FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS CAMPUS DE ARIQUEMES

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1 FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS CAMPUS DE ARIQUEMES RONALDO FELICIANO DE AMORIM TRATAMENTO DE EFLUENTES EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO: UM ESTUDO DE CASO EM INDÚSTRIA DE LATICÍNIO NA REGIÃO DO VALE DO JAMARI - RO Ariquemes 2014

2 RONALDO FELICIANO DE AMORIM TRATAMENTO DE EFLUENTES EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO: UM ESTUDO DE CASO EM INDÚSTRIA DE LATICÍNIO NA REGIÃO DO VALE DO JAMARI - RO Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Departamento de Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Rondônia UNIR, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Alimentos. Orientadora: Profª. Dra. Tânia Maria Alberte Ariquemes 2014 ii

3 Dados de publicação internacional na publicação (CIP) Biblioteca setorial 06/UNIR A524t Amorim, Ronaldo Feliciano de. Tratamento de efluente em lagoas de estabilização: um estudo de caso em indústria de laticínio na região do Vale do Jamari-RO. / Ronaldo Feliciano de Amorim. Ariquemes-RO, f.: il. Orientadora: Prof(a). Dra. Tânia Maria Alberte. Monografia (Bacharelado em Engenharia de Alimentos) Fundação Universidade Federal de Rondônia. Departamento de Engenharia de Alimentos, Ariquemes, Tratamento de efluentes. 2. Laticínios. 3. Lagoas de estabilização. I. Fundação Universidade Federal de Rondônia. II. Título. Bibliotecária Responsável: Danielle Brito Silva, CRB: CDU: 628.3: iii

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5 DEDICATÓRIA À minha esposa, Valquíria e minha filha Alice; À minha orientadora, Profª Dra Tânia Maria Alberte. v

6 Agradecimentos À Deus, que, sem ele, eu não teria chegado até aqui; À minha querida esposa Valquíria, pelo apoio e compreensão; À Universidade Federal de Rondônia e ao Departamento de Engenharia de Alimentos, pela oportunidade da realização do curso; Agradeço à minha orientadora, Profª Dra. Tânia Maria Alberte, pela confiança, apoio intelectual e financeiro, pela oportunidade de aprendizado oferecida, e por ser um grande exemplo profissional; Aos meus pais e meus irmãos, pelo apoio e incentivo intelectual e financeiro. Ao responsável técnico da indústria e em estudo. vi

7 RESUMO O crescimento da produção de alimentos representa importância econômica e ambiental em razão, principalmente, do crescente aumento populacional e consequentemente maior consumo de alimentos, como o aumento da produção e consumo de leite e derivados. Para o processamento do leite utiliza-se grande quantidade de água que resulta em uma alta produção de efluente com elevada carga orgânica principalmente devido ao soro, que quando lançado juntamente com o efluente torna ainda maior o poder poluente do resíduo a ser descartado em corpo receptor, sendo imprescindível seu correto tratamento. O presente estudo teve como objetivo principal a análise da eficiência do sistema de tratamento de efluente por lagoas de estabilização de um laticínio da região do Vale do Jamari RO, através da determinação de parâmetros físico-químicos como: temperatura, ph, DQO, DBO5, óleos e graxas, turbidez e material flutuante. Para a avaliação dos parâmetros foram realizadas coletas em duas etapas, mês de setembro e novembro. Os resultados das amostras realizadas demostraram que os parâmetros abordados na pesquisa, de maneira geral, não alcançaram os limites exigido pelos padrões de lançamento de efluentes estabelecido na legislação, demonstrando que o sistema de tratamento de efluentes utilizado pela empresa está, nas condições estudadas, operando com baixa eficiência de redução de compostos poluentes, com ph na faixa de 3,62, redução de 49,20 % de DQO, 50 % de DBO5, 54 mg.l -1 de óleos e graxas, 236 UNT de turbidez, 54 mg.l -1. Estes valores encontrado mostram uma baixa eficiência e podem ter ocorrido principalmente devido à grande quantidade de soro ácido descartada sem recuperação junto ao efluente gerado no sistema de tratamento da indústria, o que pode provocar queda acentuada nos valores de ph e consequentemente reduzir a ação dos microrganismos do sistema biológico nas lagoas de estabilização no sistema em estudo. Palavras-chave: Tratamento de efluente, laticínio, lagoas de estabilização. vii

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1- Consumo de água por litro de leite processado Figura 2- Grade de limpeza manual e caixa de areia Figura 3 - Sistema de tratamento por lagoa facultativa Figura 4 - Sistema tratamento por lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa Figura 5 Ilustração de tratamento de efluente por lagoas aeradas facultativas Figura 6 - Tratamento por lagoa aerada de mistura completa seguida por lagoa de decantação Figura 7 - Fluxograma com identificação de pontos de coleta nas respectivas etapas Figura 8- Sistema de tratamento primário realizado no laticínio viii

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Aquisição de leite por regiões em dados trimestrais selecionados de 2012 e Tabela 2 - Diferentes tipos de águas residuárias e valores de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) atribuídas às mesmas Tabela 3 - Qualidade do efluente de laticínio com e sem recuperação do soro Tabela 4 - Características dos efluentes líquidos gerados em diferentes tipos de processamento em indústria de laticínio Tabela 5 - Classes e respectivos usos da água conforme a Resolução CONAMA nº 357 (2005) Tabela 6 - Resultados obtidos na sedimentação utilizando o cloreto férrico como coagulante em efluente de indústria láctea Tabela 7 - Resultados obtidos na sedimentação utilizando o sulfato de alumínio como coagulante em efluente de indústria láctea Tabela 8 - Vantagens e desvantagens do sistema de tratamento de efluentes por lagoas Tabela 9 - Estimativa da eficiência esperada nos diversos níveis de tratamento na Estação de tratamento de efluentes (ETE) Tabela 10 - Eficiência do sistema de tratamento preliminar em interação com lagoa de estabilização. 47 Tabela 11 - Caracterização dos principais sistemas de lagoas para a redução de DBO, DQO, sólidos suspensos (SS), Amônia, Nitrogênio, Fósforo e coliformes Tabela 12 - Questionário aplicado à usina beneficiadora de leite Tabela 13 - Questionário aplicado ao técnico responsável pela indústria para levantamento de dados do laticínio Tabela 14- Resultados das análises de ph e temperatura referentes à primeira fase da pesquisa Tabela 15 - Resultados das análises físico química referente as amostras da segunda fase da pesquisa Tabela 16 - Eficiência do tratamento primário X tratamento secundário ix

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ANVISA APHA CONAMA CNRH - Agência Nacional de Vigilância Sanitária - American Public Health Association - Conselho Nacional de Meio Ambiente -Conselho Nacional de Recursos Hídricos DBO -Demanda bioquímica de oxigênio (mg.l -1 ) DQO -Demanda química de oxigênio (mg.l -1 ) IBGE -Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IDARON -Agência de Defesa Sanitária Agrosilvopastoril do Estado de Rondônia IFRO -Instituto Federal de Rondônia OD -Oxigênio dissolvido (mg.l -1 ) ph SEAGRI TOG UNT -Potencial Hidrogeniônico -Secretaria de Agricultura, Pecuária e Regularização Fundiária -Teor de Óleos e Graxas (mg.l -1 ) -Unidades Nefelométricas de Turbidez x

11 LISTA DE SÍMBOLOS A - área (m 2 ) H - profundidade (m) L - carga de DBO total afluente, solúvel + particulada (kg DBO5/dia) Lv - taxa de aplicação volumétrica (Kg DBO5 /m³. dia) - eficiência PF P F R Q So Se t V V - Peso do filtro - Peso do filtro com o resíduo seco - vazão média afluente (m³/dia) - concentração inicial - concentração final - tempo de detenção (dia) V - volume (m 3 ) VA - volume requerido para lagoa (m³) - volume requerido para a lagoa (m³) - Volume da amostra xi

12 SUMÁRIO 1- INTRODUÇÃO OBJETIVO OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PRODUÇÃO DE LEITE NO BRASIL Produção de leite em Rondônia: PRODUÇÃO INDUSTRIAL E SUAS CONSEQUÊNCIAS AMBIENTAIS EFLUENTES EM INDÚSTRIAS DE LATICÍNIOS Caracterização dos efluentes de indústrias de laticínios LEGISLAÇÃO AMBIENTAL DOS RECURSOS HÍDRICOS Padrões de lançamento e de qualidade do corpo receptor Legislação dos recursos hídricos no estado de Rondônia TRATAMENTO DE EFLUENTES Tipos de tratamento Tratamento Físico Tratamento Químico Tratamento Biológico Lodo ativado Sistemas de tratamento de efluentes por reatores anaeróbios SISTEMAS DE TRATAMENTO POR LAGOAS Lagoas anaeróbias Lagoas facultativas Lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas Lagoas aeradas facultativas Lagoas aeradas de mistura completa seguidas de lagoas de decantação MATERIAL E MÉTODOS UNIDADE INDUSTRIAL AVALIADA AVALIAÇÃO GLOBAL DA EMPRESA COLETA E TRANSPORTE DAS AMOSTRAS DETERMINAÇÕES ANALÍTICAS ph xii

13 Temperatura Demanda Química de Oxigênio (DQO) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) Óleos e gorduras (método de Soxhlet) Turbidez Material flutuante RESULTADOS E DISCUSSÃO CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA CARACTERIZAÇÃO FÍSICO QUÍMICA DO EFLUENTE GERADO CONCLUSÃO REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA: ANEXO A xiii

14 1- INTRODUÇÃO A evolução industrial foi de extrema importância para o desenvolvimento tecnológico, consequentemente, o mundo passou a produzir mais e melhor. Isto fez com que houvesse melhor distribuição de produtos, porém, junto com a industrialização, veio à geração de resíduos que é extremamente prejudicial ao meio ambiente. Dentre as indústrias geradoras de resíduos poluentes estão às beneficiadoras de matérias primas alimentícias, que geram grandes volumes de resíduos orgânicos, altamente poluentes, o que pode desencadear além de desequilíbrio ambiental, doenças em humanos e animais, principalmente por demandarem enorme quantidade de água no processamento. O grande volume de água necessário para o beneficiamento do leite coloca as indústrias de laticínios como uma das principais geradoras de efluentes industriais. Em média para cada litro de leite beneficiado são gerados aproximadamente 3,5 litros de efluente. Como o beneficiamento de leite no Brasil é superior a 20 bilhões de litros o que corresponde à geração de mais de 60 bilhões de litros de efluente por ano ( IBGE 2013 e CASTRO 2007) Estes efluentes apresentam uma elevada demanda química e bioquímica de oxigênio como consequência da grande quantidade de lipídios, carboidratos e proteínas, que conferem ao sistema uma alta carga orgânica; o despejo de tais efluentes, quando lançado de modo inadequado gera alterações ambientais, altera corpos hídricos, além de grandes impactos no ecossistema. Devido aos problemas citados, a tendência do cenário global é impor, através de legislações e restrições comerciais, o tratamento do resíduo gerado para que o mesmo atinja o padrão de qualidade ambiental, ou seja, que o efluente quando lançado nos corpos d água não apresente riscos ambientais. Para um equacionamento eficiente do processo de tratamento de efluentes é necessário que se conheçam quais tecnologias existem pera que o tratamento atenda as exigências legais, detalhes da composição do efluente a ser tratado, quantidade do efluente gerado, variação de carga que poderá ocorrer e, às condições climáticas onde será construída a estação de tratamento. Normalmente, para minimizar os riscos do lançamento de águas residuárias provenientes de indústrias de laticínios em corpos receptores, utiliza-se o tratamento 14

