I ÍNDICES PARA O CÁLCULO SIMPLIFICADO DE CARGAS ORGÂNICA E INORGÂNICA PRESENTES EM EFLUENTES LÍQUIDOS INDUSTRIAIS

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1 I ÍNDICES PARA O CÁLCULO SIMPLIFICADO DE CARGAS ORGÂNICA E INORGÂNICA PRESENTES EM EFLUENTES LÍQUIDOS INDUSTRIAIS Mariza Wagner Espinoza (1) Engenheira Química, formada pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul em Funcionária da Fundação Estadual de Proteção Ambiental do estado do Rio Grande do Sul desde agosto de 1982 até a presente data. Atualmente exercendo o cargo de chefia do Serviço de Diagnóstico e Avaliação da Poluição Industrial. Araí Maria Aparecida dos Santos Paz Engenheira Química, formada pela Escola de Engenharia Mauá do Instituto Mauá de Tecnologia/SP em Especialista em Projetos de Sistemas de Tratamentos de Resíduos Industriais: Sólidos, Líquidos e Gasosos, pela PUCRS. Funcionária da FEPAM, desde julho de 1979 até a presente data. Maria Lúcia Oscar Ribas Engenheira Química pela UFRGS. Especialista em Carvão Mineral Nacional, pela UFRGS em 1977 e em Projetos de Sistemas de Tratamentos de Resíduos Industriais: Sólidos, Líquidos e Gasosos, pela PUCRS, funcionária da FEPAM, desde agosto de 1979 até a presente data. Regina Froener Sangoi: Engenheira Química, formada pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul em 1994, prestando serviços à Fundação Estadual de Proteção Ambiental desde 1990 até a presente data. Sara Bursztejn Engenheira Civil, formada pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, em 1984, com ênfase em Hidráulica e Saneamento. No período de 1984 a 1997 trabalhou na iniciativa privada com projetos e consultoria na área de Saneamento. Ingressou na Fundação Estadual de Proteção Ambiental do Estado do Rio Grande do Sul em setembro de 1997, onde atua até a presente data. Endereço (1) : Rua Ouro Preto, 401/202 - Porto Alegre - RS - CEP: Brasil - Tel: (51) sedapi@fepam.rs.gov.br RESUMO A elaboração de diagnósticos de geração de cargas poluidoras industriais é dificultada, na maioria das vezes, pela ausência de índices de geração por tipo de atividade. Esses parâmetros constituem-se em excelente ferramenta para os casos em que não se tem dados suficientes para a identificação da poluição gerada. Até então, diagnósticos de geração de poluição industrial realizados por outros programas, como o Programa Nacional de Controle da Poluição Industrial - PRONACOP, utilizavam índices de instituições internacionais, como a Organização Mundial de Saúde ou então uma base de dados bastante restrita, seja em número de atividades, como a determinadas regiões. Este trabalho visa a geração de indicadores de vazão e de concentração para o cálculo simplificado das cargas orgânica e inorgânica presentes nos efluentes líquidos lançados por atividades industriais, levando-se em consideração aspectos característicos dos processos industriais desenvolvidos no estado do Rio Grande do Sul. Para quantificar os efluentes líquidos, foram calculadas as relações médias entre o volume de efluente gerado, por matéria-prima processada ou por produto fabricado. Para qualificar o potencial poluidor das diversas atividades industriais, selecionou-se parâmetros que caracterizassem os despejos industriais de acordo com a sua natureza, isto é, poluição de natureza orgânica, responsável pelo consumo do oxigênio dissolvido das águas ou de natureza inorgânica, aqui representada por metais pesados, devido ao seu potencial tóxico. PALAVRAS-CHAVE: Índices de Geração de Poluição, Efluentes Líquidos Industriais, Vazão. