AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO PROCESSO DE LODOS ATIVADOS PARA O TRATAMENTO DOS EFLUENTES DA INDÚSTRIA DE BORRACHA SINTÉTICA

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1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO PROCESSO DE LODOS ATIVADOS PARA O TRATAMENTO DOS EFLUENTES DA INDÚSTRIA DE BORRACHA SINTÉTICA João Luiz Ribeiro Reis (1) Engenheiro Químico pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro- (UERJ), Mestrando em Engenharia Química pelo Programa de Engenharia Química / COPPE / UFRJ. André Martins Graduando em Engenharia Química pela Escola de Química / UFRJ, Aluno de Iniciação Científica do PEQ/COPPE/UFRJ. Albari Pedroso Geólogo responsável pelo setor de meio ambiente na Petroflex Ind. e Com. S.A. Geraldo L. Sant Anna Jr Professor Titular do Programa de Engenharia Química da COPPE/UFRJ. Márcia Dezotti Professora Adjunto do Programa de Engenharia Química da COPPE/UFRJ. Endereço (1) : Rua Lima Drumond, 34 - apto Vaz Lobo - Rio de Janeiro - RJ - CEP: Brasil - Tel: (21) ramal: joaoluiz@peq.coppe.ufrj.br RESUMO O descarte dos efluentes líquidos da uma indústria de borracha sintética representa um grande impacto ambiental, pois apresentam grandes quantidades de material orgânico solúvel e sólidos em suspensão, caracterizando-os como efluentes de difícil degradação (3). A estação de tratamento de resíduos industriais (ETRI) da Petroflex foi projetada para tratar seus efluentes e os da Nitriflex, e possui capacidade de tratar uma vazão média de 364 m 3 /h. O processo na ETRI consiste de um tratamento primário, visando principalmente a remoção de sólidos em suspensão e equalização do efluente para o tratamento secundário, utilizando o processo de lodos ativados. No entanto, essas fábricas passaram a produzir novos produtos, o que alterou muito as características e a vazões dos seus efluentes prejudicando o desempenho do tratamento primário e secundário da estação. O trabalho aqui descrito teve como objetivo reavaliar o tratamento secundário de uma empresa produtora de borracha sintética, composto pelo processo de lodos ativados, determinando o melhor desempenho que a estação já existente pode alcançar, e a partir deste diagnóstico sugerir modificações a nível de processo e operação da estação, visando atender os padrões requeridos pela legislação ambiental vigente e também às normas ISO 14. PALAVRAS-CHAVE: Efluente Industrial, Lodos Ativados, Borracha Sintética. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 347

2 INTRODUÇÃO O acelerado ritmo de crescimento dos parques fabris ao redor dos grandes centros urbanos do país, acarretou um movimento intenso e principalmente desordenado da população do interior para as grandes metrópoles. Isto contribuiu para que nestas localidades tenha havido um aumento significativo da geração de resíduos sólidos, líquidos e gasosos, proveniente das atividades industrial e doméstica. A Baía de Guanabara, considerada cartão postal do Brasil e porta de entrada para a cidade do Rio de Janeiro, vem sofrendo ao longo dos anos um processo de degradação que prejudica a qualidade de vida da população, ao mesmo tempo em que cria impedimento às principais atividades econômicas e sociais no estado. Dados recentes dos órgãos ambientais do estado mostram que, metade dos leitos dos hospitais da região é ocupada por indivíduos afetados por doenças transmitidas pela água contaminada. Também a pesca comercial e o potencial turístico das paisagens da cidade foram negativamente afetados pela poluição das águas da baía. Para reverter este quadro desfavorável, conta-se com o aumento da fiscalização sobre as exigências ambientais vigentes, sejam tanto no âmbito da legislação pertinente à questão ambiental, como também das pressões que as empresas vem sofrendo pela sociedade civil e organismos não-governamentais. Neste aspecto uma grande contribuição foi a ampla divulgação e aceitação que tiveram as normas da série ISO 14 entre as empresas no mundo. Pode-se dizer que a ISO 14 têm impulsionado as empresas a buscarem alternativas ambientais, a fim de se manterem competitivas em um mercado internacional globalizado. A Petroflex Ind. e Com. S.A (Rio de Janeiro/Brasil) é a 5 a maior produtora mundial de borracha sintética e seus produtos são comercializados mundialmente. A sua estação de tratamento de efluentes foi projetada para tratar seus efluentes e os da Nitriflex, empresa produtora de elastômeros e termoplásticos e que possui uma planta multipropósito. Entretanto, devido as exigências do mercado, essas fábricas passaram a produzir novos produtos, o que modificou bastante as características dos rejeitos e prejudicou o desempenho da estação de tratamento de efluentes, de forma que o seu efluente final de descarte não mais se enquadrou dentro dos padrões estabelecidos pelos órgãos ambientais. A remoção média da DBO não ultrapassa valores da ordem de 7% (1). Este trabalho teve como objetivo reavaliar o tratamento secundário da empresa, composto pelo processo de lodos ativados e determinar o melhor desempenho que a estação pode alcançar, bem como sugerir modificações a nível de processo e operação da estação, visando atender os padrões requeridos pela legislação ambiental vigente e também às normas ISO 14. Isto foi possível devido à preocupação da empresa com o gerenciamento dos seus rejeitos e com uma melhor qualidade dos seus efluentes. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 348

