Agua Em Usinas e Destilarias

PPP : Água na Indu´stria dea Cana –de-açúcar, Cetesb, SP , 16/04/2008.1

Workshop Projeto PPP:“Aspectos Ambientais da Cadeia do Etanol de Cana-de-Açúcar”

Painel I:

Água na Indústria da Cana-de-açúcarAndré Elia NetoEng° Especialista Tecnologia Agroindustrial – Meio AmbienteCTC – Centro de Tecnologia Canavieira

São Paulo, SP, 16 de abril de 2008

Uso sem restrição desde que citada a fonte


Processo, Efluentes e Resíduos - Etanol

Abordagem• Água utilizada no processo industrial

• Uso de Água no Setor

• Efluentes

• Vinhaça (vinasse)


Processo IndustrialFonte: folheto da Usina Santa Elisa

Recepção, preparo e extração do caldo

Produção de Energia

Preparo do caldo

Fábrica de Açúcar

Destilação de Álcool

Fermentação


Processo: moagem

�Recepção e preparo da cana e extração do caldo

Resfriamento mancais

Bagaço

Caldo p/ processo

Extração:•Moendas ou•Difusores


Processo: preparo do caldo

Caldo caleado

Caldo misto da extração

� Tratamento do caldo: sulfitação (aç. branco) e calea ção

Forno deenxofre

Enxofre sólido

Sulfitaçãodo

caldo

Calagem

01 02

Caldo filtrado

Caldo das Moendas

,

Leite de cal

Água de resfriaento


Processo: preparo do caldo�Tratamento do caldo: aquecimento e decantação

Caldo caleado

Lodo

Caldo

Clarificado para

destilaria

condensados


Processo: preparo do caldo

�Tratamento do caldo: Filtragem do lodoLodo

Caldo filtrado


Processo: produção do xarope

�Fábrica: Evaporação do caldo (xarope 65° Brix)


Processo: fábrica e açúcar

�Fábrica: Cozimento e cristalização


Processo: fábrica e açúcar�Fábrica: Secagem e armazenamento


Processo: fermentação�Fermentação: preparo e tratamento do mosto

Mosto para fermentação

produtos

Leite levedura


Processo: fermentação �Fermentação (por batelada ou contínua) Mosto para

fermentação

Leite de Levedura

(p/ tratamento)

Vinho para destilaria


Processo: destilação hidratado

�Destilação (álcool hidratado)Vinho

flegmaálcool

hidratado

flegmaçavinhaça


V inhaça

V a p o r d e

e s c a p e

Aparelho de Desti lação

Ág u a

Q u e n t e

Ág u a

Q u e n t e

A B CP

K

Ág u a

F r i a

V i n h a ça

E n t r a d a

Ág u a

Q u e n t e

Ág u a

F r i aC o n d e n s a d o

Ág u a

F r i a

EEEH H H

HH

I1I

I

,C i c l o h e x a n o

Processo: destilação anidro�Destilação (álcool anidro) Vinho

flegma

álcool hidratado

álcool anidro


Usos médios de água: setorial

Fonte: Elia Neto, A. Tratamento de Efluentes na Agroindústria Sucroalcooleira, RT 762-95/96, CTC, 19950,10,03070 l/funcionário.diaUso Potável

0,20,0500,050 m3/t.cana totalLimpeza Pisos e EquipamentosOutros

19,04,00080 m3/m3 álcoolResfriamento CondensadoresDestilaria (**)

14,33,00061 m3/m3 álcoolResfriamento de Dornas

0,00,0010,01 m3/m3 álcoolPreparo do Pé-de-cuba

0,00,0010,01 m3/m3 álcoolPreparo do Mosto

4,81,00010 a 30 m3/m3 álcoolResfriamento do CaldoFermentação (**)

1,00,2000,20 m3/t.cana totalResfriamento Turbogeradores

2,40,500424 a 602 kg/t.cana totalProdução de VaporGeração de Energia

0,00,0050,01 m3/t.cana p/açúcarLavagem de Açúcar

0,20,0500,10 m3/t.cana p/açúcarResfriamento Cristalizadores

0,10,0300,06 m3/t.cana p/açúcarDiluição de Méis

19,04,0008 a 10 m3/t.cana p/açúcarCondensadores/Multijatos Cozedores

9,52,0004 a 6 m3/ t.cana p/açúcarCondensadores/Multijatos EvaporaçãoConcentração do Caldo (*)

1,40,3000,30 m3/ t.cana totalCondensadores dos Filtros

0,20,0400,04 m3/ t.cana totalEmbebição dos Filtros

0,20,0500,10 m3/ t.cana p/açúcarResfriamento Coluna de Sulfitação (*)

