VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009

Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA DO COCO UTILIZANDO OS PROCESSOS DE COAGULAÇÃO E FLOTAÇÃO POR AR INDUZIDO

1 Vito Alexandre Araújo Palmeira, 2 Sandra Rodrigues da Silva, 3 João Inácio Soletti, 3 Sandra Helena Vieira de Carvalho

1 Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPQ/UFAL, discente do curso de Engenharia Química

2 Bolsista de Mestrado FAPEAL/UFAL, discente do curso de Engenharia Química

3 Professor(a) do Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas – CTEC/UFAL

1,2,3 Universidade Federal de Alagoas. Campus A. C. Simões. Av. Lourival Melo Mota, s/n, Tabuleiro dos Martins

Maceió-AL – CEP: 57072-970

e-mail: jsoletti@ctec.ufal.br

RESUMO - A indústria do coco está inserida no setor alimentício e produz grandes quantidades de efluente líquido, exigindo um tratamento adequado antes do descarte. Para isso, novas tecnologias têm sido estudadas, visando atender essas exigências, de forma mais eficiente e econômica. O objetivo deste trabalho é o tratamento de efluentes líquidos gerados na indústria de processamento do coco, utilizando o processo de coagulação seguido de flotação por ar induzido. Os experimentos foram realizados em regime de batelada, através da coagulação de um efluente sintético (simulando o efluente da indústria de processamento de coco), utilizando o sulfato férrico como agente coagulante. Ao efluente clarificado foi aplicada a técnica de flotação por ar induzido, também em batelada, durante os intervalos de tempo de 3, 5 e 10 minutos. Foram coletadas amostras do efluente bruto, após coagulação e durante o processo em batelada, nos diferentes tempos de flotação. O desempenho do processo foi avaliado através da redução do TOG (Teor de Óleos e Graxos), DQO (Demanda Química de Oxigênio) e turbidez. A aplicação da flotação por ar induzido, ao líquido já clarificado, ou seja, posterior a coagulação e separação espontânea dos flocos, mostrou-se eficiente, reduzindo os valores de TOG, DQO e turbidez em até 99%, 76% e 97%, respectivamente.

Palavras-Chave: tratamento de efluentes, flotação, indústria do coco.

INTRODUÇÃO

O aumento da poluição industrial tem levado os órgãos de controle ambiental a estipular limites mais rigorosos de efluentes industriais. Isto tem obrigado as empresas a melhorar seus sistemas de tratamento de efluentes através da aplicação de novas tecnologias (Rosa, 2002).

Dentre os vários processos de tratamento de efluentes, podem-se destacar os tratamentos físicos, que são caracterizados por métodos de separação de fases: sedimentação, decantação, filtração, centrifugação ou flotação dos resíduos (Crespilho et al., 2004).

Os métodos baseados no princípio de coa-gulação são os mais comumente utilizados, devi-do a sua ampla escala de atuação e geralmente menores custos operacionais. São aplicados para remoção de sólidos em suspensão e podem ser divididos, quanto ao tipo de lodo gerado, em duas classes: coagulação com sedimentação; e, coa-gulação com flotação (Crespilho et al., 2004).

Coagulação é o processo de neutralização das cargas negativas das partículas, o que possibilita que as mesmas se aproximem umas

das outras, promovendo sua aglomeração, formando, com isso, flocos, que tendem a sedimentar ou flotar, dependendo de seu tamanho e de sua densidade (Matos et al, 2007).

A floculação é uma operação comum no tratamento de águas, pois desestabiliza impure-zas dissolvidas e produz flocos removíveis num processo subseqüente de clarificação. É a opera-ção na qual ocorrem aglomerações das partículas coloidais da água, já coaguladas ou desestabili-zadas, pela ação da neutralização das suas car-gas por um coagulante de carga contrária (Soletti et al., 2005).