15 convencional que, na maioria das vezes, emprega tecnologia simples, de fácil operação e baixo custo. Tais tratamentos utilizam frequentemente processos biológicos, considerados eficientes para a maioria dos poluentes, por reduzir consideravelmente os níveis de matéria orgânica dos efluentes até condições de lançamento em corpos receptores. Os efluentes gerados nas indústrias de laticínios, em termos de poluição hídrica, têm um alto teor de material orgânico presente em sua composição. As lagoas de estabilização são tradicionalmente usadas no tratamento deste tipo de efluente, pois além do baixo custo de implantação e manutenção, mostram-se eficazes na remoção da carga poluidora. No Estado de Rondônia, devido ao clima quente e úmido, há em tese, condições favoráveis para implantação de Lagoas de Estabilização para o tratamento de efluentes derivados da indústria de laticínios, e é certamente o meio mais utilizado nos laticínios desta região. 15

16 2 - OBJETIVO OBJETIVO GERAL Este trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência do sistema de tratamento de efluentes de um laticínio localizado na região do Vale do Jamari - RO, que utiliza métodos convencionais de tratamento por meio de lagoas de estabilização OBJETIVOS ESPECÍFICOS Fazer levantamento bibliográfico dos diferentes tipos de tratamento dos efluentes gerado por indústrias de laticínios; Caracterizar o efluente e o tratamento por meio de análise dos parâmetros: temperatura, ph, demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), óleos e graxas, turbidez, material flutuante; Avaliar a biodegradabilidade dos efluentes gerados na indústria de laticínio, levando em consideração o processo de tratamento utilizado; Comparar os resultados obtidos em relação a legislação estadual de proteção do meio ambiente nº 547 (1993) em consonância com A Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA nº 430 (2011). 16

17 3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1- PRODUÇÃO DE LEITE NO BRASIL O Brasil vem se destacando entre os grandes produtores de leite sendo o sexto maior produtor mundial, representando 4,4 % da produção mundial de leite, sendo que nos últimos 10 anos foi o país que apresentou maior taxa de crescimento na produção (CASTRO, 2007). Dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), revela que em 2013 o Brasil apresentou crescimento na produção e industrialização de leite. Segundo o IBGE, através de dados trimestrais selecionados de 2012 e 2013, a aquisição de leite subdividida em regiões brasileiras se compota conforme apresentado na Tabela 1. Tabela 1 - Aquisição de leite por regiões em dados trimestrais selecionados de 2012 e Grandes Regiões Participação 3º trimestre 2012 (%) Participação 3º trimestre 2013 (%) Norte 4,8 5,0 Nordeste 5,4 5,0 Sudeste 36,9 40,1 Sul 40,1 37,2 Centro-Oeste 12,8 12,7 Fonte: IBGE, 2012 /2013. Conforme os dados apresentados na Tabela 1, grande parte da aquisição do produto encontra-se na região sudeste do país (40,1 %), seguido pela região sul, com participação de 37,2 %. As regiões norte e nordeste participaram com percentuais iguais, 5,0 % cada uma delas. Comparado ao ano anterior observou-se ganho de participação das regiões norte e sudeste no 3º trimestre de 2013, enquanto que as demais regiões registraram ligeira queda (IBGE, 2013). 17

18 Produção de leite em Rondônia: De acordo com levantamentos realizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística do Estado de Rondônia (IBGE), Rondônia tem uma média de produção acima de 2,2 milhões de litros de leite por dia, sendo considerado o maior produtor de leite da região norte e a 9ª maior bacia leiteira do país (IBGE, 2012). Segundo a Agência de Defesa Sanitária Agrosilvopastoril do Estado de Rondônia IDARON, no ano de 2013, a região do Vale do Jamari teve uma produção de leite que variou de a litros/dia, sendo a produção anual do estado de 706,6 milhões de litros de leite, que foram processados em 72 indústrias beneficiadoras. Das cercas de 140 agroindústrias de laticínios e cooperativas leiteiras na região do vale do Jamari até 2013, 89 eram registradas apenas no município de Ariquemes (SEMAIC - Secretaria Municipal de Agricultura e Comércio, 2014) PRODUÇÃO INDUSTRIAL E SUAS CONSEQUÊNCIAS AMBIENTAIS Nas últimas décadas a sociedade tem sentido o forte impacto ambiental que as mais distintas atividades industriais têm causado sobre o ambiente e trazendo, como consequência, a destruição e até mesmo extinção de muitos recursos naturais, fazendo com que todo um sistema comece a repensar o modelo de desenvolvimento adotado (NETO, 2007). Devido aos diversos usos diretos e indiretos dos recursos hídricos em atividades industriais, surge à necessidade da preservação e recuperação dos mesmos, algo que já vem ocorrendo e a cada dia tornando-se mais evidente. A poluição dos corpos de água tornou-se um problema mundial e seu controle é o maior desafio da gestão dos recursos hídricos, tanto no Brasil como no mundo (TEODORO et al, 2013). Estudos realizados por Freire (2000) relatam que a indústria costuma ser responsabilizada, e muitas vezes com razão, pela consequente contaminação ambiental, principalmente devido a alguns fatores de extrema importância como o acúmulo de matérias primas e insumos e a disposição inadequada de resíduo oriundo da sobra dos processos de conversão da matéria prima em produto. O processamento de matéria prima demanda grande volume de água, o que contribui significativamente para a contaminação dos corpos d água, fato este devido principalmente da 18

19 ausência de sistemas de tratamento eficientes para suprir toda a demanda de efluentes líquidos produzidos durante o processamento (FREIRE, 2000) EFLUENTES EM INDÚSTRIAS DE LATICÍNIOS Diante da importância do setor de produção de leite e derivados, surgem problemas ligados principalmente ao controle ambiental, pois as indústrias de laticínios produzem grandes quantidades de efluentes líquidos e estes, por sua vez, apresentam alta carga orgânica. As empresas lácteas ocupam de forma direta e indireta grande fatia da indústria alimentícia, representando significativa contribuição em relação ao lançamento de material poluidor de águas e solo, tornando, necessário e obrigatório o tratamento dos resíduos líquidos antes do seu lançamento, seja em corpos d água ou no próprio solo. A quantidade de poluentes das indústrias de laticínios varia bastante, dependendo, sobretudo do tipo de processo e do controle exercido no gasto de água (SARAIVA, 2008). O processamento dos produtos lácteos, em geral envolve diversos compostos e/ou substâncias como carboidratos, sais minerais, vitaminas e água. Os efluentes dessas indústrias são constituídos principalmente de leite diluído, materiais sólidos flutuantes, detergentes, lubrificantes, desinfetantes, areia, açúcar, pedaços de frutas (em caso da produção de iogurte), essências e condimentos diversos (no caso da produção de queijos e manteiga), que são diluídos na água de lavagem dos equipamentos, tubulações, pisos e demais instalações da indústria (MACHADO et al, 2002). Andrade (2011) explica que as indústrias de laticínios englobam grande número de operações e atividades que variam em razão dos produtos a serem obtidos. O processamento dos produtos lácteos, em geral envolve diversos compostos e/ou substâncias como carboidratos, sais minerais, vitaminas e água. Entretanto, existem algumas operações genéricas fundamentais que são comuns a todos os processos produtivos. Entre estas estão: operações de recepção, processamento, tratamento térmico, elaboração de produtos, envase e embalagem, armazenamento e expedição. Entre as indústrias alimentícias, as processadoras de leite são as mais poluentes, em razão do seu elevado consumo de água e geração de efluentes líquidos. Em decorrência da complexidade da composição destes efluentes são necessárias associações de diversos níveis de tratamento para a obtenção de efluentes com as qualidades requeridas pelos padrões de lançamento. 19

20 A forma de tratar o efluente normalmente adotada em indústrias de laticínios, envolve o uso de tratamento primário para a remoção de sólidos, óleos e gorduras presentes no efluente, tratamento secundário para a remoção de matéria orgânica e nutrientes e, em alguns casos, tratamento terciário como tratamento final (polimento). São inúmeras as possíveis consequências do lançamento de efluentes de laticínios em cursos d água. Entre elas estão principalmente o aumento de matéria orgânica que favorece o desenvolvimento de microrganismos consumidores de oxigênio, fato que pode promover uma situação de anaerobiose. Outra consequência do lançamento irregular efluentes de laticínios é uma possível alteração do ph graças à fermentação e presença de detergentes à base de hipocloritos. Além disso, a presença de sólidos em suspensão tem como consequência o aumento da turbidez da água (POKRYWIECKI, 2013). A vazão dos efluentes líquidos das indústrias de laticínios está relacionada diretamente com o volume de água consumido por ela. O consumo de água na indústria de laticínio de pequeno porte é considerado expressivo, logo a identificação dos pontos críticos onde se concentram a maior geração de líquidos em todo o processo de produção e implantação de sistemas de tratamento de efluentes é necessário, pois visa contribuir com a redução da geração de efluentes e da poluição das águas. Dentre as indústrias que processam alimentos, as processadoras de produtos lácteos contribuem de maneira expressiva para a contaminação dos corpos d água, tendo em vista que o beneficiamento do leite gera resíduo poluidor decorrente de compostos orgânicos em suspensão presentes no efluente. A quantidade de resíduo gerado na atividade do beneficiamento lácteo pode variar de 1 a 5 vezes o volume de leite processado, dependendo do produto a ser produzido e do nível de automação das indústrias de laticínios (MATOS, 2010). A Figura 1 elaborada por Castro (2010) apresenta o consumo de água gasto por um laticínio localizado na região da Zona da Mata Mineira para processar um litro de leite em indústria de pequeno porte. 20