3 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE A formação de resíduos é inerente ao processo de produção de borracha sintética, uma vez que o látex, produto da copolimerização do butadieno e do estireno, adere às paredes dos vasos de processo quando de sua fabricação, havendo desta forma a necessidade da lavagem destes vasos periodicamente. Este processo de lavagem origina as diversas correntes que compõem o efluente que chega à estação de tratamento (1). Atualmente estes efluentes constituem-se de resíduos de látex, coágulos de SBR, estireno, traços de vinil ciclo-hexeno, óleos aromáticos, fenóis, ácidos graxos e resinosos, águas contendo sulfato, acrilonitrila, entre outros compostos, o que globalmente correspondem aos parâmetros apresentados na Tabela 1 (1). Tabela 1 : Valores médios dos principais parâmetros do afluente da estação. Parâmetro Faixa de Valores Médios DQO (mg/l) 15-2 DBO (mg/l) 75-1 SS (mg/l) 25-5 ph 2,5-4, Temperatura ( o C) 4-45 MATERIAIS E MÉTODOS Para simulação do processo contínuo de lodos ativados, em escala de laboratório, foram utilizados reatores, de volume igual a 2,24 L, segundo modelo descrito por Eckenfelder Jr., W.W e colaboradores (2). Foram realizadas as seguintes análises químicas e físicas : DQO, COT (segunda etapa), SSV, Amônia, Fenóis Totais, Temperatura, Oxigênio Dissolvido, ph, IVL (Índice de Volume de Lodo) seguindo a metodologia do Standard Methods, (6), que serviram de base para complementar o estudo do desempenho do processo de lodos ativados aplicado ao referido efluente (4,5). Foi utilizado um Microscópio Ótico HUND, com o recurso de contraste de fases, para acompanhamento da microscopia do lodo durante a segunda etapa deste trabalho. PRIMEIRA ETAPA: VARIAÇÃO DO TEMPO DE RETENÇÃO Nesta primeira etapa foram utiizados quatro reatores, onde variou-se o tempo de retenção hidráulico (τ) para cada um dos reatores, de modo a simular as condições de operação da planta de tratamento de efluentes da própria empresa, procurando-se manter a temperatura em torno de 25 o C. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 349