A flotação tem se apresentando como uma tecnologia promissora no pré-tratamento de eflu-entes líquidos, para separação de óleos e graxas, reduzindo a carga poluente do efluente (Soletti et al., 2005).

A FAI (flotação por ar induzido) pode ser caracterizada como um dispositivo de condições hidrodinâmicas turbulentas, tempo de retenção baixo e que emprega quantidades elevadas de ar (Bennet, 1988).

A diferença fundamental entre os sistemas FAI e FAD (flotação por ar dissolvido) é o mecanismo pelo qual as bolhas de ar são

introduzidas no líquido. No sistema FAI padrão, o impulsor, girando a alta velocidade, induz uma grande quantidade de ar na suspensão (água oleosa), produzindo bolhas de um tamanho maior que as produzidas na FAD (Bennet, 1988).

As vantagens apontadas para o sistema FAI são o menor tamanho do equipamento requerido, já que o tempo de residência é curto, e o fato de haver uma maior eficiência na remoção de contaminante, exceto para partículas mais finas (Burkhardt, 1983 citado em Rosa, 2002). O tamanho das bolhas geradas por esse processo é relativamente grande (1 a 2 mm), diminuindo a eficiência de remoção de partículas pequenas (Couto, 2007).

Na coagulação seguida de flotação, ocorre uma inversão quanto à separação das fases, quando comparado ao processo de coagulação seguido de sedimentação, ou seja, as impurezas (fase sólida flotada) são removidas da estação pela parte superior, e o efluente tratado é removi-do pela parte inferior. A seleção do método é realizada em função das características do eflu-ente. Fatores operacionais como tempo de reten-ção, natureza do efluente, temperatura e tamanho de partículas devem ser considerados (Crespilho et al., 2004).

O tratamento dos efluentes industriais tem por objetivo a remoção de impurezas, de forma que o efluente a ser descartado esteja de acordo com as condições e padrões de seu lançamento no corpo receptor, segundo as normas estabele-cidas por órgãos ambientais, como o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2005) e, para o estado de Alagoas, o Instituto do Meio Ambiente (IMA, 1985).

A Resolução nº 357/2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2005), sobre padrões e condições de lançamento de efluentes, estabelece que o teor de óleos e graxas de origem mineral deve ser, no máximo, 20mg/L, enquanto o de origem vegetal e gordura animal, 50mg/L. O Instituto do Meio Ambiente (IMA, 1985), no Decreto nº 6.200/1985, sobre medidas de proteção ambiental no estado de Alagoas restringe o padrão de emissão de óleos e graxas para 20mg/L, não distinguindo entre óleos minerais e óleos vegetais e gorduras animais e estabelece para a DQO o valor máximo para emissão de 150mg/L. Para a turbidez, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 357/2005) não estabelece um valor padrão para o lançamento de efluentes, porém limita a 100 NTU o valor padrão para águas doces, destinadas ao consumo humano, após tratamento convencional ou avançado.

Os óleos e graxas estão comumente presentes nos efluentes tendo as mais diversas origens. É muito comum encontrar estes resíduos em restaurantes industriais, assim como em oficinas mecânicas, casa de caldeiras, equipamentos que utilizem óleo hidráulico além

de matérias primas com composição oleosa (gordura de origem vegetal, animal e óleos minerais) (Giordano, 2004).

A matéria orgânica está contida na fração de sólidos voláteis, mas normalmente é medida de forma indireta pela demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO). A DQO é a medida da quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente a matéria orgânica (Giordano, 2004).

A turbidez pode ser definida como sendo o grau de redução que a luz sofre ao atravessar certa quantidade de água, devido à presença das partículas e substâncias que esta contém (Pavanelli, 2001).

Este trabalho tem por objetivo aplicar a técnica de flotação por ar induzido, a um efluente sintético, simulando o efluente da indústria de processamento do coco, após a sua coagulação. A eficácia do tratamento foi avaliada através da redução do TOG, DQO e turbidez.