0,10,0300,03 m3/ t.cana totalPreparo de Leite de CalTratamento de caldo

0,70,1500,15 m3/ t.cana totalResfriamento de Mancais

1,20,2500,25 m3/ t.cana totalEmbebiçãoExtração (moendas)

25,45,3301,4 a 8,26 m3/ t.cana totalLavagem de CanaAlimentação

Distribuição (%)Uso Médio (m3/t.cana total)Uso EspecíficoFinalidadeSetor


Usos médios de água: tipo

� O uso específico de água é maior na produção do açúcar (30m3/t.cana), caso de uma usina que só produza açúcar (o que atualmente é muito raro).

� Já destilaria autônoma de produção de álcool tem a menor necessidade relativa de água para o seu processo industrial, cerca de 15 m3/tonelada de cana processada.

� Usinas com destilaria anexa usa cerca de 21 m3/t.cana, tipo de unidades que representam a maioria do parque industrial, com a produção de cerca de 50% de cana para açúcar e 50% para a produção do álcool.

pesoUso (m3/t.cana

Tipo de unidade industrial

72 %15Destilaria autônoma de álcool (100%álcool)

100 %21Usina c/ destilaria anexa (50% açúcar e 50% álcool)

143 %30Usina 100% açúcar


Uso e Reuso da Água

Diretrizes: captação mínima e Lançamento zero� Prática de redução e reuso de água� Circuitos fechados com torres� Águas residuárias para

lavoura

Metas para gerenciamento de águas para o setor

zeroLançamento (m3/t.cana)

1,0consumo (m3/t.cana)

1,0Captação (m3/t.cana)

Uso médio = 21 m3/t.cana (usina)15 m3/t.cana (destilaria)

Outros13%Cond. Álcool

19%

Resf. Dornas14%

Multijatos29%

Lavagem de Cana25%

Existem usinas que captam água com taxas menores ainda de até 0,5 m 3/tcana


Água: Captação e Lançamento

� Apesar do uso de água ser grande, os volumes de captação e de lançamento de despejo podem ser reduzidos devido aos controles internose reusos.

Resultados de alguns levantamentos:

(1) Com dados do PERH-1994/95(2) Levantamento CTC (39 usinas de SP)(3) Novo levantamento CTC (34 usinas de SP)(3) Levantamento UNICA/CTC em 2005

Fonte: Elia Neto, A. Captação e uso de água no proocessamento da cana-de-açúcar in: Macedo I.C.et al A Energia da Cana-de-AçúcarUNICA, SP, 2005

4,15

0,92

5,07

1997 (3)

1,22

1,60

2,92

1994 (2)

nd3,8Lançamento

nd1,8Consumo

1,835,6Captação

2005 (4)1990 (1)Usos (m3/t.cana)


Disponibilidade e Demanda: SP

Disponibilidade e demanda de captação de água superficiais no Estado de S. Paulo

Fontes:(*1) Plano Estadual de Recursos Hídricos–1994/95 (1 °Plano do Estado de São Paulo–1990 – Síntese)(*2) Plano Estadual de Recursos Hídricos – 2004/2007 – Resumo (DAEE, 2006)

100453,73100880100354Total

----1347Sucroalc

30,5138,532219032112Industrial

39,2177,875549044154Irrigação

30,3137,32232002587UrbanaDemanda

893 m3/s888 m3/sQ7,10

2.020 m3/s2.105 m3/sQreferênciaDisponi-bilidade

%m3/s%m3/s%m3/s

Estim p/ 2007Ano 2010 (pior)1990

PERH – 2004/07(*2)PERH – 1990 (*1)Disponibilidade e Demanda


Disponibilidade e Demanda: setor� Em um passado recente o setor utilizava água em abundância, chegando até

cerca 15 m3/t.cana (ou mais ainda)• circuitos abertos para a lavagem de cana e resfriamento de águas

• tratamentos realizados em lagoas enormes, com tempo de detenção que podiam chegar à cerca de 2 meses

• problemas pontuais de lançamento de efluentes com carga orgânica ou temperatura não condizente com a capacidade de assimilação dos corpos de água, sobretudo os com menores vazões.

� Considerando a racionalização do uso de água, a demanda média do setor ésignificativa quando comparada com os outros setores.

• Considerando a média de 1,83 m3/t.cana , na safra, o setor demandaria 31,4 m3/s, ou seja, 7 % da demanda estadual de todos os setores,

• Apesar do grande crescimento nas duas últimas décadas (125 % de 1990 a 2007 no ESP), a demanda proporcional de água diminuiu quase que pela metade (de 13 % em 1990, para 7 % em 2007).

