AVALIAÇÃO DO EMPREGO DA FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO PARA REMOÇÃO/RECUPERAÇÃO DE FIBRAS GERADAS NO PROCESSO PRODUTIVO DE INDÚSTRIA DE PAPEL

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1 AVALIAÇÃO DO EMPREGO DA FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO PARA REMOÇÃO/RECUPERAÇÃO DE FIBRAS GERADAS NO PROCESSO PRODUTIVO DE INDÚSTRIA DE PAPEL Bruna Luiza Managó 1, Ludmila Neves 1, Grasiele Soares Cavallini 2, Carlos Magno de Sousa Vidal 1, Jeanette Beber de Souza 1 1 Universidade Estadual de Centro Oeste. Brasil 2 Universidade Federal do Tocantins. Brasil ABSTRACT Sendo a indústria de papel e celulose a sexta maior poluidora ambiental, é iminente a necessidade da pesquisa e constante aperfeiçoamento dos processos de tratamento de seus efluentes, e a flotação por ar dissolvido é uma alternativa interessante, visto que apresenta grandes potencialidades no tratamento de águas e águas residuais e vem se destacando no tratamento de efluentes industriais.o presente estudo avaliou o emprego de coagulação/floculação e flotação em equipamento flotatest no tratamento de efluente de uma indústria de papel e celulose. Durante os ensaios de flotação foram variadas as seguintes condições operacionais no flotateste: Dosagem de coagulante (PAC) e polímero (3%). De acordo com os resultados obtidos no flotatest, com uma dosagem de 0,3% do polímero é possível atingir ótimas reduções de 98,10% de Turbidez, 90,50% de DQO e 97,20% de Sólidos Suspensos Totais do efluente estudado. Keywords: flotação por ar dissolvido, recuperação de fibras, tratamento de efluente de indústria de celulose e papel.. 1. INTRODUÇAO Atualmente a matéria prima mais utilizada na produção de papel e celulose é a madeira, proveniente de espécies de pinus e eucalipto. O Brasil possui condições climáticas favoráveis para o cultivo desse tipo de matéria prima, chegando a produzir 41,3 m³/ha/ano de eucalipto e 37,6 m³/ha/ano de pinus (ABRAF, 2011). A madeira do eucalipto é a principal matéria-prima para o processo de produção de celulose e papel, a partir da espécie se produz a celulose de fibra curta, com 0,5 a 2 milímetros de comprimento. Essas fibras são ideais para a produção de papéis como os de imprimir e escrever e de fins sanitários. Papel é essencialmente uma folha de fibras de celulose com grande quantidade de insumos adicionados com a finalidade de fornecer certas qualidades específicas para o uso final (BRACELPA, 2012). A massa de fibras, utilizada para a fabricação de papel pode ser proveniente de duas origens: fibras virgens, as quais são extraídas por processos químicos ou mecânicos, ou fibras recicladas, sendo estas produzidas pelo reprocessamento de papéis recuperados (ALESANDERSSON, 2003). Quando ocorre a perda ou desperdício de fibras ou material contendo fibras, na realidade, estamos desperdiçando uma materia-prima de altíssimo valor econômico e produtivo. Como consequência, estamos também aumentando os custos, já que além da perda de fibras, teremos um aumento de resíduo final (lodo) a manusear, transportar e dispor apropriadamente. 1

2 Por essa razão, gerar resíduos sólidos fibrosos em fábricas de celulose é um grande ônus desnecessário. Estaremos impactando nossos custos e o meio ambiente. Desta forma, perderemos matéria-prima e de contrapartida ocorre a geração de um grande impacto ambiental. As indústrias de papel e celulose são um exemplo de indústria que utiliza grandes volumes de água no processo produtivo, e dessa maneira gera também uma grande quantidade de efluentes, que podem ter substâncias tóxicas e de forte coloração (FONSECA, 2003). Segundo Medeiors (2008) o sistema básico de tratamento de efluentes da maioria das indústrias de papel e celulose, possui um fluxograma básico constituido por alguma forma de tratamento primário, seguido de tratamento secundário, usualmente biológico. No que se trata de remoção de sólidos suspensos e compostos orgânicos