II AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DE UMA INDÚSTRIA SUCRO-ALCOOLEIRA

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1 II-11 - AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DE UMA INDÚSTRIA SUCRO-ALCOOLEIRA Irene Maria Chaves Pimentel (1) Graduanda em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas UFAL. Bolsista de iniciação tecnológica do CNPq. Aline Cristina Vieira de Menezes Graduanda em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas UFAL. Bolsista de iniciação tecnológica do CNPq. Nélia Henriques Callado Engenheira Civil formada pela Universidade Federal de Alagoas (UFAL), Doutora em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) / Universidade de São Paulo (USP), Professora Adjunta do Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas - CTEC/UFAL. Valmir de Albuquerque Pedrosa Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal de Alagoas (UFAL), Doutor em Recursos Hídricos pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) / Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Professor Adjunto do departamento de Águas e Energia do Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas DAE/CTEC/UFAL. Endereço (1) : : Rua ª,, Conjunto Cidade Universitária, Cidade Universitária, Maceió/AL. CEP ; fone: () / irenemcp@yahoo.com.br RESUMO A qualidade da água tem se tornado uma preocupação constante em diversas indústrias, principalmente, no setor sucro-alcooleiro. Tendo a S. A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool, como estudo de caso, e verificando que a mesma concentra um consumo considerável de água na lavagem da cana-de-açúcar e outros usos. Várias etapas da produção necessitam de água que atendam ao padrão de potabilidade, outras, apenas os de balneabilidade e algumas de tratamento específico para determinado fim, de forma que se possa obter um melhor produto final. Além disso, é prática comum o uso da fértil-irrigação com vinhaça águas residuárias para evitar o descarte em mananciais. Com base nessas informações buscou-se avaliar o sistema de tratamento de efluente, composto por lagoas de sedimentação e de estabilização, através de parâmetros físico-químicos e a eficiência do mesmo. Após análises desses parâmetros, chegou-se a conclusão de que o sistema de tratamento utilizado apresenta baixa eficiência de remoção de sólidos totais e DQO, e que a baixa eficiência de remoção de matéria orgânica pode ser devida a uma deficiência nutricional além de curtos circuitos. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de resíduos, Indústria sucro-alcooleira, Lagoas de sedimentação, Lagoas de estabilização, Avaliação de sistema de tratamento. INTRODUÇÃO A água representa insumo fundamental à vida, configurando elemento insubstituível nas atividades humanas, além de manter o equilíbrio do meio ambiente. O acelerado crescimento populacional no mundo tem conduzido ao aumento da demanda de água, o que vem ocasionando, em várias regiões, problemas de escassez desse recurso, além da degradação nos mananciais. Com relação à degradação, os corpos hídricos têm capacidade de diluir e de assimilar esgotos e resíduos mediante processos físicos, químicos e biológicos, que proporcionam a sua autodepuração. Entretanto, essa capacidade é limitada em face da quantidade e qualidade de recursos hídricos existentes (SETTI et al, 1). O tratamento prévio de esgotos urbanos e industriais é fundamental para conservação dos recursos em padrão de qualidade compatíveis com a sua utilização para os mais diversos fins. No processo de fabricação de açúcar e álcool, altos volumes de água são extraídos através da ebulição do caldo durante a condensação para obtenção do açúcar. Além destas, maiores volumes são captados em mananciais, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 que após sua utilização no sistema de lavagem de cinzas e gases de caldeiras, embebição e resfriamento de moendas, e lavagem da própria matéria prima, são parcialmente tratadas e destinadas a fertirrigação juntamente com a vinhaça. Existem diferentes métodos, tradicionais ou não, seja para a retirada de impurezas da cana, seja para a correção do ph e tratamento e/ou reúso da água, ou