ESTUDO DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES DE UMA FÁBRICA DE

ESTUDO DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES DE UMA FÁBRICA DE PAPEL PARA IMPRIMIR VISANDO O REUSO POR FLOTAÇÃO E SEDIMENTAÇÃO TREATMENT OF EFFLUENTS OF A PRINT PAPER INDUSTRY BY FLOTATION AND SEDMENTATION SEEKING REUSE RICARDO NAGAMINE COSTANZI Docente da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Doutorando pela Escola Politécnica da USP, Mestre em Engenharia Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos/USP, Graduado em Engenharia Civil pela UFSCar LUIZ ANTONIO DANIEL Docente da Escola de Engenharia de São Carlos/USP, Doutor em Engenharia Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos/USP, Mestre em Engenharia Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos/USP RESUMO As fábricas de papel são grandes consumidoras de água, desta forma faz-se necessário um maior reuso das águas existentes e originadas no processo. Este trabalho visa estudar a eficiência da flotação por ar dissolvido e da sedimentação no tratamento do efluente da máquina de papel visando o reuso indireto. O efluente tratado apresenta, na maioria dos ensaios feitos, qualidade melhor que a água do manancial que abastece a indústria, sobretudo no que se refere a turbidez, cor e sólidos suspensos. Em alguns casos, notadamente para a flotação, a qualidade do efluente tratado é semelhante à saída da Estação de Tratamento de Água. Desta forma, os processos de tratamento estudados produziram efluentes com turbidez, cor, DQO e sólidos suspensos baixos, o que indica possibilidade de reuso direto ou combinado com a água bruta afluente à Estação de Tratamento de Água para fins industriais. PALAVRAS-CHAVE: Fábrica de Papel, Flotação por Ar Dissolvido, Sedimentação, Reuso de Efluentes ABSTRACT The paper industries are great consumers of water, this fact turns necessary a larger reuse of waters existent and originated in the process. This work presents a study of treatment wastewater paper machine efficiency by dissolved air flotation and by sedimentation seeking the indirect reuse. The treated wastewater presents better quality than the untreated water uses by industry in most of the tests, mainly in turbidity, color and suspended solids. In some cases, especially in dissolved air flotation, the quality of the treated wastewater is similar of the water produced by water treatment facility. The treatment processes studied produced water with low turbidity, color, COD and suspended solids, what indicates possibility of direct reuse or combined reuse with the untreated water used in Water Treatment Facility for industrial ends. KEYWORDS: Paper Industry, Dissolved Air Flotation, Sedimentation, Water Reuse INTRODUÇÃO Os recursos hídricos vêm sendo degradados rapidamente nas últimas décadas devido ao desenvolvimento caótico e desordenado da urbanização imposta por políticas industriais e de expansão urbana incompatíveis com o desenvolvimento sustentável e, particularmente, com a proteção e manutenção dos corpos de água. A demanda crescente do uso de água pelas indústrias, pela agricultura, pela população urbana e por outras atividades associada com a escassez de oferta em certos locais tem gerado conflitos e conferido a água um grande valor econômico. Deste modo, a imposição de custos de consumo e de uso influem na maneira e na cultura de utilização da água. Atualmente, a tendência de diminuição da oferta de água com qualidade apropriada aos tratamentos convencionais aplicados nas Estações de Tratamento de Água (ETA); do surgimento constante de uma legislação ambiental mais restritiva e com aumento de sanções; do aumento de custo associado ao controle de poluição, disposição de resíduos sólidos e de efluentes líquidos; do aumento da pressão comercial pelo abastecimento, consumo e disposição, tanto do produto final como dos produtos intermediários; do aumento da informação por parte daqueles que investem nas companhias em vista da inclusão dos custos associados com as obrigações do controle ambiental e o princípio poluidor-pagador; juntamente com o consumo elevado de água de alguns tipos de indústrias inserem a necessidade de implantação de novos projetos, os quais concentrem as práticas de tratamento para originar fontes de reuso e recirculação interna nas indústrias. As fábricas de papel inserem-se entre os tipos de indústrias consumidoras de grande quantidade de água. Na fábrica 156