21 Figura 1- Consumo de água por litro de leite processado. Fonte: CASTRO (2007). Os dados apresentados na figura demonstraram um coeficiente de 5,67 litros de água para cada litro de leite processado, o que segundo Castro (2007) está acima da média quando comparado com outras literaturas (3,2 litros de água/litros de leite). Dependendo da indústria é incluído o soro e também produtos provenientes das etapas de limpeza. A matéria orgânica está contida na fração de sólidos solúveis, mas normalmente é medida de forma indireta pela demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO). A DBO mede a quantidade de oxigênio necessária para que os microrganismos degradem a matéria orgânica. A DQO é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente a matéria orgânica. As matérias orgânicas ao serem biodegradada nos corpos receptores causam um decréscimo da concentração de oxigênio dissolvido (OD) no meio hídrico, prejudicando a qualidade ou mesmo inviabilizando a vida aquática (MAGNO, 2010). A Tabela 2 apresenta valores de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) para diferentes tipos de resíduos provenientes de indústrias alimentícias. Observa-se pela Tabela 2 que os efluentes gerados por laticínios são mais poluentes, quando medidos em termos de DBO, que o de indústrias processadoras de outros segmentos de alimentos. 21

22 Tabela 2 - Diferentes tipos de águas residuárias e valores de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) atribuídas às mesmas. Águas residuárias DBO (mg.l -1 ) Efluente de alimentos enlatados Efluente de cervejarias Efluente de processamento de óleo comestível Efluente de matadouros (sem recuperação de resíduos) Efluente de laticínios (sem recuperação de soro de queijo) Fontes: adaptado de MENDES et al (2005) Observam-se pela Tabela 2 que os efluentes gerados por laticínios sem recuperação de soro são os mais poluentes entre os tipos de resíduo citados quando medidos em Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Caracterização dos efluentes de indústrias de laticínios Os resíduos gerados por laticínio estão entre os mais agressivos devido ao alto teor de matéria orgânica que possuem; matéria orgânica essa proveniente principalmente de perdas de leite no material destinado ao tratamento de efluentes. Estas perdas são, em sua maioria, devido a restos de produtos nos tanques, tubulações, no chão, água de lavagem, perdas nos evaporadores, nas máquinas de envase, soro de queijo e leitelho (SARAIVA, 2008). Segundo Lima (2013), os efluentes gerados no processo de higienização de indústrias beneficiadoras de leite são compostos por gorduras, carboidratos (lactose, principalmente) e proteínas, sobretudo caseínas, que passam a ser contaminantes se lançados diretamente nos corpos hídricos receptores. Os poluentes inorgânicos, em especial o nitrogênio e o fósforo, são gerados em grandes quantidades em processadoras de laticínios uma vez que o leite possui cerca de 3% de proteínas e 1000 mg. L -1 de fósforo. O valor característico da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e da Demanda Química de Oxigênio (DQO) para efluente industrial de laticínio é de 2790 e 5143 mg. L -1, respectivamente. Os efluentes destas indústrias são constituídos principalmente de leite diluído, materiais sólidos flutuantes, detergentes, lubrificantes, desinfetantes, areia, açúcar, pedaços de frutas (em caso da produção de iogurte), essências e condimentos diversos (no caso da produção de queijos 22

23 e manteiga), que são diluídos na água de lavagem dos equipamentos, tubulações, pisos e demais instalações da indústria (POKRYWIECKI, 2013). O soro é um dos efluentes líquidos que mais contribuem para a alta carga poluidora das indústrias de laticínios, sendo que nele está contida aproximadamente metade dos sólidos de leite integral. Cerca de 85 a 90 % do volume do leite destinado à fabricação de queijos resultam em soro. O soro de queijo contém a metade do extrato seco do leite, representado por lactose, proteínas solúveis e sais. Em média, para fabricação de 1 kg de queijo são necessários de 10 litros de leite, com geração de 9 kg de soro. A constituição aproximada do soro de leite é de 93 % de água, 5 % de lactose, 0,9 % de proteínas, 0,3 % de gordura, 0,2 % de ácido lático e pequenas quantidades de vitaminas. Portanto, o descarte do soro de leite afeta de forma significativa a qualidade do efluente líquido gerado pelas indústrias que não estão adaptadas para sua recuperação, conforme pode ser observado na Tabela 3 (SARAIVA 2008). Tabela 3 - Qualidade do efluente de laticínio com e sem recuperação do soro. Parâmetros (mg.l -1 ) Instalação com Recuperação do Soro Instalação sem Recuperação do Soro DBO DQO Gorduras N Total P Total Fonte: European Commission Integrated Pollution Prevention and Control. Jan Citado por Saraiva (2008). As características físico-químicas dos efluentes originados dos laticínios são valores aproximados, ou seja, são indicativos do que se poderia esperar de uma situação média. Os valores reais só podem ser obtidos por meio de monitoramento realizado em linha de processamento específica. A DBO5 é o parâmetro padrão usado para avaliar o potencial poluidor de efluentes líquidos, em que é predominante a matéria orgânica biodegradável. É também parâmetro fundamental para definição do tipo de tratamento mais adequado. Outro parâmetro importante para caracterização físico-química do efluente da indústria de laticínios é a relação entre DBO5/DQO, que suscita os seguintes comentários: os efluentes líquidos brutos não tratados de laticínios apresentam valores de DBO5/DQO na faixa de 0,50 a 0,70. Quanto maior esse 23

24 valor, maior é a fração biodegradável dos efluentes e mais indicada é o seu tratamento por processo biológico (SARAIVA 2008). Na Tabela 4 estão as características dos efluentes líquidos gerados em diferentes tipos de processamento realizado por diferentes indústrias processadoras. Tabela 4 - Características dos efluentes líquidos gerados em diferentes tipos de processamento em indústria de laticínio. Parâmetros Analisados Tipos de Indústria DBO 5 (mg.l -1 ) a DQO (mg.l -1 ) a Sólidos não-filtráveis totais (mg.l -1 ) a Sólidos totais (mg.l -1 ) Sólidos sedimentáveis (mg.l -1 ) ,5 0,1 1,7 Nitrogênio total (mg.l -1 ) - 26,5 a 43,2 86,2 56,7 25,5 11,3 Fósforo total (mg.l -1 ) 5,75 4,5 a 5,9 14,2 18,8 6,8 8,8 Óleos e graxas (mg.l -1 ) Temperatura (º C) Fonte: Minas Ambiente/CETEC (1998) citado por SARAIVA (2008). (1) Posto de recepção e refrigeração; (2) leite pasteurizado e manteiga (3); leite pasteurizado e iogurte; (4) leite esterilizado e iogurte; (5) leite condensado; e (6) leite em pó LEGISLAÇÃO AMBIENTAL DOS RECURSOS HÍDRICOS A legislação ambiental é uma condicionante que deve ser observada rigorosamente no tratamento dos efluentes industriais, principalmente no que diz respeito às concentrações dos parâmetros da carga orgânica (DBO e DQO) a serem lançados no ambiente (MAGNO 2010). A forma de dar sustentabilidade e equidade aos usuários dos recursos hídricos se deu por meio da promulgação da legislação ambiental, entre as quais: Lei nº (janeiro de 1997), que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos; Lei nº (julho de 2000) que criou a Agência Nacional de Águas; e a Resolução nº 16 (maio de 2001) do Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH) que estabeleceu critérios gerais para a outorga de direito de uso de recursos hídricos (HESPANHOL, 2008). A Lei nº. 9433, de 08/01/1997, reconhecida como a Lei das Águas, criou no Brasil a Política Nacional de Recursos Hídricos apresenta em seu Art. 3º - inciso III, que a gestão de recursos hídricos tem que ser integrada com a gestão ambiental; no art. 9º da referida lei os 24

25 corpos de água são enquadrados em classes. O enquadramento dos corpos de água, segundo os usos preponderantes, visa assegurar às águas qualidade compatível com os usos mais exigentes a que forem destinadas e diminuir os custos de combate à poluição das águas, mediante ações preventivas permanentes Padrões de lançamento e de qualidade do corpo receptor Os padrões de qualidade da água variam de acordo com o tipo de uso. Assim, os padrões de potabilidade (água destinada ao abastecimento humano) são diferentes dos de balneabilidade (água para fins de recreação de contato primário), os quais, por sua vez, não são iguais aos estabelecidos para a água de irrigação ou destinada ao uso industrial. Mesmo entre as indústrias, existem requisitos variáveis de qualidade, dependendo do tipo de processamento e dos produtos das mesmas (SARAIVA, 2008). Uma forma de definir a qualidade das águas dos mananciais é enquadrá-las em classes, em função dos usos propostos para as mesmas, estabelecendo- se critérios ou condições a serem atendidos. De acordo com o uso da água, a mesma sofre diferentes classificações (Resolução Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA nº 357). Em relação à quantidade de sal, podem ser classificadas em doce, salobras e salinas. A Tabela 5 apresenta as classes e respectivos usos da água doce. 25

26 Tabela 5 - Classes e respectivos usos da água conforme a Resolução CONAMA nº 357 (2005) ÁGUA DOCE ÁGUA DOCE CLASSES ESPECIAL USOS - abastecimento para consumo humano, com desinfecção; - preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; - preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integra. - abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado; - proteção das comunidades aquáticas; - recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA n. 274, de 2000; - irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e - proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas -abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional; - proteção das comunidades aquáticas; - recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA n. 274, de 2000; - irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir ater contato direto; - aquicultura e à atividade de pesca - abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado; - irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; - pesca amadora; 4 - navegação; - recreação de contato secundário; e - dessedentação de animais - harmonia paisagística Fonte: Resolução CONAMA n o 357, de De acordo com a resolução n 430 do CONAMA, de 13 de maio de 2011, os efluentes não poderão conferir ao corpo receptor características de qualidade em desacordo ao seu enquadramento. Os efluentes, de qualquer fonte poluidora, somente poderão ser lançados diretamente no corpo receptor desde que obedeçam as condições e padrões previstos pelo CONAMA n 430, conforme descrito abaixo: a) ph entre 5 a 9; 26