para o controle de vazão sem linearidade. No Brasil os processos de tratamento utilizados para as ALC dependem do tipo de sistema empregado: se, são sistemas abertos, quando não se faz o reúso das águas, ou se são fechados ou semifechados, quando se faz o reúso das águas. Esses processos envolvem tratamento primário, em caixas de sedimentação, lagoas de decantação ou decantadores convencionais; e tratamento secundário, compreendendo a bio-estabilização desses efluentes em lagoas anaeróbias, juntamente com outras do tipo facultativas (CETESB, 191). OBJETIVO Este trabalho objetivou estudar o desempenho do sistema de tratamento de efluentes da S. A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool, que é composto de um decantador circular e lagoas de sedimentação como tratamento preliminar; seguido por lagoas de estabilização, em série e em paralelo, como tratamento secundário. METODOLOGIA Esse trabalho foi desenvolvido dentro da unidade industrial S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool-Matriz, e o princípio metodológico utilizado, envolveu três ações específicas: identificação do fluxograma das águas que vão ao sistema de tratamento da mesma, medições de vazões e caracterizações físico-químicas. Os parâmetros que foram analisados envolveram determinações de temperatura, sólidos totais, sólidos fixos, sólidos voláteis, sólidos sedimentáveis, ph, alcalinidade, nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato, fosfato, DQO e ácidos voláteis. Os dados obtidos para o efluente final do sistema de tratamento foram comparados com os recomendados pela resolução CONAMA37/ e Decreto Estadual /, de Alagoas, no que diz respeito aos padrões de lançamento de efluentes. As concentrações de ácidos voláteis foram medidas por titulação direta, segundo métodos descritos por Dilallo & Albertson (191), e o procedimento descrito por Ripley, et al (19), foi utilizado para as análises de alcalinidade como CaCO 3. As demais análises foram realizadas segundo Standard Methods for the Examination of the Water and Wastewater (APHA, 199). As análises foram realizadas no Laboratório de Saneamento Ambiental (LSA) da Universidade Federal de Alagoas, localizado no Campus A.C. Simões/UFAL, na cidade de Maceió, a 11 km da Usina Coruripe. Para as medições de vazões nos condutos forçados foi utilizado equipamento ultrassônico portátil de correlação por tempo de trânsito digital, Modelo DCT-7. As medições nos canais abertos foram realizadas medindo-se a área molhada através da altura da lâmina líquida, seção do canal, e a velocidade média de escoamento, utilizando molinete, e aplicando a equação da continuidade. RESULTADOS O sistema de pré-tratamento de águas residuárias da Usina Coruripe é composto de decantador circular, com m de diâmetro, que recebe as águas de lavagem de cana, e de duas lagoas de sedimentação (denominadas Lagoa A com 7ha e B com 9ha), que recebe a descarga de fundo do decantador circular e as demais águas residuárias. O descarte de fundo do decantador circular é feito na lagoa de sedimentação B e as águas de lavagem de pisos da usina e destilaria e as águas de lavagem de cinzas e de gases são descartadas na Lagoa A. As águas residuárias afluentes às lagoas de sedimentação A e B, após sedimentação, são descartados numa lagoa de estabilização denominada de Lagoa C, com ha. O efluente da lagoa C é encaminhado a outras duas lagoas de estabilização, em paralelo, denominadas de Lagoas D (ha) e E (7ha). O efluente dessas duas lagoas se ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

3 reúne em outra lagoa de estabilização denominada de Lagoa F (1ha), cujo efluente é finalmente descartado na lagoa de estabilização G (3ha). As lagoas F e G possuem comportas que alimentam o canal do poço de sucção de duas elevatórias que recalcam água, depois de tratadas, para o canavial. A Figura 1 mostra, esquematicamente o sistema de tratamento de efluentes líquidos da Usina Coruripe. Figura 1. Esquema geral do sistema de tratamento de efluentes da Usina Coruripe. Analisando-se o fluxo de água na indústria estima-se que a vazão afluente a lagoa de sedimentação A é da ordem de 3. m 3 /h, enquanto que a da lagoa B é de 