DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE...
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
ENGENHARIA AMBIENTAL
RAFAELA PERANDRÉ ASSMENN
DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE
DE FRIGORÍFICO DE SUÍNOS PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO
AMONIACAL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
MEDIANEIRA
2016
RAFAELA PERANDRÉ ASSMENN
DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE
DE FRIGORÍFICO DE SUÍNOS PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO
AMONIACAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenheira Ambiental, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientadora: Prof. Dr. Juliana Bortoli Rodrigues Mees
Co-orientadora: Ms. Gisele Maria Brod Caldereiro
MEDIANEIRA
2016
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Medianeira
Diretoria de Graduação e Educação Profissional
Coordenação do Curso de Engenharia Ambiental
TERMO DE APROVAÇÃO
DIAGNÓSTICO E PROGNÓSTICO DE UM SISTEMA DE EFLUENTE DE
FRIGORÍFICO DE SUÍNOS PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO AMONIACAL
por
RAFAELA PERANDRÉ ASSMENN
Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi apresentado às 16:00 do dia 30 de
novembro de 2016, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Ambiental. A candidata foi arguida pela Banca Examinadora composta
pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora
considerou o trabalho aprovado.
________________________________ ______________________________
Profa. Dra. Juliana Bortoli R. Mees Me. Gisele Maria Brod Caldereiro Orientadora Co-orientadora
_______________________________ ________________________________
Profa. Carla Limberguer Profº. Eduardo Borges Lied
Membro titular Membro titular
AGRADECIMENTOS
À minha família, pelo apoio e dedicação para que eu pudesse alcançar meus
objetivos profissionais, principalmente à minha avó materna Maria Helena de Souza
Perandré, pelo incentivo ao estudo desde sempre.
À Professora Dra. Juliana Bortoli Rodrigues Mees, pelo privilégio de tê-la
como orientadora. Obrigada pela dedicação, paciência, perfeccionismo e carinho
durante a orientação deste trabalho, principalmente por ter me dado a oportunidade
de realizar o trabalho na área que tenho tanto apreço.
À Gisele Maria Brod Caldereiro, Andrieli Terezinha Schulz e Alexsander
Tavares, pelo fornecimento dos dados e esclarecimentos prestados ao longo do
trabalho.
A Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR, Câmpus Medianeira,
pela bolsa de fomento concedida para a realização deste trabalho.
Ao corpo docente da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR,
Câmpus Medianeira, pela dedicação ao ensino dos discentes, tanto pelos
conhecimentos técnico-científicos transmitidos quanto pelas experiências de vida
relatadas.
Aos colegas de graduação, pelo auxílio, companheirismo e a amizade durante
esses anos.
Ao João Paulo de Sousa Magalhães, amigo sincero, paciente e dedicado que
tanto contribuiu e apoiou nos grandes momentos de decisão nos últimos dois anos.
Enfim, a todos que de maneira direta ou indireta estiveram envolvidos para
que eu chegasse até aqui: muito obrigada.
“dive for dreams
or a slogan may topple you
(trees are their roots
and wind is wind)
trust your heart
if the seas catch fire
(and live by love
though the stars walk backward)
honour the past
but welcome the future
(and dance your death
away at this wedding)
never mind a world
with its villains or heroes
(for god likes girls
and tomorrow and the earth)”
Dive for dreams - E.E. Cummings.
RESUMO
ASSMENN, Rafaela Perandré. Diagnóstico e Prognóstico de um Sistema de Efluente de Frigorífico de Suínos para Remoção de Nitrogênio Amoniacal. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Medianeira, 2016. Devido a grande poluição de corpos hídricos, o tratamento de efluentes ganhou importância no cenário nacional para garantir a qualidade ambiental da biota aquática. No entanto, poluentes de difícil remoção, como o nitrogênio amoniacal, acabam dificultando o tratamento, sendo necessários grandes investimentos nos sistemas de tratamento para atender os padrões de lançamento. Assim, o presente estudo tem como objetivo caracterizar uma planta de efluentes de um abatedouro e frigorífico de suínos, sendo esta constituída por um tratamento preliminar e primário, secundário e um pós-tratamento. Após a avaliação do sistema, foi identificado que há grande presença de material sólido devido à ineficiência do tratamento primário, e inserção de biofertilizante no início do tratamento secundário, fazendo com a concentração de nitrogênio amoniacal seja elevada no efluente final, pois os aeradores utilizados na lagoa aerada de mistura completa não apresentam potência necessária para remoção desse poluente, além de possuírem disposição é errônea. Portanto, com a avaliação minuciosa do sistema, foram propostas quatro melhorias para uma maior remoção de nitrogênio amoniacal, sendo elas instalação de uma coluna de arraste de ar – Stripping – reestruturação e instalação de novos aeradores na lagoa aerada de mistura completa, instalação de lodo ativado convencional ou instalação de um espessante de lodo após o biodigestor. Todos os tratamentos apresentam alta eficiência, porém, não são capazes de remover a carga inserida de nitrogênio amoniacal quando instalados de forma separadamente. Assim, o estudo mostrou que a melhor opção é o espessamento do lodo para posterior uso em solo agrícola e modificação no sistema da lagoa aerada para um sistema de lodo ativado, que tem capacidade de remoção de 50% do nitrogênio amoniacal presente no efluente. Essas modificações permitem a melhoria continua do sistema de tratamento de efluente, além de redução de possíveis impactos que o despejo de efluente no corpo receptor poderia causar para a biota aquática, como a eutrofização. Palavras-chave: lagoa aerada, lodo ativado, Stripping.
ABSTRACT
ASSMENN, Rafaela Perandré. Diagnosis and Prognosis of a pork-effluent system to remove the Ammoniacal Nitrogen. 2016. Trabalho de conclusão de curso (bacharelado em engenharia ambiental) - universidade tecnológica federal do paraná. Medianeira, 2016. Due to the great amount of pollution of water bodies, the treatment of effluents has gained importance in the national scenario to guarantee the environmental quality of the aquatic biota. However, the difficult to remove pollutants, such as ammoniacal nitrogen, make treatment difficult, requiring large investments in treatment systems to meet the legal standards. Thus, the present study aims to characterize an effluent plant of a pork slaughterhouse, which consists of preliminary and primary treatment, secondary treatment and post-treatment. After the evaluation of the system, it was identified that there is a large presence of solid material due to the inefficiency of the primary treatment, and the insertion of biofertilizer at the beginning of the secondary treatment causes a higher concentration of ammoniacal nitrogen in the final effluent, because the lagoon of complete mixture do not present the necessary power to remove this pollutant, besides having disposition is erroneous. Therefore, with the detailed evaluation of the system, four improvements were proposed for a better removal of ammoniacal nitrogen, being the installation of an air dragging column - Stripping - restructuring and installation of new aerators in the aerated lagoon of complete mixing, installation of a activated sludge or the installation of a sludge thickener after the biodigester. All treatments have high efficiency, however, they are not able to remove the inserted load of ammoniacal nitrogen when installed separately. Thus, the study showed that the best option is the thickening of the sludge for later use in agricultural soil and modification in the aerated lagoon system to an activated sludge system, which has the capacity to remove 50% of the ammoniacal nitrogen present in the effluent. These modifications allow the continuous improvement of the effluent treatment system as well as the reduction of possible impacts that effluent discharge into the receiving body could cause to the aquatic biota, such as eutrophication.