biodegradáveis, esses tratamentos geralmente são eficientes, todavia, quando essa configuração é aplicada como alternativa única de tratamento, algumas vezes, esses efluentes podem não atender os padrões de emissão dos corpos receptores e adequações do efluente para reúso. Outro problema relacionado ao efluente das indústrias de papel e celulose é a presença de material em suspensão, substâncias orgânicas dissolvidas e material não sedimentável. Este último geralmente se apresenta na forma coloidal e é constituído principalmente por fibras finamente divididas, dióxido de titânio, cola ou amido, tintas e corantes, que elevam a cor e a turbidez do efluente (Fonseca, 2003). Uma das principais causas desses problemas relatados no tratamento de efluentes de papel e celulose se deve a presença de fibras de celulose, as quais podem ser responsáveis por essas baixas eficiências no processo, pois, além de apresentarem baixa biodegradabilidade, geralmente passam intactas por estes processos, dificultando assim a transferência de massa de oxigênio dentro dos reatores e a decantação posterior do lodo (BRYANT et al., 1992; Graves & Joyce, 1994). Na máquina de papel, no processo de prensagem e secagem da folha, é gerado um efluente denominado água branca, constituido principalmentede de fibras celulósicas, cetona, carbonato de cálcio, resíduos de cola, agentes branqueadores, corantes, amidos, graxa, óleo e principalmente matéria orgânica. A água branca contribui com cerca de 700 a 1400 mg. L-1 de DBO e de 1900 a 3200 mg.l-1 de DQO, que deverão ser removidos nos processos seguintes de tratamento de efluentes da indústria (LACORTE et al., 2003). O processo de flotação por ar dissolvido vem sendo amplamente utilizado no tratamento de água e efluente, e tem por objetivo a remoção de partículas suspensas, líquidas e coloidais; atuando na remoção de sólidos suspensos, turbidez, cor, DQO, sólidos totais, entre outros parâmetros. (REALI, 1991). Com o objetivo de se remover ou recuperar as fibras de celulose, pode ser aplicado o processo de coagulação/floculação e flotação, que é iniciado com a aplicação do coagulante, o qual promove a desestabilização química das partículas suspensas presentes no efluente. Desta forma, aumenta-se a tendência de agregação ou fixação dos colóides, já que estes possuem em suas superfícies uma dupla camada elétrica que impede a ligação das partículas. Sais de ferro ou alumínio, cal e polímeros orgânicos sintéticos ou naturais são alguns dos coagulantes que podem ser empregados neste processo químico que é consumado em questão de segundos. Após inicia-se a floculação e logo em seguida ocorre a separação entre flocos e o meio líquido (flotação por ar dissolvido), etapas onde prevalecem os aspectos físicos do processo e por isso demandam alguns minutos (PROSAB, 2001). Segundo Di Bernardo (2003) a flotação pode ser descrita como um sistema físico-químico, no qual é possível separar partículas sólidas ou líquidas de uma fase líquida a partir da introdução de pequenas bolhas de gás, normalmente o ar. O ar é dissolvido em água num saturador sob pressão (2-5 Kgf/cm²). Quando a água saturada com ar é injetada a pressão atmosférica na célula de flotação, o ar em excesso é liberado sob a forma de microbolhas ( µm), essas microbolhas aderem à superfície das partículas em suspensão, aumentando o seu empuxo, promovendo assim o processo da flotação, onde ocorre o movimento ascensional dessas 2

