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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Engenharia Ambiental
TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS
II
Toledo
2010
Acadêmicos:
Caroline Coldebella
Fernando Ignácio Baena Alves
Jéssi Cauana Heck
Marcelo Magno Teixeira
Mayara Cereja Pastoriza
TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS
Trabalho apresentado como requisito
parcial de avaliação da disciplina de
Engenharia Ambiental, do curso de
Engenharia Química, da UNIOESTE
– Campus Toledo.
Professor: Márcia Fagundes
III
Toledo
2010
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS................................................................................... IV
RESUMO......................................................................................................... V
Tratamento de Efluentes da Indústria de Laticínios.................................. 1
1. Introdução.................................................................................................. 1
2. Processo
produtivo...................................................................................
2
2.1 Composição e característica dos resíduos dos laticínios......................... 3
3. Tratamento dos
efluentes.........................................................................
5
3.1 Sistema de remoção de sólidos grosseiros.............................................. 6
3.2 Tanque de equalização............................................................................. 7
3.3 Sistema de tratamento físico-químico....................................................... 8
3.4 sistema de tratamento biológico............................................................... 9
3.5 Desidratação do lodo................................................................................ 10
3.6 Medição de vazão..................................................................................... 11
4. Otimização do processo para redução dos efluentes de laticínios..... 12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................... 14
IV
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fluxograma de limpeza CIP SBRT (2007)................................... 2
Figura 2 – Fluxograma de produção.............................................................. 3
Figura 3 – Esquema do tratamento de efluentes........................................... 6
Figura 4 - Peneira com escovas rotativas..................................................... 7
Figura 5 – Peneira estática............................................................................ 7
Figura 6 – Tanques de equalização............................................................... 8
Figura 7 – Flotodecantador............................................................................ 9
Figura 8 – Lodo ativado com aeração........................................................... 10
Figura 9 – Centrífuga de lodo........................................................................ 11
Figura 10 – Calha Parshall............................................................................ 11
V
RESUMO
As indústrias de laticínios geram efluentes industriais com grande
concentração de matéria orgânica. Assim, a matéria orgânica constitui-se um
dos poluente das águas residuárias de um laticínio. Segundo os órgãos de
controle ambiental, é preciso tratar esse efluente gerado, de modo que, ao ser
lançado em um corpo d’água, não desequilibre as características deste. O
presente trabalho mostra o processo produtivo de um laticínio, bem como o
tratamento de efluente convencionalmente utilizado por este tipo de indústria. É
mostrado também uma otimização do processo para que seja gerado menores
volumes de efluentes.
1
Tratamento de Efluentes da Indústria de Laticínios
1. Introdução
A utilização de água pelas indústrias pode ocorrer de diversas formas,
tais como: incorporação ao produto; lavagens de máquinas, equipamentos,
tubulações e pisos; em sistemas de resfriamento e geração de vapor; esgotos
sanitários dos funcionários; etc. Exceto pelos volumes de águas incorporados
aos produtos e pelas perdas por evaporação, as águas tornam-se
contaminadas por resíduos do processo industrial ou pelas perdas de energia
térmica, originando assim os efluentes líquidos. Nos laticínios, o consumo de
água se dá em grande maioria nos processos de higienização (máquinas,
equipamentos, pisos, etc.)
O setor de laticínios tem convivido com o consumo de água de limpeza,
que representa mais de 80% da demanda de água nestas agroindústrias,
sendo posteriormente tratada em sistema de tratamento de resíduos. Os
sólidos solúveis e suspensos, tratados nestes sistemas, representam parte da
matéria prima ou resíduos de sanitizantes. Considerando os diferentes estágios
de geração de efluentes na indústria de laticínios, as etapas de limpeza
também acrescentam às águas compostos tanto derivados do leite, quanto
estranhos à sua composição (BRIÃO, 2007).
Nas indústrias de laticínios, qualquer etapa do processamento gera
grandes volumes de efluentes (“águas brancas”), devido ao processo de
higienização. Esta água de processo, a qual contém frações diluídas de
produtos lácteos, contribuem significativamente para as perdas não acidentais
2
de leite ou de produtos lácteos e para a produção total do efluente (BALLANEC
et al., 2002).
A operação de higienização das indústrias de laticínios tem como
objetivo primordial a remoção de resíduos orgânicos e minerais aderidos às
superfícies, constituídos principalmente por proteínas, gorduras, carboidratos e
minerais. Em geral, a higienização dos laticínios utiliza o sistema de limpeza
“Cleaning In Place” (CIP). O Sistema Brasileiro de Respostas Técnicas – SBRT
(2007) descreve as etapas que envolvem o sistema CIP de limpeza, conforme
o fluxograma ilustrado na Figura 1.