• Em relação à demanda industrial , estima-se que o setor sucroalcooleiro seja responsável por cerca de 23 % da demanda estadual por água (quase ¼ das capptadaspelas demais industrias).


Reuso e Tratamento dos Efluentes Líquidos

�Controle Externo (corretivo)• decantação da água de lavagem de cana

• lagoas de estabilização da água de lavagem de cana (circuito aberto)

• torres de resfriamento

• tanques aspersores

• decantador/flotador de água de lavagem de gases da chaminé


�Efluente da lavagem da cana :• Taxa de uso de água e impurezas minerais no despejo da lavagem

de cana:

Taxa de uso de água Impurezas minerais

─ CMAI 1996: 3,80 m3/ton.cana; 0,65% impurezas na cana

─ CMAI 2004: 2,58 m3/ton.cana; 0,55 %impurezas na cana

• Médio potencial poluidor em termos de matéria orgânica (180 a 500mg/ de DBO5) e alta concentração de sólidos.

• O tratamento consiste em decantação (lagoas) e lagoas de estabilização, para o caso de lançamento em corpos d’água.

• O reuso se dá pela recirculação após decantação (decantadores circulares ou caixas de areia) e correção do pH entre 9 a 10.

• Evolução : Limpeza da cana a seco =>Eliminação da lavagem (em cana picada a perda de açúcar é muito grande e não é feito lavagem). Com a eliminação da queimada se terá cana colhida com máquina (picada).

Tratamento: Água de Lavagem de Cana

Obs. CMAI, Controle Mutuo Agroindutrial do CTC


Sistemas: Tratamento de Água de Lavagem de Cana

Decantador circular de água de lavagem de cana

Caixas de areia p/ água de lavagem de cana


�Águas dos multijatos e condensadores barométricos

• Despejo originado nos evaporadores e vácuos do setor de concentração e cozimento

• Apresentando um baixo potencial poluidor (10 a 40 mg/DBO5) e alta temperatura (~ 50°C).

• O tratamento consiste de tanques aspersores (ou não convencional, torres para resfriamento), com as águas frias recirculando ao processo (ou lançamento).

Tratamento de Água da Fábrica


Tratamento de Água de Resfriamento da Destilaria

�Águas de resfriamento de dornas e de condensadores de álcool• Sem potencial poluidor em termos de matéria

orgânica, porém com alta temperatura (~50°C).

• O tratamento visando diminuir a temperatura consiste de torres de resfriamentos (ou não convencional tanques aspersores) para retorno (circuito fechado).


Tratamentos: Resfriamento de Água da Fábrica e Destilaria

Aspersores para resfriamento de águas multijatos

Torres de resfriamento de águas


Tratamento dos Despejos da Lavagem de Gases da Chaminé

Decantadores/Flotadores� Água do circuito de lavador de gases e cinzas das caldeiras

• Baixo potencial poluidor em termos de matéria orgânica (100 a 150mg/ de DBO5), alta concentração de sólidos e alta temperatura (80°C).

• O tratamento consiste em decantação/flotação e o reuso do tratado se dá pela recirculação.

• O RS formado pelo lodo é enviado para a lavoura (aplicação com a torta de filtro)

Retentores Via Úmida� Operam por lavagem com água� Vazão de água 0,7 a 1,0 litro/Nm³� Pressão de água 1,5 kgf/cm²� Atende a escala Ringelmann 1� Requer sistema de decantação


Sistema: Tratamento dos Despejos da Lavagem de Chaminé

Decantador/ /flotador de fuligem

Retentor de fuligem caldeiras


Água Residuárias (diluindo ou não a vinhaça/fertirr igação).• Constituídas pelos efluentes de lavagem de piso e equipamentos,

purgas dos circuitos fechados e efluentes diversos.

• Quantidade : depende do índice de reuso na usina, podendo chegar com o fechamentos dos principais circuitos, em torno de 1 m3 de água captada/t.cana.

• Assim uma dosagem de vinhaça pura que tem uma lâmina de água pequena (15 a 30 mm/ano) pode ter esta lâmina aumentada para 80 a 120 mm/ano, com a mistura com água residuária.

• Caracterização : com médio teor de matéria orgânica (1.500 mgDBO5 em média) e sólidos. Podem conter OG no caso das águas de oficinas e das moendas não passarem por caixa de óleo.