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 INTRODUÇÃO Índices de geração de poluentes por tipologia industrial tem sido bastante utilizados para a elaboração de diagnósticos da geração da poluição causada pelas indústrias, em todo o mundo, principalmente em locais onde não se tem como conhecer os dados reais. Entretanto, no Brasil, existem poucos trabalhos elaborados sobre o assunto. A FEPAM, Fundação Estadual de Proteção Ambiental do estado do Rio Grande do Sul, realizou, pela primeira vez, uma determinação preliminar de índices de geração de cargas poluidoras hídricas industriais em Diversas tentativas de vários órgãos foram realizadas para a elaboração de documentos que identifiquem a poluição gerada pelas indústrias no país, entretanto, a utilização de índices internacionais não condizem com a realidade dos nossos processos produtivos. Em vista disto, verificam-se distorções na aplicação destes índices, uma vez que os processos produtivos brasileiros possuem características diferenciadas de outros países que elaboraram índices de geração de poluentes, como por exemplo, maior volume de água utilizada por unidade de produto fabricado. Este trabalho apresenta as relações médias de vazão de efluente líquido por matéria prima ou por produto fabricado e uma proposta de índices simplificados para a caracterização das cargas poluidoras causadas por efluentes líquidos industriais, considerando os parâmetros: DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigênio - 5 dias) e os metais (cromo, ferro e níquel), de acordo com as características específicas das tecnologias utilizadas no Rio Grande do Sul. Foram utilizados para a elaboração dos índices, os dados levantados no Cadastramento Industrial realizado pela FEPAM - Fundação Estadual de Proteção Ambiental, através do Programa PRÓ-GUAÍBA, além da base de dados da Instituição. METODOLOGIA Através de consulta ao banco de dados da FEPAM, modelado em Oracle, foi elaborado um banco de dados com registros de dados de matérias-primas utilizadas no processo produtivo e registros de produtos fabricados, utilizando-se o software Microsoft Access. Para a elaboração das relações da vazão de efluentes por matéria-prima processada ou por produto fabricado, todos os dados de matérias-primas e produtos foram transformados para as mesmas unidades de medida. A seguir, partindo-se de consultas específicas de cada tipologia industrial, os dados foram plotados em planilha utilizando-se o aplicativo Excel, conferidos e trabalhados, obtendo-se as médias de geração de efluente líquido para diversos tipos de indústria, considerando a matéria-prima principal utilizada em cada processo produtivo ou o produto principal fabricado. As relações, mínima, média e máxima, de geração de efluente líquido por matéria-prima estão relacionadas conforme apresentadas na Tabela 1. Tabela 1: Relações de geração de efluente líquido por matéria-prima processada, por ramo de indústria. Ramo industrial vazão mínima vazão média vazão máxima unidade Fundição de metais ferrosos 0,0004 0,45 2,3 m³/t metal Fundição de Alumínio 0,0005 2,9 9,2 m³/t Al Cutelaria com tratamento de superfície 1,4 3,8 8,5 m³/t metal Artefatos metal com pintura sem tratamento de 0,003 0,70 3,4 m³/t metal superfície Artefatos metal sem pintura sem tratamento de 0,0012 0,3 1,1 m³/t metal superfície Cutelaria sem tratamento de superfície e sem pintura 1,4 7,8 20 m³/t metal Artefatos metal com tratamento de superfície 0,001 5,8 27,2 m³/t metal Móveis de metal com tratamento de superfície 0,5 2,4 10,7 m³/t metal ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Ramo industrial vazão mínima vazão média vazão máxima unidade Artefatos papel com operações molhadas 0,075 13,5 40,6 m³/t papel Curtume completo 0,50 0,61 0,83 m³/pele Curtume até wet blue 0,15 0,37 0,84 m³/pele Curtume pele ovina 0,0034 0,16 0,38 m³/pele Acabamento semi-acabado 0,24 0,51 0,86 m³/pele Acabamento recurtimento 0,023 0,05 0,097 m³/m² couro Matadouro/Frigorífico de bovinos 0,083 1,1 2,9 m³/cabeça Matadouro/Frigorífico de suínos 0,19 0,75 2,05 m³/cabeça Abatedouro de aves 0,0044 0,018 0,053 m³/cabeça Fabricação de embutidos 1,58 8,53 26,37 m³/t carne Leite e derivados 0,0004 0,0018 0,0067 m³/l leite Queijo 0,0004 0,0006 0,001 m³/l leite Pasteurização de leite 0,0001 0,0016 0,0052 m³/l leite Refino de óleos vegetais 0,033 0,14 0,33 m³/t grãos Vinícolas até 20 T uva processada/mês 0,14 13,7 39,3 m³/t uva Vinícolas - acima de 20 T uva processada/mês 0,0017 0,33 2,20 m³/t uva Fabricação