Tratamento dos efluentes de fábrica de papel de papel, a água é utilizada principalmente no transporte e dispersão das matériasprimas para formar a folha de papel, na limpeza, no resfriamento, na selagem e na lubrificação. A redução de água nas indústrias de polpa e papel tem se tornado um dos principais focos, tanto econômico quanto ambiental, na implantação dos planos de ação (BOYSON, 1997). Uma estratégia básica para reduzir o consumo de água é o seu uso na saída de uma operação para satisfazer a água requerida para outra ou para a mesma operação. Em alguns casos a água pode requerer alguma regeneração (TRIPATHI, 1996). Este trabalho teve como finalidade estudar a eficiência da flotação por ar dissolvido no tratamento do efluente total da máquina de papel e do efluente água clara visando o reuso em uma fábrica de papel, bem como comparar a sedimentação com a flotação para os referidos efluentes, sendo desenvolvido em uma indústria de Papel e Celulose localizada entre o município de São Carlos e Ribeirão Preto e no Laboratório de Saneamento do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos USP. O trabalho constituiu-se de ensaios de flotação e jarteste, sendo o objetivo principal desta pesquisa a viabilização técnica e econômica do reuso direto e/ou indireto do efluente. MATERIAL E MÉTODOS A pesquisa foi desenvolvida em três fases: Fase 1- Levantamento do processo industrial com indicação de todos os pontos de entrada e saída de água, produtos auxiliares, matéria prima e produto final. Fase 2 Caracterização qualitativa e quantitativa de todos os efluentes líquidos em todos os pontos de lançamento. As medições de vazão e dos volumes das descargas concentradas foram realizadas pelo uso de cronômetro e balde para volumes de menor magnitude e confecção de vertedores para vazões de maior magnitude. A caracterização físico-química (APHA, 1995) do efluente evolveu a determinação de turbidez, sólidos suspensos, cor aparente e Demanda Química de Oxigênio (DQO). Fase 3- Estudo de tratabilidade do efluente com vistas a adequá-lo ao padrão de qualidade para reuso da Fábrica de Papel. Utilizou-se um flotateste com 60mm de diâmetro interno, volume inicial de 1810 ml e percentagem de recirculação de 18%, obtendo-se um volume final de aproximadamente 2136 ml. A pressão média na câmara de saturação foi de 450 kpa ±?10kPa. Foram utilizados gradientes médios para floculação de 51 s -1 durante 10min após mistura rápida (realizada em um Jarteste) de aproximadamente 2 minutos com variação na dosagem de cloreto férrico e variação do ph através da adição de hidróxido de sódio e ácido clorídrico. As seguintes velocidades ascensionais foram aplicadas: 4,86 cm/min, 10,42 cm/min, 20,84 cm/min. Foram realizados testes de sedimentação com o efluente bruto e o efluente água clara, para isto, utilizou-se um jarteste composto de 6 recipientes construídos em acrílico transparente com capacidade de 2,0L cada, quadrados com lados de 115mm e altura útil de 151mm. O ponto de coleta situava-se 70mm abaixo do nível de água. As velocidades de sedimentação utilizadas foram: 5,0cm/ min, 2,5cm/min e 1,0cm/min. Tabela 1 - Ensaio de flotação do efluente total da fábrica de papel em ph natural de 7,59 com adição de cloreto férrico. Concentração de cloreto férrico (mg/l) 0 10 20 40 60 Velocidade(m/d) RESULTADOS Ensaios de flotação por ar dissolvido A avaliação da tratabilidade dos efluentes por flotação foi feita realizandose três ensaios com efluente total da máquina de papel e dois ensaios com efluente água clara. Os resultados das análises físicoquímicas do afluente sem tratamento comprovaram a variabilidade das características físico-químicas, as quais interferem nos processos de tratamento. Essa variabilidade decorreu do transbordo de tanques, tal como o tanque de água clara, descargas de tanques e variações normais do processo de fabricação do papel. Remoção de turbidez As menores eficiências ocorreram para as maiores velocidades de flotação, o que é aceitável, pois neste caso a taxa de aplicação hidráulica simulada no Turbidez remanescente(ut) 300 9,83 150 9,50 70 9,50 300 16,40 150 11,70 70 8,73 300 17,10 150 12,10 70 7,40 300 18,70 150 8,14 70 7,15 300 46,60 150 12,90 70 8,60 157

