SEDIMENTAÇÃO EM EFLUENTE DE INDÚSTRIA DE PESCADO UTILIZANDO QUITOSANA COMO AGENTE COAGULANTE

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1 SEDIMENTAÇÃO EM EFLUENTE DE INDÚSTRIA DE PESCADO UTILIZANDO QUITOSANA COMO AGENTE COAGULANTE Lademir Luiz Beal (1) Engenheiro Químico pela Fundação Universidade de Rio Grande. Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pelo Instituto de Pesquisa Hidráulicas - UFRGS. Doutorando em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidráulicas -UFRGS. Sérgio Luiz Alves Przybylski Mestre em Engenharia Química pela COPPE. Professor Titular do Curso de Engenharia Química da Fundação Univesidade de Rio Grande - FURG. Endereço (1) : Instituto de Pesquisas Hidráulicas - UFRGS - Av. Bento Gonçalves, 95 - Bairro Agronomia - Porto Alegre - RS - Caixa Postal CEP: Brasil - Tel: (51) Fax: (51) llbeal@ifl.if.ufrgs.br RESUMO Este artigo investiga a utlização de quitosana como coagulante em efluentes de indústria de pescado. Tal produto foi obtido em laboratório, utilizando-se casca de camarão proveniente do beneficiamento industrial deste. Os resultados obtidos em ensaios de jartest variaram de 2 a 8% de remoção de Sólidos Suspensos Totais, pore m quando utilizado o método proposto por Eckenfelder e Ford os resultados foram mais consistentes. A menor remoção foi de 4% para uma concentração inicial de 573 mg/l de Sólidos Suspensos Totais e da ordem de 8% para concentrações de inicais de 297 mg/l, 342 mg/l e 1. mg/l. A excelente capacidade de coagulação/floculação bem como a abundante matéria-prima encontrada como resíduo do processo industrial da indústria de pescado, aliada ao fato de que não há a necessidade de utilizar uma quitosana 1% pura, torna promissora a sua utilização. Outro fator importante é que, como a quitosana é um produto orgânico pode viabilizar uma reutilização do lodo proveniente da sedimentação. PALAVRAS-CHAVE: Indústria de Pescado, Quitosana, Sedimentação, Agroindústria, Coagulante. INTRODUÇÃO Este artigo comenta os resultados obtidos em ensaios de sedimentação de efluentes de pescado utilizando a quitosana como agente coagulante. As indústrias de processamento de pescado possuem um efluente com características que variam conforme o tipo de pescado processado, apesar de ser eminentemente orgânico. Para a indústria que processa camarão, o resíduo decorrente é a casca de camarão que se caracteriza por um volume excessivamente elevado e pouco peso, ou seja, uma massa específica aparente muito baixa. Atualmente, a casca do camarão é resíduo de pouca ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 14

2 utilização porém com um excelente potencial de reaproveitamento. Dentre estes se destaca a obtenção da quitosana, produto com aplicações inclusive na medicina. A utilização da quitosana na engenharia ambiental pode ser utilizada como coagulante e/ou floculante sem a necessidade de uma purificação no seu processamento industrial. A quitosana aqui utilizada foi obtida em laboratório e a sua pureza foi determinada como sendo de 75% podendo ser considerada como grau técnico. Diversos experimentos já foram realizados explorando esta excelente capacidade de coagulação/floculação da quitosana. No e Meyers (1989), compararam a performance da quitosana com outros 5 polímeros e sais orgânicos. A concentração utilizada de quitosana foi de 1 g/l em solução de ácido acético a 2%. Mudanças de turbidez foram observada em diferentes valores de ph. Os melhores resultados foram obtidos em intervalo de ph entre 6, e 7,. Para alcançar, em ph 8,2, os mesmo resultados de remoção de turbidez obtidos em ph 6,2 foi utilizado 35 mg/l de quitosana contra 15 mg/l para ph 6,2. Os autores supracitados também testaram quitosana como auxiliar de floculação com FeCl 3, não obtendo resultados melhores do aqueles obtidos com quitosana isoladamente. Vogelaar e Pawlowsky (1997), utilizaram quitosana para separar proteínas do soro do leite. O teor de proteínas do material floculado foi de 65,7%. A obtenção da quitosana é efetuada a partir da quitina que, por sua vez, é extraída da casca do camarão. A seqüência da obtenção da quitosana é a seguinte: CASCA DE CAMARÃO PROCESSAMENTO DAS CASCAS EXTRAÇÃO DE PROTEÍNA NaOH DESMINERALIZAÇÃO HCl QUITINA PURIFICAÇÃO DA QUITINA DEACETILIZAÇÃO QUITOSANA Este artigo comenta os resultados obtidos em ensaios de sedimentação de efluentes de pescado utilizando a quitosana como agente coagulante. A quitosana foi testada, inicialmente, como coagulante e também como auxiliar de floculação, tendo como ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 141

