Através da Utilização de Processo de Separação por Membranas. Léo / Wagner

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - UFSC PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS Destino Ambientalmente Correto a Rejeitos de Queijaria Através da Utilização de Processo de Separação por Membranas Léo Serpa, Wagner Luiz Priamo, Valéria Reginatto

2 Introdução Utilização industrial do leite Doces Manteigas RIISPOA (30.691/52) EUA Leite Queijos Iogurtes Leite Fluido Produto para a alimentação animal Soro 85% a 90% (HOSSEINI et al. 2003) 90% soro aproveitado: pó ( t em 2001) De 1998 a Brasil Importação de mais de t (USDEC, 2004; ALMEIDA et al., 2001)

3 Introdução Brasil Sexto maior produtor mundial de leite Taxa anual de aumento de produção de 4 % Produção de leite: 22,6 bilhões de litros/ano Produção brasileira de queijo: 488 mil toneladas/ano Produção de soro: 439,2 milhões de litros/ano Problema ambiental com DBO de a mg/l Desperdício econômico Desperdício nutricional Desperdício tecnológico

4 Introdução Brasil Soro de queijo apresenta uma DBO de 30 a60 g/l e uma DQO de 50 a 80 g/l Origem: grande parte de empresas de pequeno porte 40 %de sua carga orgânica é lactose

5 Introdução Objetivo Criar alternativas para reduzir os desperdícios de soro de queijo, minimizando o impacto ambiental Retenção de Proteínas e Gorduras (Ultrafiltração) Água Lagoas Lodo Ativado Lagoas Fabricação de Produtos Queijaria Bebida Láctea

6 Revisão Bibliográfica Soro de queijo Água... 93,3939 (±0,44) % Extrato seco total (EST)... 6,61 (±0,44) % Gorduras... 0,43(±0,19) % Extrato seco desengordurado (ESD) Proteínas... 0,78 (±0,25) % Lactose... 4,90 (±0,11) % Minerais... 1,59 (±0,02) % FONTE: OLIVEIRA (1986); PEREIRA (1992); LINDEN (1996); TRONCO (1997); KAR (1999); FARRO e VIOTTO (2003)

7 Revisão Bibliográfica Efluentes de Queijarias Soro de queijo Gordura Vitaminas hidrossolúveis Ácidos Lactose Proteínas Caseínas (MM ) α -lactoalbumina (MM -B ) β -lactoglobulina (MM -A e B ) BSA (MM ) Imunoglobulinas (MM a ) 000) Outras (Lactoferrina MM )

8 Revisão Bibliográfica Aproveitamentos de soro de queijo Bebidas Pães Extratos Fermento de panificação Antibióticos Substratos para biofermentação Concentrados proteicos

9 Queijaria Efluente Soro de Queijo Membrana de Daltons Proteínas e gordura MM > (α -lactoalbumina (MM ) e β -lactoglobulina (MM ) Lactose, minerais e água MM < Membrana de Daltons Lactose Concentrada MM < Daltons Bioreator com E. coli recombinante Água e minerais Biomembrana Biopolímero Esquema do projeto Lagoas

10 Material e Métodos Queijaria Efluente Soro de Queijo Membrana de Daltons Proteínas e gordura 1 MM > (α -lactoalbumina (MM ) e β -lactoglobulina (MM ) 1 Qualidade sanitária do retentado 2 Fouling e polarização de concentração 3 Produção eficiente de biopolímero a base de lactose 4 Resistência mecânica da biomembrana 4 Gargalos do Projeto Variáveis intervenientes Lactose, minerais e água MM < Biomembrana Membrana de Daltons Lactose Concentrada MM < Daltons Bioreator com E. coli recombinante 3 Biopolímero Água e minerais Lagoas

11 Alternativas Proposta Proposição de sistemas alternativos para tratamento e/ou aproveitamento de soro de queijo com avaliação financeira e análise econômica

12 Alternativas Sistema Resíduo Resíduo Retorno Lodo Impacto Líquido Sólido Econômico Tradicional Alto Médio Médio Alto Nulo Tratamento com lodo Alto Baixo Médio Alto Nulo ativado Membranas Alto Médio Nulo Baixo Médio Bebida láctea Nulo Nulo Nulo Nulo Médio

