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TRATAMENTO DE EFLUENTES LÁCTEOS ATRAVÉS DE COAGULAÇÃO QUÍMICA E
SEDIMENTAÇÃO
1
Alana Melo dos Santos, 2Sandra Rodrigues da Silva, 3Sandra Helena Vieira de Carvalho, 3João Inácio
Soletti
1
Bolsista de iniciação Científica PIBIC/CNPq/UFAL, discente do curso de Engenharia Química
Bolsista de Mestrado/FAPEAL/UFAL, discente do curso de Engenharia Química
3
Professor(a) da UFAL/AL
2
1,2,3
Unidade Acadêmica Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas. Av. Lourival Melo Mota, s/n,
Tabuleiro dos Martins, Campus A. C. Simões, Maceió - AL, CEP 57072-970
e-mail: [email protected]
RESUMO – a indústria de laticínios gera um significativo volume de efluentes com elevado
potencial poluidor, devido ao caráter extremamente orgânico de seus resíduos. Em vista disso,
atenção especial deve ser dada às águas provenientes do processo produtivo, visando
minimizar os impactos ambientais do seu descarte. Uma alternativa ao tratamento deste
resíduo, visando seu enquadramento nas normas ambientais de descarte em corpos
receptores, é a sedimentação, a qual, precedida de coagulação química, reduz o teor de óleos
e graxas, a quantidade de matéria orgânica, bem como, a turbidez do efluente lácteo. Este
trabalho objetiva o estudo da coagulação química e da sedimentação como tratamento do
efluente da indústria láctea, utilizando um efluente sintético, preparado pela adição de leite em
pó à água, a uma concentração de 0,1% m/v. Foram estudados seis coagulantes (sulfato
férrico, ácido clorídrico, cloreto férrico, polieletrólito, sulfato de alumínio e policloreto de
alumínio). Para a sedimentação, foi utilizado um sedimentador lamelado, sendo sua eficiência
verificada através de análises de teor de óleos e graxas (TOG), demanda química de oxigênio
(DQO) e turbidez.
Palavras-Chave: sedimentador lamelado, efluentes, laticínio.
INTRODUÇÃO
A indústria de laticínios representa uma
atividade de grande importância na economia
mundial, sendo o Brasil o sexto maior produtor
(PLANETA AGRO, 2009). Muitas dessas
indústrias são de micro e pequeno porte, nas
quais o controle dos impactos ambientais não é
considerado uma questão prioritária. Todavia, as
exigências crescentes da legislação ambiental,
aliada a um movimento progressivo de
conscientização da população no sentido de, cada
vez mais, se consumir produtos e serviços que
gerem menor impacto no meio ambiente têm
forçado uma mudança mais rápida de atitude por
parte dos empresários, no sentido de controlar a
poluição (MACHADO et al., 2000).
Efluentes lácteos são constituídos por leite
e seus subprodutos, detergentes, desinfetantes,
areia, lubrificantes, açúcar, pedaços de frutas (em
caso de produção de iogurte), essências e
condimentos diversos (no caso da produção de
queijos e manteigas) que são diluídos na água de
lavagem de equipamentos, tubulações, pisos e
demais instalações da indústria (PRADO e
CABANELLAS, 2008). O lançamento destas
águas residuais, sem tratamento prévio, nos
corpos hídricos, gera diversos impactos
ambientais como a elevação da DBO da água, o
que provoca diminuição do oxigênio dissolvido no
meio; alteração da temperatura; aumento da
concentração de sólidos solúveis (aumento da
turbidez); eutrofização dos corpos hídricos e
proliferação de doenças veiculadas pela água
(MOREIRA, 2007). Outro aspecto importante é a
destinação dada à parcela não aproveitada do
soro de queijo, com o seu lançamento
diretamente nos cursos d’água, constituindo no
mais grave impacto ambiental gerado pelas
indústrias de laticínios (MACHADO et al., 2000).
Assim, faz necessário tratar esse efluente, de
modo a controlar e minimizar fontes poluidoras,
evitando impactos ambientais.