3 coagulante o FeCl 3. Os melhores resultados foram obtidos quando a quitosana foi utilizada isoladamente, ou seja, como único composto na operação de coagulação e floculação. As principais características do efluente de pescado são: 1. Carga orgânica muito variável; 2. Cargas não uniformes em termos de sólidos sedimentáveis naturalmente; 3. Substâncias coloidais; 4. Temperatura e; 5. ph entre 6,5 e 7,5. METODOLOGIA A quitosana foi dissolvida em ácido acético 2%, com concentração de,1%. Esta concentração, menor do que aquela utilizada por No e Meyers (1989), tem a vantagem de que o ph resultante no efluente tratado com quitosana é menor, situando-se próximo a faixa da neutralidade. O tempo de coagulação, determinado através de ensaios de jar-test foi padronizado em 1 minuto. Considerou-se como final do período de coagulação, o início do aparecimento de flocos. O tempo de floculação (mistura lenta) variou de 2 a 5 minutos. Tempos superiores a 5 minutos não melhoraram a floculação. Os primeiros testes foram realizados com jar-test para determinar a melhor condição de concentração de quitosana e, após, foram realizados ensaios com torre de sedimentação (Eckenfelder e Ford, 197). A torre de sedimentação foi construída em um tubo de PVC de 15 mm de diâmetro e 3 m de comprimento com tomadas de amostras a cada,6m. Foram tomadas amostras nas seguintes alturas:,6m, 1,2m, 1,8m e 2,4m, contabilizando como altura zero o topo da tubulação. A coagulação foi realizada fora da torre, em recipientes adequados, para propiciar uma homogeneização mais perfeita possível. A seguir a procede-se a transferência da mistura para a torre. As tomadas de amostra foram realizadas nos seguintes intervalos de tempo após o enchimento da torre: 2, 4, 6, 1, 15, 2, 3 e 4 min. Sólidos suspensos foram analisados pelo método gravimétrico, sólidos sedimentáveis naturalmente pelo cone Inmhof e a DQO pelo método de refluxo aberto (AWWA, 1985). RESULTADOS Os resultados apresentados na tabela 1 são de um ensaio onde a quitosana foi utilizada coo auxiliar de floculação, sendo o coagulante o FeCl 3. Este efluente continha uma teor de Sólidos Sedimentáveis de 4,5 ml/l, Sólidos Suspensos Totais de mg/l e o ph inicial de 6,5. O tempo mistura e de floculação foram, respectivamente, de 1 e 2 minutos. O tempo de sedimentação foi de 4 minutos. Neste primeiro teste verificou-se que a quitosana quando utilizada isoladamente apresentou uma maior eficiência na remoção de sólidos suspensos, com o ph final estando em valores que possibilitam tratamento biológico complementar sem a necessária correção deste. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 142

4 Tabela 1. Ensaios de Jar-Test Utilizando FeCl 3 e Quitosana. AMOSTRA RELAÇÃO EM VOLUME SS REDUÇÃO DE SS ph QUITOSANA:FeCl 3 (mg/l) (%) Efluente Bruto , 1 1: ,61 6,92 2 : ,45 6,53 3 1: ,88 6, : ,87 6,86 A tabela 2. apresenta resultados de ensaios obtido somente com quitosana para quatro tipos tipos de efluentes. Tabela 2. Ensaios de Jar-Test com Quitosana. AMOSTRA VOLUME DE QUITOSANA (ml) SS (mg/l) REDUÇÃO ph DE SS (%) EFLUENTE BRUTO , ,26 6, ,56 6,57 EFLUENTE BRUTO , ,31 6, ,7 6, ,24 6, ,47 6,1 EFLUENTE BRUTO , ,9 5, ,3 5,75 EFLUENTE BRUTO , , , , , , ,6 1. Sólidos Sedimentáveis: 5, ml/l; 2 Sólidos Sedimentáveis: + 4 ml/l; 3. Sólidos Sedimentáveis: 1,5 ml/l; 4 Sólidos Sedimentáveis: + 2,5 ml/l; No ensaio do efluente bruto 3, o tempo de mistura rápida (coagulação) foi de 3s, enquanto que nos outros ensaios foi de 1 minuto. O tempo de floculação em todos os ensaios de jar-test foi de 2 minutos. Os tempos de sedimentação para os ensaios 1, 2, 3 e 4, da tabela 2, foram respectivamente 32 min., 12 min., 3 min. e 3 min.. Estes ensaios preliminares demonstraram que há uma eficiência muito variável, provavelmente influenciada na composição do efluente. Na tabela 2., observa-se que a menor eficiência na remoção de Sólidos Suspensos foi no efluente que continha a menor concentração de Sólidos Suspensos. No ensaio 4, após atingir um valor de concentração de quitosana no qual a remoção de Sólidos Suspensos foi maximizada (17 ml de solução de quitosana / litro efluente), com o aumento progressivo da concentração desta solução ocorreu um decréscimo desta eficiência. Já, ao examinar os resultados obtidos no teste com a torre de sedimentação apresentados na figura 2, pode-se perceber que foi obtido um resultado com elevada eficiência de remoção de sólidos (em torno de 8%) em todas ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 143