de concentrado de suco 0,33 1,39 2,66 m³/t uva Gráfica - até 5 Kg tinta/mês 0,055 2,82 11,65 m³/kg tinta Gráfica - entre 5 e 80 Kg tinta/mês 0,001 0,58 2,48 m³/kg tinta Gráfica - acima de 100 Kg tinta/mês 0,0001 0,04 0,23 m³/kg tinta As figuras a seguir demonstram alguns exemplos da determinação das relações médias de vazão de efluente gerado por matéria-prima processada, calculadas nas planilhas. Figura 1: Matadouro/Frigorífico - Bovinos. M3 EFLUENTE/CABEÇA 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, CABEÇAS ABATIDAS/MÊS ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 2: Acabamento em Couros - Recurtimento. 0,10 0,09 0,08 M3 EFLUENTE/M2 COURO 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0, M2/MÊS DE COURO WET-BLUE A linha de tendência (em preto) na fig. 2 mostra que no processo de acabamento em couro há um aumento da geração de efluente por m² de couro processado, quando há o aumento de produção. Figura 3: Abatedouro de Aves. M3 EFLUENTE/CABEÇA 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0, CABEÇAS ABATIDAS/MÊS ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Figura 4: Curtume de Peles Bovinas - Até Wet Blue. M3 EFLUENTE/PELE 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, PELES/MÊS Figura 5: Leite e Derivados. 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0, M³ EFLUENTE/L DE LEITE PROCESSADO L DE LEITE PROCESSADO/MÊS A linha de tendência demonstra que os laticínios que processam quantidades menores de leite geram maior vazão de efluente líquido, por m³ de leite processado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Figura 6: Fabricação de Artigos de Metal com Tratamento de Superfície M3 EFLUENTE/T METAL T/MÊS DE METAL Aqui também a linha de tendência demonstra que quanto maior o consumo de matéria-prima (metal processado), menor a vazão de efluente líquido. Para a elaboração das relações da vazão de efluentes por tipo de produto fabricado, todos os dados foram transformados para as mesmas unidades de medida. As relações, mínima, média e máxima, de geração de efluente líquido por produto fabricado estão relacionadas na Tabela 2. Tabela 2: Relações de geração de efluente líquido por produto fabricado, por ramo de indústria. Ramo industrial vazão mínima vazão média vazão máxima unidade Beneficiamento de pedras com tingimento 0,20 13,4 47,8 m³/t pedra Beneficiamento de pedras sem tingimento 0,01 4,19 30,37 m³/t pedra Fundição de metais ferrosos 0,0006 0,22 0,74 m³/t metal Fundição de Alumínio 0,07 2,15 4,40 m³/t Al Artefatos de papel com operações molhadas 4,28 31,31 95,00 m³/t papel Curtume completo 0,50 0,66 0,83 m³/couro Curtume até wet-blue 0,06 0,37 0,83 m³/couro Curtume de pele ovina 0,02 0,17 0,38 m³/couro Produto de limpeza 0,02 1,0 3,90 m³/t prod. limpeza Fabricação de tinta 0,01 0,25 0,66 m³/m³ tinta Fabricação de sabão 0,05 0,22 0,47 m³/t sabão Beneficiamento de fibras com tingimento 26,6 128,7 539,1 m³/t tecido Fabricação de calçados 0,0002 0,0013 0,0086 m³/par Fabricação de cerveja/chope 0,0008 0,005 0,007 m³/l Fabricação de aguardente 0,0001 0,004 0,02 m³/l Fabricação de concentrado de suco 0,001 0,01 0,04 m³/l Fabricação de refrigerante 0,0005 0,001 0,002 m³/l ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Não foi possível estabelecer médias de vazão para todos ramos industriais devido à grande variabilidade de processos produtivos, produtos fabricados e porte das empresas. As figuras a seguir demonstram alguns exemplos da determinação das relações médias de vazão de efluente gerado por produto fabricado. Figura 7: Fábrica de Calçados. 0,010 0,009 M³ EFLUENTE/PAR DE CALÇADO 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0, PAR DE CALÇADO/MÊS A linha de tendência (em preto) demonstra que a vazão tende a diminuir com o aumento da produção. Figura 8: Curtume de Peles Bovinas - Completo. 0,90 0,80 M³ EFLUENTE/COURO CURTIDO 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0, COUROS/MÊS ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Figura 9: Fabricação de Tinta. 