aeróbias), originando o processo
aeróbio, ou bactérias que retiram o oxigênio combinado e presente em outras substâncias
(aceptores de hidrogênio), originando o processo anaeróbio. Em resumo, tratar efluentes com
grande teor de carga orgânica é realizar a oxidação da matéria orgânica presente pela adição
de oxigênio.
Os processos de tratamento a serem adotados, as suas formas construtivas e os
materiais a serem empregados são considerados a partir dos seguintes fatores: a legislação
ambiental regional; o clima; a cultura local; os custos de investimento; os custos operacionais;
a quantidade e a qualidade do lodo gerado na estação de tratamento de efluentes industriais; a
qualidade do efluente tratado; a segurança operacional relativa aos vazamentos de produtos
químicos utilizados ou dos efluentes; explosões; geração de odor; a interação com a
vizinhança; confiabilidade para atendimento à legislação ambiental; possibilidade de reuso
dos efluentes tratados (GIORDANO,1999).
7
2.2 EFICIÊNCIA NO TRATAMENTO E CONTROLE DE EFLUENTES
Uma forma de avaliar a eficiência operacional de uma unidade industrial no âmbito
da gestão dos recursos hídricos se dá por meio da análise de um índice de consumo de água.
A partir de dados do setor no Brasil, tem-se que o índice de consumo de água numa cervejaria
varia entre 4 e 10 l água/l bebida. Na produção de refrigerantes, devido à predominância da
utilização de embalagens descartáveis, é comum encontrar unidades industriais operando com
índices de consumo de 2,5 a 3,5 l água /l bebida. Verificam-se os maiores consumos de água
nas áreas de utilidades e de lavagem de garrafas, que representam até 45% do consumo total
de uma cervejaria (CETESB, 2005).
A água é um recurso indispensável para a sobrevivência da espécie humana e,
considerando que somente 0,02% da água existente é apropriada para o consumo, surge,
então, a necessidade de sua preservação.
A água é um bem essencial na natureza, sendo necessário a todos os processos básicos da vida. Apesar de ser um recurso natural encontrado em grande quantidade na superfície da Terra, o uso desordenado e a ação poluidora do homem estão provocando o seu esgotamento, havendo crescente necessidade de sua preservação. (VITERBO, 1998, p. 57)
Para definir a qualidade dos efluentes gerados, devem ser obtidas informações
passíveis de mensuração com o intuito de se definir os parâmetros físicos, químicos e
biológicos, conforme a citação abaixo.
A qualidade da água é representada por características intrínsecas, geralmente mensuráveis, de natureza física, química e biológica. Estas características, se mantidas dentro de certos limites, viabilizam determinado uso. Esses limites constituem os padrões da qualidade da água. (VITERBO, 1998, p. 59)
De acordo com Viterbo (1998), o tratamento de efluentes pode ser: primário,
secundário e terciário. O Primário normalmente caracteriza-se por processos físicos que,
podendo também receber auxilio de processos químicos, constituem-se de: flotação;
decantação; e neutralização. O tratamento secundário consiste em otimizar, sob condições
artificiais, o fenômeno de degradação de matéria orgânica e de alguns compostos inorgânicos
que ocorrem na natureza. Os microrganismos (bactérias, algas, protozoários e fungos)
degradam a matéria orgânica. O processo de lodos ativados é um dos processos de tratamento
biológico mais utilizado na indústria, pois é o processo mais versátil.
Este consiste na aeração de despejos biologicamente degradáveis por um certo
período até que uma grande massa de flocos sedimentáveis seja formada. Tais sólidos
8
sedimentáveis são chamados de lodo ativado. As bactérias presentes no lodo ativado são
responsáveis pela decomposição da matéria orgânica do despejo. Após o tratamento no reator,
a massa biológica é separada do líquido em um decantador, sendo parte dos sólidos biológicos
reciclados e parte descartada no sistema. Quando os tratamentos primários e secundários não
são suficientes, utiliza-se o tratamento terciário. Os tratamentos terciários são mais caros que
os demais por utilizarem produtos químicos e técnicas mais arrojadas. Nessa etapa, por
filtração, são removidos os sólidos em suspensão, remanescentes da etapa secundária. Por
fim, o efluente já tratado se junta ao inorgânico e é conduzido para lagoas de estabilização e,
em série, para o polimento final, em que alcança a qualidade requerida pelos padrões de
proteção ambiental.
2.3 LEGISLAÇÃO APLICÁVEL
Existem parâmetros para o lançamento de efluentes regulados por resolução e lei
específicas, tantas exigências de âmbito federal, quanto aquelas de âmbito estadual.
A legislação ambiental vigente no Brasil estabelece conceitos, padrões, normas e
procedimentos para tratamento e lançamento de esgoto e efluentes nos recursos hídricos, por
meio de vários instrumentos, entre os quais: a classificação dos corpos de água, o padrão de
lançamento e o padrão do corpo receptor (LEME, 2008).
Com a finalidade da melhora nos processos de aplicação do poder legislativo entrou
em vigor, a partir de 17 de março de 2005, a Resolução do Conselho Nacional do Meio
Ambiente (CONAMA) nº 357, que dispõe sobre a classificação dos corpos de água e
diretrizes ambientais para seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões
de lançamentos de efluentes, e dá outras providências. Essa Resolução surge para revogar a
resolução CONAMA nº 20/86 e é complementada pela Resolução nº 430 (CONAMA)
(BRASIL, 2017).
A Resolução CONAMA, em seu Capítulo IV, Artigos 24, e 34 e respectivos incisos,
determina que os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta
ou indiretamente, nos corpos de água (rios, lagos e outros) depois do devido tratamento e
desde que obedeçam às condições, aos padrões e às exigências dispostos na referida
Resolução.
9
Vale considerar, também, as peculiaridades que variam em cada região do país,
sendo que os estados podem possuir normas diferentes desde que sejam mais restritivas que a
Resolução que possui caráter federal.
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3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Como procedimento metodológico, na primeira fase desta pesquisa foi realizado um
estudo exploratório acerca dos pressupostos teóricos que balizam a temática de tratamento de
efluentes, cujo delineamento foi através de pesquisa bibliográfica e documental.
Para a realização deste estudo, será adotado a metodologia de pesquisa exploratória e
descritiva, interagindo com o que se estuda e apontando pontos relevantes ao assunto.
A abordagem será de forma exploratória, que segundo Gil (2002, p.41): têm como
objetivo proporcionar maior finalidade com o problema com vistas a torná-lo mais explícito
ou a construir hipóteses. Pode-se dizer que estas pesquisas têm o objetivo principal o
aprimoramento de idéias ou a descoberta de intuições.
Para Castro (1977, p. 66): Quando se diz que uma pesquisa é descritiva, se está
querendo dizer que se limita a uma descrição pura e simples de cada uma das variáveis,
isoladamente, sem que sua associação ou interação com as demais seja examinada”.
Entende-se como pesquisa descritiva, um estudo entre a pesquisa exploratória e
explicativa, com foco em identificar, comparar, relatar entre outros aspectos, sendo que sua
trajetória não é preliminar como e primeira e nem estendida como a segunda. (NUNES,
2006).
Com relação aos procedimentos da pesquisa será empregado na coleta de dados o
procedimento de estudo de caso de uma indústria. Vale destacar que a pesquisa documental é
justificada na medida em que o pesquisador pode organizar as informações que se encontram
disperso em um documento, atribuindo uma nova importância como fonte de consulta.
A análise dos dados se dará pode meio da abordagem qualitativa uma vez que,
segundo Richardson (1999), este modo de pesquisa consiste em uma tentativa de
compreensão detalhada dos significados e características situacionais apresentadas. Enfatiza-
se que nesse tipo de abordagem podem-se realizar análises minuciosas em relação ao
fenômeno estudado.