3 partículas em suspenção em direção à superfície da fase líquida, para favorecer a coleta das mesmas em uma operação de raspagem superficial. A aplicação mais comum da FAD na indústria de celulose e papel está, principalmente, no tratamento primário, na clarificação do efluente bruto, podendo-se obter eficiência de até 98% de remoção de sólidos suspensos (LAVALÉE; NADREAU, 1997) Vários estudos foram realizados com efluentes de industrias de papel e celulose, com a intenção de remoção e reuso de fibras. Desta forma, o uso de processo físico-químico composto por coagulação, seguido de floculação e flotação tem sido apontado por diversos autores como um importante processo no tratamento de águas residuárias, podendo ser utilizado em vários pontos do sistema de tratamento de efluentes, do tratamento primário ao terciário, desde o afluente bruto até o pós- tratamento (THOMPSON et al. 2001; CONSTANZI, R. N; DANIEL, L. A., 2002; LIMA 1996; SILVA, F. G., 2000). Sendo a indústria de papel e celulose a sexta maior poluidora ambiental de acordo com Tambosi (2005), é iminente a necessidade da pesquisa e constante aperfeiçoamento dos processos de tratamento de seus efluentes, e a flotação por ar dissolvido é uma alternativa interessante, visto que apresenta grandes potencialidades no tratamento de águas e águas residuais e vem se destacando no tratamento de efluentes industriais. A presente pesquisa tem como objetivo avaliar o empenho de diferentes configurações na flotação por ar dissolvido como proposta de tratamento primário, visando recuperar/remover as fibras contídas na água branca efluente de uma maquina de papel de indústria de papel e celulose. 2. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho experimental foi desenvolvido no Laboratório de Saneamento Ambiental e Qualidade da Água do Departamento de Engenharia Ambiental da Universidade Estadual do Centro-Oeste, Campus de Irati, PR. O efluente foi coletado na entrada do flotador de uma maquina de papel de uma indústria de papel. Para os estudos em laboratório, as amostras foram analisadas pelos métodos estabelecidos no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005). O primeiro passo do estudo foi a caracterização do efluente bruto. Os parâmetros analisados para a caracterização serão: ph, DQO, Turbidez, Sólidos Suspensos Totais e Temperatura. Após a caracterização, o efluente foi submetido ao tratamento por meio de coagulação/floculação e flotação em equipamento flotatest, da marca Nova Ética (Figura 1), com configurações determinadas de acordo com a dosagem utilizada no flotador da empresa e outras variação, buscando uma configuração ótima. Durante os ensaios de flotação foram variadas as seguintes condições operacionais no flotateste: Dosagem de coagulante (PAC) e polímero catiônico (3%) (Tabela 1). Nota-se que o pós-tratamento por FAD é a amostra coletada na saída do flotador da indústria, possibilitando a comparação de sua eficiência em escala real. Tabela 2. Configurações do ensaio. Concentração Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4 póstratamento por FAD Polímero (ml) Coagulante (ml) 0,05 0,05 0,05-0,05 3

4 Figura 1 : Fotografia do Flotatest utilizado no estudo. A operação foi realizada em batelada, de acordo com a metodologia proposta por Di Bernardo (2003). Os parâmetros fixados para a realização de todos os ensaios de flotação foram: Recirculação de 20 %, pressão de saturação de 4 bar, tempo de saturação do ar na câmara de saturação igual a 15 minutos, gradiente de mistura rápida de 500 s-1 (270rpm), Gradiente de mistura lenta 36 s-1 (50 rpm) e tempo de coagulação de 60 s. Esses parâmetros foram baseados segundo valores encontrados na literatura (Penetra, 1998; Santos, 2006). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Características do Bruto De acordo com a Tabela 2, nota-se que somente para os parâmetros ph (7,12) e temperatura (19 C) o efluente bruto se enquadra na faixa de valores exigido pela CONAMA no 357, de 17 de Março de 2005, visto que a legislação exige ph entre 5 e 9, e temperatura inferior a 40 C. Exigindo desta forma a utilização de alguma forma de tratamento secundário desse efluente, antes de serem lançadas no corpo hídrico. Tabela 2. Caracterização da amostra do efluente bruto. Parâmetro Bruto SST (mg.l -1 ) 2360 DQO (mg.l -1 ) 5140 Turbidez (ut) 2440 ph 5,11 Temperatura ( C) 20,5 3.2 Experimentos Realizados em Laboratório Os resultados da caracterização do efluente submetido aos ensaios de flotação por ar dissolvido estão apresentados na Tabela 3. 4