0,8 0,7 M³ EFLUENTE/M³ DE TINTA 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, M³/MÊS DE TINTA A linha de tendência demonstra um aumento da relação de lançamento de efluente por m³ de tinta fabricada, quando a produção é maior. Figura 10: Fabricação de Artefatos de Papel/Papelão com operações molhadas. 100 M³ EFLUENTE/T DE ARTEFATO DE PAPEL PRODUZIDO T/MÊS DE ARTEFATO DE PAPEL ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 Figura 11: Fabricação de Artigos de Metal com tratamento de superfície M3 EFLUENTE/T METAL T/MÊS DE METAL A linha de tendência demonstra que quanto maior a produção, menor a vazão de efluente líquido, por tonelada de metal beneficiado. Para qualificar o potencial poluidor das indústrias com despejos de natureza orgânica, foram selecionados os parâmetros Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO 5 ), por caracterizarem indústrias que produzem efluentes eminentemente orgânicos como: matadouros, abatedouros de aves, vinícolas e conservas vegetais. Para caracterizar os despejos de natureza inorgânica, foram selecionados os seguintes metais pesados: cromo, níquel e ferro. Estes metais estão presentes na maioria dos processos industriais de despejos inorgânicos, como por exemplo, as indústrias metalúrgicas em geral e especificamente aquelas com tratamento de superfícies metálicas (galvanostegias), importante ramo industrial no nosso Estado. Há indústrias que combinam as duas formas de poluição, como por exemplo, os curtumes, ramo industrial de elevada importância econômica e ambiental no estado do Rio Grande do Sul. Estes, considerados como de maior potencial poluidor hídrico, pertencem aos ramos duplamente avaliados, pois lançam efluentes com elevadas cargas de DQO, DBO 5 e de metais, principalmente cromo. Investigou-se então as concentrações dos parâmetros citados nos efluentes brutos, para cada ramo específico, a fim de desenvolver índices de geração por tipologia industrial. Para determinação das concentrações brutas, foram consultados laudos de análises físico-químicas e biológicas realizadas pelo laboratório do órgão ambiental desde 1979, contendo análises dos parâmetros: DQO, DBO5, Cr Total (cromo Total), Fe Total (ferro Total) e Ni (níquel), dos efluentes industriais das tipologias selecionadas. Os dados relativos às concentrações de poluentes foram planilhados, empregando o software Excel e foi determinada a média aritmética dos seus valores. Obteve-se assim, as concentrações médias, em mg/l, características dos efluentes brutos de cada tipologia industrial. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 A Figura 3, abaixo, mostra as concentrações médias dos parâmetros selecionados para os diversos ramos industriais. Tabela 3: Concentrações médias, em mg/l, de poluentes de cada tipologia industrial avaliada. Tipologia Industrial DQO DBO Cr Fe Ni Beneficiamento de pedras(mármore/granito/ardósia/etc.) Lapidação de pedras preciosas e semipreciosas ,150 14,000 - Siderurgia ,330 73,760 - Têmpera e cementação de aço ,410 0, ,160 Metalúrgica com galvanoplastia ,000 32,640 32,000 Fabricação de artigos diversos de metal ,020 5,390 0,090 Fundição ,313 18,750 Fabricação de chapas madeira aglomer./prensada, mineralizada Fabricação de papel, papelão, cartolina e cartão ,100 3,160 0,020 Curtume de pele bovina ao cromo - completo ,000 3,940 0,045 Curtume de pele bovina ao cromo - wet blue ,000 4,090 0,040 Curtume de pele ovina ao cromo ,280 3,940 0,045 Acabamento de couros - a partir do wet blue ,000 1,600 0,060 Acabamento em couros - a partir de semi-acabado ,700 1,600 0,060 Fabricação de cola animal , Fabricação de produtos derivados do processamento do ,280 4,319 0,038 petróleo Refinaria de petróleo ,280-0,110 Produção de óleos e gorduras vegetais e animais em bruto Fabricação de tintas e correlatos ,130 19,250 - Fabricação de produtos químicos ,880 3,580 - Fabricação de produtos farmacêuticos e/ou veterinários ,700 - Fabricação de sabões Beneficiamento de fibras têxteis ,290 3,000 0,009 Lanifício ,010 3,000 0,009 Engenho de