O tratamento dispensado às águas
residuais da indústria de laticínios é, em sua
grande maioria, do tipo biológico, cuja função é
remover a matéria orgânica, através do
metabolismo de oxidação e de síntese das
células. Este tipo de tratamento é normalmente
usado em virtude da grande quantidade de
matéria orgânica, facilmente biodegradável,
presente na composição deste efluente.
Uma alternativa para o tratamento desses
efluentes é a sedimentação, a qual, precedida de
coagulação química, pode reduzir alguns dos
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica
27 a 30 de julho de 2009
Uberlândia, Minas Gerais, Brasil
parâmetros necessários para adequar o resíduo
para descarte, como o teor de óleos e graxas
(TOG), a demanda química de oxigênio (DQO) e
a turbidez. Segundo dados do Instituto do Meio
Ambiente (IMA, 6.200/1985), no estado de
Alagoas, o padrão de emissão de efluentes, em
relação ao TOG não deve ultrapassar 20 mg/L,
enquanto a DQO deve ser, no máximo, 150 mg/L.
Para a turbidez, o Conselho Nacional do Meio
Ambiente (CONAMA, 357/2005) não estabelece
um valor padrão para o lançamento de efluentes,
porém limita a 100 NTU o valor padrão para
águas doces que podem ser destinadas ao
abastecimento para consumo humano, após
tratamento convencional
(clarificação com
utilização de coagulação e floculação, seguida de
desinfecção e correção de pH).
Coagulação Química
Coagulação é o processo de neutralização
das cargas negativas das partículas, o que possibilita que as mesmas se aproximem umas das
outras, promovendo sua aglomeração, formando,
com isso, flocos, que tendem a sedimentar ou
flotar, dependendo de seu tamanho e de sua densidade (MATOS et al., 2007). Para os efluentes
emulsionados, o método consiste na desestabilização do estado coloidal da emulsão, neutralizando as forças eletrostáticas e/ou as forças de Van
der Waals (CARVALHO et al., 2008). A coagulação compreende duas fases distintas: mistura, na
qual o coagulante dissolvido é rapidamente dispersado no efluente a ser tratado, geralmente por
meio de agitação violenta; e floculação, que inclui
a agitação da água a velocidades mais baixas por
período mais longo, durante o qual as partículas
muito pequenas crescem, aglutinam-se e aglomeram-se (A. W. W. A., 1964).
Os produtos químicos geralmente utilizados
como coagulantes são sais de ferro e alumínio,
porém polieletrólitos e ácidos também podem atuar como agente de coagulação, além de existirem os coagulantes naturais, como a moringa.
Muitos fatores influenciam a coagulação,
entre os quais se destacam a espécie e a quantidade de coagulante, o tempo de mistura e floculação e o pH do efluente. Há pelo menos uma
zona de pH em qualquer efluente considerado, no
qual a boa floculação ocorre no tempo mais curto
com uma determinada dose de coagulante, ou
então em um determinado tempo com a mínima
dose de coagulante. A coagulação, sempre que
possível, deve ser realizada dentro dessa zona
ótima. Em consequência disto, alguns efluentes
necessitam de certos ajustes de pH, de maneira a
tornar a coagulação econômica e eficiente. Porém, o fator que mais influencia do tempo requerido para a boa formação de floco é a quantidade
de coagulante (A. W. W. A., 1964).
No processo de coagulação, para que haja
a formação dos flocos, é necessária a neutraliza-
ção das cargas, a qual ocorre no chamado ponto
isoelétrico, definido como o pH característico no
qual as cargas positivas e negativas se anulam
havendo, assim, a formação de flocos. No caso
do efluente lácteo, o pH característico do ponto
isoelétrico é aproximadamente 4,6, condição na
qual as proteínas deste efluente aglomeram-se,
havendo a floculação (COUTO, 2003).