Tratamento: Águas Residuárias


(*) Fonte: Rosenfeld, U. Irrigação e Fertirrigação nas Sub egiões de SP e CO. Palestra; Simpósio de Tcnologia de Produção de Cana-de-Açúcar, GAPE/FEALQ, Piracicaba, 04/07/2003

� Deficiência de água - irrigação de salvamento (*):• Para cana planta 80 a 120 mm (4º ao 8º mês em 2 aplicações)

• Para cana soca 40 a 60 mm (15 dias após o corte em aplicação única)

Sistema: Irrigação e Fertirrigação

Ganhos médios de produtividade (*):Cana planta de 12 a 20 %Cana soca de 6 a 12 %

Reuso : diminui a necessidae de novas captação para irriga ção.


RS: Vinhaça

� Definição (N.Cetesb P4.231):• Vinhaça: líquido derivado da destilação do vinho, que é resultante da

fermentação do caldo da cana de açúcar ou melaço.

� Conhecida conforme a região como: • vinhaça, vinhoto, restilo,..

� Resíduo Sólido Não Inerte (ABNT 10.004):pelo fato de não ter tratamento convencional que possibilite o lançamento


Vinhaça: Origem OrgânicaMatéria-prima:

caldo, méis, melaço, xarop, água

Tratamento fermento :

ácido sulfúrico

Produtos auxiliares:

desinfectantes, nutrientes, anti-

espumantes

Vinho:

p/ destilação


Vinhaça: Origemciclo-hexano

A B


Vinhaça: Quantificação

�Quantificação• Volume varia basicamente conforme o teor alcoólico do

vinho e o vapor direto utilizado (10 a 15 litro/litro de álcool)

• Volume médio obtido do CMAI-Controle Mútuo Agroindustrial do CTC: ─Safra 1999/00 10,80 L/L─Safra 2000/01 10,32 L/L─Safra 2001/02 10,20 L/L ─Safra 2002/03 10,41 L/L─Safra 2003/04 10.46 L/L─Safra 2004/05 11.40 L/L─Safra 2005/06 11.98 L/L─Safra 2006/07 11.96 L/L─Safra 2007/08 11.96 L/L

•Associadas ao CTC (Copersucar)

•Associadas ao CTC (Canavieiro) -maior representatividade na Região CS


Vinhaça: Quantificação

Fonte: CTC - Elia Neto, A & Nakahodo, T (1995).

Taxa de produção de vinhaça pura (sem flegmaça)

Variação da taxa de produção de vinhaça•De 7 litros/litro álcool(pura, fermentação c/ alto grau alcoólico)•Até 15 litros/litros de álcool (com vapor incorporado e baixo grau na fermentação)•A flegmaça também pode ser incorporada a vinhaça, aumentando-a em cerca de 2 l/litro (c/vapor)


Taxa de Produção Média: 10,80 a 11,96 l/l.álcool (CM AI 1999-2007)

Fonte: Elia Neto, A & Nakahodo, T Caracterização da Vinhaça, CTC - 1995

Vinhaça: Caracterização Físico-Química (CTC)



Vinhaça: Caracterização Físico-química (CTC)


Vinhaça: Caracterização média

� Caracterização média da vinhaça• PH 4• Temperatura 90°C• Vazão de vinhaça 10,85 L/L.álcool• DBO5 16.950 mg/L• DQO 28.450 mg/L• Sólidos Totais 25.155 mg/L• Potássio 2 kg.K/m 3

�Carga orgânica 300 g DQO/L.álcool



Vinhaça: Impactos – Potencial Poluidor

�Resíduo com alto potencial poluidor• Alto teor de matéria orgânica , impossibilitando o

tratamento e lançamento em corpos de água• Concentrações de sais (potássio, nitrogênio e outros)

que podem ser lixiviados e contaminar as águas subterrâneas

• Cheiro objetável no armazenamento e disposição no solo (matéria orgânica e enxofre, formando mercaptanas)

• A produção de 500 m 3 álcool/dia (1.000.000 t.cana/safra) equivale a poluição orgânica de uma cidade com 1.700.000 habitantes (durante a safra)


Vinhaça: Histórico• Problema imediato: poluição hídrica pelo lançamento

─Não há solução técnica e econômica para o tratamento convencional da vinhaça:

• Solução: Uso na Fertirrigação da Lavoura de Cana─ Inicialmente: disposição do resíduo no solo, em áreas de

infiltração (áreas de sacrifício da lavoura). Eliminan do o problema imediato de poluição hídrica superficial (a ntes dos anos 70)

─Posteriormente: Uso racional da vinhaça:• com dosagens controladas trazendo benefícios na sub stituição

de parte da adubação mineral;• Diminuição do risco de poluição das águas subterrân eas.