Quanto à abordagem do problema é de forma qualitativa, podendo-se utilizar, em
alguns momentos, a abordagem quantitativa também. Para Michel (2005, p. 33): “Na pesquisa
qualitativa o pesquisador participa, compreende e interpreta”.
11
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO
O empreendimento tomado como referência localiza-se na cidade de Várzea Grande
estado do Mato Grosso, sendo uma indústria de fabricação de refrigerantes. Pertence a um
grupo fabricante que atua no Centro-Oeste e Nordeste Brasileiro com capacidade para
produzir mais de três bilhões de litros de bebida/ano. Para a operação nessa unidade, possui
uma Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) instalada no ano de 2005 que possui as
seguintes unidades básicas:
- Pré-Tratamento / Tratamento Primário: Gradeamento, Caixa de Areia, Separação
Óleo/Água, Peneiramento, Equalização e Correção do pH.
- Tratamento Secundário: Tratamento Anaeróbio por Reator UASB seguido por
Tratamento Aeróbio por Sistema de Lodos Ativados.
- Desinfecção: Cloração.
- Desaguamento do Lodo: Adensador / Filtro Prensa
A ETE opera com todas as suas unidades básicas constituintes e o Efluente Tratado
vem se apresentando dentro dos limites preconizados pela regulamentação interna da empresa
e pela Legislação Estadual e Federal, sendo atualmente referência em eficiência e melhoria
continua no sistema fabricante que representa.
4.2 CARACTERIZAÇÃO DA ETE
O processo de tratamento de efluentes a ser adotado por uma indústria irá depender
das características do efluente por ela gerado. Em geral, os efluentes das fábricas de
refrigerantes apresentam características similares, sendo uma mistura de correntes
inorgânicas, advindas dos produtos químicos utilizados, e orgânicas, originárias dos efluentes
sanitários e dos descartes de bebida e açúcar. A mistura de efluentes é caracterizada,
12
principalmente, por elevada Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Demanda Bioquímica
de Oxigênio (DBO), além de concentrações médias de sólidos suspensos, nitrogênio e fósforo.
A ETE da fábrica de Várzea Grande recebe os Efluentes Industriais e os Esgotos
Sanitários (provenientes do refeitório e banheiros) tendo como características os itens
apresentados na Tabela 01:
Tabela 01: Característica dos Efluentes Brutos
PARÃMETRO EFLUENTE BRUTO
Vazão Média 50 m³/h – 1.200 m³/d
Vazão de Pico 75 m³/h
Temperatura, ºC 30 – 35
Jornada 24 horas/dia
pH 4 – 11
DQO, mg/l 8.000
DBO, mg/l 5.000
SST, mg/l < 100
N Total, mg/l < 3
P Total, mg/l < 1
Sólidos Sedimentáveis, mg/l.h < 2
Óleos e Graxas, mg/l < 10
Sulfatos, mg/l Ausentes
Tabela 02: Eficiências de Tratamento Projetadas
PARÂMETRO EFLUENTE
BRUTO
EFLUENTE
TRATADO
ANAERÓBIO AERÓBIO
%
REMOÇÃO SAÍDA
%
REMOÇÃO SAÍDA
DQO, mg/l 8.000 120 80 1.600 93 112
DBO, mg/l 5.000 50 85 750 94 45
pH 4,5 – 11 6,5 – 9 - 6,8 –
7,2 - 6,5 -7,5
Temperatura,
ºC 30 – 35 < 40 - 30 -35 - 30 -35
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Em relação ao efluente industrial, a caracterização depende do processo onde o
mesmo é gerado e é diretamente relacionado aos usos que se fazem da água no processo
produtivo. Nessa fábrica os usos podem ser para limpeza (CIP’s) de tanques, equipamentos,
tubulações ou pisos; sistemas de água de resfriamento e aquecimento; geração de vapor;
selagem de equipamentos rotativos; testes hidrostáticos, entre outros.
A rota de tratamento utilizada na unidade e mais adequada para efluente com as
características geradas é pela via biológica, precedida de um pré-tratamento. Existem diversas
variações de processos biológicos, o tratamento utilizado e detalhado nesse trabalho é
composto por: Pré-tratamento (Gradeamente, Caixa de Areia, SAO, Peneira) – Tanque de
Equalização – Tratamento Biológico Anaeróbio – Tratamento Biológico Aeróbio – Etapas de
polimento (Desinfecção). A atual fluxo de passagem do efluente pela ETE segue a seguinte
rota:
Figura 01: Fluxograma da ETE
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O objetivo do tratamento dos efluentes industriais e domésticos é a remoção dos
contaminantes presentes para que seja possível o seu reuso na indústria e/ou em outra
atividade ou, quando não for possível, o seu lançamento em corpo hídrico, dentro dos limites
requeridos pelas legislações vigentes.
4.3 PROCESSO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES E CONTROLE OPERACIONAL
4.3.1 PRÉ-TRATAMENTO
Os sólidos grosseiros e/ou de maior dimensão carregados com o efluente podem
prejudicar, desgastar e obstruir os equipamentos da ETE, com abrasão de bombas hidráulicas,
obstrução de tubulações, decantação não desejada de sólidos em tanques, etc. Além destes
sólidos, outros poluentes não desejados que podem prejudicar as operações da estação, como
os óleos e graxas, devem ser removidos na etapa preliminar, se presentes em altas
concentrações no efluente (MULLER, 2016). Pelos motivos citados, o pré-tratamento da ETE
da fábrica é constituídos de gradeamento, caixa de areia (desarenação), separação de óleos e
peneiramento.
4.3.1.1 Gradeamento
São considerados sólidos grosseiros os resíduos sólidos contidos nos efluentes e de
fácil retenção e remoção, através de operações físicas de gradeamento e/ou peneiramento. Nas
fábricas, caracterizam-se por esses tipos de materiais as tampinhas, canudos, restos de
plástico, etc. A remoção dos sólidos grosseiros presentes no efluente tem como finalidade:
proteção dos dispositivos da ETE, como bombas, tubulações, peças especiais e proteção dos
dispositivos de tratamento, tais como raspadores, aeradores, meios filtrantes. (MULLER,
2016)
A remoção dos sólidos grosseiros é, portanto, operação fundamental para
condicionar o efluente às etapas posteriores de tratamento. Assim, essa etapa deve estar
instalada sempre no início da estação. (MULLER, 2016)
Os dispositivos mais aplicáveis ao tratamento de efluentes para a remoção de sólidos
grosseiros são as grades de barras. Esses dispositivos são, geralmente, barras de ferro ou aço,
dispostas paralelamente, verticais ou inclinadas, projetadas adequadamente para reter o
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material que se pretende remover, de forma que se tenha baixa perda de carga. (MULLER,
2016)
As barras devem ser suficientemente robustas para suportar impactos e esforços
devido aos procedimentos operacionais e possíveis acúmulos de materiais retidos. Outro
aspecto construtivo a ser avaliado é com relação à sua instalação, na vertical ou inclinada.
Geralmente, as barras são construídas inclinadas, pois isso facilita sua limpeza. (MULLER,
2016)
A operação do gradeamento consiste na remoção do material retido, que deve ser
realizada periodicamente, como parte da rotina operacional, de modo a evitar represamento,
redução de fluxo do efluente no canal a montante, elevação do nível e/ou o aumento excessivo
da velocidade do efluente entre as barras, podendo provocar o arraste de material retido. A
remoção do material gradeado pode ser realizada manualmente, através de um rastelo, ou
através de raspadores mecanizados (MULLER, 2016).
4.3.1.2 Caixa de Areia (Desarenador)
Entende-se por areia o material mineral como areia, pedrisco, silte, escória, cascalho,
etc. Este material arenoso pode conter também reduzida quantidade de matéria orgânica
putrescível. Esses materiais são carregados junto ao efluente vindo de tubulações, pisos, etc.