Sedimentação
A sedimentação consiste na remoção dos
sólidos presentes no efluente por meio da separação das fases sólida e líquida, sendo a fase sólida (impureza do efluente) sedimentada na parte
inferior da estação de tratamento de efluente, enquanto a fase líquida (efluente tratado) é removida
da estação pela parte superior, sendo descarregada no meio ambiente (CRESPILHO et al.,
2004). A sedimentação, que é um meio eficiente
de tratamento da água, não depende da coagulação, mas torna-se, com esta, mais efetiva. A teoria da sedimentação baseia-se no efeito da gravidade sobre partículas em suspensão em um líquido de menor densidade, as quais irão decantar
numa velocidade acelerada, até a resistência do
líquido igualar o peso efetivo da partícula. A partir
deste momento, a velocidade de sedimentação
será essencialmente constante e dependerá do
tamanho, forma e densidade da partícula, assim
como, da densidade e viscosidade da água (A. W.
W. A., 1964).
Existem diversos tipos de sedimentador,
entre os quais se destaca o sedimentador lamelado, o qual consiste de superfícies inclinadas, agrupadas de modo a formar canais, permitindo
uma rápida sedimentação, uma vez que o tempo
para decantação das partículas é proporcional à
queda de altura vertical. Sua vantagem é que as
lamelas (placas inclinadas) propiciam uma redução da área efetiva quando comparadas ao sedimentador convencional, o que permite uma rápida
remoção de suspensões floculentas (SILVEIRA,
2007). A principal desvantagem deste tipo de equipamento está relacionada ao seu projeto, uma
vez que pesquisas fundamentais sobre sedimentação em superfícies inclinadas são esparsas,
comparadas com trabalhos desenvolvidos para
superfícies horizontais. Além disso, a operação
parece ser mais instável neste tipo de sedimentador que no convencional (SOLETTI et al., 2002).
METODOLOGIA
Neste trabalho, a fim de simular o efluente
da indústria de laticínios, foi utilizado um efluente
sintético, preparado pela adição de leite em pó à
água, de modo a obter uma concentração de
0,1% m/v. O estudo foi dividido em duas partes,
sendo a primeira dedicada a ensaios de coagulação, a fim de identificar o coagulante a ser utilizado na segunda parte, na qual foi analisada a efici-
ência do processo de sedimentação no tratamento do efluente estudado, utilizando, para isto, um
sedimentador lamelado.
O estudo de coagulantes foi realizado através de ensaios de jar test, equipamento munido
de 6 reatores (copos), no qual se realizam ensaios de coagulação/floculação simultaneamente.
Apresenta leitura de velocidade angular e sistema
de iluminação própria. Através de um sistema
mecânico, provoca a agitação (mistura) nos copos
ao mesmo tempo, na velocidade desejada pelo
operador. Os coagulantes estudados foram: sulfato férrico, sulfato de alumínio, cloreto férrico, ácido clorídrico, polieletrólito clariant e policloreto de
alumínio, todos numa concentração de 1% v/v,
como mostra a Figura 1. Suas eficiências foram
verificadas através de análises de TOG, DQO e
turbidez.
balanço de sólidos na alimentação, lama e clarificado. Porém, não foi possível fechar o balanço de
sólido, ou seja, comprovar o estado estacionário,
em virtude dos flocos formados aderirem às superfícies do equipamento, sendo naturalmente
arrastados em intervalos de tempo irregulares,
representando uma coleta de lama em batelada,
não havendo como identificar o estado estacionário. Por isso, foi estabelecido que a coleta fosse
realizada após a passagem de maior parte da
alimentação.
O sedimentador lamelado utilizado no estudo é apresentado na Figura 2.
Figura 1 - Equipamento para realização do jar
test. Da esquerda para a direita: sulfato de alumínio, sulfato férrico, ácido clorídrico, polieletrólito Clariant, cloreto férrico e policloreto
de alumínio
No estudo da sedimentação, em escala piloto, foram utilizados os dois coagulantes que apresentaram melhores resultados na primeira parte do estudo, a fim de comparar suas eficiências
quando a coagulação precede a sedimentação. O
desempenho do processo foi avaliado através de
análises de TOG, DQO e turbidez. Foram realizadas três corridas experimentais com cada um dos
coagulantes, totalizando seis corridas.