Figura 1 - Fluxograma de limpeza CIP SBRT (2007)
2. Processo produtivo
Supondo uma indústria de laticínios que tenha como produtos finais o
leite em pó, leite pasteurizado, leite esterilizado (UHT), creme de leite e
manteiga tem-se o seguinte fluxograma de produção.
Pré-enxágue
Circulação com soda
Enxágue
Circulação ácida
Sanitização
Enxágue
Enxágue
3
Figura 2 - Fluxograma de produção.
2.1 Composição e característica dos resíduos dos laticínios
A variedade de produtos das indústrias de laticínios é grande,
abrangendo desde o processamento do leite até a elaboração de produtos
mais trabalhados, tais como queijos diversos, requeijão, cremes, sorvetes,
iogurtes, leite em pó, leite condensado etc.
No processamento do leite para consumo “in natura”, as operações
geradoras de águas residuárias são: lavagem e desinfecção de equipamentos
(tanques, centrifugas, pasteurizador, homogeneizador, tubulações, latões, etc),
quebra de embalagens contendo leite, perda nas envasadoras e lubrificação
Leite
Recepção
Resfriamento
Armazenamento
Concentração
Armazenamento
Secagem
Acondicionamento
Envase
Pasteurização
Leite fluido integral, desnatado, semi-desnatado
Creme
Leite em pó
Expedição
Leite pasteurizado
Envase
Expedição
Leite esterilizadoHomogeneiz
ação
Esterilização
Envase
Acondicionamento
Expedição
Creme de leite
Pasteurização
Armazenamento
Manteiga
Envase
Acondicionamento
Expedição
Batedeira
Acondicionamento
Envase
Expedição
4
dos transportadores. Em média, produz-se cerca de 3,25 litros de água
residuária para cada litro de leite processado. Tem-se, em média, a geração de
2,0 kg ou mais de DBO por cada 1.000 kg de leite processado.
Na obtenção de creme, o creme separado do leite por centrifugação
passa por uma mistura, sendo a seguir, pasteurizado e homogeneizado.
Nessas fases do processamento, as águas residuárias são constituídas,
principalmente, por leite, materiais sólidos (substâncias graxas), detergentes,
desinfetantes e lubrificantes. Águas residuárias de características semelhantes
são geradas na fabricação de leite em pó, possuindo, entretanto, uma maior
carga orgânica.
Além do soro, as águas residuárias de laticínios podem conter leite,
leitelho ou “soro da manteiga” (líquido resultante da batedura do leite),
coágulos, detergentes e desinfetantes, areia, lubrificantes, açúcar, pedaços de
frutas, essências e condimentos diversos, diluídos nas águas de lavagem de
equipamentos, tubulações, pisos e demais instalações da indústria. Dentre as
substâncias usadas para limpeza de equipamentos e utensílios, encontram-se
os alcalinos, os fosfatos, os ácidos, os complexantes e os tensoativos. Entre os
principais agentes alcalinos utilizados, destaca-se o hidróxido de sódio ou soda
cáustica, que apresenta um pH próximo a 13, quando em solução a 1%; já
entre os agentes ácidos inorgânicos, estão os ácidos nítrico, fosfórico e
clorídrico. Dentre os sanitizantes químicos mais usados em laticínios estão os
compostos à base de cloro, iôdo, amônia quaternária, ácido peracético,
peróxido de hidrogênio, clorhexidina, irgasan, entre outros.
A DBO do leite integral é cerca de 100.000 mg L-1 e exigem uma alta
demanda de oxigênio para sua decomposição, mesmo em pequenas
5
quantidades, porém seu valor nas águas residuárias irá depender do tipo de
processamento a que o leite foi exposto e do tipo de produto manufaturado.
Tem-se, em média, 2,0 kg ou mais de DBO por cada 1.000 kg de leite
processado, sendo que, em média, a água residuária contém 4.200 mg L-1 de
DBO.
O efluente gerado na higienização compõe um licor rico em gorduras,
carboidratos (principalemente lactose) e poteínas (principalmente caseínas)
que passam a ser contaminantes quando são lançados diretamente em corpos
receptores. Porém este licor possui uma promissora aplicação em subprodutos
lácteos, substituindo-se parcialmente a matéria-prima por este licor. A adição
de sólidos de origem láctea é permitida pela legislação brasileira e já vem
sendo executada comercialmente por algumas empresas do ramo. Somente o
efluente do enxágue inicial seria aproveitado para ser inserido em subprodutos,
pois os enxágües posteriores carregam consigo os resíduos de hidróxido de
sódio ou ácido nítrico, soluções usadas na limpeza do sistema.