13 Sistema Tradicional Deficiências nutricionais Problemas de coagulação Excesso de sólidos

14 Sistema Tradicional mpas ias Lim cnologi Tec Destino direto para lagoas

15 Sistema por Lodo Ativado mpas ias Lim cnologi Tec

16 Sistema por Membranas mpas ias Lim cnologi Tec

17 Processo de Separação por Membranas mpas ias Lim cnologi Tec Módulo piloto Módulo de bancada

18 Soro tratado com sistema de separação por membranas Amostras de soro Soro Permeado Soro Bruto Soro Concentrado

19 Resultados de Lactose Lactose (%) Soro Bruto Concentrado Permeado Ensaios Experimentais

20 Sistema destinado a fabricação de produtos mpas ias Lim cnologi Tec Bebida láctea

21 Custos e Economias Custos Economias Custos fixos (CF) Economia de escopo Custos variáveis (CV) Economia de escala Custos totais (CT) Custos fixos médios (CFMe) Custos marginais (Cmg) Custos médios (CMe)

22 Custos e Economias Tabela 4. Diferentes diluições de soro de queijo em sistemas de tratamento através de lodo. Diluição TRH Remoção de DQO (%) 100 x 6 93,6 (±1,6) 50 x 12 96,5 (±1,4) 25 x 24 94,7 (±3,3) 10 x 36 95,3 (±1,8)

23 Custos e Economias 180 1,80 1,50 1,2 0 0,90 0,60 0,30 0, x 50 x 25 x 10 x Diluição do Soro em Vezes Figura 1. Relação de custo para tratamento de 1000 L de soro de queijo através de lodo ativado e sua relação com o número de vezes de diluição.

24 Sistema Misto Tabela 5. Custos do sistema de tratamento por membranas para cada 1000 litros de soro tratado. Litro/dia CF CV Cmg CFMe CMe ,00 40,00 40,00 28,38 68, ,00 20,00-20,00 14,49 34, ,00 15,56-4,44 9,86 25, ,00 12,50-3,06 7,69 20, ,00 10,67-1, ,27 16, ,00 9,44-1,22 5,33 14, ,00 8,57-0,87 4,74 13, ,00 8,33-0,24 7,15 15, ,00 7,78-0,56 6,42 14, ,00 10,67 2,89 5,90 16, ,00 10,30-0,36 5,42 15, , ,72-0, ,02 14, ,00 9,23-0,49 4,72 13, ,00 9,05-0,18 4,43 13, ,00 8,67-0,38 4,17 12, ,00 8,33-0,33 5,38 13, ,00 8,04-0,29 5,14 13, ,00 7,96-0,08 4,89 12, , ,72-0, ,69 12, ,00 7,67-0,05 4,49 12,15

25 Sistema Misto 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Volume de Leite Industrializado (L/ dia) Figura 2. Curva de custo médio (CMe) referente a laticínios produtores de queijo com volumes de 1000 a litros de leite processado/dia.

26 Conclusões O soro de queijo é destinado d a tratamentot t de efluentes com uma alta carga orgânica, 6,30% (0,49) de sólidos presentes, dentre eles proteínas, gordura e lactose, elementos altamente nutritivos a alimentação humana, atualmente desperdiçados como rejeitos. A minimização i i dos rejeitos aliado aoaproveitamento t destes na alimentação humana poderia ser efetivada com a simples utilização deste no fabrico de bebida láctea.

27 Conclusões Se destinado a tratamento de efluentes, o tratamento através de membranas mesmo representando altos custos operacionais, apresentam uma eficiência de 100% de retenção de gordura e proteína, e se agregado com o sistema de lodo ativado, este pode reduzir a DQO em 95,30% (±1,8) consumindo a lactose presente. Definiu-se como volume ótimo de tratamento litros de soro dia, considerando os custos do sistema de tratamento por membranas e as características ideais para tratamento através de lodo ativado.

28 Grupo de Pesquisa em Tecnologias Limpas no Processamento de Alimentos Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos Centro de Ciências Agrárias Universidade Federal de Santa Catarina eamante@cca.ufsc.br

29 OBRIGADA! Tecnologias Limpas