Basicamente, a remoção de areia tem como finalidade eliminar ou reduzir efeitos
adversos ao funcionamento das partes componentes das instalações a jusante (evitar abrasão
de bombas, entupimento de tubulações, obstruções e avarias em tanques, calhas, canalizações,
etc.), reduzir a atrição (esfarelamento) do lodo anaeróbio, evitar acúmulo de sólidos inertes
nos reatores biológicos, bem como impacto nos corpos receptores, principalmente devido ao
assoreamento (MULLER, 2016).
Os mecanismos de remoção de areia mais comumente utilizados são as caixas de
areia ou desarenadores, adequadamente projetados para a sedimentação de partículas com
diâmetro variando de 0,1 a 0,4 mm. Para que se propiciem condições ideais para a
sedimentação desse tipo de partículas, o canal deve ser projetado de acordo com diretrizes
técnicas, de forma que as velocidades de passagem do efluente não ultrapassem os valores
projetados, caso contrário pode haver arraste de material para as etapas a jusante.
Com a passagem do efluente, o material arenoso então sedimenta continuamente.
Portanto, é necessário que esse material seja removido periodicamente, de acordo com rotina
operacional.
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4.3.1.3 Separador Água e Óleo (SAO)
A contribuição de óleos e graxas em efluente de indústria de bebidas é basicamente
proveniente dos efluentes sanitários (efluentes oleosos de refeitórios e sanitários) e de óleos
lubrificantes de bombas, esteiras, equipamentos. Em concentrações elevadas, os óleos e
graxas podem trazer problemas às instalações da estação e podem prejudicar o tratamento
biológico. Assim, sua remoção tem por finalidade: evitar obstruções e incrustações de
tubulações; evitar acúmulo em unidades de tratamento, podendo provocar maus odores; evitar
aspectos desagradáveis nos corpos hídricos; evitar formação de película na superfície da
biomassa do tratamento biológico, provocando perda de eficiência (MULLER, 2016).
O mecanismo de remoção de óleos e graxas está condicionado às mesmas leis que
regem os fenômenos de sedimentação dos sólidos, mas esses materiais flotam ao invés de
sedimentar, por terem densidade menor do que a da água (MULLER, 2016).
O sistema de separação água e óleo mais comumente utilizado, conhecido como
caixa separadora água e óleo (SAO), consiste em uma unidade de tratamento, também
dimensionado de forma que velocidades de passagem e tempo de retenção hidráulico sejam
respeitados, propiciando condições para que os óleos e graxas flotem, ou seja, sejam levados à
superfície, de onde são removidos através de coletores de óleo (MULLER, 2016).
Os separadores de água e óleo podem variar de acordo com o mecanismo de remoção
e o tipo de material flutuante a ser removido, por exemplo: caixa de gordura (normalmente
para esgotos domésticos ou efluentes gordurosos, como de laticínios), tanques aerados por ar
comprimido (unidade com dispositivo que insufla ar para permitir a remoção de matéria
oleosa por flotação), separadores de óleo (aplicados mais às indústrias) (MULLER, 2016).
A operação dos separadores água e óleo resume-se na limpeza periódica e remoção
do material retido na superfície, com a finalidade de evitar que este seja arrastado junto com o
efluente. A limpeza ocorre em função da capacidade de retenção e deverá ser realizada
periodicamente, de acordo com rotina operacional da ETE ou quando da necessidade de
limpeza.
4.3.1.4 Peneiramento
O peneiramento se assemelha muito ao processo de gradeamento, objetivando a
remoção de sólidos grosseiros, se diferenciando somente na dimensão dos materiais retidos. O
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espaçamento da abertura das peneiras pode variar de 0,15 a 2 mm, retendo os sólidos com
dimensões superiores (MULLER, 2016).
Os tipos de peneiras mais comumente utilizadas em estações de tratamento são as
estáticas, vibratórias e as rotativas. Nas peneiras estáticas, o líquido a ser tratado ingressa pela
parte superior, na câmara de distribuição, e deságua através de um vertedouro, passando pelo
do material filtrante. A fase líquida é coletada na parte inferior da peneira, e o e o material
sólido, pelo seu próprio peso e pela curvatura da tela, cai para a borda de descarga, garantindo
assim uma autolimpeza (MULLER, 2016).
4.3.2 TANQUE DE EQUALIZAÇÃO
Na indústria de bebidas há grandes variações na geração de efluentes, tanto em
termos de volume gerado, quanto da concentração de contaminantes. Estas variações são
geralmente devido ao acréscimo ou no decréscimo na produção, à mudança de bebida a ser
engarrafada, dos ciclos de limpezas, do derrame de bebidas, entre outros. Os efluentes
sanitários, por sua vez, costumam ter picos de geração durante os horários de refeições e
descanso e ter a vazão reduzida em turnos noturnos, onde normalmente o contingente é
reduzido.
Essas variações, caso não regularizadas, podem trazer problemas para a ETE, tais
como: alteração nos tempos de retenção hidráulicos e velocidades de escoamento, podendo
influenciar nas condições operacionais dos sistemas; alteração nas dosagens de produtos
químicos, quando não automatizados; choques de carga orgânica nos reatores biológicos,
provocando perda de eficiência e choques de produtos químicos nos processos biológicos,
podendo causar a perda da biomassa (MULLER, 2016).
O tanque de equalização tem como objetivo minimizar ou controlar as flutuações de
vazão e de características químico-físicas dos efluentes gerados, de forma que o efluente a ser
alimentado à ETE tenha características mais constantes e dentro dos dados básicos de projeto
do sistema (MULLER, 2016).
Para homogeneização dos efluentes recebidos, os tanques de equalização devem ser
providos de sistemas de mistura, como misturadores submersos, bombas de recirculação,
aeradores, entre outros sistemas. É importante salientar que em casos de estações de
tratamento mistas, ou seja, que possuem um processo biológico anaeróbio a montante do
processo aeróbio, o sistema de mistura a ser instalado não deve prever a oxigenação deste
18
tanque. Os sistemas anaeróbios são processos biológicos que proporcionam a remoção da
matéria orgânica na ausência de oxigênio. Logo, em linhas gerais, a sua introdução no
efluente que será alimentado ao reator anaeróbio poderá acarretar em perda de eficiência.
Adicionalmente, vale ressaltar que sem a oxigenação, o processo anaeróbio já se inicia no
tanque de equalização, como a hidrólise e pré-acidificação, potencializando a eficiência de
operação do reator (MULLER, 2016).
Basicamente, o controle operacional do tanque de equalização é ligado a manutenção
de contínua mistura e ao controle do nível de operação. De fato, caso o nível do tanque seja
mantido muito baixo, quando do recebimento de efluentes não ocorrerá a homogeneização,
podendo acarretar em problemas operacionais às etapas a jusante. Portanto, recomenda-se que
o tanque opere com valores entre 60 e 70% do seu volume útil, não devendo operar com
valores abaixo de 30%. O monitoramento de vazão de saída do tanque, por instrumentos,
também é importante, seja para controle da vazão ao processo biológico, seja para melhor
entendimento do regime hidráulico do tanque de equalização (MULLER, 2016).
4.3.3 TRATAMENTO SECUNDÁRIO - PROCESSOS BIOLÓGICOS
Até o momento, foram apresentadas as operações unitárias voltadas para o pré-
tratamento, ou tratamento primário, para a remoção de sólidos grosseiros e em suspensão, e
óleos e graxas, além de homogeneização das diferentes correntes que compõe o efluente das
fábricas, de forma a garantir o bom funcionamento das partes integrantes da ETE e reduzir a
carga poluidora do efluente.