METODOLOGIA

Os experimentos foram realizados em duas etapas. Inicialmente foi realizada a coagulação do efluente, seguida da floculação e flotação espontânea dos flocos, sem adição de ar, obtendo-se um efluente clarificado. Em uma segunda etapa foi realizada a flotação por ar induzido, aplicado ao efluente já clarificado.

Foi utilizado um efluente sintético que melhor representasse o efluente industrial, baseado em trabalho anterior desenvolvido LASSOP/UFAL (Laboratório de Sistema de Separação e Otimização de Processos da Universidade Federal de Alagoas), e obtido através da mistura de leite de coco (fabricante Sococo) e água de abastecimento público na concentração de 1% v/v (leite/água). Foram realizadas análises de turbidez, demanda química de oxigênio (DQO) e teor de óleos e graxos (TOG) do efluente bruto e clarificado. Coagulação

A clarificação do efluente foi realizada através da coagulação utilizando o sulfato férrico como agente coagulante, 1 % v/v, sendo dosados 16 mL de coagulante para cada 2 litros do efluente sintético. A escolha do coagulante foi baseada em estudos anteriores realizados no LASSOP/UFAL. Em uma segunda etapa foi realizada a flotação por ar induzido, aplicado ao efluente já coagulado.

Após a adição do coagulante, o efluente foi agitado manualmente com um bastão de vidro durante 3 minutos, permanecendo em repouso por 5 minutos para que os flocos formados se acumulassem na superfície (flotação espontânea dos flocos, sem adição de ar). O efluente clarifi-

cado foi retirado na parte inferior do vaso (Figura 1), sendo utilizado na unidade de flotação por ar induzido. Foram realizadas análises de DQO (demanda química de oxigênio), TOG (teor de óleos e graxas) e turbidez. Foram realizadas três bateladas distintas, as quais foram utilizadas, respectivamente, nos experimentos de flotação com 3, 5 e 10 minutos.

Figura 1 – Formação de flocos durante a clarificação do efluente sintético. Flotação por Ar Induzido

A unidade de flotação por ar induzido é composta por um compressor, um rotâmetro e a coluna de flotação, constituída por um tubo vertical de acrílico de 70 cm de altura e 4 cm de diâmetro, munido de um sistema de acúmulo de flocos no topo, Figura 2. A injeção de ar é realizada na base da coluna passando através de uma pedra porosa, a qual funciona como um dispersor.

Figura 2 – Unidade de flotação por ar induzido Foram realizados três experimentos, com 2L de efluente cada, e com tempos de aeração de 3, 5 e 10 minutos, após o qual foi realizada a coleta de amostra, no topo e na base da coluna, pontos A e B, respectivamente, para análise de DQO e TOG, Figura 2. Em todos os experimentos, a unidade operou em batelada, sendo alimentada com o efluente sintético já

clarificado. Após alimentação do efluente, foi iniciada a injeção de ar, a uma vazão de 2 N L/min, sendo a coleta realizada no período de tempo especificado, sem cessar a aeração. As coletas em diferentes tempos não foram realizadas num único experimento, devido ao volume útil da coluna de flotação, frente ao volume necessário para a realização das análises de todos os experimentos. Análises Realizadas

Para a análise de turbidez foi utilizado o Turbidímetro AP 2000 Policontrol.

Para a realização das análises de TOG, foi utilizado o equipamento HORIBA OCMA-350, Figura 3, sendo o resultado expresso em mg/L. Foram utilizados 60mL de amostra do efluente, sendo utilizado 50mL do solvente S-316 da HO-RIBA para a extração do óleo presente na amos-tra.