27 b) temperatura: inferior a 40 C, sendo que a variação de temperatura do corpo receptor não deverá exceder a 3 C no limite da zona de mistura; c) Materiais sedimentáveis: até 1 ml. L -1 em teste de 1 hora em cone Inhoff. Para o lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes; d) Óleos e graxas: ausente; e) Ausência de materiais flutuantes; f) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5 a 20 C): remoção mínima de 60% de DBO sendo que este limite só poderá ser reduzido no caso de existência de estudo de autodepuração do corpo hídrico que comprove atendimento às metas do enquadramento do corpo receptor. Segundo Resolução CONAMA n o 357, enquanto não aprovados os respectivos enquadramentos, as águas doces serão consideradas classe 2, exceto se as condições de qualidade atuais forem melhores, o que determinará a aplicação da classe mais rigorosa correspondente Legislação dos recursos hídricos no estado de Rondônia Conforme legislação estadual de Rondônia, Lei nº 547, de 30 de dezembro de 1993, fica proibido qualquer ação de agentes poluidores ou perturbadores, bem como o lançamento ou liberação de poluentes sobre o meio ambiente. Consideram-se poluentes todas e quaisquer formas de matéria lançada ou liberada na água, no ar, solo ou subsolo. Logo, todo o efluente com potencial poluidor deverá ser tratado antes de ser lançado ao corpo receptor, e a eficiência deste tratamento que deverá ser alcançada, será depende da classificação dos rios. Segundo Chernicharo (1997), um dos parâmetros que mais tem merecido a atenção dos órgãos de controle ambiental é a DBO. Para os padrões de lançamento de efluentes, vários estados brasileiros têm imposto um limite de DBO do efluente de 60 mg.l -1, como é o caso, por exemplo, de São Paulo, Paraná e Minas Gerais. Em outros estados, se tem utilizado o conceito de eficiência de remoção mínima, e em outros, ainda, como o Rio de Janeiro, a remoção mínima ou a concentração máxima de DBO em função da carga orgânica bruta. No Rio Grande do Sul, foram estabelecidas concentrações máximas para faixas de vazões efluentes. 27

28 Uma vez que os rios do estado de Rondônia ainda não estão oficialmente enquadrados em classes, os mesmos seguem a resolução do CONAMA n 357, que relata: enquanto não aprovados os respectivos enquadramentos, as águas doces serão consideradas classe 2 exceto se as condições de qualidade atuais forem melhores, o que determinará a aplicação da classe mais rigorosa correspondente. a) não será permitida a presença de corantes artificiais que não sejam removíveis por processo de coagulação, sedimentação e filtração convencionais; b) coliformes termotolerantes: não deverá ser excedido um limite de coliformes termotolerantes por 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos 6 (seis) amostras coletadas durante o período de um ano, com frequência bimestral c) Cor: até 70 mg pt. L -1 ; d) turbidez: até 100 UNT; e) DBO5 dias a 20º C até 5 mg. L -1 ; f) Oxigênio dissolvido (OD), em qualquer amostra, não inferior a 5 mg. L -1. Os limites de DBO poderão ser elevados, caso o estudo da capacidade de autodepuração do corpo receptor demonstre que os teores mínimos de OD previstos não serão desobedecidos em nenhum ponto do mesmo nas condições críticas de vazão. Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados diretamente ou indiretamente, nos corpos de água, desde que obedeçam as condições citadas pela lei nº 547, e em consonância com a Resolução CONAMA nº 430 (2011) TRATAMENTO DE EFLUENTES O surgimento de grandes contaminações de toda ordem como reflexo não apenas de problemas econômicos e sociais, mas também da utilização indevida dos recursos naturais, tem sido constatadas ao longo do tempo. A poluição da água constitui-se um grande problema a ser enfrentado pela sociedade que vêm degradando o meio ambiente em um ritmo cada vez mais acelerado. A utilização de água pela indústria pode ocorrer de diversas formas, tais como: incorporação ao produto; lavagens de máquinas, tubulações e pisos; águas de sistemas de resfriamento e geradores de vapor; águas utilizadas diretamente nas etapas do processo industrial ou incorporadas aos produtos; esgotos sanitários dos funcionários. Exceto pelos volumes de águas incorporados aos produtos e pelas perdas por evaporação, as águas tornam- 28

29 se contaminadas por resíduos do processo industrial originando assim os efluentes líquidos (SILVA e EYNG, 2013). Os efluentes líquidos ao serem despejados causam a alteração de qualidade nos corpos receptores e consequentemente a sua poluição. Historicamente o desenvolvimento urbano e industrial ocorreu ao longo dos rios devido à disponibilidade de água para abastecimento e a possibilidade de utilizar o rio como corpo receptor dos resíduos. O fato preocupante é quanto o aumento das atividades industriais e o número de vezes que um mesmo rio recebe resíduos industriais, e seguir servindo como fonte de captação para a próxima cidade ao longo das margens. A poluição hídrica pode ser definida como qualquer alteração física, química ou biológica da qualidade de um corpo hídrico, capaz de ultrapassar os padrões estabelecidos para a classe, conforme o seu uso preponderante. Considera-se a ação dos agentes: físicos materiais (sólidos em suspensão) ou formas de energia (calorífica e radiações); químicos (substâncias dissolvidas ou com potencial solubilização); biológicos (micro-organismos). A poluição origina-se devido a perdas de energia, produtos e matérias primas, ou seja, devido à ineficiência dos processos industriais. O ponto fundamental é compatibilizar a produção industrial com a conservação do meio ambiente (SILVA e EYNG, 2013). A poluição gerada pelos efluentes líquidos industriais deve ser controlada inicialmente pela redução de perdas nos processos, incluindo a utilização de processos mais modernos, redução do consumo de água incluindo as lavagens de equipamentos e pisos industriais, redução de perdas de produtos ou descarregamentos destes ou de matérias primas na rede coletora. Além da verificação da eficiência do processo, deve-se questionar se este é o mais moderno, considerando-se a viabilidade técnica e econômica. 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, 2004). 29

30 Os sistemas de tratamento de efluentes são baseados na transformação dos indesejados dissolvidos e em suspensão em gases inertes e ou sólidos sedimentáveis para a posterior separação das fases sólida/líquida. Sendo assim se não houver a formação de gases inertes ou lodo estável, não podemos considerar que houve tratamento. Um ponto importante a ser observado é que não deve gerar resíduos desnecessários devido uso do tratamento. (SILVA e EYNG, 2013). Em geral o tratamento é classificado através dos seguintes níveis: preliminar, primário, secundário e terciário. O tratamento preliminar baseia-se apenas na remoção dos sólidos grosseiros e o tratamento primário visa remover os sólidos sedimentáveis e parte da matéria orgânica. Em ambos, predominam os métodos físicos e várias. Em relação aos tratamentos secundário e terciário, predominam mecanismos biológicos, cujo objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica e eventualmente nutrientes como nitrogênio e fósforo (SILVA, 2013) Tipos de tratamento Para adotar um dos tipos de sistema de tratamento de efluentes gerados por uma indústria é necessário caracterizar o tipo de efluentes, o clima da região e o custo da área onde será construído o sistema de tratamento. Estes fatores existentes são determinantes para o equacionamento adequado do sistema de tratamento. É nesta etapa que são obtidas informações quanto à composição, vazão do efluente e suas variações, comportamento climático (temperatura média, insolação, ventilação) e o custo da área requerida para definir qual o tipo de tratamento a ser adotado, podendo ser físico, químico, biológico ou uma combinação destes (MENDES et al, 2005). O volume e a concentração dos despejos industriais variam dentro de amplos limites, dependendo dos processos de fabricação empregados e dos métodos de controle dos despejos. Com isto, a caracterização de efluentes é uma tarefa básica para o equacionamento adequado do problema de tratamento. É nessa etapa que são obtidas informações quanto à composição e vazão da água residuária, levando em conta suas variações ao longo do tempo, em função das atividades responsáveis por sua geração. Com base nessas informações, podem ser adotados métodos físicos, químicos ou biológicos ou combinações destes, no tratamento de efluentes. 30

31 Tratamento Físico Os métodos físicos de tratamento abrangem a remoção de sólidos de dimensões relativamente grandes, sólidos em suspensão, areia e lipídeos. Para essa finalidade são utilizadas grades, peneiras simples ou rotativas, caixas de areia (desarenadores), tanques de remoção de óleos e graxas e decantadores (MENDES et al, 2005). A Figura 2 ilustra um sistema de tratamento físico preliminar utilizado para remover sólidos grosseiros composto por grades e caixa de areia. Figura 2- Grade de limpeza manual e caixa de areia. Fonte: Adaptados de MATOS (2001) citado por SILVA (2001). As grades destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e são utilizadas para a proteção de bombas, válvulas e outros equipamentos. Peneiras são dispositivos destinados à retenção de partículas mais finas. As caixas de areia destinam-se a retenção de detritos pesados inertes em suspensão nas águas residuárias e são usadas para proteger bombas e tubulações contra abrasão e entupimento. Os tanques de decantação são empregados na separação de sólidos sedimentáveis contidos em águas residuárias. Na remoção de lipídeos em estado livre, geralmente são utilizadas caixas de gordura comuns que permitem sua separação por retirada manual ou por meio de raspadores na superfície. Para melhor desempenho dessas caixas, devem ser evitadas temperaturas superiores a 35 C e ph acima de 8,5 na alimentação da caixa, pois nessas condições ocorre a saponificação ou emulsificação e o excesso de detergentes prejudica a eficiência de separação pela formação de gotículas de menor tamanho, com menor velocidade ascensional. No caso de formação de emulsão, esta deve ser quebrada pela adição de produtos químicos e utilização de flotadores com ar dissolvido. Apesar da eficiência de remoção melhorar significativamente, a flotação apresenta custos operacionais elevados, além de gerar lodo químico, que deve ter uma destinação adequada (MENDES et al, 2005). 31

32 Os procedimentos citados permitem uma depuração dos resíduos, mas as substâncias contaminantes não são degradadas, apenas transferidas para uma nova fase, embora o volume seja significantemente reduzido, sem serem efetivamente degradados. De acordo com Magno (2010), no caso de indústrias de laticínios, o processo de gradeamento é empregado para remoção de coágulos de leite em fábricas de queijo, sendo a equalização de vazões empregada especialmente em indústrias de laticínios onde o período de trabalho é curto, ou onde os despejos são intermitentes. Fábricas que empregam soluções alcalinas fortes, uma vez ao dia, na limpeza dos equipamentos, poderão utilizá-las para manter o ph do despejo dentro de uma faixa desejada e que não interfira no tratamento biológico. O processo de sedimentação é normalmente usado para a remoção dos sólidos suspensos, existindo referências para dimensionamento de decantadores, principalmente secundários, com um tempo de detenção substancialmente maior do que o empregado nos decantadores convencionais (em decorrência da formação de flocos biológicos leves). Os óleos e gorduras, removidos, em geral, pelas caixas de gordura ou equipamentos de flotação mais sofisticados (que retiram também parte dos óleos emulsionados, aumentando a eficiência de tratamento), devem ter destinação apropriada, sendo encaminhados para reaproveitamento ou para aterro sanitário Tratamento Químico Os métodos químicos de tratamento de efluentes líquidos são utilizados para remover material coloidal, cor e turbidez, odor, ácidos, álcalis, metais pesados e óleos. A neutralização de despejos industriais pode ser necessária, não só para se evitar o lançamento de águas ácidas ou alcalinas no corpo de água receptor, mas também, como medida necessária para proteção. Os processos químicos permitem uma remoção parcial de sólidos totais, com o emprego de compostos como sulfato de alumínio, cloreto férrico e sulfito ferroso. Entretanto, os reagentes químicos empregados são de custos elevados e a remoção de sólidos dissolvidos é bastante reduzida (MENDES et al, 2005). O tratamento de efluente líquido por processo químico é geralmente acompanhado do processo físico. O produto químico provoca desestabilização de partículas devido à neutralização das cargas negativas, isto promove uma aglomeração de partículas, formando flocos que tendem a sedimentar ou flotar, dependendo de seu tamanho e de sua densidade, tornando possível a separação por processos físicos (FERREIRA, 2012; SANTOS et al, 2009). 32