Entretanto, como mencionado, os efluentes da fábrica de refrigerantes são
principalmente caracterizados por possuírem elevadas concentrações de DBO e DQO, além
de concentrações médias de sólidos suspensos, nitrogênio e fósforo.
Baseados nessa caracterização, após pré-tratamento, a estação deve ser
complementada por uma etapa responsável pela remoção da elevada carga orgânica, DQO e
DBO. Neste cenário, o tratamento biológico é a rota mais indicada. De forma geral, para
avaliar a aplicação desse tipo de tratamento, é importante saber se a matéria orgânica presente
no efluente é biodegradável, ou seja, é preciso analisar a capacidade do efluente ser degradado
biologicamente.
A biodegradabilidade de efluente é comumente medida em função da relação entre a
DBO e a DQO, conhecido como índice de biodegradabilidade. Esse índice pode variar entre 0
19
até cerca de 0,9, já que nem toda matéria orgânica passível de degradação é removida por
microrganismos no período de realização do ensaio de DBO. Assim, se determinado efluente
tem índice de biodegradabilidade de 0,8, significa que 80% da matéria orgânica presente no
mesmo é degradável biologicamente e que os processos biológicos para tratamento deste
efluente são recomendados. A tabela 3 fornece uma referência geral da possibilidade de
tratamento biológico de acordo com o índice de biodegradabilidade.
Tabela 03: Indicação de tratamento biológico
DBO/DQO > 0,6 Tratamento por processo biológico 0,2 < DBO/DQO < 0,6 Tratamento biológico possível
DBO/DQO < 0,2 Tratamento biológico não recomendado
Os índices de biodegradabilidade dos efluentes da fábrica variam de 0,5 – 0,7,
mostrando boa aplicabilidade de processos biológicos para seu tratamento.
De mesma forma como a carga orgânica, o nitrogênio e o fósforo também são
elementos removíveis biologicamente, sendo que a sua forma e quantidade presentes, em
termos de concentração, guiarão a necessidade de diferentes processos biológicos. No caso
dos efluentes da fábrica, geralmente, ambos os parâmetros estão em concentrações que podem
ser removidos por simples assimilação pelos microrganismos, quando da reprodução celular.
De fato, o nitrogênio e o fósforo, são nutrientes necessários ao crescimento de biomassa.
Em situações onde o efluente bruto possui concentrações desses nutrientes acima dos
valores possíveis de serem removidos por este processo, então devem ser previstos outras
etapas de tratamento complementares, como, por exemplo, sistemas de denitrificação e
precipitação química dos fosfatos.
Dentre os principais processos biológicos utilizados para remoção de matéria
orgânica estão os anaeróbios e os aeróbios. A definição pela utilização dos processos é
baseada em diversos fatores, como limitações de performance, área de instalação, custos
operacionais, entre outros. Para um melhor entendimento, abaixo são reportados algumas das
principais vantagens e desvantagens de ambos os processos:
Tabela 04: Vantagens e desvantagens de processos biológicos
ANAERÓBIO AERÓBIO Baixa geração de lodo em excesso Elevada geração de lodo em excesso Baixo consumo de energia elétrica Elevado consumo de energia elétrica
Baixa remoção de nutrientes (N e P) Maior remoção de nutrientes (N e P) Alta possibilidade de distúrbios por choques Maior robustez quanto a possibilidade de
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de carga orgânica, hidráulica e de químicos distúrbios por choques de carga orgânica, hidráulica e de químicos
Menor área de instalação Maior área de instalação Lenta partida do reator Rapidez na partida do reator
Geração de biogás Não gera biogás Efluente tratado geralmente ainda fora de
especificação para descarte, necessitando de etapa de tratamento complementar
Efluente tratado atende aos limites legais de descarte
4.3.3.1 Tratamento Anaeróbio
A digestão anaeróbia é um processo biológico no qual um consórcio de diferentes
tipos de microrganismos, na ausência de oxigênio molecular, promove a transformação de
compostos orgânicos complexos (carboidratos, proteínas e lipídios) em produtos mais
simples, como metano e gás carbônico. Os microrganismos envolvidos na digestão anaeróbia
são muito especializados e cada grupo atua em reações específicas.
A digestão anaeróbia é um processo biológico no qual ocorre a oxidação da matéria
orgânica, por meio de processos metabólicos de fermentação e respiração, gerando
basicamente metano e gás carbônico. Na respiração são utilizados aceptores de elétricos
inorgânicos, como nitratos, sulfatos e gás carbônico. Em outras palavras, na respiração ocorre
a utilização do oxigênio presente nesses compostos, para degradação da matéria orgânica, por
meio de processos aeróbios
Já na fermentação, a oxidação da matéria orgânica é realizada na total ausência de
oxigênio, com geração de metano, visto que os microrganismos metanogênicos são
estritamente anaeróbios. Dentre outros, este é um dos motivos pela qual não é recomendado
que a mistura do tanque de equalização, a montante, seja realizada com sistemas de aeração.
O processo de digestão anaeróbia é bastante complexo, envolvendo diversos
microrganismos muito especializados, os quais atuam em etapas sequenciais. Em linhas
gerais, através de hidrólise e fermentação, as bactérias fermentativas acidogênicas convertem
compostos orgânicos mais complexos (carboidratos, proteínas, lipídeos) em outros compostos
mais facilmente assimiláveis, principalmente os ácidos orgânicos, além de gás carbônico e
hidrogênio. Essa etapa geralmente já se inicia no tanque de equalização e tem continuidade no
reator. Na sequência, os microorganismos acetogênicos convertem os ácidos orgânicos em
acetato, hidrogênio e gás carbônico. Por fim, o acetato e o hidrogênio são convertidos em
metano e gás carbônico, por atuação de microrganismos metanogênicos.
21
Portanto, como se pode observar, o processo como um todo se baseia em uma cadeia,
onde a etapa subsequente depende do bom funcionamento da etapa anterior. No topo da
cadeia estão os microrganismos metanogênicos, os quais são os mais sensíveis de todos e que
possuem baixa taxa de crescimento. Logo, dessa forma, o sistema anaeróbio se torna bastante
sensível e suscetível a perda de eficiência, mesmo com pequenos choques de carga orgânica,
químicos, hidráulicos e outros.
Para facilitar o entendimento, o quadro abaixo mostra os processos e os grupos de
microrganismos envolvidos na digestão anaeróbia:
Figura 02: Digestão anaeróbia (Fonte: Von Sperling)
Hidrólise: Neste processo, o material orgânico particulado é convertido em
compostos dissolvidos de menor peso molecular, para que possam atravessar as paredes
celulares das bactérias fermentativas. As proteínas são degradadas por peptídios para formar
22
aminoácidos, os carboidratos se transformam em açúcares solúveis e os lipídios são
convertidos em ácidos graxos. Existem diversos fatores que podem afetar o grau e
velocidades da hidrólise, como: temperatura, tempo de retenção hidráulico e pH.
Acidogênese: Os compostos dissolvidos, gerados no processo de hidrólise, são
absorvidos nas células das bactérias fermentativas, as quais produzem compostos mais
simples, como ácidos orgânicos (principalmente ácido acético, propiônico e butírico), gás
carbônico, hidrogênio, etc. A fermentação acidogênica é realizada por um grupo diversificado
de bactérias, das quais a maioria é anaeróbia obrigatória. Entretanto, algumas espécies são
facultativas e podem metabolizar materiais orgânicos por via oxidativa. Isso é importante nos
sistemas de tratamento anaeróbio, porque o oxigênio dissolvido, eventualmente presente,
poderia se tomar uma substância tóxica para as metanogênicas se não fosse removido pelas
bactérias acidogênicas facultativas.