A alimentação do efluente no sedimentador
foi realizada através de uma bomba peristáltica, a
uma altura de aproximadamente 20 cm da base
do mesmo. O lodo sedimentado foi retirado na
base do equipamento, com do auxílio de uma
bomba peristáltica. A saída do líquido clarificado
foi realizada no topo do sedimentador. Cada corrida utilizou aproximadamente 45 L de efluente, a
uma vazão de alimentação de 250 mL/min. Para a
realização das análises, as amostras seriam coletadas quando a interface lama/líquido clarificado
permanecia constante, indicando um possível estado estacionário, o que seria comprovado pelo
Figura 2 - Sedimentador lamelado utilizado no
estudo e o ponto de alimentação do efluente,
próximo à base do equipamento
Foram realizados ensaios de sedimentação
em batelada, utilizando o sulfato de alumínio na
concentração de 1% v/v como agente coagulante.
Para as análises de teor de óleos e graxas
(TOG), utilizou-se o equipamento HORIBA OCMA-350, cujos resultados são fornecidos em
mg/L; para determinação da demanda química de
oxigênio, foi utilizado o equipamento da Aqualytic
PC compact COD vario e o termoreator Aqualytic
DQO AL 32, o qual apresenta os resultados em
mg/L; e, para as análises de turbidez, o equipamento utilizado foi o Turbidímetro AP 2000 Policontrol, cujos resultados são dados em NTU (unidades de turbidez nefelométrica).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A apresentação dos principais resultados
obtidos neste estudo será realizada segundo a
divisão anteriormente proposta, sendo inicialmente mostrados os resultados dos testes de coagulação, seguidos dos resultados da sedimentação.
Resultados do Estudo do Processo de Coagulação
As análises realizadas no estudo de coagulantes mostraram uma similaridade nas eficiências do cloreto férrico, sulfato férrico e sulfato de
alumínio, os quais apresentaram os melhores resultados, em geral.
Nesta etapa, observou-se que os flocos
formados com os coagulantes de alumínio são
maiores e mais resistentes que os formados com
os demais coagulantes. Porém, os flocos formados com todos os coagulantes eram relativamente
finos. Foi também verificado que o pH final, após
a adição dos coagulante, era próximo a 4,6, o
ponto isoelétrico do efluente lácteo, segundo dados da literatura. Na Tabela 1 são apresentados
os dados obtidos através das análises realizadas.
Nesta tabela, o pH final refere-se ao pH medido
após a adição do coagulante. Todos os coagulantes estavam numa concentração de 1% v/v.
Tabela 1 - Resultados das análises realizadas
para identificação dos melhores coagulantes:
(0) Efluente bruto; (1) Sulfato férrico; (2) Sulfato de alumínio; (3) Cloreto férrico; (4) Policloreto de alumínio; (5) Polieletrólito clariant; (6)
Ácido clorídrico
Dosagem pH
Turbidez DQO
TOG
(mL)
final (NTU)
(mg/L) (mg/L)
0
6,75
847
1035
39,3
1
5
4,62
67,2
337
7,9
2
9
5,08
76,4
370
9,4
3
12
4,12
67,9
344
8,0
4
5
5,34
83,1
412
15,8
5
15
4,67
195
419
6,2
6
5
4,42
311
449
2,1
Para a segunda etapa do estudo, foram escolhidos os coagulantes cloreto férrico e sulfato
de alumínio. O cloreto férrico foi escolhido ao invés do sulfato férrico devido à sua disponibilidade
no laboratório.
Resultado do Ensaio de Sedimentação em Batelada
Após a coagulação, a sedimentação dos
flocos ocorre naturalmente, porém de forma lenta.
No ensaio em batelada, foi observado que,
após uma hora de sedimentação, o efluente ainda
apresenta diversos flocos finos em suspensão e
turbidez elevada.