3. Tratamento dos efluentes
Os efluentes as serem tratados são oriundos do sistema produtivo de
leite pasteurizado, UHT, leite em pó e demais derivados. Por se tratar de
despejos com as mesmas características físico-químicas, estes podem ser
tratados em conjunto.
Faz-se necessária apenas a separação do soro dos demais despejos
líquidos, devido à grande concentração de matéria orgânica presente, o que
dificulta o seu tratamento e estabilização pelos processos convencionais de
6
tratamento biológico. Para um correto tratamento e disposição do soro, este
será armazenado em tanques para posterior reaproveitamento em alimentação
animal, produção de lactose e proteínas, produção de leite em pó modificado,
ou até mesmo a preparação e disposição como adubo agrícola.
O tratamento dos despejos industriais é realizado através da remoção de
sólidos e gorduras através das operações unitárias de peneiramento e flotação,
e posterior remoção da carga orgânica através de processos biológicos de
tratamento.
Figura 3 – Esquema do tratamento de efluentes.
3.1 Sistema de remoção de sólidos grosseiros.
Os despejos industriais enviados para a Estação de Tratamento de
Efluentes (ETE) poderão conter materiais sólidos e por isso passarão por uma
peneira que possui sistema de limpeza automática da tela, onde será feita a
remoção destes sólidos grosseiros (pedaços de embalagens, plásticos, etc.)
para a proteção contra a obstrução das bombas e tubulações. Este
Peneiramento
Efluentes gerados
Tanque de equalizaçãoTratamento
Físico-químicoTratamento biológico
Medição de vazão
Secagem do lodo
Medição de vazão
Decantação
Corpo receptor
Disposição no solo
7
peneiramento pode ser feito por simples ação da gravidade em peneiras
estáticas ou com o auxílio de escovas rotativas.
Figura 4 – Peneira com escovas rotativas.
Figura 5 – Peneira estática.
3.2 Tanque de equalização
Os efluentes oriundos do tratamento preliminar seguem até um tanque,
provido de agitação mecânica para promover a equalização e homogeneização
do efluente, frente às diferenças nas características de cada tipo de despejo
gerado, em função dos diferentes tipos de processamento do leite. Esta etapa
é fundamental para um perfeito funcionamento das etapas seguintes etapas de
tratamento, onde todas as variações bruscas, tanto de carga como de vazão
devem ser minimizadas.
8
Homogeneizado o efluente, este será recalcado à vazão constante para
o tratamento físico-químico.
Figura 6 – Tanques de equalização.
3.3 Sistema de tratamento físico-químico
O sistema de tratamento físico-químico tem a finalidade de abater parte
da carga orgânica, sólidos em suspensão e gorduras presentes nos despejos
líquidos. O processo de flotação das gorduras presentes nos despejos ocorre
naturalmente devido a sua massa específica ser menor do que a água. No
entanto, a fim de se aumentar a eficiência e diminuir o tempo necessário para
esta separação, utilizam-se produtos químicos para acelerar esta
desestabilização quimicamente. A adição destes produtos visa a diminuição do
Potencial Zeta das partículas a fim de facilitar a formação de coágulos.
Além da flotação da gordura, também ocorre a decantação de sólidos
sendo necessário a previsão de um sistema que possibilite a remoção destes.
Para tanto se utiliza um equipamento denominado de flotodecantador, que
contempla das duas operações unitárias que ocorrem nesta etapa de
tratamento.
9
Figura 7 – Flotodecantador
3.4 Sistema de tratamento biológico
O sistema de tratamento biológico é responsável pela remoção de
aproximadamente metade da matéria orgânica presente nos despejos de
laticínios.
Os processos biológicos são baseados na remoção desta matéria
orgânica através do metabolismo de oxidação e de síntese das células dos
microorganismos envolvidos.
O sistema mais utilizado atualmente é do tipo lodo ativado, onde a
matéria orgânica é decomposta através da ação de uma biomassa presente no
sistema. Esta biomassa é composta por microorganismos aeróbios específicos
para este fim. A conversão da matéria orgânica é realizada dentro de um
tanque de aeração com oxigênio disponível para o metabolismo da biomassa,
fornecido através de aeração mecânica.
O efluente oriundo deste tanque de aeração passa por um decantador
de lodo onde a biomassa é concentrada e separada da corrente líquida,
retornando novamente para o tanque de aeração a fim de manter a
concentração desta dentro dos padrões exigidos para a correta operação do
sistema.
10
Figura 8 – Lodo ativado com aeração.
3.5 Desidratação do lodo
Os sólidos e a gordura removidos no flotodecantador e o excesso de
lodo biológico extraído do decantador secundário constituem um material rico
em matéria orgânica, que pode ser utilizado na adubação orgânica de solos.