5 Tabela 3. Residuais de turbidez, SST e DQO após tratamento por coagulação/floculação/flotação. Parâmetro Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4 póstratamento por FAD SST (mg.l -1 ) DQO (mg.l -1 ) Turbidez (ut) , ,3 53 A partir da Tabela 3 observa-se a remoção dos poluentes ao longo do sistema de tratamento. Após o tratamento por FAD obteve-grande melhoria do efluente, principalmente no que se refere a remoção de SST, DQO e turbidez. Para avaliar o sucesso do tratamento do efluente, utilizando varias dosagens de coagulante e polímero, foram analisadas as eficiências de remoção de turbidez, SST e DQO (Figura 2) em comparação aos parâmetros iniciais (Tabela 4), caracterizados na amostra de efluente bruto. Tabela 4. Eficiência de remoção para os parâmetros analisados, em relação ao efluente bruto coletado no flotador. Parâmetro teste 1 teste 2 teste 3 teste 4 póstratamento por FAD SST (mg.l -1 ) 93,2 % 97,2 % 95,9 % 96,2 % 88,6 % DQO (mg.l -1 ) 89,3 % 90,5 % 91 % 81 % 91 % Turbidez (ut) 93 % 98 % 97,5 % 97,6 % 97,8 % Figura 2 : Resultados percentuais comparativos dos residuais de Turbidez, DQO e SST obtidos nos testes. A Figura 3 demonstra o resultado obtido pelo Teste 2 (primeiro jarro da esquerda para a direita), a qual foi sugerido como configuração ótima. Observando-se uma ótima clarificação da água e alta taxa de flotação das fibras contidas no efluente bruto. 5

6 Figura 3 : Resultados dos testes de flotação. Silva (2000) explica que devido ao excesso de água no processo e por não haver consumidores suficientes, ocorre a perda de fibra nas máquinas de papel, correspondendo ao volume de efluente líquido de água branca drenado e não reaproveitado no processo. Foelkel (2007) estabelece aspectos gerais sobre perda de fibra. Modernas fábricas de papel e celulose aceitam perdas de 0,5 a 2,0% das fibras em relação à matéria-prima que entra nos processos. No caso das fábricas de papel reciclado (que usam aparas como matéria-prima), podem alcançar perdas que chegam a 5%. No caso desta indústria em questão, como o uso do flotador como forma de tratamento primário é possível recuperar até 98% (Tabela 4) de fibras, identificadas como sólidos suspensos totais no efluente. Lima (1996) conclui que a flotação por ar dissolvido constitui técnica bastante eficiente para o tratamento de efluentes líquidos provenientes de indústria de papel. Durante o estudo, ao comparar dois coagulantes (cloreto férrico e PAC), o PAC forneceu bons resultados de remoção de sólidos suspensos por flotação tendo na maioria dos ensaios com exceção da dosagem de 40 mg/l, fornecido remoção acima de 90%. Nos resultados obtidos neste ensaio (Tabela 4) as porcentagens de remoção de sólidos suspensos alcançou ótimos resultados, todos próximos a 90%. Visto que o " pós-tratamento por FAD" (Tabela 3) é a amostra coletada na saída do flotador da indústria, possibilitando a comparação de sua eficiência em escala real em relação aos testes realizados em laboratório, conclui-se com análise das eficiências de remoção de turbidez, DQO e SST (Figura 2) que foi possível obter resultados claramente satisfatórios e compatíveis com a realidade do efluente em questão. Chegando a resultados de 91% de remoção de DQO, 97,2 % de SST e 98% de turbidez. Constanzi e Daniel (2002) compararam os resultados entre vários ensaios realizados com efluentes de industria de papel e celulose, utilizando duas tecnologias: sedimentação e flotação, concluindo assim que a flotação é mais eficiente na remoção de Turbidez e SST e necessita de menor área, obtendo-se unidades mais compactas.valores similares podem ser observados nos resultados obtidos atavés dos ensaios de FAD (Tabela 3). A recuperação de água e fibras do processo de fabricação de papel, particularmente do sistema da máquina de papel, se configura em uma medida de produção mais limpa, de grande importância econômica e ambiental. Para este propósito, o que tem sido amplamente 6