Key words: aerated lagoon, activated sludge, stripping.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Processamento de Suínos e Aspectos Ambientais ..................................... 8
Figura 2 - Finalidades da Decantação Primária ........................................................ 14
Figura 3 - Sistema de Lodo Ativado Convencional .................................................... 17
Figura 4 - Configuração de um ar Stripping de amônia ............................................. 23
Figura 5 - Porcentagem de amônia livre em função do pH para diferentes temperaturas ............................................................................................................. 24
Figura 6 - Vista superior do tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico ...... 27
Figura 7 - Bacia do Paraná III e seus afluentes ......................................................... 28
Figura 8 - Sistema Geral de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos ........................................................................................................................ 29
Figura 9 - Etapas do Sistema de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico em estudo.................................................................................................................. 34
Figura 10 - Tratamento preliminar – peneiras linha verde (à esquerda) e vermelha (à direita) ....................................................................................................................... 36
Figura 11 - Tratamento primário – decantador linha verde (à esquerda) e vermelha (à direita) ....................................................................................................................... 36
Figura 12 - Tratamento primário – decantador 3 ....................................................... 37
Figura 13 - Tratamento secundário – Lagoa anaeróbia 1 (à esquerda) e 2 (à direita) .................................................................................................................................. 37
Figura 14 - Tratamento secundário – Lagoa aerada de mistura completa (à esquerda) e lagoa de decantação (à direita) ............................................................. 37
Figura 15 - Pós-Tratamento – flotador físico-químico ............................................... 38
Figura 16 - Calha Parshall – início do tratamento secundário (à esquerda) após pós-tratamento (à direita) ................................................................................................. 39
Figura 17 - Percentual de substratos de alimentação do biodigestor ........................ 39
Figura 18 - Biodigestor (à esquerda) e lagoa de biofertilizante (à direita) ................. 40
Figura 19 - Layouts dos decantadores – decantador linha verde (A), vermelha (B) e decantador 3 (C) ....................................................................................................... 44
Figura 20 - Modelo de aerador utilizado na nova proposta de tratamento ................ 50
Figura 21 - Área de influência dos novos Aeradores ................................................. 50
Figura 22 - Sistema de Aeração Removível Air Float ................................................ 52
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Discriminização do Setor Agroindustrial no Brasil ...................................... 4
Tabela 2 - Caracterização de Efluentes de Abatedouros e Frigoríficos de Suínos ... 10
Tabela 3 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Decantadores ........... 13
Tabela 4 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Lagoas de Estabilização ............................................................................................................. 16
Tabela 5 - Parâmetros de Projetos para o Dimensionamento de um Sistema de Lodo Ativado Convencional ................................................................................................ 17
Tabela 6 - Diversos tipos de tratamento para remoção de compostos de nitrogênio em efluentes industriais ............................................................................................. 19
Tabela 7 - Parâmetros para o Projeto de um Ar Stripping ......................................... 24
Tabela 8 - Parâmetros e concentrações estabelecidos pela Resoluções CONAMA nº 430/11 e CEMA nº 070/09 ......................................................................................... 26
Tabela 9 - Parâmetros Físico-Químicos Analisados E Suas Respectivas Metodologias ............................................................................................................. 30
Tabela 10 - Pontos de Amostragem e Análises realizada em cada local .................. 31
Tabela 11 - Geração de efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos em estudo 33
Tabela 12 - Características físicas do Tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico de Suínos em estudo ................................................................................. 35
Tabela 13 - Análise Comparativa entre Efluente Bruto e Efluente Final em Relação à Resolução CONAMA nº 430/2011 ............................................................................ 42
Tabela 14 - Avaliação Físico-Química do Tratamento Primário (Decantador) .......... 44
Tabela 15 - Parâmetros adotados para o dimensionamento dos aeradores da lagoa .................................................................................................................................. 49
Tabela 16 - Parâmetros adotados para o dimensionamento de um lodo ativado convencional ............................................................................................................. 51
Tabela 17 - Parâmetros adotados para o dimensionamento do Stripping ................. 53
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Oferta e Demanda de Carnes no Brasil e no Mundo................................. 5
Quadro 2 - Parâmetros Físico Químicos Avaliados ................................................... 42
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 1
2 OBJETIVOS GERAIS .............................................................................................. 3 2.1 Objetivos Específicos ............................................................................................ 3 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 4 3.1 AGROINDÚSTRIA ............................................................................................... 4 3.2 ABATEDOUROS E FRIGORÍFICOS DE SUÍNOS ................................................ 6
3.2.1 Processo Produtivo ............................................................................................ 7 3.2.2 Produção e geração de resíduos em abatedouros e frigoríficos ........................ 8 3.2.3 Caracterização dos efluentes de frigoríficos ....................................................... 9 3.3 PRINCIPAIS SISTEMAS APLICÁVEIS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES DE ABATEDOURO E FRIGORÍFICO ....................................................................... 11 3.3.1 Remoção de matéria sólida .............................................................................. 13 3.3.2 Remoção de matéria orgânica ......................................................................... 14
3.3.2.1 Lagoas de Estabilização ................................................................................ 15 3.3.2.2 Lodos Ativados .............................................................................................. 16
3.3.4 Remoção de nutrientes – (Nitrogênio) .............................................................. 17 3.3.4.1 Processo biológico convencional de remoção de nitrogênio – (Nitrificação e Desnitrificação) .......................................................................................................... 20 3.3.4.3 Stripping de amônia (arraste da amônia com utilização de ar) ...................... 21 3.4 LEGISLAÇÃO ...................................................................................................... 25
4 MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................... 27 4.1 LOCAL DO ESTUDO .......................................................................................... 27
4.2 METODOLOGIA Para caracterização e ANÁLISE DO ATUAL SISTEMA DE TRATAMENTO .......................................................................................................... 30
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 33 5.1 DIAGNÓSTICO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS ......................................................... 33 5.1.1 Descrição das operações e processos que compõem o sistema de tratamento .................................................................................................................................. 33
5.1.2 Parâmetros físico-químicos avaliados do sistema de efluente do abatedouro e frigorífico de suínos ................................................................................................... 40
5.2 AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS ......................................................... 43 5.2.1 Tratamento Preliminar e Primário ..................................................................... 43
5.2.2 Tratamento Secundário .................................................................................... 46 5.2.3 Pós Tratamento ................................................................................................ 47
5.2.4 PARECER SOBRE O SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DA INDÚSTRIA EM ESTUDO ......................................................................................... 47
5.3 PROGNÓSTICO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS – PROPOSTAS ............................... 48 5.3.1 Modificação no sistema de aeração da lagoa aerada ...................................... 49 5.3.2 Sistema de lodo ativado ................................................................................... 51 5.3.3 Remoção de nitrogênio amoniacal por arraste de ar – Stripping ...................... 53
5.3.4 Instalação de um espessante de lodo após o biodigestor ................................ 54 6 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 56
REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 1
APÊNDICE I ................................................................................................................. I APÊNDICE II ........................................................................................................... VIII
1
1 INTRODUÇÃO
A utilização da água é indispensável para a manutenção dos processos
industriais, alterando assim, suas características físicas, químicas e biológicas,
e gerando desde efluentes líquidos industriais. Logo, é necessário um
gerenciamento adequado desses resíduos, pois os mesmos possuem cargas
altamente poluidoras que, quando descartadas inadequadamente, podem
causar sérios danos ao meio ambiente, como eutrofização dos corpos
receptores.
Um setor da agroindústria brasileira que gera uma grande quantidade de
efluentes líquidos potencialmente poluidores aos corpos hídricos é o abate e
processamento de suínos, indústria fortemente desenvolvida no oeste
paranaense. Além de conter elevada carga orgânica e grande quantidade de
sólidos em suspensão, um dos poluentes mais agravantes e de difícil remoção
presente neste tipo de efluente é o nitrogênio, especialmente o nitrogênio
amoniacal, podendo causar ou contribuir para o processo de eutrofização de
corpos hídricos.
Portanto, o efluente deve ser adequadamente tratado, para
posteriormente ocorrer o descarte no corpo receptor de acordo com os padrões
estabelecidos pela Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente
(CONAMA) nº 430/2011 (BRASIL, 2005) e Resolução do Conselho Estadual do
Meio Ambiente (CEMA) nº 70/2009 (PARANÁ, 2009). Para atender os
parâmetros estabelecidos pela legislação, diferentes técnicas de tratamento
são empregadas dependendo da caracterização de cada efluente, do clima de
cada região onde a indústria está inserida e de acordo com as características
geomorfológicas do local.
Os principais tratamentos empregados para remoção do nutriente
nitrogênio amoniacal são tratamentos físico-químicos, como a
coagulação/floculação e flotação e, os tratamentos biológicos que
tradicionalmente contemplam a nitrificação seguida da desnitrificação. Quando
esses tratamentos são insuficientes para remover os poluentes presentes no
2
efluente, devem haver um pós-tratamento, como membranas e colunas de
arraste de ar “Stripping”, por exemplo.
3
2 OBJETIVOS GERAIS
Diagnosticar o sistema de tratamento de efluente de um abatedouro e
frigorífico e propor melhorias visando a remoção de nitrogênio amoniacal.
2.1 Objetivos Específicos
Caracterizar o sistema de tratamento atual (preliminar, primário, e
secundário) com base nos parâmetros de projeto estrutural e avaliação
in loco;
Caracterizar o efluente industrial após o pós-tratamento físico-químico
(coagulação/floculação/flotação);
Caracterizar o efluente (biofertilizante) do biodigestor que ingressa no
tratamento secundário;
Propor melhorias nos processos que compõem o sistema de tratamento
de efluentes visando a remoção de nitrogênio amoniacal;
4
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 AGROINDÚSTRIA
A agroindústria faz parte do agronegócio, transformando e/ou
processando matérias-primas agropecuárias em produtos elaborados
adicionando valor ao produto, e o distribuindo (PARRÉ; GUILHOTO, 2000).
Assim, Araújo (2007) define as duas vertentes que dispõe o sistema
agroindustrial: a primeira como um Sistema Agroalimentar como sendo “... o
conjunto das atividades que concorrem à formação e à distribuição dos
produtos alimentares e, em consequência, o cumprimento da função de
alimentação”, como abatedouros e frigoríficos. A segunda vertente é chamada
de Sistema Agroindustrial não Alimentar definida como: “o conjunto das
atividades que concorrem à obtenção de produtos oriundos da agropecuária,
florestas e pesca, não destinadas à alimentação, mas aos sistemas
energéticos, madeireiro, couro e calçados, papel, papelão e têxtil”.
No Brasil, a discriminização do setor agroindustrial considera os
seguintes critérios apresentados na Tabela 1, os quais evidenciam a
importância do setor agrícola para o cenário econômico brasileiro (IBGE, 2008).
Tabela 1 - Discriminização do Setor Agroindustrial no Brasil
Discriminação Peso (%)
Total da agroindústria 100,00
Total da agricultura 64,9
Produtos industriais derivados da agricultura 55,5
Produtos industriais destinados à agricultura 9,4
Total da Pecuária 28,6
Produtos industriais derivados da pecuária 22,6
Produtos industriais destinados à pecuária 6
Inseticidas, herbicidas e outros defensivos de uso agropec. 5
Desdobramento da madeira 1,5
Fonte: IBGE (2007).
Segundo dados do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio
Exterior - MDIC (2016), o setor agroindustrial no Paraná foi responsável por
5
33% das exportações, cerca de US$ 1,86 bilhões apenas no primeiro semestre
de 2016. Em relação a 2015, esse setor comercial teve um aumento de 16% no
mesmo período. Além disso, as exportações paranaenses para o MERCOSUL
de 2016 (Bloco econômico composto, além do Brasil, por Argentina, Paraguai,
Uruguai e Venezuela) aumentaram em 65% em relação ao período de janeiro a
maio de 2015. De acordo com o Ministério da Agricultura, Pecuária e
Abastecimento - MAPA (2016), as exportações chegaram a US$ 949 bilhões no
acumulado de janeiro a maio de 2016. Logo, o Estado ocupa a segunda
posição entre os estados brasileiros que mais exportam no setor do
agronegócio, estando à frente o Estado de São Paulo (MAPA, 2016).
A pecuária é responsável por 28,6% do agronegócio, abrangendo abate
e processamento de carnes, fabricação de ração e outros insumos, sendo o
setor cárneo mais pretuberante (IBGE, 2016). Segundo o Ministério da
Agricultura, Pecuária e Abastercimento – MAPA (2016), o Brasil lidera o
ranking de maior exportador mundial de carne bovina desde 2008, pois o país
possui um extenso rebanho que é responsável por 33% deste comércio
mundial. Em relação à suinocultura, o Brasil também é reconhecido como um
dos principais produtores e exportadores da carne para manter o consumo
elevado de carnes no Brasil e no mundo (Quadro 1).