1.3 m 3 /h. Dessa forma, a vazão total de água residuária enviada para o canavial é de.3m 3 /h. Para avaliar a eficiência do sistema de tratamento foram feitas análises físico-químicas dos afluentes das lagoas A e B, e do efluente final, da lagoa G. Os dados de ph, alcalinidade total, sólidos totais e sólidos sedimentáveis, obtidos ao longo da safra / estão apresentados graficamente nas Figuras. Pelo gráfico da Figura verifica-se que o ph afluente a lagoa A esteve sempre na faixa ácida, variando de,3 a,3, com exceção do ponto do dia 1 de fevereiro que foi de,1, no entanto nessa semana a Usina já havia parado de moer. Já o da Lagoa B, era superior ao da Lagoa A, variando de, a 1,97. E o efluente final da Lagoa G apresentou-se crescente ao longo da safra, iniciando em,11 atingindo, no final da safra. Em fevereiro, depois de suspensa as atividades da Usina o ph voltou a caiu para,. Tanto a Resolução CONAMA n. 37/ quanto o Decreto estadual / estabelecem que o padrão de emissão de efluentes para o ph deve está situado na faixa de a 9. Assim, com relação a esse parâmetro verifica-se que o efluente final atendia a legislação. Com relação à alcalinidade esta variou, na entrada da Lagoa A, de 3mg.CaCO 3 /L a mg.caco 3 /L, com valor médio de mg.caco 3 /L e desvio padrão de 11mg.CaCO 3 /L, enquanto na Lagoa B essa variação foi de mg.caco 3 /L a 17mg.CaCO 3 /L, com valor médio de 9mg.CaCO 3 /L e desvio padrão de mg.caco 3 /L. No efluente final a alcalinidade total variou de 7mg.CaCO 3 /L a 1mg.CaCO 3 /L, com valor médio de 11mg.CaCO 3 /L e desvio padrão de 7mg.CaCO 3 /L. Alcalinidades relativamente baixas compatíveis com os valores de ph observados, e com predominância de alcalinidade intermediária (devida a ácidos fracos), provavelmente devido ao acúmulo de ácidos provenientes da degradação da matéria orgânica presente. Os dados obtidos mostram que a concentração média de ácidos voláteis no afluente da Lagoa A foi de mg/l com desvio padrão de 77mg/L, superior aos dados da Lagoa B, cujo valor médio foi de 1mg/L e desvio padrão de 1mg/L. No efluente final a concentração média de ácidos voláteis foi de mg/l e desvio padrão de mg/l. As concentrações de oxigênio dissolvido na entrada das lagoas variaram de,3mg/l a,mg/l, enquanto que no efluente final variou de,7 a,3mg/l. Com relação a temperatura, o afluente da Lagoa A (de 3 o C a o C) era sempre superior a da Lagoa B (de o C a 37 o C), visto que a Lagoa recebe as águas quentes de lavagem de cinzas e gases. Já no efluente final a temperatura variou de C a 3 C, valores sempre dentro do recomendado pela CONAMA 37/ e pelo Decreto /, que estabelece como máximo C. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 1 1, Variação do ph 7, Variação de ph 1 7, ph, 7, ph,, 9 -s e t 9 -se t 19 -o ut -n o v -n o v 1 -d e z 7 -ja n 7-ja n 1 -fe v 9 -s e t 9 -se t 1 9 -o u t -n o v -n o v 1 -d e z 7 -ja n 7 -ja n 1 -fe v 3 Variação de Alcalinidade Total Variação de Alcalinidade Total Alcalinidade Total 1 1 Alcalinidade Total set 9-set 19-out -nov -nov 1-dez 7-jan 7-jan 1-fev Variação dos Sólidos Totais Variação de Sólidos Totais Sólidos Totais 3 Sólidos Totais se t 9 -s e t 1 9 -o u t -n o v -n o v 1 -d e z 7 -ja n 7 -ja n 1 -fe v 9 -s e t 9 -se t 1 9 -o u t -n o v -n o v 1 -d e z 7 -ja n 7 -ja n 1 -fe v Variação de Sólidos Sedimentáveis 1 Variação de Sólidos sedimentáveis 1 Sólidos Sedimentáveis Sólidos Sedimentáveis 1 1 Safra / Legenda: Lagoa A, Lagoa B, Saída das Lagoas. Figura. Gráficos de variação de ph, alcalinidade, sólidos totais e sedimentáveis na safra /. No que diz respeito a concentração de sólidos totais verificou-se que a concentração média afluente foi de 1mg/L na Lagoa A, e de mg/l na Lagoa B. Na lagoa A a relação SF/ST foi de,, e na Lagoa B foi de, indicando a predominância de sólidos voláteis. A maior relação SF/ST para a Lagoa B indica que a concentração de sólidos fixos era maior que a da Lagoa A. Na lagoa B os sólidos fixos são devido a presença de areia proveniente da lavagem de cana, enquanto na Lagoa A são provenientes das cinzas da queima do bagaço de cana nas caldeiras. No efluente final das lagoas a concentração média de sólidos totais foi de 1mg/L, com relação SF/ST de,1, indicando a predominância de sólidos voláteis. A eficiência do sistema com relação a esse parâmetro foi baixa, na ordem de %. No entanto, a eficiência de remoção de sólidos sedimentáveis foi de 73%, cuja concentração média no afluente ao sistema de lagoas foi de 1mL/L, enquanto que no efluente final foi de 3,7mL/L. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