Costanzi, R.N. & Daniel, L.A. flotateste é elevada (300 m 3 /m 2 /dia). No ensaio n o 1 as menores eficiências ocorreram em ph 8,20. A flotação do efluente em ph natural (7,59), ou seja, sem correção e sem adição de coagulante, forneceu resultados bons, com turbidez remanescente de 9,50 a 9,83, com valores próximos de 9,50, independente das velocidades de flotação utilizadas nos ensaios. Este fato é interessante, pois somente a flotação é suficiente para melhorar substancialmente a qualidade do efluente, que passa de turbidez 979 para turbidez 9,50, confirmado por LIMA (1996). Pode-se atribuir este comportamento ao uso de amido e outros aditivos utilizados como auxiliares de retenção que auxiliam a formação da folha na máquina de papel. O tratamento sem adição de coagulante tem a vantagem de reduzir o volume de lodo gerado e eliminar a contribuição do coagulante, no caso do cloreto férrico, como gerador de cor aparente final pela dissolução de ferro, o que restringe o reuso do efluente em algumas aplicações na fábrica de papel. Observa-se pela Tabela I que a adição de coagulante resultou em aumento de turbidez remanescente comparada a flotação sem adição de coagulante, possivelmente pela formação de pequenos flocos que não foram removidos pela flotação. Como o efluente total da máquina de papel tem características favoráveis ao emprego da flotação, pode-se dispensar o uso de coagulante, embora esta condição seja específica para as características do efluente usado no ensaio n o 1, não podendo ser generalizada para qualquer situação. Os resultados do ensaio n o 1 indicam que o ph ótimo está em torno de 7,59, que neste caso é o ph natural do efluente. Esta possibilidade de tratamento direto do efluente total da máquina de papel é vantajosa, pois não é necessário adicionar produtos químicos para correção de ph, o que redunda em economia. Quando se comparam os resultados obtidos nos ensaios n o 1 e n o 2 verifica-se que a variabilidade de qualidade do efluente industrial interfere na percentagem de eficiência de remoção de turbidez, embora em valor absoluto a variabilidade da turbidez remanescente seja pequena. No ensaio n o 2 o ph natural do efluente industrial, igual a 7,70, está próximo do ph natural do efluente do ensaio n o 1, que é de 7,59. Entretanto a turbidez inicial do efluente do ensaio n o 2 é 1142 ut. Neste caso, para obter maior eficiência de remoção e para manter a tubidez remanescente próxima aos resultados do ensaio n o 1, foi necessário adicionar maiores dosagens de coagulante, obtendo-se menor turbidez remanescente para ph natural e dosagem de coagulante de 40 mg/l com velocidade de flotação de 70 m/dia (9,53 ut), embora para velocidade de flotação de 150 m/dia a turbidez remanescente tenha ficado em 9,68 ut, portanto muito próxima. Novamente, com o aumento de coagulante há aumento de turbidez remanescente para velocidades maiores, confirmando os resultados do ensaio n o 1. É interessante observar que os melhores resultados foram obtidos para ph natural (7,70), embora para ph 6,35, dosagem de coagulante de 40 mg/l e velocidade de flotação de 70m/dia a turbidez seja de 5,78 ut. A menor turbidez remanescente, para cada ph, independente da dosagem de coagulante e velocidade de flotação foi sempre obtida para a menor velocidade de flotação utilizada nos ensaios, ou seja, 70 m/dia, o que é coerente, pois nesta velocidade ocorre remoção de flocos menos densos. O efluente utilizado no ensaio n o 3 apresentou turbidez de 565 ut (sem tratamento), portanto, menor que as