Acetogênese: Nesta etapa, os organismos acetogênicos utilizam como substrato os
ácidos orgânicos gerados na etapa anterior, os convertendo em acetato, hidrogênio e gás
carbônico. Aproximadamente 60 a 70% da DQO digerida é convertida em acetatos, enquanto
o restante é convertido em hidrogênio e gás carbônico. Apesar de geradora de acetato e
hidrogênio, a acetogênese é termodinamicamente inibida na presença de baixas concentrações
de hidrogênio dissolvido e acetatos, ou seja, para que esta etapa se mantenha funcionando,
praticamente todo o substrato gerado deve ser prontamente consumido pela metanogênicas.
Metanogênese: Na etapa final da cadeia da digestão anaeróbia, o acetato, o
hidrogênio e o gás carbônico gerados nas etapas anteriores são utilizados pelas
metanogênicas, gerando metano e gás carbônico. Os dois principais grupos de
microrganismos atuantes são: metanogênicos acetoclásticos, que utilizam acetato como fonte
de carbono e energia para produção de gás carbônico e metano; metanogênicos
hidrogenotróficos, que utilizam gás carbônico como fonte de carbono e aceptor final de
elétrons, e o hidrogênio como fonte de energia, para produção de metano.
Portanto, reforçando o que já foi salientado, para que a digestão anaeróbia funcione
de forma equilibrada, todas as etapas precisam operar a contento. Caso haja um choque ou
condição desfavorável no sistema e as metanogênicas, que estão no final da cadeia, sofram
um desequilíbrio, haverá acúmulo de acetato e hidrogênio no meio, consequentemente
levando a uma inibição das acetogênicas, as quais não serão capazes de consumir os ácidos
orgânicos gerados pelas bactérias acidogênicas, resultando em um acúmulo de ácidos no
sistema. Nessas situações, a alcalinidade é rapidamente consumida e o pH decresce, causando
uma total inibição do reator anaeróbio.
23
Por estes motivos, a rotina operacional de controle do reator deve ser bem definida e
cumprida, a fim de se prever potenciais problemas e permitir tempo de atuação por parte do
operador.
Existem diversas configurações e processos de tratamento anaeróbio, porém, no
presente trabalho, será dado enfoque no reator de manta de lodo expandido (UASB), por se
tratar do tipo de reator instalado na estação de tratamento de efluentes da fábrica apresentada.
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – Reator anaeróbio de fluxo ascendente e
manta de lodo:
Figura 03: Exemplo esquemático de um reator UASB (Fonte: Paques)
Em linhas gerais, neste reator, o processo consiste de um fluxo ascendente de
efluente através de um leito de lodo denso e de elevada atividade, o qual é responsável pela
estabilização anaeróbia da matéria orgânica. O perfil dos sólidos no reator varia de muito
concentrado, com lodo granular de elevado peso e boa decantabilidade, para menos
concentrado, com lodo floculento e mais leve, mais próximo do topo do reator.
A fluidização do leito e ascensão ocorrem devido a alimentação de efluente pelo
fundo do reator, através de canais de distribuição, e pelas bolhas de gás geradas. A remoção
da matéria orgânica acontece em todas as zonas de reação do reator, seja no leito, seja na
manda de lodo.
No topo do reator existe um sistema de separação trifásico, garantindo que o biogás
gerado seja coletado, o efluente tratado deixe o reator para a próxima etapa e o lodo decante,
retornando à câmara de digestão. Embora uma pequena fração de sólidos leves deixe o reator
24
juntamente com o efluente, o tempo de retenção da biomassa no reator é mantido suficiente
para a sua reprodução e atuação na remoção da matéria orgânica, apesar do baixo tempo de
retenção hidráulica.
O efluente tratado segue para a etapa de polimento aeróbio a jusante, o biogás
geralmente é queimado em flare ou em caldeira (na unidade é queimado no flare), visando o
aproveitamento energético, e o lodo em excesso, proporcional ao crescimento celular, deve
ser periodicamente purgado do sistema e enviado para sistema de estocagem e/ou
desidratação (na unidade houve retirada de lodo para transferência a outra ETE do grupo).
Geralmente, os reatores UASB são mais robustos e menos suscetíveis a problemas
operacionais, visto que trabalham com baixa carga e baixa velocidade ascencional.
4.3.3.1.1 Controle operacional do Reator Anaeróbio
Como em qualquer sistema de tratamento, para o seu bom desempenho é
fundamental que haja um correto acompanhamento operacional e analítico.
De fato, conhecendo as premissas conceituais de funcionamento dos processos
metabólicos nos reatores anaeróbios, suas limitações em termos de composição do efluente de
alimentação e das condições operacionais ótimas para seu bom funcionamento, através de
observações visuais, monitoramentos analíticos na planta e análises laboratoriais periódicas, o
operador da ETE tem informações para poder acompanhar o funcionamento do reator e atuar
na operação, quando perceber uma tendência de desequilíbrio do sistema, evitando perda de
eficiência ou até inibição total. Dentre os principais monitoramentos, podem ser citados:
- Vazão de biogás: A geração de biogás é bom indicador do funcionamento do
processo de digestão anaeróbia. Quando ocorre um desbalanceamento do processo, um dos
primeiros sinais é a redução da vazão de biogás produzido, visto que os microrganismos
metanogênicos são bastante sensíveis e rapidamente reduzem sua atuação. Por outro lado, em
caso de um possível choque de carga orgânica, a geração de biogás tende a subir rapidamente,
também servindo como referência para atuação do operador, de que a vazão de alimentação
precisa ser reduzida ou interrompida. Para reduzir riscos e possibilitar intervenções mais
rápidas, é recomendada a instalação de alarme visual/sonoro, o qual alerta sobre medições de
biogás fora de uma faixa pré-determinada.
- Acidez: A análise de acidez também é um importante parâmetro de controle do
sistema. Caso a acidez do reator esteja elevada, há uma indicação de que os microorganismos
acetogênicos e metanogênicos, os quais são mais sensíveis, não estão atuando nas conversões
25
biológicas, fazendo com haja acúmulo de acidez no meio, visto que as bactérias acidogênicas,
menos sensíveis, continuam trabalhando na geração de ácidos orgânicos. Portanto, o operador
deve avaliar as possíveis causas da inibição, de forma que possa atuar nas ações corretivas.
- Alcalinidade: Esta análise tem como objetivo controlar a capacidade de
tamponamento do reator, mantendo um equilíbrio com a acidez.
- pH: A faixa usual de trabalho do pH da alimentação do Reator Anaeróbio é de 6,8 a
7,2 podendo ser ampliada, quando possível, para 6,5 a 7,5. Vale salientar que a alimentação
do reator anaeróbio não deve ultrapassar o valor de pH de 8,0 pois ocorre a perda da
Atividade Metanogênica Específica do lodo. A correção deve ser realizada na alimentação do
reator. A correção de pH deve ser feita automaticamente, por instalação de instrumento
medidor/controlador de pH, na alimentação do reator, que comanda automaticamente as
bombas de dosagem de químicos. O instrumento deve possuir alarme visual/sonoro e ser
intertravado com a bomba de alimentação do reator anaeróbio, que deverá ser desligada em
pH > 8,0.
- Potencial Redox: Este instrumento tem como objetivo avaliar se o efluente tem
potencial redutor ou oxidativo. Como os reatores anaeróbios trabalham em ambiente redutor,
a presença de oxidantes é um fator crítico ao seu funcionamento. Portanto, a instalação de um
potencial redox na linha de alimentação do reator previne o impacto negativo causado por
descarte de produtos químicos oxidantes do processo produtivo. O instrumento de medição de
potencial redox deve possuir alarme visual/sonoro e ser intertravado com a bomba de
alimentação do reator anaeróbio, quando da leitura de valores maiores do que – 100 mV.