Carnes no Mundo (mil toneladas)
Bovina Suína Frango
Oferta 58,7 111.845,0 87,4
Demanda 56,9 111.174,0 85,1
Carnes no Brasil (mil toneladas)
Oferta 10,26 3.524,0 12.691,0
Demanda 8,36 3.004,0 8.592,0
Quadro 1 - Oferta e Demanda de Carnes no Brasil e no Mundo Fonte: Adaptado ABPA, 2014.
Contudo, com base nos dados da Secretária do Comércio Exterior, o
setor de carne suína sofreu queda de 6,76% em abril de 2016 em relação ao
mês anterior. Contudo, no mês de agosto do mesmo ano, a exportação da
carne suína teve um aumento de exportação em 9,4%, confirmando as
6
expectativas da Ministério da Agricultura e Pecuária, de que o Brasil deverá
manter o quarto lugar nas exportações de carne suína nos próximos anos, com
média anual de 4,91% até 2018-2019 (MAPA, 2016).
No entanto, essa indústria movimenta um mercado extenso e de grande
importância na dieta humana, e por se tratar de um produto de alta demanda
nacional (Quadro 1), o Brasil apresenta uma matriz industrial consolidada no
mercado, e tem investindo em pesquisas para o melhoramento da qualidade da
carne (PIGATTO, 2011), possuindo uma previsão de crescimento progressivo
em relação à produção de animais para abate.
Por fim, devido à relevância econômica da atividade de produção animal
para corte no cenário nacional, fez com que houvesse um número crescente de
abatedouros e frigoríficos, seja de aves, bovinos ou de suínos (FERREIRA et
al, 2002).
3.2 ABATEDOUROS E FRIGORÍFICOS DE SUÍNOS
Pacheco e Yamanaka (2008) definem abatedouros ou matadouros como
unidades que realizam o abate dos animais, produzindo carcaças (carne com
ossos) e vísceras comestíveis, porém sem industrializar a carne. No entanto, o
processamento da carne e produção dos seus derivados deve ocorrer em
frigoríficos ou em matadouros-frigoríficos, que segundo o Decreto nº 30.691 /52
é definido por:
“o estabelecimento dotado de instalações
completas e equipamento adequado para o abate,
manipulação elaboração, preparo e conservação das
espécies de açougue sob variadas formas, com
aproveitamento completo, racional e perfeito de
subprodutos não comestíveis; possuirá, instalações de
frio industrial.”
7
Por ser um ramo da indústria em larga expansão devido à variedade de
produtos, alta demanda aliada ao preço favorável, o abate e industrialização de
carne suína tem se destacado na economia brasileira. Segundo o Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), no segundo trimestre de 2016, no
Brasil, foram abatidas 10,46 milhões de cabeças de suínos, representando
aumentos de 3,9% em relação ao trimestre imediatamente anterior e de 8,0%
na comparação com o mesmo período de 2015, totalizando 919,41 mil
toneladas de carcaça.
A Região Sul, no segundo semestre de 2016, respondeu por 65,5% do
abate nacional de suínos, sendo o Estado do Paraná responsável pelo abate
de mais de 87,42 mil de cabeças, equivalendo a um montante 4,5% da
produção nacional (IBGE, 2016). Assim, o Estado do Paraná se consolida
como o terceiro maior produtor nacional de suínos, tendo 22 frigoríficos
inscritos SIF - Serviço de Inspeção Federal, e 55 frigoríficos inscritos no SIP –
Serviço de Inspeção Estadual. No Paraná é estimada a existência de
aproximadamente 130.000 propriedades que possuem suínos, contudo destes
estima-se que apenas 31.000 têm produção regular, sendo as regiões oeste e
sudoeste as maiores produtores de suínos no Estado (SEAB PR, 2016).
3.2.1 Processo Produtivo
Para o abate e processamento de suínos são realizadas, basicamente,
as seguintes operações: recepção dos animais e dieta hídrica nas pocilgas,
condução e lavagem dos animais, insensibilização, sangria, escaldagem e
depilação, evisceração, corte da carcaça, refrigeração, industrialização e
transporte adequado do produto (SCARASSATI et al., 2003). O fluxograma
representado na Figura 1 demonstra o processo de abate de suínos.
8
Figura 1 - Processamento de Suínos e Aspectos Ambientais Fonte: CETESB (2006).
Portanto, o setor cárneo para o agronegócio é de extrema importância
econômica, principalmente para a região Sul do país que tem a maior produção
de suínos (MAPA, 2016). Contudo, abate e processamento da carne gera
grandes quantidades de resíduos, sendo eles sólidos, líquidos e gasosos.
3.2.2 Produção e geração de resíduos em abatedouros e frigoríficos
Os abatedouros e frigoríficos são importantes indústrias do agronegócio
no cenário nacional, produzindo em grande escala produtos consumidos no
mercado interno e externo. Segundo a Secretaria de Estado de Abastecimento
e Agricultura do Paraná, em 2015, o Paraná abateu 7.716.969 suínos (SEAB,
9
2016), totalizando 676.220.139 quilos. Considerando o desenvolvimento
constante da cadeia produtiva de suínos e demanda crescente pelo produto, há
um aumento na produtividade e industrialização em frigoríficos, aumentando
também o consumo de recursos naturais, principalmente a água, gerando uma
maior quantidade de resíduos sólidos e efluentes líquidos.
Em relação ao consumo de água em um frigorífico, a Companhia de
Tecnologia de Saneamento Ambiental - CETESB (2008) estima que o consumo
de água nos abatedouros e frigoríficos de suínos varia de 500 a 1.500 litros por
suíno abatido e industrializado, dependendo do grau de automatização da
empresa, como mostrado na Figura 1. Espinoza et al. (2000) citam um
consumo na faixa de 170 a 750 litros por cabeça abatida e industrializada, para
esta mesma tipologia de indústria. Bellaver e Oliveira (2009) indicam um
consumo médio por animal abatido de 850 litros. No entanto, o consumo de
água na indústria se torna elevado e influenciado por diversos fatores, como
método de produção e disponibilidade hídrica, por exemplo (KRIEGER, 2007).
Os principais usos da água são para dessedentação animal, lavagem de
caminhões e pocilgas, escaldagem, lavagem de vísceras e carcaças,
transporte de produtos e resíduos, utilização na fabricação de produtos,
limpeza e esterilização de facas, equipamentos e pisos, higienização dos
funcionários, resfriamento de compressores e condensadores, bem como
alimentação de caldeiras (UNEP, 2000). Com isso, a geração de efluente
industrial de abatedouro e frigorífico são elevados, pois segundo a UNEP
(2000), 80 a 95% da água utilizada por essas indústrias se tornam efluentes
com alta carga orgânica poluidora, pois contém esterco, gorduras, sangue, bem
como pequenas quantidades de fosfatos, nitratos e sais dependendo do que é
processado na indústria. Em quantidade, os efluentes se tornam o principal
resíduo gerado por frigoríficos (SENAI, 2006).
3.2.3 Caracterização dos efluentes de frigoríficos
A caracterização dos efluentes industriais constitui o primeiro passo para
o estudo preliminar de projetos para definir os possíveis tratamentos, além de
10
conseguir determinar o potencial poluidor destes quando lançados no corpo de
água receptor (NUNES, 2004). Além disso, a caracterização dos efluentes
industriais permite que o órgão ambiental legislador conceda licenças para as
indústrias se a mesmas estiverem de acordo com as leis federais, estaduais e
municipais de lançamento de efluentes, além de outros requisitos pertinentes.
Os efluentes líquidos de matadouros e frigoríficos são constituídos pelas
águas oriundas de diversos processos da planta industrial, como por exemplo,
da lavagem de diversas etapas da produção contendo detergentes e
desinfetantes, fezes, urina, bem como resíduos gordurosos, sangue e proteínas
(BRAILE; CAVALCANTI, 1993; SENAI, 2003; MATOS, 2005 apud GOMES,
2010). Braile e Cavalcanti (1993) citam que a composição detalhada desses
efluentes é influenciada pelos diferentes processos produtivos, da quantidade e
tipo de carne processada, além das condições e tipos de equipamentos
utilizados e das práticas de redução da carga poluidora e do volume de
efluentes que a própria empresa resolve adotar para redução de custos,
consequentemente gerando lucro.
Sendo assim, os efluentes gerados nos processos de abate e
processamento da carne de suínos (setor de salsicharia e presuntaria, por
exemplo) apresentam elevada carga orgânica devido à presença de sangue,
gordura, esterco, conteúdo estomacal não-digerido e intestinal, bem como
quantidade consideráveis de nitrogênio, fósforo e sal, além de material
suspenso e sedimentável como microrganismos patogênicos (SCARASSATI et
al., 2003; PACHECO; YAMANAKA, 2008; SENAI, 2003; MASSE et al., 2000).
Na Tabela 2, apresenta-se a caracterização de efluente oriundo de
abatedouros e frigoríficos por diversos autores.
Tabela 2 - Caracterização de Efluentes de Abatedouros e Frigoríficos de Suínos
Parâmetro (unidade) Quantidade
Vazão (m3.h-1) 500 - 2.5004
DBO5 (mg.L-1) 2.0001
1.100 - 5.5204
DQO (mg.L-1) 4.0001
Sólidos Suspensos (mg.L-1) 1.6001
2.135 - 2.7002
Fósforo Total (mg.L-1) 271
11
Tabela 2: Caracterização de Efluentes de Abatedouros e Frigoríficos de Suínos Conclusão.
Parâmetro (unidade) Quantidade
Nitrogênio Total (mg.L-1) 1801
534 - 7352
7,0 - 7,12
6,0 - 8,03
Sólidos Totais (mg.L-1) 4892 - 71212
Sólidos Voláteis(mg.L-1) 3647 - 57242
Sólidos Suspensos Voláteis (mg.L-1) 1936 - 24272
Amônia (mg.L-1) 89 - 2462
CaCO3 917 - 10562
Fonte: Gomes (2010) apud Pacheco e Yamanaka (2008)1; Masse et al. (2000)2; Maldaner (2008)3; FEPAM (1997)4.