5 Apesar da alta eficiência de remoção de sólidos sedimentáveis observada, o efluente final ainda apresenta-se fora dos padrões estabelecidos tanto a Resolução CONAMA n. 37/ quanto pelo Decreto estadual /, que estabelecem como limite máximo 1mL/L. Os gráficos da Figura 3 apresentam os valores de DQO, cloretos, nitrogênio amoniacal e fosfato, obtidos no afluente e efluente do sistema de lagoas. 1 Variação de DQO Variação de DQO DQO 1 1 DQO se t 9 -s e t 1 9 -o u t -n o v -n o v 1 -d e z 7 -ja n 7 -ja n 1 -fe v 3 Variação de Cloretos 1 Variação de Cloretos Cloretos 1 1 Cloretos 3 -s e t -o u t 9 -n o v 9 -n o v 1 9 -d e z -ja n -ja n 1 7 -fe v 3 -o u t 3 -o u t 1 -n o v -d e z -d e z 1 1 -ja n 3 1 -ja n -fe v 1 Variação de Nitrogênio Amoniacal 1 Variação de Nitrogênio Amoniacal 1 1 Nitrogênio Amoniacal 1 1 Nitrogênio Amoniacal 1 1 -s e t 1 -o u t 3 -o u t 1 9 -n o v 9 -d e z 9 -d e z 1 -ja n 7 -fe v -s e t 1 -o u t 3 -o u t 1 9 -n o v 9 -d e z 9 -d e z 1 -ja n 7 -fe v Variação de Fosfato Variação de Fosfato 7 Fosfato 1 1 Fosfato 3 3 -o u t 3 -o u t 1 -n o v -d e z -d e z 1 1 -ja n 3 1 -ja n -fe v Legenda: Lagoa A, Lagoa B, Saída das Lagoas. Figura 3. Gráficos de variação de DQO, cloretos, nitrogênio amoniacal e fosfato na safra /. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

6 Pela Figura 3 verifica-se que a DQO afluente a lagoa A variou de 7mg/L a 1.mg/L, com média de 3.mg/L, com exceção do ponto do dia 1 de fevereiro que foi de 1.mg/L, no entanto nessa semana a Usina já havia parado de moer. Já a variação de DQO da Lagoa B, foi de 7mg/L a 7.mg/L, apresentando uma média de.7mg/l, sempre inferior a Lagoa A. E o efluente final da Lagoa G variou de 3mg/L a.mg/l, obtendo uma média de 1.9mg/L. A eficiência média de remoção de DQO foi de apenas 3%. Vale ressaltar que os valores de DQO no efluente final do sistema apresentaram concentrações decrescentes ao longo da safra. As lagoas de estabilização, D e E recebem adição de uma população combinada de quatro microrganismos degradadores da matéria orgânica presente nos efluentes, em processo de bioaumentação. Provavelmente o decréscimo na concentração de DQO deva-se ao fato do aumento da população de microorganismos presentes no sistema de lagoas devido ao processo de bioaumentação. Mesmo com a diminuição dessa matéria orgânica, o sistema não atendeu aos padrões citados pelo Decreto Estadual /, que estabelece valores inferiores à 1mg/L. Com relação ao nitrogênio amoniacal este variou, na entrada da Lagoa A, de,1mg/l a 13mg/L, com valor médio de,mg/l e desvio padrão de,mg/l, enquanto na Lagoa B essa variação foi de,mg/l a 1mg/L, com valor médio de,mg/l e desvio padrão de,3mg/l, com exceção do ponto do dia 1 de fevereiro que foi de,mg/l, período em que a Usina já estava parada. No efluente final o nitrogênio amoniacal variou de,mg/l a 1mg/L. Os valores obtidos de estiveram sempre dentro do recomendado pela CONAMA 37/ que estabelece como máximo mg/l de nitrogênio amoniacal total, mas acima do estabelecido pelo Decreto / que limita em,mg/l. Verificou-se que a variação de fosfato no afluente da lagoa A foi de,mg/l a 3,mg/L, apresentando uma média de 1,3mg/L e desvio padrão de 9mg/L, sempre crescente, com exceção do dia 1 de fevereiro apresentando variação de,3mg/l, período em que a Usina havia encerrado suas atividades. A lagoa B sempre mostrou uma variação de fosfato abaixo dos valores obtidos para a lagoa A, variando de,mg/l a,mg/l, com média de,mg/l e desvio padrão de,mg/l. A variação no efluente das lagoas oscilou entre,mg/l a 7mg/L, com um valor médio de mg/l e 1,7mg/L de desvio padrão. Quando se trata de processo biológico de tratamento, é necessário proporcionar condições adequadas ao crescimento dos microrganismos, para que não haja deficiência nutricional. Para o processo aeróbio o requerimento