33 Muitos fatores influenciam a coagulação, entre os quais se destacam a quantidade de coagulante, o tempo de mistura e o ph do efluente. Há pelo menos uma zona de ph em qualquer efluente, 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 desta zona ótima de ph. De maneira a tornar a coagulação econômica e eficiente. Porém, a quantidade de coagulante também influencia no tempo requerido para a formação de floculo (SANTOS et al, 2009). Análises realizadas no estudo de coagulantes mostraram uma similaridade nas eficiências do cloreto 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 eram maiores e mais resistentes que os formados com os demais coagulantes. Porém, os flocos formados com todos os coagulantes eram relativamente finos. Também foi verificado que o ph final, após a adição dos coagulantes, era próximo a 4,6. Os resultados dos experimentos realizados com amostra de efluente bruto (presença de soro) e mais três amostragem de efluentes sem presença de soro foi demonstrado na tabela 6, onde apresenta resultados de turbidez, demanda bioquímica de oxigênio (DQO) e teor de óleos e graxas (TGO), referente à utilização do cloreto férrico como coagulante na unidade piloto de sedimentação. Tabela 6 - Resultados obtidos na sedimentação utilizando o cloreto férrico como coagulante em efluente de indústria láctea. Amostragem Turbidez (NTU) DQO (mg.l -1 ) TGO (mg.l -1 ) Efluente bruto 883,3 989,5 26,0 Efluente 1 23, ,3 Efluente 2 22, ,4 Efluente 3 18, ,2 Eficiência de redução média (%) 97,6 63,0 92,4 Fonte adaptada de SANTOS et al, (2009). Na Tabela 7 encontram-se os resultados com o sulfato de alumínio. Para o cálculo da eficiência média, considerou-se o valor médio dos parâmetros encontrado nas análises do efluente tratado. 33

34 Tabela 7 - Resultados obtidos na sedimentação utilizando o sulfato de alumínio como coagulante em efluente de indústria láctea. Amostragem Turbidez (NTU) DQO (mg.l -1 ) TGO (mg.l -1 ) Efluente bruto 921,7 924,7 37,5 Efluente 1 29, ,5 Efluente 2 11, ,2 Efluente 3 12, ,7 Eficiência média (%) 98,0 64,8 95,2 Fonte adaptada de SANTOS et al, (2009). 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 boa porcentagem de eficiência, mostrando que o processo de sedimentação por coagulação apresenta-se bastante eficaz no tratamento do efluente da indústria láctea. Apesar da eficiência de remoção de DQO apresentar valores superiores a 60 % para os dois coagulantes utilizados, nota se que se faz necessário um tratamento complementar (SANTOS et al, 2009) Tratamento Biológico O tratamento aplicado em efluentes da indústria de laticínios é, em sua grande maioria, do tipo biológico, cuja finalidade é remover matéria orgânica como consequência do metabolismo de oxidação e síntese de novas células (SANTOS et al, 2009). São tratamentos frequentemente utilizados, pois permitem a depuração de grandes volumes de efluente transformando os compostos orgânicos em CO2 e H2O e novas células (tratamentos aeróbios), ou CH4 e CO2, (tratamentos anaeróbios), com custos relativamente baixos (FREIRE et al, 2000). Nestes tipos de tratamento, a biomassa se utiliza do substrato presente no efluente como fonte de energia para manter suas funções metabólicas. Estes processos permitem que a matéria orgânica seja convertida em energia e outras células. A biomassa pode ser separada em um decantador devido à sua propriedade de floculação (VON SPERLING, 2002). Os sistemas biológicos de tratamento de resíduos devem atender alguns aspectos: remoção da matéria orgânica, redução da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) do resíduo a ser tratado e se possível à degradação de compostos químicos orgânicos de difícil degradação. Em águas residuárias potencialmente tratáveis por processos aeróbios, a estabilização dos 34

35 despejos é realizada por microrganismos aeróbios e facultativos; nos processos anaeróbios os microrganismos atuantes são os facultativos e anaeróbios. Os processos aeróbios podem ser lodos ativados, filtro biológico, lagoa de estabilização aeróbia, entre outros. Nos processos anaeróbios dos tratamentos de despejos, a decomposição da matéria orgânica é realizada na ausência de oxigênio molecular. Esta degradação refere-se às reações que reduzem as dimensões de partículas, tornando-as solúveis ou, em nível molecular, por um processo de quebra de cadeias existentes. Os produtos finais do processo são metano e compostos inorgânicos, incluindo o dióxido de carbono, ácido sulfídrico e amônia. Ao contrário dos processos aeróbios, os processos anaeróbios não necessitam de equipamentos de aeração artificial e há geração de biogás (CH4), que pode ser aproveitado na indústria como fonte de energia. O processo anaeróbio possui baixa produção de biomassa, apenas 10 a 20% do volume produzido no aeróbio. (MENDES et al, 2005) Lodo ativado O sistema de lodo ativado é utilizado em nível mundial no tratamento de efluentes industriais e domésticos. Este sistema é mais indicado quando se trata de grande quantidade de efluente, pequeno espaço disponível ao tratamento e alta concentração de fósforo e compostos nitrogenados. Entretanto, este sistema exige um nível de mecanização superior a outros sistemas de tratamento, bem como maior consumo de energia (VON SPERLING, 2002). Trata-se um processo biológico onde a matéria orgânica, na presença de oxigênio dissolvido e sob agitação, é oxidada por ação de microrganismos específicos até compostos como CO2, H2O e novas células, alcançando 98 % de redução de DBO. A degradação do substrato orgânico ocorre no tanque de aeração e a separação do efluente tratado do lodo gerado ocorre no decantador secundário, onde há a sedimentação da biomassa gerada, permitindo que o efluente saia limpo. Em contrapartida à degradação da matéria orgânica, há grande geração de lodo, denominado lodo ativado ou lodo biológico, sendo este um dos principais problemas associados a este tipo de tratamento de efluentes (SANTOS, 2007). Devido à recirculação do lodo do decantador ao tanque de aeração, a concentração de sólidos em suspenção no tanque de aeração neste sistema é bastante elevada quando comparada a uma lagoa de mistura completa, sem recirculação. O tempo de retenção hidráulica é baixo, aproximadamente de 6 a 8 horas. Em virtude da recirculação dos sólidos, estes permanecem por um tempo superior ao líquido no reator, sendo o tempo de retenção celular ou idade do lodo 35

36 definida como a relação entre a quantidade do lodo biológico existente e a quantidade removida no sistema de tratamento por dia. O maior tempo de permanência dos microrganismos no sistema permite garantir uma elevada eficiência do tratamento de lodo ativado, pois a biomassa possui tempo suficiente para metabolizar praticamente toda a matéria orgânica (SANTOS, 2007). Azzolini e Faro (2013) realizaram um monitoramento da eficiência do sistema de tratamento do tipo lodo ativado e lagoas de estabilização em efluentes de um laticínio da região meio oeste de Santa Catarina. Para avaliar o desempenho do sistema de tratamento utilizaram dados referentes ao período de agosto a dezembro de As amostras dos efluentes para a análise em laboratório foram coletadas em seis pontos, desde o efluente bruto, até a saída final do tratamento. Após a coleta das amostras no sistema de tratamento da indústria e a realização de seus procedimentos analíticos em laboratório, foram obtidos resultados para os parâmetros físico-químicos de: Oxigênio dissolvido, sólidos totais, demanda bioquímica de oxigênio e demanda química de oxigênio. No ponto de coleta denominado saída final do sistema de tratamento, pôde ser observado um aumento médio de aproximadamente 98,8% na concentração de oxigênio dissolvido (OD) em relação ao mesmo parâmetro no efluente bruto, mostrando grande eficiência do sistema de tratamento quanto a este parâmetro de qualidade, favorecendo a vida aquática do rio receptor, bem como o deixando em conformidade com os padrões estabelecidos pela Resolução CONAMA (AZZOLINI e FARO, 2013). Foi observado que na saída flotador, a concentração de sólidos totais presente no efluente diminuiu cerca de 60 %, atendendo portanto a finalidade da existência dos tratamentos primários. Todavia, no ponto de medição saída final, a concentração de sólidos caiu para mg. L -1, conferindo um decréscimo, em média, de 76,4 %, sendo considerada então a eficiência para o sistema de tratamento em estudo. Em relação ao parâmetro DBO no ponto de medição saída do flotador, observou-se que a média de DBO decresceu quanto ao efluente bruto, aproximadamente 70 %, o que mostrou que o flotador é um importante componente no tratamento, já que proporciona uma grande redução na maioria dos parâmetros, inclusive na DBO. É importante salientar ainda que a relação DQO/DBO5 demonstrou que a fração biodegradável é alta do efluente do laticínio, apresentando valores na faixa de 0,50 a 0,70. Quanto maior o valor desta relação maior é a fração biodegradável dos efluentes e mais indicado é o seu tratamento por processos biológicos. 36