Os efluentes gerados nos processos de abate e processamento da
carne de suínos possuem uma elevada carga poluidora, que quando lançados
ao corpo receptor sem tratamento ou parcialmente tratados podem vir a causar
danos – principalmente materiais sólidos, matéria orgânica e nutrientes. Um
dos principais efeitos do despejo desses poluentes é o aumento do consumo
de oxigênio dissolvido, que resulta em impactos aos ecossistemas aquáticos
(VON SPERLING, 2005). Outra consequência do tratamento ineficiente do
efluente é a eutrofização do corpo receptor, causada pelo excesso de
nutrientes presentes na água, principalmente o nitrogênio (MACEDO, 2010;
TEIXEIRA, 2006).
3.3 PRINCIPAIS SISTEMAS APLICÁVEIS PARA TRATAMENTO DE
EFLUENTES DE ABATEDOURO E FRIGORÍFICO
A fim de minimizar os impactos ambientais dos efluentes líquidos
gerados e atender às legislações ambientais vigentes, federais e estaduais, os
frigoríficos devem empregar um tratamento satisfatório (SCARASSATI et al.,
2003 apud GOMES, 2010). Para isso, algumas operações unitárias são
empregadas no tratamento de efluentes de acordo com Metcalf & Eddy (2016)
após fazer a caracterização do mesmo.
Portanto, o sistema de tratamento de efluentes é determinado de acordo
com a caracterização do efluente e o tipo de indústria, além de outros fatores,
12
como “disponibilidade de área, custo de implantação, vazão de efluentes
gerados, porte da indústria” (GIORDANO, 1999; VON SPERLING, 2006). Com
isso, os principais processos empregados no tratamento de efluentes de
acordo com Metcalf ; Eddy (2016) são:
I) Físicos: o tratamento dos efluentes ocorre por forças físicas para
remoção de contaminantes, como gradeamento, filtração, desarenação,
flotação, entre outros.
II) Químicos: técnicas de tratamento que utilizam adição de produtos
químicos e/ou de reações químicas, ocorrendo assim a remoção ou conversão
parcial de alguns contaminantes presentes no efluente. Esses processos
podem ser a coagulação e floculação bem como a adsorção, precipitação
química, entre outros.
III) Biológicos: envolvem atividades biológicas para a remoção e/ou
conversão de contaminantes. Essa etapa é adicionada normalmente quando há
elevada carga orgânica no efluente e visa a remoção de compostos
nitrogenados devido as etapas de nitrificação e desnitrificação presentes nesse
tipo de tratamento.
Von Sperling (2006) sugere tratamentos dos efluentes em quatro níveis,
juntamente com os processos físico-químicos e biológicos abordados por
Metcalf & Eddy (2016). Assim, há inserção de outro tratamento como o
terciário, podendo classificar a configuração do sistema de tratamento de
efluentes nos seguintes níveis (VON SPERLING, 2006):
I) Tratamento preliminar: visa remover sólidos grosseiros (materiais de
maiores dimensões e areia);
II) Tratamento primário: visa remover sólidos sedimentáveis e parte da
matéria orgânica;
III) Tratamento secundário: atividade biológica para a remoção da
matéria orgânica dissolvida e em suspensão, além de nutrientes, como fósforo
e nitrogênio por meio da transformação desta em sólidos sedimentáveis ou
gases.
IV) Tratamento terciário/avançado: remoção de poluentes específicos
13
(usualmente compostos não biodegradáveis ou tóxicos), ou a remoção
complementar de poluentes que não foram removidos nos tratamentos
posteriores.
3.3.1 Remoção de matéria sólida
Devido a grande quantidade de materiais sólidos presentes nos
efluentes oriundos de abatedouros e frigoríficos e com diferentes
granulometrias, diversos processos físico-químicos podem ser empregados.
Esses processos são característicos dos níveis preliminares e primários, sendo
compostos por gradeamento, peneiramento, decantação primária e processos
de coagulação/floculação.
As peneiras são utilizadas para a remoção dos sólidos grosseiros com
granulometria acima de 0,25 mm, que são caracterizados por sólidos totais,
granulometria usual de frigoríficos está entre 0,5 e 1 mm (NUNES, 2001). Para
a remoção dos sólidos sedimentáveis, são empregados decantadores primários
com taxa de escoamento entre 16 e 24 m3.m2d-1, quando a taxa de
escoamento superficial é maior ocorre arraste de sólidos para o tratamento
seguinte (JORDÃO & PÊSSOA, 1995). Os parâmetros de projetos para
decantadores primários destinados para tratamento de efluentes industriais
podem ser observados na Tabela 3.
Tabela 3 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Decantadores
Parâmetro do Projeto Decantador
Tempo de Detenção 2 a 4 horas 2
1,5 a 2,5 horas 4
Taxa de Aplicação 16 a 24 m3/m2d 2 12 a 48 m3/m2.d 3 30 a 50 m3/m2d 4
Profundidade 3 a 5 metros 4
Remoção de Lodo Frequente 1,2
14
Tabela 3: Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Decantadores Conclusão.
Parâmetro do Projeto Decantador
Eficiência Estimada para remoção de DBO (%)
20 a 40 1,2
Fonte: Von Sperling (1996)1; Jordão & Pessôa (1995)2; Cavalcanti (2012)3; (Metcalf &
Eddy (2016)4.
Quando há a presença de sólidos em suspensão ou dissolvidos,
processos físico-químicos são utilizados para a remoção dos mesmos, a fim de
aumentar a eficiência do tratamento. Esses sólidos quando presentes no
efluente podem causar odor, cor e turbidez, e o processo de coagulação e
floculação podem removê-los, bem como metais pesados, óleos emulsionados,
ácidos, álcalis (SANTOS, 2006; PHILIPPI et al., 2007). Assim, as finalidades da
decantação primária são:
Figura 2 - Finalidades da Decantação Primária Fonte: Eckenfelder (2000), Jordão & Pêssoa (1995), Metcalf & Eddy (2003).
3.3.2 Remoção de matéria orgânica
A matéria orgânica proveniente dos efluentes agroindustriais
normalmente é de alta biodegradabilidade. Assim, processos de tratamento
biológico são inseridos para remoção e tratamento da mesma, pois
reproduzem, de certa maneira, os mecanismos naturais que ocorrem em um
corpo d`água após o lançamento de despejos (VON SPERLING, 1996). Nesses
processos biológicos ocorre a degradação do substrato por meio da ação de
50 a 70% de Sólidos Suspensos (METCALF & EDDY, 2003)
• Remover de: 40 a 60% de Sólidos Suspensos (JORDÃO & PESSÔA, 1995)
59 a 90% de Sólidos Suspensos (ECKENFELDER, 2000)
25 a 40% de DBO5 (METCALF & EDDY, 2003)
• Remover de: 25 a 35% de DBO5 (JORDÃO & PESSÔA, 1995)
10 a 30% de DBO5 (ECKENFELDER, 2000)
• Remove acima de 90% de Sólidos Sedimentáveis
15
microrganismos aeróbios ou anaeróbios buscando máxima eficiência em
relação ao tempo, custo e área para o tratamento do efluente (UTSUMI &
FIGUEIRA, 2008). Usualmente, lagoas de estabilização e lodos ativados são
amplamente utilizados para a remoção da matéria orgânica dos efluentes
industriais de abatedouros e frigoríficos.
3.3.2.1 Lagoas de Estabilização
As lagoas de estabilização consistem na forma mais simples para o
tratamento da matéria orgânica presente em efluentes industriais, sendo até
hoje o processo mais utilizado no Brasil, devido à disponibilidade de área e as
condições climáticas favoráveis (TEIXEIRA, 2006). As lagoas de estabilização
são classificadas de acordo com a atividade metabólica predominante na
degradação da matéria orgânica, podendo ser pelas vias anaeróbio ou aeróbio.
Normalmente, lagoas anaeróbias, aeradas facultativas, de decantação e
maturação são as mais utilizadas. No entanto, existem outras lagoas de
estabilização e que podem ser configuradas de diferentes maneiras
dependendo da caracterização do efluente e da região de instalação.
Segundo Von Sperling (1996), as lagoas de estabilização podem ser
descritas como:
I) Lagoas anaeróbias: lagoas com alta profundidade e menor volume,
com remoção da matéria orgânica por microorganismos anaeróbios.
Apresenta uma camada de até 10 cm de escuma, o que protege os
microrganismos anaeróbios da incidência solar. Esse processo
remove em torno de 50 a 60%, podendo atingir até 80% quando bem
operada.
II) Lagoas aeradas de mistura completa: processo predominantemente
aeróbio, onde há a inserção de oxigênio dissolvido para que os
microrganismos degradarem a matéria orgânica, obtendo maior
eficiência. Os sólidos em suspensão presentes nessas lagoas serão
16
removidos posteriormente em uma lagoa de decantação.
III) Lagoas de decantação: são lagoas utilizadas para a deposição dos
sólidos provenientes da lagoa aerada de mistura completa,
apresentando assim, alta taxa de geração de lodo.
Tabela 4 - Parâmetros de Projeto para Dimensionamento de Lagoas de Estabilização
Parâmetro do Projeto Lagoa Anaeróbia Lagoa Aerada de Mistura Completa
Lagoa de Decantação
Tempo de Detenção
3 a 6 dias 1,5 2 a 4 dias1
2 dias 1,5 2 a 5 dias 2 2 a 10 dias 2,6
20 a 50 dias 3
Taxa de Aplicação 0,1 a 0,3 KgDBO5/m3d 15
-
Profundidade
4 a 5 metros 1 2,5 a 4,5 metros1
3 a 4 metros 1,5 3 a 4,5 metros 2 3 a 4 metros2
3 a 5 metros 3,5 2,4 a 4,9 metros6
2,4 a 5,2 metros 6
Remoção de Lodo 10 anos 1,5
2 a 5 anos 1
Eficiência Estimada para remoção de
DBO (%)
50 a 60 1 (pode-se atingir até 80)
90 a 95 2
Não remove DBO
50 2 80 6
59 6
Fonte: Von Sperling (1996)1; Jordão & Pessôa (1995)2; Cavalcanti (2012)3; Metcalf & Eddy (2016)4; Nunes (2012)5; Eckenfelder (2000)6.
3.3.2.2 Lodos Ativados
Os lodos ativados são empregados em efluentes industriais quando há a
necessidade de se obter uma elevada qualidade do mesmo para o despejo no
corpo receptor. A estrutura desse processo é constituída por tanques de
aeração, onde ocorrem reações bioquímicas para estabilização da matéria
orgânica, decantação do lodo excedente e recirculação do lodo (Figura 3).