- Temperatura: A atividade do microorganismos é diretamente proporcional a
temperatura do meio. Portanto, é importante que seja instalado medidor de temperatura na
região do leito de lodo. Em situações onde a temperatura fica baixa deve ser previsto sistema
de aquecimento do efluente e/ou isolamente térmico.
- AME: A análise metanogênica é um importante indicador da capacidade de
remoção de carga orgânica pela biomassa e é utilizada, juntamente com a análise de massa de
lodo, para se estimar a real capacidade de remoção de carga orgânica do reator. O resultado é
geralmente expresso em kg DQO removido/kg SST x dia. É uma análise laboratorial que deve
fazer parte da rotina de acompanhamento do reator e pode ser realizada trimestralmente,
quando de uma operação estável. Em casos de históricos de problemas operacionais, a
frequência pode ser reduzida.
26
- SST e SSV: Estas análises indicam as concentrações de biomassa inerte e biomassa
volátil, ou seja, ativa. Com estes valores, juntamente com as alturas dos pontos de coleta do
reator e sua área superficial, é possível estimar a massa total de lodo.
- Demais análises: Dentre outros controles analíticos podemos citar análises de
DQO, DBO, nutrientes, sólidos sedimentáveis na saída do reator, etc.
De forma geral, o desempenho estável de um reator anaeróbio é caracterizado por:
concentração constante da acidez no meio menor 250 mg/L; pH constante do afluente; vazão
de biogás com pouca variação; nenhuma perda de lodo granulado; alcalinidade estável no
meio; remoção de DQO razoavelmente constante; AME com pouca variação. desequilíbrios
são caracterizados pela ausência de um ou mais destes fatores. Problemas normalmente
ocorridos com o reator anaeróbio são seguidos diretamente por: diminuição no pH do
efluente; aumento na concentração constante da acidez do efluente; decréscimo na produção
do biogás e redução na vazão de biogás e um aumento no teor de CO2 do mesmo.
Em suma, os tratamentos anaeróbios são bastante complexos, porém com os corretos
controles de rotina e conhecimento teórico sobre o processo, é possível a obtenção de uma
operação estável e eficiente. Abaixo, resumidamente, são descritos os fatores que devem ser
monitorados e controlados para o bom funcionamento do reator anaeróbio:
Tabela 05: Parâmetros de controle operacional de um reator anaeróbio
FATORES A SEREM
CONTROLADOS
FAIXA DE OPERAÇÃ
O MOTIVO AONDE COMO
Concentração de Ácidos Voláteis
(AV) ≤ 250 mg/L
Concentrações acima desse
valor proporcionam
início de inibição do
reator
Último ponto de coleta do reator
Análise laboratorial
Alcalinidade (AT) - Tamponamento
do meio Último ponto de coleta do reator
Análise laboratorial
Vazão de Biogás
0,35 – 0,40 Nm³ de
biogás / kg DBO
removida
Indicador de equilíbrio do
reator
Sistema de coleta e queima
do biogás
Medidor de vazão de biogás
pH 6,8 - 7,2
pH ótimo para atuação dos
microorganismos
Evitar choques
Efluente que entra no reator e
do reator
Instrumento em linha e avaliação
em bancada
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de pH
Temperatura 30 a 39 °C Temperatura
ótima Reator
anaeróbio Instrumento no
reator
REDOX > -100 mV
Efluente com potencial redox
superiores a esse valor tem efeito
tóxico aos microrganismos
anaeróbios
Efluente que entra no reator
Instrumento em linha
DQO -
Evitar choque de carga orgânica
ao reator e monitorar eficiência
Entrada e saída do reator
Análise laboratorial
Nutrientes Relação C :
N : P de 350 : 5 : 1
Desenvolvimento dos
microrganismos
Efluente que entra no reator
Análise laboratorial
Sólidos sedimentáveis
-
Detectar eventuais
arrastes de lodo anaeróbio do
reator
Saída do reator Cone Imhoff
AME > 0,3
kgDQO/kgSST x d
Controle de atividade da
biomassa Leito de lodo
Análise laboratorial
SST e SSV - Quantidade de lodo no reator
Leito de lodo Análise
laboratorial
4.3.3.2 Tratamento Aeróbio
Os processos aeróbios de tratamento requerem oxigênio para a degradação da
matéria orgânica. A equação geral da respiração aeróbia pode ser expressa como:
C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O + ENERGIA
Esta liberação de energia que é responsável pela formação de biomassa, ou seja,
novas células dos microrganismos.
O princípio geral do processo de lodos ativados consiste em promover o
desenvolvimento de uma cultura microbiológica, formando aglomerados bacterianos,
comumente chamados de flocos, em um tanque com contínua aeração, o qual é alimentado
com o efluente que será tratado.
28
No tanque de aeração ocorre a metabolização dos compostos biodegradáveis
presentes na corrente de alimentação, a partir da atuação da biomassa mantida no tanque, a
qual é composta de bactérias, fungos, protozoários, partículas orgânicas e inorgânicas,
polímeros microbianos extracelulares, etc. As espécies microbianas dominantes no sistema
dependerão das condições ambientais, do projeto de processo, do modo de operação e das
características do efluente.
O tanque de aeração deve ser integrado por um equipamento de aeração, que forneça
o oxigênio necessário aos microorganismos e mantenha a biomassa misturada de forma
homogênea, evitando sua decantação. A aeração pode ser realizada por aeradores submersos,
oxigênio puro, sopradores de ar e difusores, entre outros. A definição do sistema de aeração a
ser instalado é realizada frente as características do efluente, das características físicas do
tanque de aeração, dos custos de instalação e operação, visto que possuem diferentes
eficiências de transferência de oxigênio.
No tanque de aeração ocorrem basicamente os seguintes mecanismos de depuração:
captura física do material em suspensão pelos flocos biológicos; absorção física, seguida de
bioabsorção por ação enzimática e oxidação da matéria orgânica e síntese de novas células.
Uma vez finalizada a reação biológica no tanque de aeração, separa-se a água tratada
da biomassa que realizou o processo de depuração. O processo por lodos ativados utiliza
geralmente a técnica mais simples de separação, a saber, a decantação. Para que isso se
verifique, a biomassa é ser do tipo floculada e decantável, com a aparência de um lodo. De
fato, as bactérias possuem uma matriz gelatinosa, que permite sua a aglutinação.
O clarificador ou decantador é, portanto, o complemento necessário do sistema de
depuração biológico. Suas condições de operação permitem uma eficaz separação da água
depurada e da biomassa. Para que isso aconteça, a velocidade ascensional aplicada ao
decantador (m3/m2xh) deve ser inferior a velocidade de decantação dos flocos biológicos.
Além da separação das fases, o clarificador realiza, por meio da recirculação do lodo
de fundo, a função de concentrar a biomassa no tanque de aeração. Esta operação permite a
sua contínua reinseminação, o incremento e a manutenção da concentração de biomassa no
tanque de aeração.
Do decantador, o efluente tratado está pronto para ser devidamente destinado ou
enviado para uma etapa complementar do processo de tratamento, caso necessário.
No tanque de aeração, devido à contínua recirculação de lodo do fundo do
decantador, da contínua oxidação da carga poluidora entrante e da consequente e também
contínua reprodução celular, a concentração de biomassa crescerá, podendo extrapolar os
29
valores de projeto, podendo provocar problemas operacionais, como má decantabilidade, falta
de oxigênio no reator. Portanto, para que seja mantido o equilíbrio do sistema, deve ser
realizada uma purga de lodo do fundo do decantador, proporcional ao crescimento celular, de
forma que a concentração de biomassa no reator seja mantida de relativamente constante e
dentro dos valores de projeto.
A purga de lodo é geralmente controlada pelo cálculo de idade de lodo e enviada
para equipamento de adensamento e/ou para sistema de desidratação de lodos.