Figura 3 – HORIBA OCMA-350, utilizado para as análises de TOG

Para a determinação da DQO foi utilizado o equipamento da Aqualytic PC compact COD vario e o termoreator Aqualytic DQO AL 32, Figura 4. O método utilizado emprega como reagentes, uma solução padrão catalisadora de Ag2SO4 em H2SO4 concentrado, e uma solução digestiva composta de K2Cr2O7, HgSO4 e H2SO4 diluídos em água. O método consiste na redução do cromo (Cr+6 a Cr+3) e subseqüente análise, através da modificação da coloração, em um espectrofotômetro. Esse processo é realizado em um digestor a 150°C, por 2 horas. As leituras obtidas por espectrofotometria para as amostras digeridas são dadas em mg/L.

Figura 4 – Termoreator Aqualytic DQO AL 32

RESULTADOS

O desempenho do processo foi determina-do através da redução do TOG (Teor de Óleos e Graxas), DQO (Demanda Química de Oxigênio) e turbidez, estando, os resultados, apresentados para a etapa de coagulação e flotação. Coagulação

A Tabela 1 apresenta os dados obtidos nas três clarificações realizadas no efluente sinté-tico, os quais correspondem ao efluente clarifica-do, utilizados, respectivamente, nos experimentos de flotação com os tempos de 3, 5 e 10 minutos. As reduções percentuais da turbidez, TOG e DQO do efluente foram calculadas levando-se em consideração as análises realizadas antes (eflu-ente sintético bruto) e após a coagulação e sepa-ração espontânea dos flocos (efluente clarifica-do).

Tabela 1 – Resultados da redução percentual da turbidez, TOG e DQO obtido com a clarificação do efluente.

Corrida experimen-

tal

Redução turbidez (%)

Redução TOG (%)

Redução DQO (%)

1ª 94,0 99,0 67,4 2ª 94,3 98,5 70,3 3ª 92,8 98,3 67,7

A coagulação com o sulfato férrico apre-

sentou uma redução média de aproximadamente 94 %, 99 % e 68 % de turbidez, TOG e DQO, respectivamente.

Flotação por Ar Induzido

As Tabelas 2, 3 e 4 apresentam, respecti-vamente, os resultados de turbidez, TOG e DOQ, para o efluente sintético bruto; o efluente clarifi-cado (após coagulação, floculação e separação espontânea dos flocos); e, após flotação por ar induzido (pontos A e B da coluna, Figura 2), para os tempos de 3, 5 e 10 min. Observando as tabelas, pode-se verificar que o processo de clarificação foi o responsável pela drástica redução dos valores de turbidez, TOG e DQO, enquanto que, a flotação com ar induzido, contribuiu como um polimento final. Na realidade, existe uma recirculação do efluente na coluna, sendo os óleos e graxas con-centrados no topo do equipamento, num ponto acima do ponto A, sendo removidos ao final da batelada.

Tabela 2 – Resultados para 3 minutos de Flotação

Turbidez (NTU)

TOG (mg/L)

DQO (mg/L)

Bruto >1000 1575 948 Clarificado 60,3 17,3 309 Ponto A 50,6 15,6 249 Ponto B 41,2 11,0 225

Tabela 3 – Resultados para 5 minutos de Flotação

Turbidez (NTU)

TOG (mg/L)

DQO (mg/L)

Bruto >1000 1575 1014 Clarificado 56,7 23,1 301 Ponto A 56,3 17,3 295 Ponto B 40 10,9 273

Tabela 4 – Resultados para 10 minutos de Flotação

Turbidez (NTU)

TOG (mg/L)

DQO (mg/L)

Bruto >1000 1575 954 Clarificado 71,5 27,4 308 Ponto A 41,4 21,1 282 Ponto B 33,2 12,0 224

As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados

dos mesmos parâmetros apresentados nas Tabe-las 2, 3 e 4, em termos de redução percentual, os quais foram calculados utilizando os resultados do produto de base (ponto B).