17
Existem diversas variantes do processo de lodo ativado, como sistema
convencional e de aeração prolongada. Para avaliar qual melhor processo ser
instalado, deve-se levar em consideração a qualidade final desejada do
efluente, a idade do lodo, tipo de aeração e condições climáticas da região
(VON SPERLING, 1997).
Figura 3 - Sistema de Lodo Ativado Convencional Fonte: Google imagens.
Assim, diversos autores expõem diferentes parâmetros de projetos que podem
ser definidos para o dimensionamento de um sistema de lodo ativado
convencional conforme a qualidade final do efluente desejada (Tabela 5).
Tabela 5 - Parâmetros de Projetos para o Dimensionamento de um Sistema de Lodo Ativado Convencional
Parâmetro do Projeto
Tempo de
Detenção (horas)
Idade do
Lodo (dias)
Coeficiente de Produção Celular (Y) - SSV.gDOB5
-1
Concentração de Sólidos
em Suspensão
(Xv) - mgSSV.L-1
Fator de Carga (U)
Eficiência Estimada
para remoção de DBO
(%)
Lodo Ativado Convencional
6 a 8 1 4 a 10 1 0,4 a 0,8 1 1.500 a 3.500 1 0,3 a 0,8 1 85 - 931
2 a 6 2 4 a 15 2 0,3 a 0,7 2 1.000 a 2.000 2 0,06 a 1,10 2 -
4 a 8 3 5 a 15 3 0,1 a 0,3 3 1.200 a 3.000 3 0,2 a 0,4 3 > 90 3
7 a 8 4 5 a 15 4 0,15 a 0,45 4 1.500 a 3.000 4 0,2 a 0,4 4 85 4
Fonte: Von Sperling (2000)1; Jordão & Pessôa (1995)2; Cavalcanti (2012)3; Metcalf & Eddy (2016)4.
3.3.4 Remoção de nutrientes – (Nitrogênio)
18
O nitrogênio é um elemento essencial para o crescimento de vegetais e
organismos em geral, pois é utilizado para síntese de aminoácidos; além de
fazer parte dos ciclos biogeoquímicos da atmosfera (TEIXEIRA, 2006). No
entanto, em elevadas concentrações em ambientes aquáticos, os compostos
nitrogenados induzem ao crescimento exagerado de alguns organismos, como
algas, caracterizando o processo de eutrofização (VON SPERLING, 2005).
Efluentes de abatedouros e frigoríficos podem conter compostos
nitrogenados devido à presença de sangue e fezes provenientes do
processamento de carnes. Assim, pode ser encontrado desde nitrogênio
orgânico dissolvido e em suspensão, nitrogênio amoniacal a nitrito (NO2-) e
nitrato (NO3-), dependendo dos tipos de produtos gerados nas instalações.
Com tudo, a principal forma deste componente antes do tratamento é
nitrogênio orgânico com algum nitrogênio amoniacal (NH3 e NH4 +) (TEIXEIRA,
2006).
O nitrogênio amoniacal está presente em duas formas dissolvidas: o
amoníaco ou amônia não ionizada (NH3) e o íon amônio (NH4+), cujas
proporções relativas dependem do pH, da temperatura e da salinidade do
ambiente. Com o aumento da temperatura e diminuição do pH, as
concentrações do íon amônio aumentam consideravelmente (Koren et al,
2000).
Os processos utilizados para remoção de nitrogênio em efluentes
industriais podem ser físico-químicos ou biológicos. Lagoas de estabilização,
bem como lodos ativados são processos biológicos utilizados para remoção de
nitrogênio, quando possibilitam a nitrificação seguida de desnitrificação.
Segundo Metcalf e Eddy (2014), os processos de remoção físico-
químicos de nitrogênio mais utilizados são a cloração dos efluentes, a troca
iônica com resina específica para os íons amônio e nitrato, o stripping da
amônia.
Além desses, existem outros tratamentos como apresentados na Tabela
6, visando a remoção de nitrogênio orgânico, amoniacal (NH3 e NH4 +) e nitrato
(NO3-).
19
Tabela 6 - Diversos tipos de tratamento para remoção de compostos de nitrogênio em efluentes industriais
Tipo de tratamento ou processo
Espécie de Nitrogênio
E (%)
N-Orgânico N-Amoniacal Nitrato
Tratamento convencional
1. Primário
10 - 20% remoção Sem efeito Sem efeito 5 - 10%
2. Secundário
15 - 50% remoção < 10% remoção Desconsiderável 10 - 30%
Processos biológicos
1. Assimilação por bactérias
Sem efeito 40 - 70% remoção Desconsiderável 30 - 70%
2. Desnitrificação
Sem efeito Sem efeito 80 - 90 % remoção 70 - 95%
3. Remoção de algas
Transformação parcial em N-
amoniacal
Assimilação pelas algas
Assimilação pelas algas
50 - 80%
4. Nitrificação
40 - 50% Transformação em
nitrato Sem efeito 5 - 20%
5. Lagoas de oxidação
Transformação parcial em N-
amoniacal
Remoção parcial por volatilização
Remoção parcial via
nitrificação/desnitrificação
20 - 90%
Processos químicos
1. Cloração Breakpoint
Desconhecido 90 - 100% remoção
Sem efeito 80 - 95%
2. Coagulação química
50 - 90% remoção Desconsiderável Desconsiderável 20 - 30%
3. Adsorção do carbono
30 - 50% remoção Desconsiderável Desconsiderável
4. Resina de troca iônica - específica para NH4
+ Desconsiderável/
desconhecido 80 - 97% remoção Sem efeito 70 - 95%
5. Resina de troca iônica - específica para NO3
-
Desconsiderável Desconsiderável 75 - 90% remoção 70 - 90%
Operações físicas
1. Stripping de amônia
Sem efeito 60 - 95% remoção Sem efeito 50 - 90%
2. Eletrodiálise
100% do nitrogênio orgânico suspenso
30 - 50% remoção 30 - 50% remoção 80 - 90%
3. Filtração
30- 100% do nitrogênio orgânico suspenso
Desconsiderável Desconsiderável 20 - 40%
4. Osmose inversa
100% do nitrogênio orgânico suspenso
60 - 90% remoção 60 -90% remoção 80 - 90%
20
Tabela 6 - Diversos tipos de tratamento para remoção de compostos de nitrogênio em efluentes industriais
Conclusão.
Tipo de tratamento ou processo
Espécie de Nitrogênio Eficiência
N-Orgânico N-Amoniacal Nitrato
1. Irrigação
Transformação em N-amoniacal
Transformação em nitrato,
assimilação pela planta
Transformação em N2,
assimilação pela planta
60 - 90%
2. Infiltração rápida Transformação
em N-amoniacal Transformação
em nitrato Transformação
em N2 30 - 80%
3. Escoamento superficial
Transformação em N-amoniacal
Transformação em nitrato,
assimilação pela planta
Transformação em N2,
assimilação pela planta
70 - 90%
Fonte: Adaptado Metcalf & Eddy (2003) apud Assunção 2009.
3.3.4.1 Processo biológico convencional de remoção de nitrogênio –
(Nitrificação e Desnitrificação)
A remoção biológica de nutrientes ocorre basicamente envolvendo três
mecanismos: amonificação, nitrificação e desnitrificação. A amonificação é a
conversão do nitrogênio orgânico solúvel em amoniacal (GRADY et al., 1999).
A nitrificação é a oxidação da amônia (NH4+) em nitrato (NO3
-) com formação
de nitrito como intermediário (NO2-) por meio de bactérias aeróbias específicas,
gram negativas litoautotróficas. Portanto, para ocorrer esse processo de
remoção de nitrogênio, há a necessidade de oxigênio dissolvido no efluente
entre 2,0 mg.L-1 e 3,0 mg.L-1 (MEDEIROS, 2005). METCALF & EDDY (2003)
apresentam as equações das reações de transformação da amônia em nitrito e
nitrato, e os gêneros das bactérias responsáveis por esses processos
respectivamente.
2NH4+ + 3O2 → 2NO2
- + 4H+ +2H2O (Nitrossomas)
2NO2 - + O2 → 2NO3
- (Nitrobacter)
NH4+ + 2O2 → NO3
- + 2H+ + H2O (reação total)
21
Além da presença de oxigênio dissolvido (O2)2 para ocorrer a
nitrificação, a temperatura, pH, alcalinidade, relação carbono:nitrogênio e
presença de compostos inibidores são fatores importantes para que ocorra o
tratamento de maneira eficiente. Além disso, a temperatura deve ser entre 20 e
25 ºC, e a faixa de pH ótimo entre 7,0 e 8,5 (FONTENOT et al., 2007).
A desnitrificação é o processo de conversão do nitrito e nitrato em
nitrogênio gasoso (Equação 1) por bactérias facultativas heterotróficas, que
atuam em condições anóxicas (METCALF & EDDY, 2013).
NO3 - → NO2
- → NO → N2O → N2 Equação 1
Como no processo de nitrificação, para ocorrer a desnitrificação é
necessário que algumas condições ambientais físicas e químicas do efluente
estejam presentes. Além da presença da das bactérias e a ausência do
oxigênio dissolvido, a temperatura do efluente deve ser em torno de 25 e 35 ºC,
com uma faixa adequada de pH entre 6,5 e 8,5 (GERARDI, 2002) e relação
carbono:nitrogênio 11,1 (CHIU et al., 2007).
3.3.4.3 Stripping de amônia (arraste da amônia com utilização de ar)
A remoção de nitrogênio amoniacal pela dessorção do gás amônia para
a atmosfera é um dos principais mecanismos de remoção de nitrogênio
empregado em processos de tratamento de águas efluentes industriais. A
função do processo de ar stripping da amônia é a volatilização de amônia
(dessorção para a atmosfera), sendo um processo físico de desprendimento de
gás amônia (NH3) a partir da dissociação do íon NH4+ em ambientes aquáticos
com valores elevados de pH. Para ocorrer a dessorção da amônia, eleva-se o
pH, fazendo com que equilíbrio entre o íon amônio e amônia livre se desloque
em direção à formação de NH3. A dissociação em meio líquido do N-NH3 pode
ser expressa de acordo com a Equação 2 e 3 (METCALF & EDDY, 2014).