─Atualmente: Aplicação altamente tecnificada:• Maiores benefícios agronômicos (produtividade);• Substituição de parte da adubação química (potássio )• Reciclagem parcial de recursos naturais (N,K e micr onutrientes)


Vinhaça: Aplicação Tecnificada

�Tecnologias:• Alto custo na aplicação

(equipamentos e distâncias)Travessias de rios (APP)

Resfriamento e impermeabilização de tqs

Transporte

Aplicação – Aspersão (hidro-roll)

Canais - impermeabilizações


Source: Penatti et alii – Vinasse a liquid fertilizer. Pr oceedings of ISCCT Congress, Guatemala, 2005

� Fertirrigação Racionalmente Aplicada

Vinhaça: Benefícios Agronômicos

Ganhos médios de 10 t.cana/ha com dosagens de 300 m3 .vinha/ha (cerca de 10 % de aumento de produdividade)


onde:0,05 = 5% da CTCCTC = Capacidade de Troca Catiônica, expressa em cmolc/dm³ a pH 7,0, dada pela análise de fertilidade do solo.ks = Concentração de potássio no solo, expresso em cmolc/dm³, àprofundidade de 0,80 metros, dada pela análise de fertilidade do solo.3744 = Constante para transformar os resultados da análise de fertilidade para kg de potássio em um volume de um hectare por 0,80 metros de profundidade.185 = kg de K2O extraído pela cultura por ha, por corte.kvi = Concentração de potássio na vinhaça, expressa em kg de K2O/ m³.

• Solos saturados a dosagem mais restritiva• Áreas cada vez mais distantes• Incentivos a redução do volume (transporte econômic o)

Vinhaça: NT CETESB P4.231Dosagem de K2O

Critérios e Procedimentos para Aplicação no Solo Ag rícola

m³ de vinhaça/ha = [(0,05 x CTC - ks) x 3744 + 185] / kvi


Vinhaça: Aspersão

Sistema de maior utilização nas usinas

• Canal + Montagem Direta

• Canal + Autopropelido (rolão - hidro-roll)

• Caminhão + Autopropelido (rolão - hidro-

roll)

Montagem Direta (canhão hidráulico)

Rolão (hidro-roll) acoplado em caminhão

Rolão (hidro-roll) em canal


Conclusões� O CTC tem sugerido metas para o setor de 1 m3/t.cana para captação e zero de

lançamento de efluente. • Carga orgânica seria tratada através da utilização dos despejos na fertirrigação da

lavoura conjuntamente com a vinhaça. • O consumo de água que é a diferença entre o captado e o lançado ficaria ao redor da

captação, ou seja, 1 m3/t.cana.

• Os benefícios são muitos: ─ a própria reutilização dos despejos na lavoura (matéria orgânica e água na irrigação de

salvamento), ─ a diminuição dos custos da cobrança de água, e ─ menor dispêndio com tratamento externo de efluente.

� A política pública de cobrança de água mostrou ser um adequado instrumento de gestão das águas,

• mesmo ainda não totalmente implantada incentivou em grande parte o uso racional das águas no setor.

• Este instrumento pode e deve ser constantemente aperfeiçoado através da participação equânime entre Estado e Sociedade Civil, dando-se maior voz aos setores usuários de água.


Conclusões� Em relação às pesquisas:

• Pode se dizer que o setor atingiu um patamar de engenharia básica no seu balanço hídrico industrial, com os sistemas de tratamento e fechamento de circuitos

• Há necessidade de desenvolvimento de tecnologia que possibilite uma relação custo-benefício para a reutilização da própria água da cana. ─ São cerca de 0,7 m3/t.cana, apesar de uma parte se incorporar ao bagaço, sobrando então

pelo menos 0,55 m3/t.cana, que são as águas condensadas vegetais , com algum reaproveitamento no processo e as águas contidas na vinhaça .

─ Pesquisas neste sentido poderiam colocar o setor no rumo de auto-suficiência de água, a exemplo da auto-suficiência energética com o bagaço da cana, aumentando mais ainda o grau de sustentabilidade ambiental do setor.

� Muito ainda pode-se realizar em prol da reuso de água do setor• Mesmo considerando a meta de 1 m3/t.cana, o setor tem capacidade de reduzir mais

ainda o percentual de captação próximo a 4 % da atual demanda estadual

• E uso de tecnologias de ponta em desenvolvimento e a serem desenvolvidas para aproveitar melhor a água contida na cana, dentro de uma óptica de custo-benefício.


OBRIGADO

CTC - CENTRO DE TECNOLOGIA CANAVIEIRAPiracicaba - SP

André Elia Neto [email protected]

Água na Indústria da Cana-de-açúcar

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