4 Desta forma procura-se correlacionar os diversos τ obtidos com os percentuais de redução da DQO filtrada, bem como correlacionar a variação da relação F/M para os quatro reatores. Com o efluente final de um dos reatores realizou-se um teste de ultrafiltração, a fim de avaliar a ordem de grandeza do peso molecular das substâncias que compõe a DQO final do referido efluente. As membranas usadas são de fabricação da DESAL e apresentam as seguintes especificações: - Tipo 1: Ultrafiltração G-5 (Cut-off = 8) - Tipo 2: Ultrafiltração G-1 (Cut-off = 25) SEGUNDA ETAPA: VARIAÇÃO DA TEMPERATURA Na segunda etapa foram utilizados dois reatores, onde variou-se a temperatura do sistema reacional para cada um dos reatores entre 35 e 42 o C, de modo a simular as condições de operação da planta de tratamento de efluentes da própria empresa. Durante a segunda etapa também foi realizado o acompanhamento da microscopia do lodo dos reatores de bancada, assim como dos reatores operados na planta industrial, a fim de buscar uma correlação entre as observações microscópicas e o desempenho alcançado pelo processo de lodos ativados para o referido efluente. RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA Os quatro reatores foram operados por um período de três meses, e os resultados de alguns dos parâmetros acompanhados estão listados na Tabela 2. Tabela 2: Alguns parâmetros acompanhados durante a operação dos quatro reatores. Parâmetro Reator 1 Reator 2 Reator 3 Reator 4 Tempo de Retenção Hidráulico (τ),8,4,3 3,2 (Dia) Vazão (L/dia) 2,9 5,2 7,2,7 SSVTA - (mg/l) DQO Saída - (mg/l) A Figura 1 apresenta o gráfico que estima a parcela não-biodegradável (em termos de DQO) presente no efluente final. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 35

5 Figura 1: DQO saída versus o inverso do tempo de retenção hidráulico para os quatro 5 DQO Saída (mg/l) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1/T (dia -1 ) reatores. A Figura 2 apresenta o gráfico que faz a correlação entre o % de Redução da DQO e a relação F/M estabelecida para cada um dos quatro reatores durante o período dos experimentos. Figura 2: Redução de DQO versus a Relação F/M para cada um dos reatores. Redução de DQO (%) ,5 1 1,5 F/M (mg DQO/mg SSV.dia) Reator 1 Reator 2 Reator 3 Reator 4 A Figura 3 apresenta o gráfico que faz a correlação entre o % de Redução da DQO e o tempo de residência para cada um dos quatro reatores durante o período dos experimentos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 351

6 Figura 3: Redução de DQO versus o tempo de residência para cada um dos reatores. Redução DQO (%) Tempo Residência (dia) Reator 1 Reator 2 Reator 3 Reator 4 RESULTADOS DA SEGUNDA ETAPA A tabela 4 apresenta os valores dos principais parâmetros dos reatores conduzidos durante a segunda etapa, dos testes de avaliação do processo contínuo de lodos ativados para o referido efluente. Tabela 4: Acompanhamento dos reatores durante os testes variando-se a temperatura. Reator Vazão (L/dia) TRH (dia) Xssv (mg/l) F / M (mgdqo/mgssv.dia) DQOsaída (mg/l) % Red. DQO 1 5,2,4 3945, (35 o C) 2 (42 o C) 5,2,4 3697, A Figura 4 apresenta o gráfico que faz a correlação entre o % de Redução da DQO e o tempo decorrido de acompanhamento dos experimentos durante a segunda etapa deste trabalho. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 352

7 Figura 4: Acompanhamento da DQO durante os testes variando-se a temperatura % Redução /Ago 2/Set 12/Set 22/Set 2/Out 12/Out 22/Out 1/Nov 11/Nov Data Reator 1 Reator 2 A Figura 5 apresenta o gráfico que faz a correlação entre o % de Redução do COT e o tempo decorrido de acompanhamento dos experimentos durante a segunda etapa deste trabalho. Figura 5: Acompanhamento do COT durante os testes variando-se a temperatura % Redução /Ago 2/Set 22/Set 12/Out 1/Nov 21/Nov Data Reator 1 Reator 2 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 353