22
NH4+ ↔ NH3 + H+ Equação 2
NH3 + H2O ↔ NH4+ +OH- Equação 3
Neste processo, a remoção do nitrogênio amoniacal ocorre por meio de
agitação e introdução de ar atmosférico, proporcionando maior superfície de
contato do líquido (ECKENFELDER, 2000). Assim, o mecanismo de remoção
ar stripping de amônia ocorre por meio da passagem do líquido por torres que
contêm sopradores de ar, proporcionando maiores taxas de difusão do gás
dissolvido no líquido para atmosfera, como pode ser vista na Figura 4
(ASSUNÇÃO, 2009).
O stripping de amônia pode ter diferentes configurações, dependo do
seu formato, em relação à direção e ao sentido dos escoamentos de ar e de
líquido. Os sistemas de arraste com ar podem ser divididos em dois grandes
grupos devido ao formato, sendo tanques de ar stripping, em que a fase líquida
é contínua, havendo dispersão da fase gasosa, e as torres de ar stripping. As
torres são comumente usadas devido à disponibilidade de área, e podem
apresentar três diferentes configurações para absorção da amônia, sendo
torres de recheio, de pratos e de nebulização. Contudo, as torres de recheio
são as mais usadas na engenharia sanitária e ambiental, principalmente para
remoção de NH3, CO2, H2S e VOCs. (LaGrega et al, 2001).
Além disso, os sistemas de arraste podem ser divididos por diferentes
tipos de escoamento, sendo eles (METCALF & EDDY, 2014):
escoamento em contracorrente (countercurrent flow): ar e líquido em
sentidos opostos;
escoamento co-corrente (cocurrent flow): ar e líquidos no mesmo
sentido;
escoamento cruzado (cross flow): ar e líquido em direções opostas.
23
Figura 4 - Configuração de um ar Stripping de amônia Fonte: Adaptado EPA (2016).
A quantidade de ar requerida para remoção de amônia do líquido em
torres de stripping é influenciada principalmente pela temperatura do líquido e
requer elevadas taxas de renovação de ar durante os meses frios para que a
eficiência de remoção de amônia se processe adequadamente, além de
elevado pH (METCALF & EDDY, 2014), pois estão diretamente relacionados
ao equilíbrio entre essas formas de N-amoniacal (Equação 4).
Equação 4
Essa relação ocorre devido à elevação do pH e da temperatura
deslocando o equilíbrio entre as formas de N-amoniacal, prevalecendo a
amônia livre, ou seja, quanto maior o pH, maior será o percentual de amônia
livre, como observado na Figura 5.
24
Figura 5 - Porcentagem de amônia livre em função do pH para diferentes temperaturas Fonte: HOSSAKA (2008).
O pH ideal para que se tenha a eficiência esperada do processo de remoção
de amônia por arraste de ar, sendo entre 60 e 95%, é em torno de 10,5 a 11,5.
Para se obter esse elevado pH, a alcalinização do meio é feita antes do
stripping, pela adição de hidróxido de cálcio ou sódio (NaOH), entre outros. O
Ca(OH)2 é comumente usado para o ajuste de pH devido seu baixo custo. Isso
é necessário para que atinja uma alta eficiência de remoção de amônia do
efluente (METCALF & EDDY, 2014).
Para o dimensionamento das torres de ar stripping, o principal fator a ser
definido é o diâmetro, pois esse depende diretamente da vazão de ar a ser
utilizada para obter a eficiência desejada. Usualmente, o diâmetro é entre 0,5 e
3m. Outra relação importante durante o dimensionamento, é o diâmetro:altura
que deve ser menor ou igual a 1/10 da altura da torre (Tabela 7). Normalmente,
a altura da torre deve ser de 1 e 15 metros (METCALF & EDDY, 2014).
Tabela 7 - Parâmetros para o Projeto de um Ar Stripping
Características de Dimensionamento
Símbolo Unidade Remoção de
COV Remoção de
Amônia
Taxa de aplicação do líquido
L.m2min-1 600 - 1.800 40 - 80
25
Tabela 7- Parâmetros para o Projeto de um Ar Stripping Conclusão.
Características de Dimensionamento
Símbolo Unidade Remoção de
COV Remoção de
Amônia
Relação ar/líquido G/L m3.m3 -1 20 - 60:1 2.000 - 6.000:1
Fator de extração S
1,5 - 5,0 1,5 - 5,0
Perda de carga de ar ΔP (N/m2)/m-1 100 - 400 100 - 400
Relação altura/diâmetro H/D m.m-1 ≤ 10:1 ≤ 10:1
Profundidade do enchimento D m 1 - 6 2 - 6
Fator de segurança FS %D, %H 20 - 50 20 - 50
pH do efluente pH
5,5 - 8,5 10,8 - 11,5
Fatores de enchimento aproximados
Anéis Pall, selas Intalox
50 mm Cf 1.m-1 20 - 25 20 - 25
Fonte: Metcalf & Eddy (2014).
3.4 LEGISLAÇÃO
No Brasil, a legislação ambiental é determinada pelo Conselho Nacional
do Meio Ambiente (CONAMA), e cada Estado possui sua própria legislação
estadual, sendo que esta deve cumprir os requisitos das leis federais em sua
totalidade, podendo ou não ser mais restritivas. Assim, para despejos de
efluentes nos corpos receptores nacionais e estaduais, as Resoluções
adotadas são Resolução CONAMA nº 430/2011 e Resolução CEMA nº
070/2009, respectivamente, além da Portaria do IAP nº 256/2013 que
estabelece os critérios e exigências para a apresentação da declaração de
carga poluidora, através do sistema de automonitoramento de atividades
poluidoras no Paraná e determina seu cumprimento.
A Resolução CONAMA nº 430/2011 dispõe sobre as condições e
padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução nº
357/2005, estabelecendo características gerais para o lançamento de efluentes
industriais em corpos hídricos. Em relação à Resolução CEMA nº 070/2009
vigente no Estado do Paraná, dispões sobre os limites que cada composto em
efluentes de diferentes industriais deve obedecer para que haja sua disposição
final em um corpo receptor, que pode ser observado na Tabela 8.
26
Tabela 8 - Parâmetros e concentrações estabelecidos pela Resoluções CONAMA nº 430/11 e CEMA nº 070/09
Parâmetros Resolução nº 430/2011 Resolução CEMA nº 070/2009
DBO Redução mínima de 60% 60 mg.L-1
Material sedimentável até 1 mL.L-1.h-1 até 1 mL.L-1.h-1
Potencial hidrogeniônico pH entre 5 e 9 pH entre 5 e 9
Nitrogênio Amoniacal 20,0 mg.L-1 20,0 mg.L-1
Óleos e Graxas até 50 mg.L-1 até 50 mg.L-1
Temperatura temperatura inferior a 40°C* temperatura inferior a 40°C*
* Temperatura inferior a 40°C com variação < 3°C em relação à temperatura do corpo receptor.
Portanto, para o lançamento de efluentes em corpos receptores, o limite
máximo estabelecido para matéria orgânica, sólidos sedimentáveis e nitrogênio
pela Resolução CONAMA nº 430/11 para despejo de efluentes em corpos
receptores é de redução de no mínimo 60% da DBO, máximo de 1 mL.L.h-1 e
concentração máxima de 20 mg.L-1, respectivamente. Em adição, órgãos
ambientais estaduais como a IAP – PR, adota esse mesmo valor para os
lançamentos de efluentes no Estado, como exposto na Tabela 8, ressaltando
que a DBO para efluentes oriundos de frigoríficos deve ter no máximo
concentração de 60 mg.L-1.
27
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 LOCAL DO ESTUDO
O frigorífico está localizado na região oeste do Paraná, à latitude sul
25º17’40” e longitude oeste 54º05’30” recebe diariamente, aproximadamente
6.450 suínos, que são encaminhados para abate, processamento e
industrialização da carne. Os principais produtos gerados são linguiças,
salsichas, salames, presunto, e produtos in natura como pernil e lombo.
Figura 6 - Vista superior do tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico Notas:
A - peneiras estáticas e decantadores B - lagoa anaeróbia I C - lagoa anaeróbia II D - lagoa aerada E - lagoa de decantação F - lagoa facultativa (em processo de desativação).
Em média, 927 litros de água são utilizados por suíno abatido e
industrializado, totalizando em média 5.979 m3 d-1. O corpo receptor deste
efluente (Rio Alegria) está classificado como Rio Classe II, e está contido na
28
Bacia Hidrográfica do Paraná III, sendo afluente de um dos principais afluentes
da bacia, o Rio Ocoí (Figura 8). No entanto, o mesmo não possui alta vazão,
assim, a empresa possui outorga para lançar 200 m3.h-1 efluentes, mas
atualmente despeja 140 m3.h-1.
Figura 7 - Bacia do Paraná III e seus afluentes
Fonte: Programa Cultivando Água Boa (2016).
O efluente líquido gerado é segregado em 2 linhas de tratamento: verde
e vermelha. A linha verde é composta basicamente por esterco suíno (pocilgas
e higienização de caminhões), correspondendo a 35% da vazão total de
efluentes gerado e, a linha vermelha recebe o efluente do processo industrial,
cerca de 65% da vazão total do efluente.
Ambas as linhas são encaminhadas para o tratamento preliminar e
primário, composto por peneiras estáticas e decantadores. Na sequência as
linhas se unem seguindo para o tratamento secundário composto por lagoas de
estabilização em série, sendo duas lagoas anaeróbias, uma lagoa aerada de
29
mistura completa e uma lagoa de decantação. Há ainda uma etapa de pós-
tratamento físico-químico (flotação/coagulação/floculação). Na entrada do
tratamento secundário há introdução de biofertilizante proveniente do sistema
de biogestor instalado na indústria, sendo esse de sistema contínuo de
biomassa em suspensão híbrido dos modelos chinês e indiano, onde o volume
de resíduos em suspensão no interior do biodigestor permanece constante ao
longo do tempo (CALDEREIRO, 2015), com a finalidade de geração de biogás
para ser utilizado no chamuscador do processo industrial dos suínos. Além
disso, há a inserção de esgoto doméstico gerado na indústria.