O posicionamento da alimentação próximo
à base do sedimentador ocorreu devido às características dos flocos do efluente lácteo, que tendem a aderir à lamela e às paredes do equipamento. Quando a alimentação foi realizada no
topo, houve acúmulo de flocos neste ponto, contaminando a retirada do líquido clarificado.
Durante a sedimentação, a alimentação do
sedimentador permaneceu sob agitação contínua,
para que os flocos formados fossem mantidos em
suspensão. Foi observado visualmente que os
flocos formados pela adição do cloreto férrico
eram quebrados devido à agitação contínua,
enquanto que os flocos formados utilizando o
sulfato de alumínio permaneciam intactos durante
o processo.
A Tabela 2 apresenta os resultados de
turbidez, DQO e TOG, referente à utilização do
cloreto férrico, como coagulante, na unidade piloto
de sedimentação. Na Tabela 3 encontram-se os
resultados com o sulfato de alumínio. Para o
cálculo da eficiência média, considerou-se o valor
médio dos parâmetros nas três corridas
realizadas.
Tabela 2 - Resultados obtidos na sedimentação utilizando o cloreto férrico como coagulante
TOG
Turbidez DQO
(NTU)
(mg/L) (mg/L)
Efluente bruto
883,3
989,5
26,0
Corrida 1
23,2
328
2,3
Corrida 2
22,8
358
2,4
Corrida 3
18,0
360
1,2
Eficiência média (%)
97,6
63,0
92,4
Tabela 3 - Resultados obtidos na sedimentação utilizando o sulfato de alumínio como coagulante
Turbidez DQO
TOG
(NTU)
(mg/L) (mg/L)
Efluente bruto
921,7
924,7
37,5
Corrida 1
29,2
329
2,5
Corrida 2
11,7
328
0,2
Corrida 3
12,9
370
2,7
Eficiência média (%)
98,0
64,8
95,2
Observa-se que o fato dos flocos serem
quebrados quando se utiliza o cloreto férrico como
coagulante não exerce influência no resultado
final, uma vez que os resultados apresentados
foram bastante similares com ambos os
coagulantes.
Analisando os dados obtidos, verifica-se
uma significativa redução de TOG e turbidez,
atingindo uma porcentagem de eficiência máxima
de 98% da turbidez e de 95% do TOG, o que
mostra que o processo de sedimentação
apresenta-se bastante eficaz no tratamento do
efluente da indústria láctea. Em relação ao padrão
exigido para descarte de efluentes, os valores de
TOG e turbidez satisfazem a exigência dos
órgãos competentes. Entretanto, a redução de
DQO não atingiu o padrão estadual de descarte
de 150 mg/L, apesar da eficiência de remoção
superior a 60%, para os dois coagulantes
utilizados, sendo necessário um tratamento
complementar.
CONCLUSÃO
O processo de coagulação química
apresentou significativa importância como etapa
preliminar da sedimentação, no tratamento da
indústria láctea, de modo que, quanto mais
eficiente a coagulação, melhores os resultados
obtidos na sedimentação.
Os
coagulantes
que
apresentaram
melhores
resultados
foram
os
mais
tradicionalmente
utilizados
na
coagulação
química, que são os sais de ferro e alumínio, mais
especificamente, o cloreto férrico e o sulfato de
alumínio.
Os resultados apresentados indicam que o
processo de sedimentação precedido de
coagulação química é viável no tratamento do
efluente da indústria láctea, reduzindo de forma
significativa a turbidez, em cerca de 98%, e o teor
de óleos e graxas (TOG), com redução superior a
92%. A redução da demanda química de oxigênio
(DQO), apesar de significativa (superior a 60%),
ainda não atende às normas exigidas para o
descarte do efluente, sendo necessário um
tratamento complementar, como, por exemplo, a
filtração ou a flotação.
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AGRADECIMENTOS
Ao CNPq e à FAPEAL pelo apoio financeiro
concedido para a realização deste estudo.