anteriores. O comportamento de remoção de turbidez foi semelhante ao dos ensaios n o 1 e n o 2, com obtenção de boa eficiência de remoção para ph natural, porém necessitando de adição de coagulante. Sem a adição de coagulante, a remoção foi menor, com turbidez remanescente em torno de 130 ut. Neste ensaio a turbidez, para velocidade de flotação de 70 m/dia, com adição de coagulante e para todos os phs foi sempre inferior a 10, exceto para ph 7,12 e dosagem de coagulante de 20 mg/ L; para ph 6,70 e dosagem de coagulante de 20 mg/l; para ph 8,82 e dosagem de coagulante de 20 e 40 mg/l. A turbidez mínima (2,48 ut) ocorreu em ph 6,70 e dosagem de coagulante de 80 mg/l. Deste modo, pode-se afirmar que a remoção da turbidez do efluente total da máquina de papel pode ser realizada pela operação de flotação no ph natural com variação da concentração de coagulante a uma taxa de aplicação hidráulica de 150 m 3 /m 2 /d. Os ensaios n os 4 e 5 referem-se à água clara que tem características físicoquímicas distintas do efluente total da máquina de papel, pois é proveniente de etapa específica do processo industrial de fabricação de papel. A turbidez, DQO, cor aparente e sólidos suspensos totais são inferiores aos do efluente total (composto de água clara e demais efluentes da máquina de papel). Por esse motivo para o ensaio n o 4 as dosagens de coagulante, cloreto férrico, empregadas foram menores (10, 15 e 20 mg/l). Em termos de percentagem de eficiência de remoção de turbidez os resultados foram inferiores aos obtidos para o efluente total da máquina de papel. Porém, há que se observar que a turbidez remanescente é semelhante à do efluente total (a turbidez inicial da água clara, sem tratamento, era 59 ut). Para a água clara as menores eficiências foram obtidas para o ph natural, o que indica, ao contrário do efluente total da máquina de papel, a necessidade de correção para obter maior eficiência de remoção de turbidez. Porém, com o aumento da dosagem de coagulante obtém-se eficiência para o ph natural próxima à dos outros phs. Deste modo, obteve-se resultados ótimos semelhantes à remoção da turbidez do efluente total da máquina de papel, com uma aplicação de taxa de aplicação hidráulica de 150m 3 /m 2 /d, ph natural e variação na dosagem de coagulante conforme alteração das características físico-químicas do efluente devido às condições do processo. Remoção de sólidos suspensos totais A remoção de SST teve comportamento semelhante ao da turbidez. Para o ensaio n o 1 a concentração de SST no afluente sem tratamento era de 815 mg/l. No efluente tratado a concentração permaneceu inferior a 116 mg/l (valor máximo para as condições de ph 8,20, dosagem de coagulante de 60 mg/l e velocidade de flotação de 300 m/dia). Quanto maior a dose de coagulante, para um mesmo ph, maior a concentração de SST, o que está coerente com o que ocorreu com a turbidez, podendo-se concluir que foram formados flocos com maior dificuldade em serem removidos pela flotação. Fato confirmado por LIMA (1996) que obteve remoção de SST maior que 90% para a operação de flotação 158

Tratamento dos efluentes de fábrica de papel sem uso de coagulante. Para o ensaio n o 2 o comportamento de remoção de SST foi semelhante ao do ensaio ensaio n o 1. Embora a concentração de SST tenha sido menor (661 mg/l contra 815 mg/l), os valores de SST remanescentes permaneceram próximos aos obtidos no ensaio n o 1. A variação de ph e da dosagem de coagulante, para as condições do ensaio, tiveram pequena influência na remoção de SST, observando-se aumento de concentração com o aumento de dosagem de coagulante e velocidade de flotação. Para o ensaio n o 3 não ocorreram alterações significativas. O comportamento de remoção de SST foi o mesmo dos ensaios n o 1 e n o 2. Para a água clara (ensaio n o 4), com concentração de SST de 112 mg/l, o efluente tratado apresentou baixa concentração de SST, obtendo-se valor mínimo de 2 mg/l para ph 6,30, dosagem de coagulante de 20 mg/l e velocidade de flotação de 150 m/dia. Para o ensaio n o 5, obteve-se o valor mínimo de 10 mg/l