Tabela 5 – Redução percentual utilizando o processo de flotação, em relação ao efluente já clarificado Redução

Turbidez (%)

Redução TOG (%)

Redução DQO (%)

3 minutos 31,7 35,8 27,2 5 minutos 29,5 52,8 9,3 10 minutos 53,6 56,2 27,3

Tabela 6 – Redução percentual utilizando os processos de coagulação e flotação, em relação ao tempo Redução

Turbidez (%)

Redução TOG (%)

Redução DQO (%)

3 minutos 95,9 99,3 76,3 5 minutos 96,0 99,3 73,1 10 minutos 96,7 99,2 76,5

As Figuras 5 e 6 apresentam a redução

percentual da turbidez, TOG e DQO obtida utili-zando o processo de coagulação e flotação, em função do tempo. O cálculo da redução conside-rou o efluente tratado com flotação com ar induzi-do, tomando-se como base o efluente já clarifica-do.

Figura 5 – Redução percentual da turbidez, TOG e DQO no processo de flotação, em fun-ção do tempo e em relação ao efluente já clari-ficado

Figura 6 – Redução percentual da turbidez, TOG e DQO nos processos de coagulação e flotação, em função do tempo e em relação ao efluente bruto

A aplicação da técnica de flotação por ar induzido, ao efluente sintético, reduziu a turbidez, o TOG e a DQO. A DQO foi o parâmetro menos influenciado, obtendo uma redução de até 27%, enquanto que, a turbidez e o TOG foram reduzi-dos em até 53%, em relação ao efluente já clarifi-cado. Como esperado, na base da coluna de flotação obtém-se uma maior remoção, quando comparado com o topo, uma vez que os flocos, por apresentarem uma menor densidade que o líquido, tendem a se concentrar no topo do equi-pamento.

O tratamento completo, utilizando os pro-cessos de coagulação e flotação, reduziu os valo-res de TOG, DQO e turbidez, em relação ao eflu-ente bruto, em até 99%, 76% e 97%, respectiva-mente.

CONCLUSÃO

O processo de coagulação com o sulfato

férrico mostrou-se eficiente no tratamento do efluente da indústria do coco, tendo apresentado uma redução superior a 98% para o TOG; 67% para a DQO e 92% para a turbidez, em relação ao efluente bruto, considerando uma flotação espontânea, ou seja, sem uso de ar.

Segundo as normas de emissão de efluentes estabelecidas pelo Instituto do Meio Ambiente (IMA), Decreto nº 6.200/1985, os padrões de emissão de efluentes no estado de Alagoas não devem ultrapassar 20mg/L em relação ao TOG e 150mg/L em relação à DQO. Portanto, os valores obtidos de TOG e DQO, após a coagulação, ainda não permitem o seu descarte em corpos receptores.

A aplicação da flotação por ar induzido ao líquido já clarificado, ou seja, posterior a coagulação e separação espontânea dos flocos, apresentou uma redução de até 53% da turbidez; 56% do TOG, enquadrando o efluente nas condições de descarte estabelecidas pela legislação estadual (limite de 20mg/L); e, de até 27% da DQO, neste caso, ficando o efluente acima do padrão para descarte em corpo receptor (limite de 150 mg/L). Todos esses percentuais foram calculados levando em consideração o efluente obtido após o pré-tratamento, utilizando a coagulação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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of Oil from wastewater by flotation: A review, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, Vol. 18, Issue 3 , pages 189 – 253, 1988

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MATOS, A. T.; CABANELLAS, C. F. G.; CECON, P. R.; BRASIL, M. S.; MUDADO, C.S. Efeito da concentração de coagulantes e do pH da solução na turbidez da água, em recirculação, utilizada no processamento dos frutos do cafeeiro, Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.27, n.2, p.544-551, 2007.

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ROSA, J. J. Estudo de Coagulantes para o tratamento de efluentes oleosos, utilizando flotacão por ar dissolvido. Tese para obtenção do título de Doutor, Porto Alegre - RS, 2002.

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AGRADECIMENTO

Ao CNPQ pela bolsa de Iniciação Científica fornecida ao aluno.