O fluxograma do sistema de tratamento de efluentes pode ser observado
na Figura 9.
Figura 8 - Sistema Geral de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos
65% da vazão 35% da vazão
BiofertilizanteEsgoto doméstico
Linha vermelha Linha verde
EFLUENTE BRUTO
TRATAMENTO PRELIMINAR E
PRIMÁRIO
TRATAMENTO PRELIMINAR E
PRIMÁRIO
MEDIDOR DE VAZÃO CALHA PARSHALL
TRATAMENTOSECUNDÁRIO (Lagoas
de Estabilização)
PÓS-TRATAMENTO (Flotação/Coagulação/Floculação)
CORPO RECEPTOR
LAGOA BIOFERTILIZANTE
BIODIGESTOR
TANQUE SÉPTICO
30
4.2 METODOLOGIA PARA CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DO ATUAL
SISTEMA DE TRATAMENTO
A metodologia de análise adotada para o sistema de tratamento atual foi
a caracterização da planta e do sistema de tratamento de efluente gerado pelo
frigorífico. A partir das informações coletadas “in loco” e através de informações
fornecidas pela empresa, de dados do projeto executado, permite o
diagnóstico dos possíveis problemas operacionais e o dimensionamento do
tratamento. Assim, com base nos dados fornecidos e critérios estipulados pela
literatura específica foi feito o diagnóstico da planta de tratamento. Por meio de
análises físico-químicas de pH, DQO, DBO e sólidos sedimentáveis, efetuou-se
a avaliação das eficiências de cada tratamento pelo período de um ano.
As amostras dos efluentes e do biofertilizante foram coletadas e
preservadas de acordo com a NBR 9898/87, que determina técnicas
adequadas de planejamento e amostragem para efluentes líquidos e corpos
receptores. As coletas foram reavaliadas por um técnico responsável da
indústria, e as análises foram feitas no laboratório da própria indústria.
Na Tabela 9 e 10, apresentam-se os parâmetros analisados em cada
etapa do tratamento, sua periodicidade de análise, bem como suas respectivas
metodologias e pontos de amostragem.
Tabela 9 - Parâmetros Físico-Químicos Analisados E Suas Respectivas Metodologias
Parâmetro Unidade Periodicidade Método (APHA et al.,
2012)
DBO mg.L-1 Mensal 5210 B (DBO5 dias)
DQO mg.L-1 Mensal 5220 D (Colorimétrico)
Sólidos Suspensos Totais mg.L-1 Bimestral 2540 B (Gravimétrico)
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 Bimestral 4500 NH3 – F (Método do
Fenato)
pH Unidade de pH Mensal 4500 - H+ B
(Potenciométrico)
Óleos e Graxas mg.L-1 Bimestral 5520 D (Extração Soxhlet)
Sólidos Sedimentáveis mL.L-1.h-1 Mensal 2540 F (Volumétrico)
Fonte: Standard methods for the examination of water and wastewater. 22 ed., Washington, DC: APHA, 2012.
31
Tabela 10 - Pontos de Amostragem e Análises realizada em cada local
Análises
Pontos de Amostragem
Descrição do Ponto Parâmetros Unidades
P1 Efluente bruto
(análise composta)
DQO mg.L-1
Óleos e Graxas mg.L-1
Material sedimentável mL.L-1.h-1
Temperatura oC
Potencial hidrogeniônico -
P2 - Linha Vermelha
Decantador Linha Vermelha
Material sedimentável mL.L-1.h-1
Óleos e Graxas mg.L-1
Sólidos Suspensos mg.L-1
P2- Linha Verde Decantador Linha
Verde
Material sedimentável mL.L-1.h-1
Óleos e Graxas mg.L-1
Sólidos Suspensos mg.L-1
P3 Decantador 3
Material sedimentável mL.L-1.h-1
Óleos e Graxas mg.L-1
Sólidos Suspensos mg.L-1
P4
Efluente - Calha Parshall (início do
tratamento secundário)
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
Temperatura oC
Potencial hidrogeniônico -
P5 Efluente da Lagoa
Anaeróbia 1
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
Potencial hidrogeniônico -
P6 Efluente da Lagoa
Anaeróbia 2
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
P7 Efluente da Lagoa Aerada de Mistura
Completa
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
Sólidos sedimentáveis mL.L-1.h-1
Temperatura oC
Potencial hidrogeniônico -
P8 Efluente da Lagoa
de Decantação
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
Material sedimentável mL.L-1.h-1
Temperatura oC
Potencial hidrogeniônico -
32
Tabela 10 - Pontos de amostragem e análises realizada em cada local
Conclusão.
Análises
Pontos de Amostragem
Descrição do Ponto Parâmetros Unidades
P9 Efluente do Tratamento
Terciário (Flotador físico-químico)
DBO mg.L-1
DQO mg.L-1
Material sedimentável mL.L-1.h-1
Potencial hidrogeniônico -
Fósforo total mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
Óleos e Graxas mg.L-1
Temperatura oC
Sólidos suspensos totais mg.L-1
P10 Biofertilizante
DQO mg.L-1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1
Sólidos totais mg.L-1
Sólidos totais fixos mg.L-1
Sólidos totais voláteis mg.L-1
Acidez volátil mg.L-1
P11 Esgoto Doméstico (Metcalf &
Eddy, 2014)
806 mg.L-1
195 mg.L-1
12 mg.L-1
200 mg.L-1
508 mg.L-1
20 mg.L-1
5,6 mg.L-1
76 mg.L-1
107 - 109 mg.L-1
104 - 106 mg.L-1
Com os dados, realizou-se uma análise minuciosa de cada etapa do
tratamento. Assim, propostas de melhorias foram realizadas, com foco na
substituição ou novas implantações no sistema de tratamento para adequá-lo
aos padrões das leis ambientais vigentes para esse tipo de efluente em relação
à nitrogênio amoniacal.
33
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 DIAGNÓSTICO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS
5.1.1 Descrição das operações e processos que compõem o sistema de tratamento
Ao analisar o sistema de tratamento de uma maneira detalhada, foi
possível identificar que o mesmo recebe diariamente de efluente industrial,
esgoto doméstico e biofertilizante. Assim, a Figura 9, Tabela 11 e 12,
demonstram as etapas de tratamento dos efluentes industriais, bem como a
geração dos resíduos do processo e as características físicas de cada etapa do
processo identificadas ao longo das análises.
Tabela 11 - Geração de efluentes do abatedouro e frigorífico de suínos em estudo
Sistema de Tratamento de Efluentes
Geração de efluentes Vazão (m3.h-1)
Abate e processamento de carne 140
Esgoto doméstico 13,11
Biofertilizante 6
A vazão do esgoto doméstico foi baseada no número de funcionários (4.498)
da indústria, e foi adotado o consumo médio diário de água per capita de 70
L.s-1, conforme proposto por Creder (2006). Esse esgoto doméstico produzido
pelos funcionários é proveniente de sanitários e do setor de higienização
pessoal, sendo encaminhado para um tanque séptico – sendo esse
dimensionado de acordo com a NBR 7.229.
34
Figura 9 - Etapas do Sistema de Tratamento de Efluentes do abatedouro e frigorífico em estudo
65% 35% Resíduo Sólido
Resíduo Sólido
Efluente Líquido
Efluente Líquido
Efluente Líquido
Esgoto Doméstico
Resíduo Sólido
PENEIRA ESTÁTICA LINHA VERMELHA
PENEIRA ESTÁTICA LINHA VERDE
DECANTADORLINHA VERMELHA
DECANTADOR LINHA VERDE
DECANTADOR3
MEDIDOR DE VAZÃOCALHA PARSCHALL
LAGOA AERADA DE MISTURA
LAGOA ANAERÓBIA 2
LAGOA ANAERÓBIA 1
LAGOA DE DECANTAÇÃO
FLOTADOR FÍSICO-QUÍMICO
MEDIDOR DE VAZÃO CALHA PARSHALL
CORPO
EFLUENTE SANGUE DE GRAXARIA
EFLUENTE DO SANGUE
RAMPA DE LAVAGEM DOS
TANQUE DE HOMOGENEIZAÇÃO
LAGOA BIOFERTILIZANTE
COMPRESSORES
BIODIGESTOR
CHAMUSCADOR ABATE ZONA SUJA
PROCESSO DE PURIFICAÇÃO
DISPOSIÇÃO EMSOLO AGRÍCOLA
35
Após análise do sistema de efluentes da indústria, foi constatado que o
mesmo é constituído por um pré-tratamento, tratamento primário, secundário
com as seguintes características físicas expostas na Tabela 12. Durante, as
etapas de pré-tratamento e tratamento primário, o efluente é segregado em
duas linhas: verde e vermelha. Sendo a linha verde composta por esterco suíno
oriundo da lavagem dos caminhões e das pocilgas, e a linha vermelha é
referente ao efluente proveniente do processo industrial. Na sequência, as
linhas se unem seguindo para o tratamento secundário.
Tabela 12 - Características físicas do Tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico de Suínos em estudo
Tratamento Preliminar Peneira Estática Linha Verde
Malha de 0,75 mm
Peneira Estática Linha Vermelha
Malha de 0,5 mm
Tratamento Primário
Tipo Comprimento
(m) Largura
(m) Profundidade
(m) Área útil (m2)
Volume útil (m3)
TDH (h)
Decantador Linha Verde
13 2,8 2,5 30 75 1,32
Decantador Linha Vermelha
20 5,5 1,82 102,75 187 2,2
Decantador 3 25 5 3 104,17 312,5 2,14
Tratamento Secundário
Tipo Topo (m) Nível (m)
Fundo (m) Profundidade
útil (m) Volume útil (m3)
TDH (d)
Lagoa Anaeróbia 1 38 x 59 37 x 58 27 x 48 5 8.480 2,2
Lagoa Anaeróbia 2 55 x 68 54 x 67 46 x 59 4 12.600 3,5
Lagoa Aerada de Mistura Completa
52 x 60,7 51 x 59,7
45 x 53,7 3 8.164,80 2,1
Lagoa de Decantação
- - - 1,5 6.000 1,57
O tratamento preliminar de ambas as linhas é composto por peneiras estáticas
operadas manualmente (Figura 10).