5 as alturas, em um tempo de sedimentação de 2 minutos, para uma concentração inicial de sólidos suspensos totais de 297 mg/l. Os ensaios de sedimentação, utilizando o método proposto por Eckenfelder e Ford (197), com tempos de sedimentação de 4 minutos, apresentaram eficiências de redução de SS em uma faixa de 28% a 83%. Uma grande vantagem da utilização de quitosana como único agente de coagulação e floculação em efluentes orgânico desta natureza é a possibilidade de reutilizar o lodo gerado em processos de compostagem e/ou facilitar a disposição final. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE SEDIMENTAÇÃO O resultados dos ensaios de sedimentação pelo método proposto por Eckenfelder e Ford (197), estão apresentados a seguir, por meio de gráficos. O gráfico da figura 1, apresenta os resultados para um ensaio com um efluente cuja concentração inicial de sólidos suspensos totais foi de 573 mg/l. %SST Rem t(min.) Figura 1. Curvas de % de SST removidos a diferentes alturas. O gráfico da figura 2 apresenta os resultados para um ensaio com um efluente cuja concentração inicial de sólidos suspensos totais foi de 297 mg/l. % SST Rem t(min) Figura 2. Curvas de % de SST removidos a diferentes alturas. O gráfico da figura 3 apresenta os resultados para um ensaio com um efluente cuja concentração inicial de sólidos suspensos totais foi de 1. mg/l. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 144

6 % SST Rem t(min.) Figura 3. Curvas de % de SST removidos a diferentes alturas O gráfico da figura 4 apresenta os resultados para um ensaio com um efluente cuja concentração inicial de sólidos suspensos totais foi de 342 mg/l. % SST Rem t(min.) Figura 4. Curvas de % de SST removidos a diferentes alturas. Os ensaios apresentados nas figuras de 1 a 4 apresentam resultados para uma grande faixa de concentração inicial de sólidos suspensos totais. Com exceção do ensaio apresentado na figura 1, todos os outros apresentaram resultados de remoção se sólidos suspensos totais em torno de 8% para um tempo de sedimentação máximo de 4 minutos. A baixa eficiência do teste apresentado na figura 1 pode ser devido as características do efluente. O parâmetros óleos e graxas não foi analisado nestes ensaios e uma possível explicação para esta performance pode ser a presença de efluentes do setor de farinha de peixe que possui uma elevada concentração de óleos e graxas. A presença de óleos e graxas pode influenciar na performance de sedimentação de um efluente. Nota-se que a utilização de quitosana como único composto a realizar a coagulação e a floculação deste tipo de efluente é promissora, pois o curto espaço de tempo de sedimentação observado tanto nos ensaios de jar-test como nos ensaios utilizando a torre de sedimentação foi bem menor do que aqueles citados em literatura. Vogelaar e Pawlowsky (1997) obtiveram uma remoção de Sólidos Suspensos Totais de 86,77% utilizando quitosana em soro de queijo. Estes resultados, embora com um efluente com uma alta concentração inicial de Sólidos Suspensos Totais (3.316 mg/l) vão de encontro com os dados obtidos neste estudo. Isto representa um grande potencial de utilização em efluentes da agroindústria, pode permitir uma possível utilização do lodo sem os entraves oferecidos pela presença de metais que agem como coagulante como alumínio e ferro. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 145

7 Um reflexo do baixo tempo de sedimentação pode ser no dimensionamento e/ou otimização dos sedimentadores que utilizam a quitosana como coagulante/floculante. Pode-se perceber que com um tempo de sedimentação de 4 minutos praticamente fica assegurada uma elevada performance para este tipo de operação. Naturalmente que o teste efetuado é em batelada e, quando tal operação for contínua, haverá, possivelmente, um pequeno decréscimo nesta performance. CONCLUSÕES Os resultados dos testes de sedimentação realizados com quitosana comprovaram o excelente poder de coagulação/floculação deste produto. Este fato permite otimizar unidades de sedimentação já existentes ou projetar unidades mais compactas na indústria de pescado. A excelente capacidade de coagulação/floculação bem como a abundante matéria-prima encontrada como resíduo do processo industrial da indústria de pescado, aliada ao fato de que não há a necessidade de utilizar uma quitosana 1% pura, torna promissora a sua utilização. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Eckenfelder, W.W., Ford, D.C. 197 Water Pollution Control: Experimental Procedure for Process Design. Penberton Press, p No, H.K., Meyers, S.P Crawfish Chitosan as a Coagulant in Recovery of Organic Compounds from Seafood Processing Streams. J. Agric. Food Chem. v. 37, p Vogelaar, R.C.B. e Pawlowsky, U., 1997 Reaproveitamento do soro do queijo por coagulação com quitosana, Anais, 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Foz do Iguaçú, Brasil p Ramalho, R.S Introduction to wastewater treatment processes, Second Edition, Academic Press. New York. 571 p. 5. Knorr, D. Recovery and utilization of chitin and chitosan in food processing waste management. Food Technology. p January, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 146