37 Quando a relação DQO/DBO5 apresenta valores baixos, ou seja, menores que 2,5, indica-se que o efluente possui caráter de biodegradabilidade elevado (VON SPERLING, 2005). Em relação ao parâmetro DQO no ponto de medição saída do flotador, observou-se que a média de DQO decresceu quanto ao efluente bruto, aproximadamente 65 %, o que demonstrou que o flotador foi um importante componente no tratamento. A eficiência do sistema para este parâmetro de qualidade foi de 99,6 % em média, sendo considerada satisfatória (AZZOLINI e FARO, 2013) Sistemas de tratamento de efluentes por reatores anaeróbios A princípio todos os efluentes orgânicos podem ser tratados por via anaeróbia, se os efluentes forem de fácil degradação, tornando o processo econômico e eficiente. Este tipo de tratamento tem sido muito aplicado em tratamento de efluentes industriais agrícolas, alimentícios, bebidas, entre outros. As características da tecnologia anaeróbia com a redução da matéria orgânica por bactérias anaeróbias conta com baixa produção de lodo, baixo consumo de energia, economia na implantação e operação dos sistemas, aplicação de alta carga orgânica e possibilidade de operação com elevado tempo de retenção de sólidos e baixo tempo de retenção hidráulica, favorecem a utilização destes sistemas de tratamento (CHERNICHARO, 2007). Devido às condições climáticas do Brasil, esta tecnologia tem sido ainda mais utilizada uma vez que estes tipos de sistemas de tratamentos são altamente dependentes de temperaturas em torno de 30,0 ºC, temperaturas estas que predominam no clima equatorial do Brasil. Isto permite que o país assuma a posição de vanguarda no cenário mundial devido à aceitação e à disseminação de reatores anaeróbios, principalmente os de reatores de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB). A biodegradação anaeróbia depende de uma população microbiana diversificada e estável. Esses microrganismos sintetizam a matéria orgânica, transformando-a em metano e dióxido de carbono. A eficiência do processo depende das interações entre as diversas espécies bacterianas e ainda das condições específicas de operação, como temperatura, ph e tipo de substrato, entre outros. Dos fatores físicos que afetam a atividade microbiana, a temperatura é dos mais importantes na seleção das espécies, pois pode afetar a velocidade do metabolismo das bactérias, o equilíbrio iônico e a solubilidade dos substratos (CAMPOS et al 2004). 37

38 A produção de metano pode ocorrer em uma faixa bastante ampla com dois os níveis de temperatura ótima: faixa mesofílica, 30 a 35ºC e a faixa termofílica, 50 a 55ºC. Deve-se optar por temperaturas que, em termos de custo benefício, ofereçam melhor resultado. Em contrapartida, há algumas desvantagens a serem citadas em relação a este tipo de tratamento: deficiência de remoção de nitrogênio e fósforo, que muitas vezes não atendem aos estreitos limites de lançamento de DQO, instabilidades dos reatores anaeróbios, estreita dependência de nutrientes como nitrogênio e fósforo, bem como sensibilidade a baixas temperaturas. Com relação aos sólidos sedimentáveis nos efluentes dos sistemas anaeróbios, apenas ocasionalmente se ultrapassa 1 ml. L -1 em efluentes dos reatores UASB, pela subida ocasional de placas de lodo do fundo da zona de decantação, onde o lodo retido ainda produz um pouco de gás. A saída de sólidos sedimentáveis pode ser minimizada pelo uso de cortinas, para reter os sólidos que flutuam e impedir a sua saída pelos vertedores do efluente da zona de decantação (CHERNICHARO, 2007). Em sistemas de tratamento de efluentes em indústrias de laticínios, na biodegradação anaeróbia, a lactose passa a ácido láctico diminuindo os valores de ph. A eficiência do processo, em termos de redução de DBO, pode ser baixa. Em uma segunda fase, durante a fermentação metanogênica, os ácidos orgânicos produzidos passam a metano e o dióxido de carbono. A DBO é então removida do sistema como gás. Se as duas etapas atingirem um estado de equilíbrio, consegue-se controlar bem o sistema. A eficiência do sistema chega aproximadamente a 50 % na remoção de DBO com o tempo de detenção de 4 dias (MAGNO, 2010) SISTEMAS DE TRATAMENTO POR LAGOAS De acordo com Von Sperling (2002) o sistema de tratamento por lagoas de estabilização constitui-se a forma mais simples para tratar os efluentes. Há diversos sistemas de lagoas com diferentes tipos de simplicidade, operacionalidade e requisito de área. Entre eles estão: decantação; Lagoas facultativas; Lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas; Lagoas aeradas facultativas; Sistemas de lagoas aeradas de misturas completas seguidas por lagoas de 38

39 Lagoas de maturação. A Tabela 8 apresenta algumas vantagens e desvantagens do sistema de tratamento de efluentes por lagoas. Tabela 8 - Vantagens e desvantagens do sistema de tratamento de efluentes por lagoas. Sistema Vantagens Desvantagens Lagoa facultativa Eficiência satisfatória na remoção de DBO; Razoável eficiência na remoção de patógenos; Redução de custo de implantação e operação. algas do efluente; Lagoaanaeróbia seguida de lagoa facultativa Lagoa aerada facultativa Lagoas aeradas de mistura completa seguida de decantação Lagoas de maturação Fonte: Von Sperling (2002). Idem as lagoas facultativas; Exigência de área inferior às facultativas únicas. Construção, operação e manutenção bastante simples; Exigência de área ainda menor que item anterior; Resistência à variação de carga; Redução de odores. Idem lagoas aeradas facultativas; Menor exigência de áreas de todos os sistemas de lagoas. Elevadas eficiências na remoção de patógenos; Razoável eficiência de remoção de nutrientes. Necessidade de maior área; A simplicidade operacional pode trazer o descaso na manutenção (crescimento de vegetação); Possível necessidade de remoção de Idem as lagoas facultativas; Possibilidade de odores indesejáveis; Remoção de lodo em intervalos anuais; Necessidade de equipamentos; Pequeno aumento no nível de sofisticação; Exigência de energia relativamente elevada. Idem as lagoas aeradas facultativas; Preenchimento rápido da lagoa devido a decantação de lodo (remoção de 2 a 5 anos). Idem sistema de lagoas precedente; Requisito de área bastante elevado. O sistema de tratamento de efluente por lagoas pode ser dividido em níveis de acordo com o grau de remoção que se deseja. O tratamento primário é um mecanismo físico destinado à remoção de sólido grosseiro em suspensão (materiais de maiores dimensões, sólido decantáveis e flutuantes). O tratamento secundário, geralmente constituído por lagoas ou por reatores biológicos, remove grande parte da matéria orgânica, podendo remover pequena parcela de nutrientes como nitrogênio e fósforo. Os reatores biológicos ou lagoas empregadas para esta etapa do tratamento reproduzem os fenômenos naturais da estabilização da matéria orgânica que ocorrem no corpo receptor. O tratamento terciário, nem sempre presente, geralmente é constituído de unidade de tratamento físico-químico, cuja finalidade é a remoção complementar da matéria orgânica, dos nutrientes e poluentes específicos e desinfecção do efluente tratado. (OLIVEIRA, 2006). 39

40 A forma adotada com mais frequência para a construção de lagoas é a sua posição em série, que se distribuem em: anaeróbia; Lagoa primária: recebe o esgoto bruto; Lagoa secundária: recebe o efluente da lagoa primária, usualmente lagoa Lagoa terciária é destinada a lagoa de maturação. A tabela 9 apresenta a estimativa da eficiência de redução para cada etapa de processo de tratamento de efluente por lagoas. Tabela 9 - Estimativa da eficiência esperada nos diversos níveis de tratamento na Estação de tratamento de efluentes (ETE). Tipo de tratamento Matéria orgânica (remoção de DBO) %) Sólidos em suspensão (remoção de SS %) Nutrientes (remoção de nutrientes%) Bactérias (remoção %) Preliminar Não remove Primário Não remove Secundário Pode remover Terciário Até 99 Até 99,99 Fonte: adaptado de Secretaria do Meio Ambiente, CETESB, (1988) citado por OLIVEIRA (2006) Lagoas anaeróbias As lagoas anaeróbias constituem-se em uma forma alternativa de tratamento, onde a existência de condições estritamente anaeróbias é essencial. Tal é alcançado através do lançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa, fazendo com que a taxa de consumo de oxigênio seja várias vezes superior a taxa de produção (VON SPERLING, 2002). Segundo Von Sperling (2002), a conversão anaeróbia se desenvolve em duas etapas: a liquefação e formação de ácidos (através de bactérias acidogênicas) e formação de metano (através de bactérias metanogênicas). Estas bactérias metanogênicas são bastante sensíveis as condições ambientais, portanto deve-se evitar que sua taxa de reprodução se reduza, ocasionando neste caso em: interrupção da remoção da DBO e geração de maus odores. Na primeira etapa não há remoção da DBO, apenas a conversão da matéria orgânica em outras moléculas mais simples e depois ácidos, enquanto que na segunda etapa do processo é que a DBO é removida, sendo os ácidos produzidos na primeira fase, sendo convertido em metano. 40

41 Alguns parâmetros de projeto das lagoas anaeróbias segundo Von Sperling (2002) são: tempo de detenção; taxa de aplicação volumétrica; profundidade. O critério do tempo de detenção baseia-se no tempo para a reprodução das bactérias anaeróbias. O critério da taxa de aplicação volumétrica é estabelecido em função da necessidade de um determinado volume da lagoa anaeróbia para a estabilização da carga de DBO aplicada. a) Tempo de detenção O tempo de detenção hidráulica normalmente situa-se na seguinte faixa: t = 3,0 a 6,0 dias. Com tempos inferiores a 3,0 dias, poderá ocorrer que a taxa de saída das bactérias metanogênicas com o efluente da lagoa seja inferior à sua própria taxa de reprodução, a qual é lenta (fatores biológicos). Desta maneira, nestas condições, não seria possível a manutenção de uma população bacteriana estável. Além da eficiência da lagoa anaeróbia reduzir, ocorreria o aspecto mais grave do desequilíbrio entre a fase acidogênea e a metanogênea. A consequência seria o acumulo de ácidos no meio, com geração de maus adores, pelo fato de haver poucas bactérias metanogênicas para dar continuidade à conversão dos ácidos (VON SPERLING, 2002). As lagoas anaeróbias têm que funcionar como lagoas anaeróbias estritas, não podendo oscilar entre condições anaeróbias, facultativas e aeróbias. Cálculo do volume requerido: V = volume requerido para lagoa (m³); t = tempo de detenção (dia); Q = vazão média afluente (m³/dia). V = t x Q (1) b) Taxa de aplicação volumétrica Segundo Von Sperling (2002) a taxa de aplicação volumétrica (Lv) a ser adotada é função da temperatura. Locais mais quentes permitem uma maior taxa (menor volume). A 41

