Água Na Indústria de Cana

8/14/2019 Água Na Indústria de Cana

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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 Resí duos - Etanol

Abordagem• Água utilizada no processo industrial

• Uso de Água no Setor

• Efluentes

• Vinhaça (vinasse)




Processo IndustrialFonte: folheto da Usina Santa Elisa

Recepção, preparo eextração do caldo

Produção deEnergia

Preparo do caldo

Fábrica de Açúcar

Destilaçãode 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 caleação

Forno de

enxofre

Enxofre sólido

Sulfitação do

caldo

Calagem

01 02

Caldo filtrado

Caldo das Moendas

,

Leite de cal

Água de resfriaento




Processo: preparo do caldoTratamento do caldo: aquecimento e decantação

Caldo caleado

Lodo

Caldo

Clarificadopara

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: fermentaçãoFermentação: preparo e tratamento do mosto

Mosto parafermentação

produtos

Leite levedura




Processo: fermentaçãoFermentação (por batelada ou contínua) Mosto para

fermentação

Leite deLevedura

(p/ tratamento)

Vinho para destilaria




Processo: destilação hidratado

Destilação (álcool hidratado)Vinho

flegma álcoolhidratado

flegmaçavinhaça




V inhaça

V a p or de

e s c a p e

Aparelho de Destilação

Á g u a

Q ue nt e

Á g u a

Q ue nt e

A B CP

K

Á g u a

F r i a

V i nh a ça

E nt r a d a

Á g u a

Q u e n t e

Á g u a

C o n d e n s a d o

Á g u a

EEH H

HH

I 1I

I

C i c l oh e x a no

Processo: destilação anidroDestilação (álcool anidro) Vinho

flegma

álcoolhidratado

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 deEnergia

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

0,20,0500,10 m3/t.cana p/açúcarResfriamento Cristalizadores0,10,0300,06 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 EvaporaçãoConcentraçãodo 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 muitoraro). 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 deunidades que representam a maioria do parque industrial, com aprodução de cerca de 50% de cana para açúcar e 50% para a produçãodo 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 gerenciamentode 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. Dornas

14%

Multijatos29%

Lavagem deCana

25%

Existem usinas que captam água comtaxas menores ainda de até 0,5 m3/tcana




Disponibilidade e Demanda: SP

Disponibilidade e demanda de captação de águasuperficiais 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

30,3137,32232002587UrbanaDemanda893 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 eDemanda




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 commenores 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 % em1990, 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 degases 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 a500mg/ de DBO5) e alta concentração de sólidos.

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

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

• Evolução: Limpeza da cana a seco =>Eliminação da lavagem (emcana picada a perda de açúcar é muito grande e não é feitolavagem). 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 Lavagemde Cana

Decantador circular de água delavagem de cana

Caixas de areia p/ água delavagem de cana




Águas dos multijatos e condensadoresbarométricos

• Despejo originado nos evaporadores e vácuosdo setor de concentração e cozimento

• Apresentando um baixo potencial poluidor (10 a40 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 (oulançamento).

Tratamento de Água da Fábrica

Á




Tratamento de Água de Resfriamento daDestilaria

Águas de resfriamento de dornas e de

condensadores de álcool• Sem potencial poluidor em termos de matériaorgânica, porém com alta temperatura (~50°C).

• O tratamento visando diminuir a temperaturaconsiste de torres de resfriamentos (ou nãoconvencional tanques aspersores) para retorno

(circuito fechado).

Á




Tratamentos: Resfriamento de Água daFábrica e Destilaria

Aspersores para resfriamento de águasmultijatos

Torres de resfriamento de águas




Tratamento dos Despejos da Lavagem deGases da Chaminé

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

• Baixo potencial poluidor em termos de matéria orgânica (100 a150mg/ de DBO5), alta concentração de sólidos e altatemperatura (80°C).

• O tratamento consiste em decantação/flotação e o reuso dotratado 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




Sistema: Tratamento dos Despejos daLavagem de Chaminé

Decantador/ /flotador de fuligem

Retentor de fuligem caldeiras




Água Residuárias (diluindo ou não a vinhaça/fertirrigação).• 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 chegarcom o fechamentos dos principais circuitos, em torno de 1 m3 deágua captada/t.cana.

• Assim uma dosagem de vinhaça pura que tem uma lâmina de águapequena (15 a 30 mm/ano) pode ter esta lâmina aumentada para 80a 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 águasde oficinas e das moendas não passarem por caixa de óleo.

Tratamento: Águas Residuárias



PPP : Água na Indu´stria dea Cana –de-açúcar, Cetesb, SP, 16/04/2008.30(*) 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 irrigação.




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 tertratamento 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 RegiãoCS

i h ifi ã




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)

Vinhaça: Caracterização Físico-Química




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

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

Vinhaça: Caracterização Físico Química(CTC)

Vinhaça: Caracterização Físico-química





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/m3

Carga orgânica 300 gDQO/L.álcool


Vi h I t P t i l P l id




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 águassubterrâneas

• Cheiro objetável no armazenamento e disposição nosolo (matéria orgânica e enxofre, formandomercaptanas)

• A produção de 500 m3

álcool/dia (1.000.000t.cana/safra) equivale a poluição orgânica de umacidade com 1.700.000 habitantes (durante a safra)

i h i ó i




Vinhaça: Histórico• Problema imediato: poluição hídrica pelo lançamento

─ Não há solução técnica e econômica para o tratamentoconvencional 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). Eliminando oproblema imediato de poluição hídrica superficial (antes dos

anos 70) ─ Posteriormente: Uso racional da vinhaça:

• com dosagens controladas trazendo benefícios na substituiçãode parte da adubação mineral;

• Diminuição do risco de poluição das águas subterrâneas. ─ Atualmente: Aplicação altamente tecnificada:

• Maiores benefícios agronômicos (produtividade);• Substituição de parte da adubação química (potássio)

• Reciclagem parcial de recursos naturais (N,K e micronutrientes)

Vinhaça: Aplicação Tecnificada




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

Vinhaça: Benefícios Agronômicos



PPP : Água na Indu´stria dea Cana –de-açúcar, Cetesb, SP, 16/04/2008.42Source: Penatti et alii – Vinasse a liquid fertilizer. Proceedings 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 aumentode produdividade)

Vinhaça: NT CETESB P4.231




onde:

0,05 = 5% da CTCCTC = Capacidade de Troca Catiônica, expressa em cmolc/dm³ a pH 7,0, dadapela 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 parakg 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 econômico)

çDosagem de K2O

Critérios e Procedimentos para Aplicação no Solo Agrícolam³ de vinhaça/ha = [(0,05 x CTC - ks) x 3744 + 185] / kvi

Vinhaça: Aspersão




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




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 dacaptação, 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 instrumentode 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 aossetores usuários de água.

Conclusões




Conclusões Em relação às pesquisas:

• Pode se dizer que o setor atingiu um patamar de engenharia básica no seu balançohídrico 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 algumreaproveitamento 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 ograu 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 paraaproveitar melhor a água contida na cana, dentro de uma óptica de custo-benefício.

Água na Indústria da Cana-de-açúcar




OBRIGADO

CTC - CENTRO DE TECNOLOGIA CANAVIEIRAPiracicaba - SP

André Elia [email protected]

Água na Indústria da Cana-de-açúcar

Água Na Indústria de Cana

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