8 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os resultados obtidos nos mostram que o melhor desempenho alcançado pelo processo encontra-se na faixa de 83% de redução da DQO, resultando numa DQO de saída de cerca de 22 mg/l. Este resultado demonstra que é possível atingir o padrão ambiental exigido para descarte do efluente líquido, e que a principal limitação da planta industrial encontra-se na fase operacional. Observou-se que mesmo a uma temperatura mais elevada ocorre uma redução significativa da DQO, embora fosse esperado um menor desempenho. Para os reatores conduzidos à temperatura de 25 C a remoção de DQO foi em torno de 7%. Desta forma, pode-se atribuir esta maior eficiência ao stripping de orgânicos ou mesmo a solubilzação de moléculas de alto P.M., favorecendo sua biodegradação. Outra característica observada durante o estudo refere-se a capacidade que a planta industrial tem de absorver determinados impactos de descartes eventuais das áreas de produção, pois foi possível perceber que o processo demora bastante a retornar a situação de normalidade, evidenciando a característica de difícil biodegradabilidade do efluente da Petroflex. RESULTADO DO TESTE DE ULTRAFILTRAÇÃO A tabela 3 nos fornece os resultados dos testes de ultrafiltração realizado no efluente final. Tabela 3: Resultados dos Testes com as membranas de ultrafiltração. Identificação DQO (mg/l) % Redução de DQO Afluente 227 # Efluente Bruto 233 # Efluente Filtrado 213 # Permeado G Permeado G Observamos que o P.M. das substâncias que compõe a DQO de saída é relativamente alto (cerca de 7% tem P.M. acima de 25). Isto nos leva a consideração de que apesar do efluente apresentar uma DQO abaixo do valor exigido pela legislação ambiental, esta carga colocada no corpo receptor (rio, lago, baía) demandará algum tempo para ser biodegradada. RESULTADO DAS OBSERVAÇÕES MICROSCÓPICAS Acompanhou-se a microscopia do lodo, através da observação a fresco, com o objetivo de se comparar o desempenho dos reatores de bancada e os reatores da planta industrial em termos da presença de determinadas classes de microorganismos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 354

9 Os resultados mostraram que os reatores de bancada não apresentavam uma estrutura filamentosa de sustentação (como relata a literatura), ao contrário dos reatores da planta industrial que apresentaram esta estrutura. Observou-se também que a quantidade de protozoários existentes nos reatores de bancada foi significativamente maior que na planta industrial, o que reforça a idéia de que o desempenho destes últimos está aquém do esperado. Outro fato importante da observação microscópica, refere-se a característica apresentada pela análise da espuma existente na superfície dos tanques de aeração da planta industrial, visto que a mesma apresentou grande quantidade de microorganismos filamentosos reticulados, comprovando a dificuldade operacional existente no controle deste tipo de espuma. CONCLUSÕES Através deste trabalho foi possível determinar os motivos pelos quais a Estação de Tratamento de Rejeitos Industriais da Petroflex não estava alcançando os padrões ambientais exigidos para descarte dos seus efluentes líquidos. A mudança da natureza química do efluente, tornando-o de difícil degradação, fez com que o tempo de residência projetado para a unidade de lodos ativados da estação seja suficiente para remover apenas 83 % da DQO do efluente, e atualmente não é possível aumentar o tempo de residência desta unidade. Foram sugeridas modificações a nível de operação e processo da estação a fim de melhorar seu desempenho, baseados também em outro estudo realizado a fim de otimizar o tratamento primário (1). A partir do diagnóstico obtido com este trabalho, sugeriu-se a implantação de um tratamento terciário, visando atender os padrões requeridos pela legislação ambiental vigente e também às normas ISO 14. Já encontra-se em fase de estudo qual melhor processo deve ser empregado como tratamento terciário da ETRI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Reis, J.L.R., Martins, A., Pedroso, A., Sant Anna Jr., G.L. & Dezotti, M., 1998, Estudo do Tratamento de um Efluente da Indústria de Borracha Sintética, Trabalho apresentado no 26 o Congresso da AIDIS, Lima, Peru. 2. Adams Jr., C.E., Eckenfelder Jr., W.W. & Ford, D.L., 198, Development of Design and Operational Criteria for Wastewater Treatment, New York, McGraw-Hill. 3. Braile, P.M. & Cavalcanti, J.E.W.A., 1979, Manual de Tratamento de Águas Residuárias Industriais, São Paulo, CETESB. 4. Santos, V.M.M., 1996, Estudo Experimental do Processo de Lodos Ativados em Unidade Piloto, Visando Critérios Operacionais, Tese de Mestrado, Rio de Janeiro, COPPE/UFRJ. 5. Sant Anna Jr., G.L. & Dezotti, M., 1997, Curso de Controle de Poluição das Águas, Rio de Janeiro, COPPE/UFRJ. 6. APHA, AWWA, 1992, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18 a ed., New York, WPCF. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 355