Devido à grande quantidade de água presente neste material, é
aconselhável a desidratação deste, através de uma operação unitária
apropriada. Dentre os diversos sistemas e equipamentos existentes para este
fim, o mais utilizado e com melhor eficiência empregado atualmente é a
centrifugação, que é o indicado para o sistema em questão.
Sendo assim, estes sólidos serão enviados para um tanque de acúmulo
e posteriormente desidratados em um centrífuga, resultando em uma
considerável redução de volume, facilitando o transporte deste até o seu
destino final. O líquido remanescente deste processo retorna para o tanque de
equalização.
11
Figura 9 – Centrífuga de lodo.
3.6. Medição de vazão
O controle da vazão do efluente a ser tratado, bem como a quantidade
de efluente tratado lançado no corpo receptor necessita ser quantificada, tanto
para um correto controle do sistema quanto para informação aos órgãos de
fiscalização ambiental.
No caso do tratamento de efluentes da indústria de laticínios, a medição
da vazão do efluente será realizada por um medidor tipo Calha Parshall.
Figura 10 – Calha Parshall.
12
4. Otimização do processo para redução dos efluentes de laticínios
O volume de efluente gerado pode ser minimizado inicialmente pela
redução de perdas nos processos, incluindo a utilização de equipamentos mais
modernos, uma otimização no arranjo geral da indústria, redução do consumo
de água nas lavagens de equipamentos e pisos industriais, redução de perdas
de produtos no processo e perdas de matéria-prima no descarregamento da
mesma. A manutenção também é fundamental para a redução de perdas por
vazamento e desperdício de energia.
Deve-se também evitar o uso excessivo de sanitizantes para que se
reduza a carga destes compostos no efluente gerado.
Na indústria de laticínios, os processos de separação com membranas
apresentam um grande potencial para o tratamento de efluentes, visto que
seria possível atingir a redução da carga orgânica. O reuso e o reciclo de
efluentes surge como uma alternativa para a minimização do lançamento de
efluentes, evitando a sobrecarga nos sistemas de tratamento e servindo como
uma ferramenta na redução de custos.
Os processos com membrana surgiram como uma nova classe de
processos de separação que utiliza membranas como uma barreira seletiva,
que separa duas fases, restringindo total ou parcialmente o transporte de uma
ou várias espécies presentes na fase. Uma membrana é uma fase permeável
ou semipermeável, frequentemente um fino polímero sólido que restringe o
movimento de certas espécies. A aplicação de processos com membranas tem
sido motivada pelas vantagens que os mesmos apresentam em relação às
operações clássicas. As principais vantagens são que esses processos
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geralmente são atérmicos, não envolvem mudança de fase, não necessitam de
aditivos químicos, são simples em conceito e operação, são modulares e
apresentam facilidade para realização de ampliação de escala, necessitam de
baixo consumo de energia, apresentam um uso racional de matérias primas e
recuperação de subprodutos.
As principais limitações da tecnologia de membranas são a fragilidade
das membranas e a deposição de substâncias na sua superfície. O uso de
pressões elevadas, como no caso da osmose inversa, as paradas para
limpezas e as limitações práticas do nível máximo de concentração a ser
atingido também podem ser citados como desvantagens do processo.
A osmose reversa (ou osmose inversa) é um processo de remoção de
água por alta pressão, para concentração de soluções com componentes de
baixo peso molecular, ou clarificação de efluentes, com alta eficiência
energética, que objetiva a separação de solutos iônicos, (orgânicos e
inorgânicos) e macromoléculas de correntes aquosas e utiliza alimentação
tangencia. A ultrafiltração é um processo de separação seletiva utilizado para
concentrar e purificar componentes de peso molecular médio a alto, tais como
proteínas lácteas, carboidratos e enzimas. A nanofiltração é um processo de
filtração entre ultrafiltração e osmose inversa que proporciona separações
altamente específicas de componentes com baixo peso molecular, tais como
açúcares de minerais dissolvidos e sais. A microfiltração é um processo de
separação de componentes em suspensão com alto peso molecular e de
compostos coloidais gerados pela dissolução de sólidos, em baixas pressões.
14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MATOS, A. T. - Tratamento de resíduos agroindustriais - Universidade Federal
de Viçosa, 2005.
GIORDANO, G. - Tratamento e Controle de Efluentes Industriais - UERJ.
WASEM, A. – Projeto de estação de tratamento de efluentes de uma empresa
de laticínios, UFRGS, Porto Alegre, 2005.
DAIANA, L.; JÚNIOR, J; PRISCILA, M; BATISTA, R.; TENÓRIO, P. –
Tratamento de efluentes de laticínios e derivados – São Luís, MA, 2009.