nutricional é na proporção 1::1 (C:N:P), já para o processo anaeróbio esse requerimento é de ::1 (C:N:P). Para o sistema de lagoas da Usina Coruripe, a relação média C:N:P foi de 177:1,:1 para o afluente, e de 197:1,7:1 para o efluente final. Assim verifica-se que os nutrientes presentes na atendiam ao requerimento nutricional necessário, tanto para o processo aeróbio quanto anaeróbio. Como os microrganismos utilizados na bioaumentação das lagoas D e E são heterótrofos anaeróbios, para atender para atender o requerimento nutricional desejado para o processo anaeróbio, seria necessária suplementação com nitrogênio de 3mg/L e fósforo de,mg/l. Talvez, a baixa eficiência do sistema em relação a remoção de DQO se deva a deficiência nutricional ou a problemas hidráulicos devido a ocorrência de bancos de lodo e existência de curtos circuitos. Observou-se que a variação na concentração de cloretos no afluente da lagoa A foi de 7,7mg/L a 1mg/L, apresentando uma média de 7mg/L e desvio padrão de mg/l, e sempre ram superiores aos valores observados para a Lagoa B, cujos valores variaram de 1mg/L a mg/l, com média de 1mg/L e desvio padrão de 7mg/L. A variação no efluente final das lagoas oscilou entre mg/l a 9mg/L, com um valor médio de mg/l e 317mg/L de desvio padrão. A alta concentração de cloretos está relacionada à água de abastecimento da indústria, a qual é prioritariamente captada no Rio Coruripe que possui elevada concentração desse sal. Atualmente a Usina Coruripe possui descarte zero em mananciais, todo o efluente líquido gerado é recalcado juntamente com a vinhaça para fértil-irrigação da cana-de-açúcar. No entanto, segundo Menezes et al () há uma grande preocupação em relação à quantidade de água que está direcionada ao canavial. Uma vez que em períodos de estiagem toda água residuária é absorvida na irrigação, no entanto em períodos chuvosos, a quantidade de água destinada ao canavial é reduzida para evitar que ocorra um excesso de água no subsolo, tendo como conseqüência, um acúmulo de água nas lagoas de tratamento. A paralisação do bombeamento de efluente para o canavial desequilibra o balanço hídrico nas lagoas, que se vêem com excesso de água, dificultando o tratamento em andamento, bem como constitui, de alguma maneira, um risco para o ambiente local. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

7 CONCLUSÕES Os resultados desse trabalho permitem concluir que: O sistema de tratamento utilizado apresenta baixa eficiência de remoção de sólidos totais e DQO, e que a baixa eficiência de remoção de DQO pode ser devida a uma deficiência nutricional além de curtos circuitos; O efluente final não se enquadra dentro dos padrões de lançamento da Resolução CONAM.A 37/ e do Decreto Estadual /, principalmente no que diz respeito a DQO e sólidos sedimentáveis; Em situações normais, ausência de chuvas, o campo utiliza toda água descartada pela indústria. Sendo assim fica estabelecido quase que um regime permanente de vazões em todos dos processos, desde a captação até o lançamento das águas residuárias nas lagoas de decantação. Em momentos de chuvas moderadas e intensas fazse desnecessária a irrigação. Uma vez a Usina possui cana própria, a demanda para irrigação contribui sobremaneira para definir o volume de água a ser captado, a redução do consumo de água passa por uma negociação entre a irrigação e a necessidade industrial. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. SETTI, A. A.; LIMA, J. E. F. W.; CHAVES, A. G. de M.; PEREIRA, I. C. Introdução ao Gerenciamento de Recursos Hídricos. Agência Nacional de Energia Elétrica; Agências Nacionais de Águas, 3ª ed., Brasília, 1.. DILALLO, R.; ALBERTSON, O. E. (191). Volatile acids by direct titration. Journal Water Pollution Control Federation, v. 33, n., p RIPLEY, L. E.; BOYLE, W. C.; CONVERSE, J. C. (19). Improved alkalinimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal Water Pollution Control Federation, v., STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER (199). 19th ed. Amer. Public Health Association/ American Water Works Association, Water Environmental Federation, Washington, D.C., USA, 113 p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7