para ph 7,40, dosagem de coagulante de 60 mg/l e velocidade de flotação de 70 m/dia. De maneira geral os resultados foram muito bons. Observa-se também, como nos ensaios n o 1, n o 2 e n o 3, que a concentração de SST remanescente aumentou com o aumento da dosagem de coagulante e velocidade de flotação, para um mesmo ph. Remoção de DQO e cor aparente A remoção de DQO e a remoção de cor aparente apresentaram comportamentos semelhantes. Para o ensaio n o 1 a remoção de DQO variou com o ph, ocorrendo redução significativa de eficiência, de aproximadamente 90% para 50% de ph 7,59 e 8,20 para ph 6,98 e 6,72, respectivamente. A DQO do efluente total da máquina de papel, sem tratamento, era de 713 mg/l. Com a flotação foi obtida DQO mínima de 62 mg/l para efluente com ph natural (7,59) e dosagem de coagulante de 20 mg/l. Como ocorreu com a turbidez e sólidos suspensos totais, a DQO remanescente foi maior para maiores dosagens aplicadas de coagulante e para maiores velocidades de flotação, em mesmo ph. Observa-se que com a redução de ph a DQO remanescente aumentou, indicando que ocorreu a solubilização de algum composto orgânico, pois a turbidez e os SST, para as mesmas condições, não sofreram tais variações. Para os ensaios n o 2 e n o 3 o comportamento foi semelhante ao obtido no ensaio n o 1, com aumento de DQO para menor ph, mantendo-se os valores médios de remoção. No ensaio n o 2 foi mensurada a cor aparente, podendo-se assim avaliar a remoção desta cor pela flotação. O comportamento das curvas de eficiência de remoção foi semelhante às curvas obtidas para a DQO, mantendo-se menor eficiência para menor ph, indicando que a cor devida à matéria orgânica aumentou, possivelmente pela menor remoção de matéria orgânica em ph menor. É importante observar que a cor aparente do efluente total da máquina de papel é elevada, superando 1000 uc, atingindo em algumas situações valores superiores a 3000 uc. A remoção de DQO apresentou eficiência na faixa de 40 a 50% para todos os valores de ph, dosagem de coagulante e velocidade de flotação superior a 200 m/dia. Para velocidade de flotação inferior a 200 m/dia a eficiência variou de 50 a 70%. Tabela 2 - Ensaio de sedimentação do efluente total da fábrica de papel em ph natural de 7,96 com adição de cloreto férrico. Concentração de cloreto férrico (mg/l) 0 20 40 60 Velocidade(cm/min) Ensaios de sedimentação Os ensaios de sedimentação foram feitos para o efluente total da máquina de papel e para a água clara, ambos gerados na máquina de papel. Remoção de turbidez A remoção de turbidez do efluente total da máquina de papel por sedimentação foi semelhante à obtida por flotação, empregando-se dosagens de coagulante e ph próximos aos utilizados na flotação. Coincidentemente o ph natural (sem correção) de 7,96 foi o que apresentou os melhores resultados (Tabela 02). De maneira geral, a turbidez remanescente foi superior à obtida pela flotação. Todavia, manteve-se a tendência de menor remoção em ph menor e menor remoção para as velocidades de sedimentação maiores que variaram de 1 cm/min (14,4 m/dia) a 5 cm/min (72 m/dia). Comparando os resultados entre sedimentação e flotação, conclui-se que a flotação é mais eficiente e necessita de menor área, obtendo-se unidades mais compactas. A turbidez inicial era de 826 ut. Com o tratamento por coagulação, floculação e Turbidez remanescente(ut) 5,0 21,70 2,5 12,90 1,0 6,13 5,0 34,00 2,5 18,20 1,0 7,10 5,0 33,00 2,5 17,30 1,0 7,53 5,0 30,40 2,5 12,10 1,0 6,49 159