Portanto, em linhas gerais, o sistema de lodos ativados é composto basicamente por
tanque de aeração, sistema de injeção de ar, decantador e sistema de desidratação de lodos.
4.3.4 POLIMENTO DO EFLUENTE
Ao sair do tratamento biológico, o efluente ainda pode conter componentes em
concentrações indesejáveis ou acima daquela requerida em legislação. Nesses casos, o
tratamento biológico é complementado por uma etapa terciária de tratamento ou etapa de
polimento, afim de remover parâmetros específicos ou ainda produzir uma água com
qualidade passível de reuso.
Usualmente, no efluente da indústria engarrafadoras de refrigerantes são empregadas
etapas físico-químicas de remoção de fósforo (coagulação, ajuste de pH, floculação e
decantação), de oxidação para desinfecção, filtração convencional ou adsortiva (filtro de
areia, cartucho, de carvão ativado) e filtração por membranas (microfiltração, ultrafiltração,
nanofiltração e osmose reversa) pensando em reuso. Portanto, na sequência será apresentado
premissas conceituais desses processos de tratamento complementares utilizados nessa
indústria.
4.3.4.1 Processos de Desinfecção
O processo de desinfecção é uma etapa importante nas estações de tratamento, com
objetivo de eliminação de organismos patogênicos, através de indicadores como, por
exemplo, coliformes totais e fecais, os quais são controlados pela legislação federal, quando
da classificação do corpo receptor. Em linhas gerais, organismos patogênicos são aquelas
capazes de transmitir doenças de veiculação hídrica.
30
As reduções desses organismos em sistemas de tratamento biológicos são baixas. Em
um sistema de lodos ativados, por exemplo, mesmo reduzindo 90 a 99% dos coliformes, o
efluente ainda possui elevada densidade de organismos, visto que a redução é de apenas 1 ou
2 ordens logarítmicas, ou seja, uma contagem de 108 NMP/100 ml com uma redução de 99%
chega a um valor de 106 NMP/100 ml.
Portanto, para obtenção dentro dos requisitos legais, é necessária a implementação de
práticas de desinfecção. Dentre as mais utilizadas estão: cloração; Radiação Ultravioleta
(UV); ozônio e Peróxido de hidrogênio.
A cloração tem sido a prática mais utilizada para esta etapa do tratamento, porém
acarreta em diversas desvantagens, como formação de organoclorados e trihalometanos, com
evetuais consequências carcinogênicas. Adicionalmente, se utilizado em excesso, provoca
toxicidade no efluente. Por estes motivos, as empresas têm iniciado um trabalho de
implementação de outros processos de desinfecção. No entanto, nas ETE da unidade esse
ainda é o processo utilizado.
De forma geral, a cloração provoca a inativação dos organismos patogênicos. O cloro
penetra as células dos microrganismos, reagindo e destruindo suas enzimas. Como
consequência, os microrganismos perdem atividade do seu processo metabólico e morrem.
Para efluente provenientes de lodos ativados, as dosagens de cloro variam em média
de 2 a 8 mg/l.
Um dos principais fatores para a obtenção da eficiência requerida de desinfecção é o
tempo de contato entre o oxidante e o efluente. Quanto maior o tempo, maior a desinfecção.
Na unidade este processo acontece em tanque de chicana, que proporcionam boa
mistura, com tempo de contato mínimo de 40 minutos. A dosagem de cloro é na forma de
Hipoclorito, acontece na entrada do tanque. Na saída são realizadas contínuas análises de
cloro residual não reagido e, baseados nos resultados, a dosagem de cloro é regulada. Este
processo de regulagem manual de cloro é arriscado, visto que pode não garantir a total
eficiência de desinfecção, em caso de baixa dosagem, e pode provocar excesso de cloro
residual, acarretando em toxicidade do efluente tratado a ser descartado.
Na Industria há instalado instrumento analisador/controlador de cloro residual na
saída do tanque de contato, que comanda automaticamente as dosagens da bomba de cloro.
Dessa forma, somente a quantidade realmente necessária é adicionada e o processo funciona a
contento.
Outros sistemas de desinfecção por dosagem de peróxido de hidrogênio, o controle
automático pode ser realizado por instrumento analisador de Potencial redox. E em sistemas
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de radiação UV, é importante prever uma pré-filtração do efluente, para garantir que não
haverá sólidos em suspensão, os quais poderiam provocar uma barreira de passagem da
radiação, fazendo com que o microrganismo não seja atingido.
Tabela 06: Capacidade de desinfecção dos diferentes agentes oxidantes
AGENTE DESINFETANTE
HIPOCLORITO / CLORO
DIÓXIDO DE CLORO
OZÔNIO UV
Inativação das Bactérias
++ ++ +++ ++
Inativação dos Vírus
+++ ++ +++ ++
Inativação dos cistos de
Protozoários 0 0 + +++
Efeito residual + + 0 0 0 sem efeito, - efeito negativo, +/- efeito variável, + baixo efeito positivo, ++ considerável
efeito positivo, +++ bom efeito positivo
4.4 CONTROLES OPERACIONAIS
O Sistema de Tratamento Anaeróbio da ETE dessa fábrica está operando em
condições de estabilidade, indicada pela baixa concentração de Ácidos Voláteis, boa produção
de biogás e alta eficiência de remoção da DQO.
Nos últimos anos houveram implementações no processo produtivo como a redução
da quantidade de produtos químicos através do retorno das soluções químicas à Central CIP
na Xaroparia Simples, Xaroparia Final e Linhas de Envase.
Foram implementados controles rigorosos dos descartes de soluções CIP nas linha
de Envase e Xaroparia, controle operacional dos descartes de grandes volumes de soda
residual provenientes da Lavadora junto a operação da ETE.
Produtos provenientes de recolhimento de mercado e/ou trocas realizadas (não
conforme para consumo humano), tem seu descarte controlado, alinhado entre ETE e Central
de Resíduos.
As análises Mensal do Ensaio de Atividade Metanogênica e Versatilidade do Lodo
Anaeróbio ocorrem com a frequência determinada, juntamente com o controle mensal da
Massa e Granulometria do Lodo Anaeróbio (UASB) – SST e SSV, Análise de Microscopia,
IVL e IL no sistema Aeróbio;
32
O controle da Geração Instantânea da Carga Orgânica, através da medição da Vazão
de Biogás – Vazão de Gás de Trabalho (80,0% da Vazão Crítica) também é um fator de
controle, bem como o controle da Acidez Volátil e Alcalinidade Total no UASB.
4.4.1 CONTROLE ALUMÍNIO
O controle do parâmetro alumínio no efluente apresenta-se em muitas ETE’s desse
sistema com a característica de altos níveis, pois há muito descarte de fundo de lodo
proveniente da ETA característico do processo desse segmento. Na unidade de Várzea Grande
– MT, o descarte desse processo não ocorre para ETE, evitando esse impacto.
Para evitar esse possível impacto na ETE, essa água proveniente da ETA é segregada
em tanques de decantação, ao qual a água descantada retorna para o processo de tratamento e
o sedimento gerado nos leitos de secagem são caracterizados e destinados posteriormente.
4.4.2 ANÁLISE INTERNAS
Para garantir a qualidade do efluente tratado é de extrema importância monitorar os
parâmetros durante todo o processo de tratamento. Somente dessa forma é possível encontrar
alguma anomalia durante esse processo, e tratá-la o mais rápido possível para não gerar um
efluente final fora das especificações. A unidade possui um laboratório interno que realiza as
análises conforme tabela xxyy abaixo, nas diferentes frequências conforme necessidade de
monitoramento, bem como realiza amostragem de efetividade e comparação com laboratórios
acreditados externamente.