42 consideração da carga volumétrica é importante, pois certos despejos, como os industriais, podem variar bastante a relação entre a vazão e a concentração de DBO (carga = concentração x vazão). Assim, apenas o critério do tempo de detenção é insuficiente. As taxas mais adotadas em nosso meio estão na faixa de: Lv = 0,1 a 0,3 kg DBO5 /m³.dia O volume requerido é calculado através da equação: V = L/Lv (2) V = volume requerido para a lagoa (m³); L = carga de DBO total afluente, solúvel + particulada (kg DBO5/d); Lv = taxa de aplicação volumétrica (Kg DBO5 /m³. d). c) Profundidade Segundo Von Sperling (2002), a profundidade das lagoas anaeróbias é elevada, para garantir a predominância das condições anaeróbias, evitando que ela trabalhe como facultativa. Cálculo da profundidade A = V/H (3) Onde: A = área (m 2 ); V = volume (m 3 ); H = profundidade (m). Valores geralmente adotados: H = 3,5 m a 5,0 m Lagoas facultativas Lagoas facultativas são aquelas que apresentam no seu perfil duas camadas: uma anaeróbia (ao fundo) e outra aeróbia (na superfície). Devido à existência destas camadas ocasionadas pela profundidade empregada em sua construção (3,0 4,0 metros), a carga orgânica presente nos efluentes é removida por meio destes dois processos bioquímicos, a degradação aeróbia e a anaeróbia (METO e SANTOS, 2007). 42

43 Dentro das lagoas facultativas, além da zona aeróbia e anaeróbia, ocorre uma terceira zona de tratamento dos efluentes, denominada zona facultativa. A matéria orgânica em suspensão sedimenta constituindo o lodo do fundo (zona anaeróbia), onde corre a decomposição da matéria orgânica por microrganismos anaeróbios. A matéria orgânica dissolvida permanece suspensa, formando uma camada superficial (zona aeróbia), sendo oxidada por meio da respiração aeróbia, onde o oxigênio consumido é suprido pela fotossíntese realizada pelas algas, mantendo o equilíbrio entre o consumo e produção de oxigênio. Na zona intermediária, onde a penetração da luz solar é menor, ocorrer à ausência de oxigênio livre. Esta zona onde grupos de bactérias sobrevivem tanto na presença de oxigênio (condições aeróbias) quanto na ausência de oxigênio (condições anaeróbias), é denominada zona facultativa. Este mecanismo é o sistema mais simples de lagoas de estabilização, sendo que o processo baseia-se na retenção do efluente por um período suficiente para que a estabilização da matéria orgânica ocorra. As vantagens e desvantagens deste tipo de tratamento estão na predominância dos fenômenos naturais, na simplicidade e confiabilidade do processo (justamente por ser processo natural), e o fato de não necessitar de equipamentos, reduzindo custos e facilitando a operação das mesmas (VON SPERLING, 2002). O processo de lagoas facultativas é essencialmente natural, por esta razão, a estabilização da matéria orgânica se processa em taxas muito lentas, necessitando de um tempo de retenção superior a 20 dias. Por outro lado, o fato de ser um processo totalmente natural está associado a uma maior simplicidade operacional (SILVA, 2011). Outra característica das lagoas facultativas é que elas requerem grande requisito de área para o melhor aproveitamento da energia solar utilizada pelas algas no processo de fotossíntese. A Figura 3 apresenta um esquema típico de um sistema de lagoas facultativas. Figura 3 - Sistema de tratamento por lagoa facultativa. Fonte adaptado de: VON SPERLING (2005), citada por SILVA (2011). 43

44 As lagoas facultativas, que geralmente vem após lagoa anaeróbia, podem ser dimensionadas segundo os critérios de taxa de aplicação superficial (Ls). A taxa de aplicação superficial é o principal parâmetro de projeto de lagoas facultativas (carga orgânica por unidade de área) e baseia-se na necessidade de se ter uma determinada área de exposição à luz solar na lagoa, para que o processo de fotossíntese ocorra, com o objetivo de se garantir o crescimento de algas, produzindo-se assim o oxigênio suficiente para suprir a demanda. A área requerida pela lagoa, em ha, é calculada em função da taxa de aplicação superficial Ls expressa em Kg DBO5/ha.dia e da carga de DBO (L), expressa em Kg DBO5/dia, ou seja, A = L/Ls. O tempo de detenção resultante poderá, em algumas situações, ser menor devido à prévia remoção da DBO da lagoa anaeróbia (VON SPERLING, 2002) Lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas As lagoas anaeróbias têm sido utilizadas para tratamentos industriais predominantemente orgânicos com elevado teor de DBO, como o efluente de laticínios. As lagoas anaeróbias não requerem qualquer equipamento especial, têm baixíssimo consumo de energia e apresentam cerca de 50 % a 70 % de eficiência na remoção de DBO, o que demonstra a necessidade de uma unidade de tratamento posterior, como a lagoa facultativa. Esta combinação permite uma economia de 45 a 70 % de requisito de área quando comparado com lagoa facultativa única (VON SPERLING, 2002). Segundo Von Sperling (2002) as lagoas anaeróbias são reservatórios mais profundos (3,0 a 5,0m) por isso necessita de menor área quando comparados com lagoas facultativas. De acordo com Silva (2011), neste sistema de lagoas predominam o processo de decomposição da matéria orgânica por bactérias anaeróbias e por ser de baixa eficiência é comum utilizar-se, em série, lagoa anaeróbia mais lagoa facultativa. A Figura 4 mostra o fluxograma típico de um sistema de lagoas em série, anaeróbias seguidas por lagoas facultativas. 44

45 Figura 4 - Sistema tratamento por lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa. Fonte: Adaptado de VON SPERLING (2005), citado por SILVA, (2011). A existência de uma etapa anaeróbia em um reator aberto é sempre uma causa de preocupação, devido à possibilidade de maus odores. Caso o sistema seja bem equilibrado, a geração de maus odores não deve ocorrer, mas eventuais problemas operacionais podem provocar a liberação de gás sulfídrico (H2S), ocasionando então maus odores no sistema de tratamento (VON SPERLING, 2002) Lagoas aeradas facultativas Sistemas de tratamento de efluentes por lagoas aeradas facultativas são utilizados quando há necessidade de sistemas de lagoas aeróbias com dimensões mais reduzidas, em que o oxigênio é suprido por aeradores, tornando o sistema com maiores níveis de sofisticação e maior gasto de energia (VON SPERLING, 2002). A principal diferença com relação à lagoa facultativa convencional é quanto à forma de suprimento de oxigênio. Enquanto que na lagoa facultativa convencional o oxigênio é obtido pela fotossíntese, na lagoa aerada facultativa o oxigênio é obtido pelo uso de aeradores, atribuindo ao sistema de tratamento um nível de complexidade maior (em termos de manutenção e operação quando comparada com lagoas facultativas convencionais). As lagoas facultativas convencionais sobrecarregadas e sem área para expansão, podem ser transformadas em lagoas aeradas facultativas, através de inclusão de aeradores. Devido este sistema de tratamento também ser por lagoa facultativa, uma grande parte dos sólido da biomassa bacteriana (formada em decorrência da aeração) sedimenta, sendo decomposta anaerobiamente no fundo da lagoa (SILVA 2011). A Figura 5 apresenta o fluxograma de um sistema de lagoas aeradas facultativas. 45

46 Figura 5 Ilustração de tratamento de efluente por lagoas aeradas facultativas. Fonte: Adaptado de VON SPERLING (2005), citado por SILVA, (2011) Lagoas aeradas de mistura completa seguidas de lagoas de decantação Segundo Von Sperling (2002), na lagoa aerada de mistura completa, a energia em movimento introduzido pela aeração cria uma turbulência que garanti a oxigenação e permite que todos os sólidos sejam mantidos dispersos no meio líquido. Os sólidos mantidos em suspensão e em mistura completa, são matéria orgânica contida no efluente e também as bactérias (biomassa). Desta forma há um maior contato matéria orgânica/bactérias, promovendo uma elevada eficiência do sistema. As lagoas aeradas de mistura completa são essencialmente aeróbias. Neste sistema os aeradores servem não só para oxigenar o efluente, mas para manter a biomassa em suspensão. Este sistema apresenta um tempo de detenção entre 2 e 4 dias, sendo um tipo de sistema não adequado para o lançamento direto, pois ainda contém elevado teor de sólidos em suspenção. Por esta razão, as lagoas são seguidas de lagoas de decantação, onde a decantação e sedimentação destes sólidos ocorrem. Os sólidos em suspensão produzidos nas lagoas aeradas tendem a sedimentar, sendo o tempo de decantação relativamente baixo, cerca de 2 dias, implicando na necessidade de remoção do lodo de 1 a 5 anos. Dentre os sistemas de lagoas, o sistema citado é o que requer menor requisito de área (VON SPERLING, 2002). A Figura 6 ilustra um sistema de lagoas aeradas de mistura completa lagoas de decantação. 46

47 Figura 6 - Tratamento por lagoa aerada de mistura completa seguida por lagoa de decantação. Fonte: Adaptado de VON SPERLING (2005), citado por SILVA, (2011). Magno (2010) avaliou parâmetros relativos à eficiência do sistema de tratamento por lagoas aeradas em efluentes provenientes de laticínio. O sistema de tratamento de efluentes analisado era composto por pré-tratamento (grades, separador de gordura) e sistema biológico composto por lagoa de estabilização. A Tabela 10 apresenta valores do efluente do laticínio avaliado em relação aos parâmetros: ph, temperatura, DBO5, DQO, sólidos totais e sólidos sedimentáveis. O efluente foi coletado na entrada e saída do sistema de tratamento. Tabela 10 - Eficiência do sistema de tratamento preliminar em interação com lagoa de estabilização. Parâmetro Efluente bruto Efluente tratado Limite ph 6,58 5,50 > 5 e < 9 Temperatura ºC 28,00 30,00 < 40 ºC DBO (mg.l -1 ) 1251,00 149,83 - DQO (mg.l -1 ) 2568,80 162,54 - Sólidos Totais (mg.l -1 ) 423,00 70,01 60,00 Sólidos Sedimentáveis (mg.l -1 ) 0,50 0,28 < 1 Fonte: adaptado de MAGNO (2010). Pelos dados obtidos, observou-se, em relação ao parâmetro DBO, uma redução de 1251 para 91,06 mg.l -1, o que representa eficiência da remoção de matéria orgânica biodegradável de aproximadamente 88,02 %, indicando que o tratamento por lagoas de estabilização em efluente de laticínio foi eficiente quanto a remoção da matéria orgânica biodegradável. Em relação ao parâmetro DQO, houve redução 2568,80 mg.l -1 para 165,13 mg.l -1, representando eficiência de remoção da matéria orgânica de 93,57 %. A relação 47