7 empregado é a instalação de tanques de floculação ou decantadores primários como prétratamento dos processos biológicos para a remoção destas fibras (THOMPSON et al., 2001). Justificando-se assim as vantagens da utilização de FAD no tratamento primário com finalidade de remoção/recuperação de fibras, geradas no processo produtivo de papel. 4. CONCLUSÕES Conforme os experimentos realizados com objetivo de analisar a eficiência de remoção dos parâmetros: turbidez, DQO e sólidos suspensos totais de uma amostra de efluente oriunda do flotador por ar dissolvido de uma indústria de papel, pode-se concluir que é mais viável manter a vazão, dosagem de coagulante e polímero. Porém, sugerimos um aumento na diluição da concentração do polímero em 10 vezes, para hidratar melhor o produto, visto que foi verificado certa dificuldade em trabalhar com o polímero devido a sua alta viscosidade. De acordo com os resultados obtidos no flotatest, com uma dosagem de 0,3% do polímero é possível atingir ótimas reduções de 98,10% de Turbidez, 90,50% de DQO e 97,20% de Sólidos Suspensos Totais. Tais resultados demonstram valores semelhantes aos verificados na amostra de coletado na saída do flotador da empresa, a qual utilizava o polímero com diluição de 3%. Sugerimos um teste no flotador, com o objetivo de facilitar o manejo e dosagem do produto, assim como evitar perdas e disperdício. Além de representar uma perda de produto, estas fibras, perdidas no processo, aumentam significativamente a concentração de matéria orgânica do efluente, dificultando seu tratamento biológico e por fim leva a geração de elevadas quantidades de lodo, o qual necessitará de disposição final adequada. Isto significa que a recuperação de fibras, através do processo físico-químico de flotação por ar dissolvido é benéfico tanto para o processo, assim como para o controle da poluição. REFERÊNCIAS 1. APHA - AMERICAN PUBLIC HEATH ASSOCIATION. Standart methods for the examination of water and wastewater. 19.ed. Washington: American Public Health Association. (2005) 2. AISSE, M. M.; JÜRGENSEN, D.; REALI, M. A. P.; PENETRA, R. G.; FLORENCIO, L.; ALEM SOBRINHO, P. Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios por sistema de flotação. In: Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Vol. 2. PROSAB, Belo Horizonte-MG. (2001) 3. ARANTES, B. M et al. Fechamento do circuito de águas do processo de fabricação do papel. O Papel, São Paulo, p. 79, out. (2000) 4. BRACELPA Associação Brasileira de Celulose e Papel, Relatório de dados do setor 2012 Disponível em: < Acesso em: 21 set, BRASIL, Resolução CONAMA n 357, de 17 de março de Classificação de águas, doces, salobras e salinas do Território Nacional. Publicado no D.O.U. (2005) 6. BRYANT, C.W.; AVENELL, J.J.; BARKLEY, W.A.; THUT, R.N. The removal of chlorinated organics from conventional pulp and paper wastewater treatment systems. Water Science Technology, v. 26, n.1-2, p , DI BERNARDO, L.; CENTURIONE FILHO, P. L. Procedimento para execução de ensaios de flotação/filtração em equipamento de bancada. Engenharia Sanitária e Ambiental, Rio de Janeiro, v. 8, n. 1;2, p , FONSECA, José Alberto Vinha M. da et al. Tratamentos de efluentes liquidos de indústria de papel e celulose. III Fórum de Estudos Contábeis, Rio Claro, 01 fev p. 1-9, GRAVES, J.W. & JOYCE, T.W. A critical review of the ability of biological treatment systems to remove chlorinated organics discharged by the paper industry. Water SA, v. 20, n. 2, p , LACORTE, S.; LATORRE, A.; BARCELÓ, D.; RIGOL, A.; MALMQVIST, A.; WELANDER, T. Organic compounds in paper-mill process water and effluents. Trends in Analytical Chemistry, v. 22, n LAVALÉE, H. C.; NADREAU, J. Dissolved air flotation system use increases for secondary clarifiction. Pulp and Paper. p Jan

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