Tabela 07: Análises Internas da unidade
Análises Especificação Frequência
Saí
da
Rea
tor
Alcalinidade - SR >800 mg/l de CaCO3 4 em 4 h
AGV < 150 mg/l de CH3COOH 4 em 4 h
DQO saida Cada 12 horas
DBO Saída Cada 12 horas
pH 6,5 - 7,5 4 em 4 h
Temperatura < 36º C 4 em 4 h
S. S. > 10 ml/l 4 em 4 h
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Tan
qu
e d
e A
eraç
ão
pH TA'1 7,0 - 8,5 4 em 4 h
pH TA'2 7,0 - 8,5 4 em 4 h
Temperatura TA'1 < 38º C 4 em 4 h
Temperatura TA'2 < 38º C 4 em 4 h
Oxigênio - TA1 > 4 4 em 4 h
Oxigênio - TA2 > 4 4 em 4 h
S. S. TA1 300 - 500mg/l Diário
S. S. TA2 300 - 500mg/l Diário
S. S. Retorno Diário
Clarificador Amostrador linear Altura Diário
Saí
da
Rea
tor
Alcalinidade - SR >800 mg/l de CaCO3 4 em 4 h
AGV < 150 mg/l de CH3COOH 4 em 4 h
DQO saída Cada 12 horas
DBO saída Cada 12 horas
pH 6,5 - 7,5 4 em 4 h
Temperatura < 36º C 4 em 4 h
S. S. > 10 ml/l 4 em 4 h
Tan
qu
e d
e A
eraç
ão
pH TA'1 7,0 - 8,5 4 em 4 h
pH TA'2 7,0 - 8,5 4 em 4 h
Temperatura TA'1 < 38º C 4 em 4 h
Temperatura TA'2 < 38º C 4 em 4 h
Oxigênio - TA1 > 4 4 em 4 h
Oxigênio - TA2 > 4 4 em 4 h
S. S. TA1 300 - 500mg/l Diário
S. S. TA2 300 - 500mg/l Diário
S. S. Retorno Diário
Clarificador Amostrador linear Altura Diário
4.4.3 EQUIPE E TREINAMENTOS
Outro fator importante a se relatar, ao qual contribui para o aprimoramento dos
conhecimento e transmissão das informações é a estabilidade da equipe operacional dessa
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ETE. Os mesmos possuem em média de 04 anos de execução das atividades, passando por
treinamentos e capacitações que demonstram a efetiva eficiência no processo. Recentemente
os colaboradores que operam a ETE passaram por curso de formação ambiental
disponibilizado a nível nacional para os membros da franqueada.
4.4.4 RESULTADOS ATUAIS – INDICADORES
O Adequado gerenciamento dos efluentes é importante para minimizar os impactos
ambientais, o que exige uma adoção de procedimentos específicos. Os efluentes gerados pela
atividade dessa indústria são identificados com base na análise dos processos e operações que
utilizam a água, tanto como matéria-prima quanto como produto de auxílio.
Atualmente, o grau de tratamento necessário para o lançamento em um corpo
receptor de efluentes tratados, oriundos da atividade industrial, leva em conta os padrões
legais e emissões e qualidade. Os padrões de emissões são reportados às características do
efluente lançado, enquanto os padrões de qualidade dependem das características do corpo
receptor do efluente. Os padrões de emissões e qualidade são especificados na Resolução
CONAMA nº 357 de 17 de março de 2005, complementada e alterada pela Resolução
CONAMA nº 430 de 13 de maio de 2011.
Abaixo são apresentados os principais resultados obtidos nos últimos anos na
operação dessa ETE, comparados aos níveis de exigência das normas internas da unidade e
com as especificadas em legislação vigente:
Tabela 08: Resultados Externos da unidade
Parâmetros Unidades 1 2 2014 2015 2016 2017 2018* DBO mg/L <50 - 33,83 32,74 24,76 35,13 30,44 DQO mg/L - - 63,42 87,61 83,11 62,38 57,56 Fósforo mg/L <2 - 0,96 1,69 1,49 1,56 1,76 Nitrogênio mg/L <5 - 1,08 2,24 2,20 2,24 2,21 Óleos e graxas mg/L <10 <20 0,96 1,22 1,92 2,67 5,67 Oxigênio dissolvido
mg/L >4 - 5,96 5,99 5,25 6,16 6,02
pH - 6.5 a 8 5 a 9 7,44 7,70 7,55 7,55 7,71 Sólidos, totais dissolvidos
mg/L <2.000 - 761,75 112,61 523,37 954,89 914,14
Sólidos, totais suspensos
mg/L <50 - 27,00 10,46 18,66 28,67 26,11
Surfactantes mg/L <0,5 - 0,01 0,00 0,00 0,00 0,01 Temperatura °C ∆T<5ºC ∆T<3ºC 1,96 2,10 2,36 2,27 1,23 Alumínio mg/L <0.1 - 0,02 0,00 0,01 0,03 0,04 Amônia mg/L <2 - 0,64 1,12 1,10 1,17 1,21
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Cádmio mg/L <0.02 <0.2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Chumbo mg/L <0.1 <0.5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 Cloro mg/L <0.1 - 0,01 0,02 0,03 0,07 0,07 Cor Verdadeira
Pt/Co <100 - 38,25 41,54 44,81 37,46 38,56
Cromo mg/L <0.1 <0.1 0,01 0,00 0,00 0,00 0,01 Ferro Total mg/L <0.1 - 0,03 0,00 0,02 0,06 0,08 Ferro dissolvido
mg/L - <15 0,00 0,00 0,01 0,06 0,05
Sulfatos mg/L <250 - 4,66 2,21 1,80 7,17 4,98 Coliformes fecais
NMP/100mL <2000 - 1166,83 1175,39 69,28 86,75 136,56
Materiais sedimentáveis
ml/l.1h - <1 0,34 0,10 0,19 0,21 0,14
Fenóis totais mg/L - <0.5 0,01 0,00 0,00 0,01 0,01 Eficiência na remoção de DQO (%)
% - -
97% 96% 94% 95% 97% Eficiência na remoção de DBO (%)
% - >60%
97% 96% 96% 95% 97% 1 - Padrões ETE’s dessa fábrica
2 - Padrões Legislação Federal- CONAMA 430/11- Artigo 16 * Média do ano até o mês de setembro
4.4.5 PERSPECTIVAS FUTURAS
O conceito, segundo Mancuso e Santos (2003) de água de reuso, passou a ser
utilizado com mais frequência na década de 1980, quando as águas de abastecimento forma se
tornando cada vez mais caras, onerando o produto final quando usadas no processo de
fabricação. Com o preço do produto, ao lado de sua qualidade, é fator determinante para a
manutenção da fábrica, a mesma vem procurado dentro de seus processos soluções para
diminuir o consumo de água nobre e reaproveitar na medida do possível seus efluentes.
Alternativas tem se estudado, visto a eficiência do tratamento realizado nessa ETE, como:
reaproveitamento desse efluente para a irrigação de áreas verdes (jardinagem e gramados) ao
qual se encontra em etapa de licenciamento ambiental, bem como, a utilização do efluente nas
torres de resfriamento de equipamentos no processo de utilidades na unidade, esse em fase de
parceria com fornecedores específicos. Implementados esses reaproveitamentos, a unidade
tem estimativa de redução de seu consumo, hoje em média de perda de 780 ml para cada litro
produzido, para perder abaixo de 500 ml de perda em seu processo produtivo.
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Considerações Finais
A água é um recurso natural findável e por isso, preservá-la representa a manutenção da vida,
em todas as suas apresentações no planeta. O tratamento de efluentes é uma determinação
ambiental, mas o seu cumprimento representa a sustentabilidade do negócio e o compromisso
da indústria com o meio ambiente. É importante estar atento à rotina operacional de
tratamento de efluentes, a fim de garantir o excelente funcionamento da operação e minimizar
riscos de impactos ambientais graves.
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