48 DQO/DBO encontrada para o efluente foi de 1,08. Esta relação demonstra a predominância da matéria orgânica não biodegradável em relação à parcela biodegradável. A Tabela 11 apresenta uma comparação entre as principais características dos diferentes tipos de lagoas analisadas (VON SPERLING, 2002). Tabela 11 - Caracterização dos principais sistemas de lagoas para a redução de DBO, DQO, sólidos suspensos (SS), Amônia, Nitrogênio, Fósforo e coliformes Item geral Eficiência Item específico Fonte: VON SPERLING (2002). Facultativa Sistema de lagoas Anaeróbia facultativa Aerada facultativa Aeradas de mistura completa - decantação DBO (%) DQO (%) SS (%) Amônia (%) < 50 < 50 < 50 < 30 Nitrogênio (%) < 60 < 60 < 60 < 30 Fósforo (%) < 35 < 35 < 35 < 35 Coliformes (%)

49 4 - MATERIAL E MÉTODOS 4.1- UNIDADE INDUSTRIAL AVALIADA O laticínio em estudo está situado na Região do Vale do Jamari e recebe, em média 100 mil litros de leite por dia, produzindo queijo mussarela e creme de soro de leite de uso industrial. A empresa possui sistema de tratamento de efluentes físico e biológico, respectivamente, tratamento primário e tratamento secundário. O efluente gerado na produção de leite e derivados, bem como lavagem de instalações e equipamentos, são descartados separadamente do soro produzido são misturados em um tanque (denominado tanque de mistura) antes do sistema de tratamento primário. O tratamento primário é composto por um tanque de mistura para o efluente bruto e o soro, peneiras para reter material grosseiro, caixa de areia para reter material mais denso que o efluente (desarenador) e caixa de gordura (flotador). O efluente após passar por estes processos de tratamento é encaminhado por gravidade para o tratamento secundário. Este é composto por seis lagoas de estabilização que seguem a seguinte sequência: duas lagoas anaeróbias com profundidades 3 m, uma lagoa aerada facultativa com profundidade de 1,5 m e três lagoas facultativas com profundidade de 1,5 m, além de uma última lagoa que funciona como um sumidouro, onde então o resíduo tratado percola no solo AVALIAÇÃO GLOBAL DA EMPRESA Foram feitas visitas técnicas à unidade industrial em estudo para realização de levantamento de dados em relação ao sistema de tratamento de efluentes, aplicando-se um questionário e uma lista de verificação para auxiliar na avaliação, além de tomada de amostras para análise experimental no sistema de tratamento. Para tanto foram observados aspectos como: características dos resíduos gerados, volume de água utilizada na produção, quantificação e qualificação dos efluentes, espaço destinado à construção do sistema de tratamento, profundidade e extensão das lagoas, quantidade de efluente lançada diariamente, entre outras informações. Na Tabela 12 é mostrado o questionário aplicado no laticínio como referencial de avaliação. 49

50 Tabela 12 - Questionário aplicado à usina beneficiadora de leite. Nº Pergunta 1 Capacidade média da instalação (m 3 ) 2 Capacidade média de produção (m 3 ) 3 Capacidade média de produção de soro (m 3 ) 4 Gasto médio de água (m 3 ) 5 Resíduo gerado 6 Destino dos resíduos 7 Tratamento do efluente gerado 8 Controle no consumo de água Fonte: O autor COLETA E TRANSPORTE DAS AMOSTRAS As coletas das amostras foram coletadas nos meses de setembro e novembro de Foram coletadas amostras de 350 ml em garrafas PET previamente higienizadas do efluente bruto e em cada etapa do sistema de tratamento. As amostras do efluente foram coletadas em duas etapas em meses diferentes: a primeira coleta no mês de setembro, a segunda coleta no mês de novembro. coleta. Os pontos em negrito identificado no fluxograma de tratamento indica os locais de 50

51 Figura 7 - Fluxograma com identificação de pontos de coleta nas respectivas etapas. Fonte: O autor. - Ponto de coleta Foram coletadas amostras de efluentes na indústria em estudo, nos pontos identificados no fluxograma de tratamento. Na primeira série de coleta os pontos coletados foram: 1 - Saída do tratamento primário; 2 - Saída da primeira lagoa anaeróbia; 3 - Saída da segunda lagoa anaeróbia; 4 - Saída da terceira lagoa aerada facultativa; 5 - Saída da quinta lagoa facultativa; 6 - Saída da sexta lagoa facultativa. Na segunda série de coleta os pontos coletados foram: 1 - Saída da fábrica, antes do tratamento primário; 51

52 2 - Saída do tratamento primário; 3 - Saída da primeira lagoa anaeróbia; 4 - Saída da sexta lagoa facultativa. Após a coleta, as amostras foram mantidas sob refrigeração para sua preservação e posteriormente colocadas em gelo, acondicionadas em caixas isotérmicas e conduzidas ao Laboratório de Engenharia de Alimentos da Fundação Universidade Federal de Rondônia, UNIR, Campus Ariquemes, onde foram mantidas congeladas até o momento da análise das mesmas DETERMINAÇÕES ANALÍTICAS Para caracterização físico-química dos efluentes líquidos foram determinados os seguintes parâmetros: temperatura, DQO, DBO5, ph, material flutuante, turbidez, óleos e graxas de efluente do laticínio em estudo. As análises foram realizadas pelo Laboratório Qualittá, localizado na cidade de Ji-Paraná, RO. O laudo das análises encontram-se no Anexo A ph Foi utilizado potenciômetro digital com o eletrodo mergulhado diretamente na amostra sem diluição e sob constante agitação. A medida do ph da primeira fase da coleta das amostras (mês de setembro), foi realizada no Laboratório de Engenharia de Alimentos da Fundação Universidade Federal de Rondônia, UNIR, Campus Ariquemes. A medida do ph da segunda fase da coleta das amostras (mês de novembro), foi realizada no Laboratório Qualittá Temperatura Foi analisada a temperatura das amostras no momento da coleta com termômetro (Incoterm) com escala de 0 a 100 C. O termômetro foi inserido no frasco onde foi coletada a amostra. Esperou a estabilização e foi anotada a temperatura Demanda Química de Oxigênio (DQO) De acordo com a metodologia proposta por APHA (2005), a análise foi fundamentada na reação da amostra, sob aquecimento por 2 horas, com um forte agente oxidante, dicromato 52

53 de potássio, em sistema fechado. Compostos orgânicos oxidáveis reagem, reduzindo o íon dicromato para íon crômico de cor verde. A determinação da DQO foi feita por análise em espectrofotômetro com leitura a 620 nm Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) Foi determinada conforme descrito em APHA (2005). Para preparo da água de diluição das amostras, foi colocada água destilada para oxigenar por 20 horas. A saturação da água com oxigênio foi feita com aerador de aquário. Posteriormente à saturação e após descanso de 30 minutos, para cada litro de água saturada foi colocado 1 ml de solução-tampão fosfato, 1 ml de solução de sulfato de magnésio, 1 ml de solução cloreto de cálcio e 1 ml de solução cloreto férrico. Colocou-se o volume calculado da amostra e completou-se até 300 ml com água de diluição. Um frasco foi tampado para evitar bolhas no interior do mesmo, codificado e incubado por 5 dias a 20 C. No outro frasco, foi dosado imediatamente o oxigênio dissolvido, com duas repetições, obtendo, assim, a concentração média de oxigênio dissolvido. Após cinco dias foi determinado o oxigênio dissolvido do outro frasco que foi incubado. Além das amostras foi preparado o branco com água de diluição. A eficiência de redução de DQO foi determinada tomando-se os valores da concentração inicial (So) e final (Se) do efluente, a cada lagoa avaliada, bem como no efluente à entrada do sistema de tratamento. A eficiência do tratamento ( ) foi avaliada em termos de percentagem de redução de DQO, calculada pela fórmula: So Se x 100 (4) So = eficiência; So = concentração inicial; Se = concentração final Óleos e gorduras (método de Soxhlet) As amostras foram previamente acidificadas até ph 2,0, com ácido clorídrico 1:1. Posteriormente, as amostras foram transferidas para um funil de separação onde adicionou-se 30 ml do extrator hexano. Em seguida, essa solução foi agitada por 2 min, seguido de repouso 53

54 até separação de fase. A fase aquosa foi descartada e a fase orgânica, contendo a gordura, foi submetida à centrifugação. O material centrifugado foi transferido para um balão usado na destilação e em seguida filtrado com 10 g de sulfato de sódio (Na2 SO4). Este balão foi acoplado a um sistema de destilação onde foi realizada a separação do hexano da gordura (APHA, 2005) Turbidez ambiente. A turbidez foi obtida por equipamento turbidímetro com as amostras em temperatura Material flutuante Foi realizada segundo metodologia descrita por Silva (1997). Alíquotas de 5,0 ml da amostra foram filtradas através de um filtro de fibra de vidro (MILLIPORE AP 20), previamente seco e tarado; em seguida, o filtro foi colocado em estufa a 105 C, para secagem completa até peso constante. O teor de sólidos suspensos foi obtido pela diferença de peso entre peso do filtro com o resíduo seco a 105 C e peso do filtro dividido pelo volume da amostra. PF R p V A F (5) P F R = Peso do filtro com o resíduo seco. PF = Peso do filtro. VA = Volume da amostra. 54

55 5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA A empresa geradora do efluente em estudo é de médio porte, possuindo instalações para processar até 250 mil litros de leite. A indústria opera com menos de 50 % da sua capacidade, gastando em média 100 mil de litros de água por dia para o processamento do leite. Além do processamento do leite e derivados, a água também é gasta em outras atividades que o laticínio possui, como: higienização da indústria, higienização de caminhão tanques e lavagem de pátios gerando em média 190 mil litros de efluente dia com alta carga orgânica e sem recuperação de soro. O soro e o efluente gerados pela indústria são descartados através de tubulações diferentes e só são misturados em um pequeno tanque, denominado tanque de mistura, onde também é adicionado cinza previamente dissolvida para controle do ph do efluente. O sistema de tratamento de efluente da indústria é composto por tratamento primário e secundário. O tratamento primário é composto por um tanque de mistura para o efluente bruto e o soro, peneiras para reter material grosseiro, caixa de areia para reter material mais pesado que a areia ou de dimensão próxima a areia e caixa de gordura com flotador para óleo graxas e outros materiais flutuantes. A Figura 8 apresenta a etapa do processo de tratamento primário realizado na indústria. Figura 8- Sistema de tratamento primário realizado no laticínio. Fonte: O autor. Após o efluente passar pelo tratamento primário, o mesmo é destinado por gravidade para o tratamento secundário ou biológico. O sistema biológico é composto por lagoas de estabilização, obedecendo a seguinte sequência: duas lagoas anaeróbias, seguidas por uma 55