arroz com parboilização Fabricação de conservas e doces ,500 - Fabricação de doces em pasta ,500 - Matadouro e/ou frigorifico Abatedouro de suínos e fabricação de embutidos Abatedouro de aves Abatedouro de aves e suínos Abatedouro de coelhos Fabricação de embutidos Beneficiamento de tripas animais Fabricação de pescado Fabricação de produtos derivados do leite Posto de resfriamento de leite Fabricação de balas, chocolates, caramelos e similares Fabricação de massas, bolachas e biscoitos Refino de óleos vegetais comestíveis e derivados ,850 - Fabricação de vinhos e/ou derivados Fabricação de vinagre ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10

11 Tipologia Industrial DQO DBO Cr Fe Ni Fabricação de aguardente e outros destilados Fabricação de cervejas, chope e maltes Fabricação de bebidas não alcóolicas Fabricação de refrigerantes Fabricação de sucos ,750 - Fabricação de concentrado de uva Uma vez conhecidas as concentrações características de DQO, de DBO5 e de metais, a vazão de lançamento dos efluentes líquidos e o número de dias de funcionamento da indústria por ano, pode-se calcular a carga poluidora, em T/ano, de cada parâmetro avaliado. Desta maneira, o cálculo das cargas brutas de poluentes, para cada indústria, dependendo de sua tipologia, poderá ser assim determinado: λ DQOB = Q. A. X DQO. N λ DBO5B = Q. A. X DBO5. N λ Cr B = Q. A. X Cr. N λ FeB = Q. A. X Fe. N λ Ni B = Q. A. X Ni. N onde: - λ DQOB, λ DBO5B, λ CrB, λ FeB e λ NiB representam as cargas brutas destes poluentes descarregadas anualmente, sendo expressas em T/ano; - Q representa a vazão de despejos de cada indústria, sendo expressa em m³/dia; - A é o coeficiente para transformação de unidades e é igual a 10-6 _L.T ; m3.mg - X DQO, X DBO5, X Cr, X Fe, X Ni, são as médias das concentrações específicas para cada tipologia industrial, de DQO, DBO 5, cromo total, ferro total e níquel, respectivamente, de acordo com os valores calculados e apresentados no Quadro 3; e - N é o número de dias trabalhados, podendo corresponder a 100, 120, 180 ou 320 dias/ano, dependendo da tipologia industrial. Exemplos dos cálculos das cargas orgânicas brutas são apresentados a seguir: 1) Abatedouro de Aves Se a vazão do abatedouro exemplificado é de 1500 m³/dia: λ = Q. A. X DBO5B DBO5. N λ DBO5B = = 818,4 T/ano ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 11

12 2) Vinícolas: Se a vazão da vinícola exemplificada é de 150 m³/dia: λ DBO5B = Q. A. X DBO5. N λ DBO5B = = 34,9 T/ano CONCLUSÕES Este trabalho representa uma primeira aproximação da caracterização dos efluentes líquidos das indústrias do estado do Rio Grande do Sul que estão sendo lançados nos corpos hídricos. Através de uma metodologia simplificada, obteve-se um importante instrumento o qual permite que sejam realizados diagnósticos de cargas poluidoras hídricas potenciais, originadas por efluentes líquidos industriais. A avaliação das indústrias como fonte de poluição orgânica, inorgânica ou ainda de poluentes combinados e a identificação daquelas que necessitam instalar ou otimizar sistemas de tratamento de efluentes, contribui para o planejamento do uso dos recursos ambientais, aliado ao desenvolvimento industrial. Também é útil na implementação de programas de prevenção e controle de poluição, visando a melhoria da qualidade dos recursos hídricos do Estado. Até mesmo para as indústrias, suas entidades colaboradoras, os profissionais da área e a comunidade em geral, é importante o conhecimento dos potenciais poluidores das atividades industriais, para a escolha de locais menos comprometidos para expansão e instalação de novas atividades, para cientificar-se de sua evolução no controle de poluição ou para o conhecimento das áreas concentradoras de ramos industriais poluidores. Estas informações, além de subsidiar o planejamento para o desenvolvimento industrial, tem importante repercussão no que se refere ao conhecimento da situação atual, podendo ser utilizada para avaliações futuras. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 12