Costanzi, R.N. & Daniel, L.A. sedimentação obteve-se turbidez remanescente variando de 4,5 a 127 ut. Os resultados indicam que o aumento de dose de coagulante, para um mesmo ph e velocidade de sedimentação, não resultou em aumento significativo de remoção. A menor eficiência foi observada no menor ph estudado. Para a água clara o ph teve menor influência na remoção de turbidez, observando-se que as eficiências variaram pouco. As menores eficiências, em um mesmo ph, foram observadas para as menores doses de coagulante e as maiores velocidades de sedimentação. Remoção de sólidos suspensos totais A remoção de SST teve o mesmo comportamento da remoção de turbidez, indicando que estejam possivelmente relacionados. A redução de ph resultou em menor eficiência quando são consideradas maiores velocidades de sedimentação, tanto para o efluente total da máquina de papel quanto para a água clara. Entretanto, para a água clara em ph 7,15 e 6,73, a eficiência foi muito baixa para velocidade de 5 cm/min. Remoção de DQO e cor aparente Da mesma forma verificada para a flotação, a remoção de DQO do efluente total da máquina de papel ficou na faixa de 40 a 60% para ph natural (7,96), 7,55 e 8,34 e na faixa de 20 a 50% para ph 6,93. Para a água clara a remoção de DQO foi semelhante para ph natural (7,65), 7,15 e 8,47, variando de 40 a 60% para as doses de coagulante e velocidades de sedimentação utilizadas nos ensaios. A menor eficiência ocorreu em ph 6,73 e velocidade de sedimentação maior que 4 cm/min. A remoção percentual de cor aparente do efluente total da máquina de papel foi maior que a obtida na flotação, variando de 80 a mais de 90% para todos os ph, dosagens de coagulante e velocidades de sedimentação estudados. A cor inicial era de 3.400 uc, extremamente alta, e a cor final variou de 68 a 620, sendo que a maior cor remanescente ocorreu em ph 6,93, dosagem de coagulante de 60 mg/l e velocidade de sedimentação de 5 cm/min. Verificou-se aumento de cor remanescente com redução do ph, aumento de velocidade de sedimentação e aumento de coagulante adicionado devido ao aumento de íons ferro e da solubilização de substâncias derivadas da madeira. Na água clara a remoção de cor acompanhou o comportamento da DQO, mantendo a menor eficiência em ph 6,73, velocidade de sedimentação de 5 cm/min e dosagem de coagulante de 40 e 60 mg/l, apresentando cor remanescente de 498 uc, quando a cor inicial era de 503 uc. CONCLUSÕES Com base nos resultados obtidos e considerando as características físicoquímicas e as condições em que os ensaios foram feitos conclui-se que: - a flotação, tanto do efluente bruto quanto da água clara foi mais eficiente que a sedimentação na remoção de turbidez e sólidos suspensos totais, mantendo eficiência semelhante para remoção de DQO e cor aparente; - o ph natural do efluente bruto e da água clara foi o que forneceu melhores resultados de remoção de turbidez, SST, DQO e cor aparente, com aplicação de cloreto férrico como coagulante; - a eficiência de remoção de turbidez, SST, DQO e cor aparente foi menor em ph mais baixo; - mesmo para velocidades elevadas de flotação e de sedimentação a remoção de turbidez e de SST foi elevada; - a DQO e a cor aparente apresentaram maior dificuldade de remoção, com eficiências em torno de 50%, quando se utilizou a flotação e a sedimentação do efluente coagulado e floculado; - de maneira geral os processo de tratamento estudados produziram efluentes com turbidez, cor, DQO e SST baixas, o que indica possibilidade de reuso direto ou combinado com a água bruta afluente à Estação de Tratamento de Água (ETA) para fins industriais, pois a água do manancial que abastece a indústria apresenta características físico-químicas semelhantes às do efluente tratado da fábrica de papel. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 19ª ed., Washington D.C. 1995. BOYSON, S. Water management with mechanical seals. Tappi Journal, v. 82, n. 6, jun. 1997. LIMA, M. R. A. Emprego da flotação por ar dissolvido no tratamento das águas residuárias de uma indústria de papel visando a recuperação de fibras. São Carlos. Dissertação (Mestrado) EESC, Universidade de São Paulo. 1996. 102p. TRIPATHI, P. Pinch Technology Reduces Wastewater. Chemical Engineering. p. 87-100, nov. 1996. Endereço para correspondência: Ricardo Nagamine Costanzi Universidade Estadual do Oeste do Parana-UNIOESTE, Rua Universitária 2069, CEP: 85814-110 Cascavel, PR Paraná. Tel: (45) 225-3154 costanzi@unioeste.br 22 CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL JOINVILLE - SANTA CATARINA 14 A 19 DE SETEMBRO DE 2003 160 Vol. 8 - Nº 3 - jul/set 2002 e Nº 4 - out/dez 2002,156-160