36
Figura 10 – Tratamento preliminar – peneiras linha verde (à esquerda) e vermelha (à direita)
Ambos efluentes passam por um tratamento primário composto por
decantadores, sendo um para a linha vermelha (65% da vazão) e outro para a
linha verde (35 % da vazão) (Figura 11). A união dos efluentes ocorre no
terceiro decantador instalado, com uma vazão diária de 140 m3.h-1, e volume
útil de 312,5 m3, como visto na Figura 12.
Figura 11 - Tratamento primário – decantador linha verde (à esquerda) e vermelha (à direita)
37
Figura 12 - Tratamento primário – decantador 3
Após o tratamento preliminar e primário, o efluente passa por um calha
Parshall, e inicia-se o tratamento secundário. Na Figura 13, mostra-se o início
do tratamento secundário, que é composto por duas lagoas anaeróbias, com
um volume útil de 8.480 m3 e 12.600 m3, uma lagoa aerada de 8.164,8 m3 com
9 aeradores com potência de 15 cv, e uma lagoa de decantação com um
volume útil de 6.000 m3 (Figura 14).
Figura 13 - Tratamento secundário – Lagoa anaeróbia 1 (à esquerda) e 2 (à direita)
Figura 14 - Tratamento secundário – Lagoa aerada de mistura completa (à esquerda) e lagoa de decantação (à direita)
38
Após o tratamento secundário, o efluente é encaminhado para um pós-
tratamento físico-químico (flotação/coagulação/floculação) para a remoção da
carga orgânica remanescente, e reutilização parcial na área externa do
complexo industrial (Figura 15). O tratamento é composto por sistema de
flotação por ar dissolvido (FAD), com tratamento físico-químico por
coagulação/floculação, utilizando coagulante e floculante de base orgânica
produzidos a partir de tanino. O lodo gerado durante o processo é direcionado
para a digestão anaeróbia (biodigestor).
Figura 15 - Pós-Tratamento – flotador físico-químico
Foi identificado que há adição de efluentes provenientes de outros
processos na calha Parshall no início do tratamento secundário (Figura 16),
sendo o esgoto doméstico, produzido pelos 4.498 funcionários, que após o
tratamento secundário do esgoto na fossa séptica, cerca de 13,11 m3.h-1, é
direcionado para a calha Parshall, dando entrada no tratamento secundário
composto pelas lagoas de estabilização de matéria orgânica.
39
Figura 16 - Calha Parshall – início do tratamento secundário (à esquerda) após pós-tratamento (à direita)
Outro efluente líquido industrial direcionado para a calha Parshall na
entrada do tratamento secundário é proveniente de uma lagoa de
biofertilização que recebe biofertilizante de um biodigestor (Figura 17), sendo
esse utilizado para tratar os resíduos de elevada carga orgânica oriundos do
tratamento preliminar, primário e do pós-tratamento, bem como parte do
sangue proveniente do abate, como visto na Figura 18 abaixo.
Figura 17 - Percentual de substratos de alimentação do biodigestor Fonte: CALDEREIRO (2015).
40
O biofertilizante proveniente do biodigestor é encaminhado para a ETE, e uma
pequena parcela é direcionada para produtores agrícolas como adubo orgânico
(Figura 18). Ao final, 6 m3.h-1 de biofertilizante são inseridos no tratamento
secundário da planta de tratamento de efluente.
Figura 18 - Biodigestor (à esquerda) e lagoa de biofertilizante (à direita)
5.1.2 Parâmetros físico-químicos avaliados do sistema de efluente do abatedouro e frigorífico de suínos
As análises das amostras dos efluentes foram coletadas e preservadas
de acordo com a NBR 9898/87, e analisadas pelo laboratório da própria
indústria. O intervalo de análises corresponde ao meses de agosto de 2015 a
agosto de 2016. Devido à realização de mais de uma análise mensal, foram
feitas médias aritméticas dos mesmo para obter o resultado final e o desvio
padrão entre eles, como observado na Quadro 2.
No entanto, por ser um tratamento aberto, o mesmo pode sofrer
interferências climáticas. Assim, dados que foram coletados em dias chuvosos
ou precipitação nas últimas 48 horas antes da coleta foram descartados. Além
disso, as médias foram realizadas a partir de no mínimo 6 dados da série
histórica de 12 meses fornecida, pois alguns dados não haviam sido
preenchidos nas planilhas de monitoramento.
41
Pontos de Amostragem
Parâmetros Unidades Média Efluente Desvio Padrão
P1
DQO mg.L-1 8.058,4 ± 2371,2
DBO mg.L-1 5.229,9 ± 1738,8
Óleos e Graxas mg.L-1 16.602,2 ± 22447,4
Material sedimentável mL.L.h-1 35,7 ± 16,9
PTemperatura oC 30,1 ± 5,0
Potencial hidrogeniônico pH 6,91 ± 0,6
P2 - Linha Vermelha
Material sedimentável mL.L.h-1 7 -
Óleos e Graxas mg.L-1 2.107 -
Sólidos Suspensos mg.L-1 4.300 -
P2- Linha Verde
Material sedimentável mL.L.h-1 6 -
Óleos e Graxas mg.L-1 348 -
Sólidos Suspensos mg.L-1 2.667 -
P3
Material sedimentável mL.L.h-1 60 -
Óleos e Graxas mg.L-1 826 -
Sólidos Suspensos mg.L-1 3.260 -
P4
DQO mg.L-1 3.531,7 ± 1221,1
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 323,2 ± 391,2
Temperatura oC 30,1 ± 4,7
Potencial hidrogeniônico pH 6,87 ± 0,3
P5
DQO mg.L-1 1.376,7 ± 418,8
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 251,8 ± 24,8
Potencial hidrogeniônico pH 7,05 ± 0,39
P6 DQO mg.L-1 700,8 ± 278,9
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 245,6 ± 3,8
P7
DQO mg.L-1 503,6 ± 342,6
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 182,1 ± 11,5
Sólidos sedimentáveis mL.L.h-1 9,3 ± 4,9
Temperatura oC 26,6 ± 3,9
Potencial hidrogeniônico pH 7,87 ± 0,35
P8
DQO mg.L-1 239,6 ± 155,3
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 202,1 ± 19,9
Material sedimentável mL.L.h-1 8,7 ± 17,2
Temperatura oC 24,9 ± 3,7
Potencial hidrogeniônico pH 8,14 ± 1,24
P9
DBO mg.L-1 48,5 ± 20,5
DQO mg.L-1 107,8 ± 17,3
Material sedimentável mL.L.h-1 0,862 ± 1,4
Potencial hidrogeniônico pH 7,48 ± 0,32
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 228,8 ± 62,1
Óleos e Graxas mg.L-1 28,5 ± 22,4
Temperatura oC 26,2 ± 3,7
Sólidos suspensos totais mg.L-1 64,5 ± 26,7
P10
DQO mg.L-1 50.715,2 ± 22416,1
DBO mg.L-1 28.471,6 ± 14896,4
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 1.570,0 ± 141,7
Sólidos totais mg.L-1 25.851,9 ± 12802,8
Sólidos totais fixos mg.L-1 2.940,7 ± 688,7
Sólidos totais voláteis mg.L-1 23.365,6 ± 11898,5
Temperatura oC 28,5 ± 3,3
Acidez volátil mg.L-1 4.920,5 ± 1223,7
P11
Sólidos Totais mg.L-1 806 -
Sólidos Suspensos Totais mg.L-1 195 -
Sólidos Sedimentáveis mg.L-1 12 -
DBO mg.L-1 200 -
DQO mg.L-1 508 -
Nitrogênio Amoniacal mg.L-1 20 -
42
Conclusão.
P11
Fósforo Total mg.L-1 5,6 -
Óleos e Graxas mg.L-1 76 -
Coliformes Totais mg.L-1 107 - 109 -
Coliformes Fecais mg.L-1 104 - 106 -
Quadro 2 - Parâmetros Físico Químicos Avaliados Notas: P1 - Efluente Bruto. P2 (vermelha) - Efluente no decantador linha vermelha. P2 (verde) - Efluente no decantador linha verde. P3 - Efluente no decantador 3. P4 - Efluente na calha parshall no início do tratamento secundário. P5 - Efluente da lagoa anaeróbia 1. P6 - Efluente da lagoa anaeróbia 2. P7 - Efluente da lagoa aerada de mistura completa. P8 - Efluente da lagoa de decantação. P9 - Efluente do pós-tratamento. P10 - Efluente do biodigestor (biofertilizante). P11 – Esgoto doméstico (Metcalf & Eddy, 2014). As médias aritméticas foram obtidas a partir de no mínimo 5 amostras, seguidas do desvio padrão, exceto para P2-linha verde e vermelha e P3.
Comparando-se os resultados obtidos no P1 com os dados da literatura
(Tabela 2), o efluente avaliado possui valores superiores para DBO, DQO e
óleos e graxas. No entanto, vale ressaltar que as características físico-
químicas de cada efluente industrial dependem diretamente do layout industrial
do processo de produção, ou seja, da estrutura tecnológica que a mesma
apresenta e do grau de aproveitamento de resíduos, nesse caso,
especificamente o sangue que possui uma DBO de aproximadamente 185.000
mg.L-1 (CETESB, 2008).
Assim, constatou-se que um parâmetro do efluente de lançamento no
corpo receptor (Ponto P9) não está em conformidade com a Resolução federal
CONAMA nº430/2011 e estadual CEMA nº 070/2009. Esse parâmetro é o
nitrogênio amoniacal, nutriente relacionado ao processo de eutrofização em
corpos hídricos, como observado na Tabela 13.
Tabela 13 - Análise Comparativa entre Efluente Bruto e Efluente Final em Relação à Resolução CONAMA nº 430/2011
Parâmetros Efluente
Bruto Efluente
Final Resolução nº
430/2011 Resolução CEMA
070/2009
DBO 5229,91 50,2 redução de 60% Máx. de 60
mg.L-1
43
Tabela 13 - Análise Comparativa entre Efluente Bruto e Efluente Final em Relação à Resolução CONAMA nº 430/2011
Conclusão.
Parâmetros Efluente
Bruto Efluente
Final Resolução nº
430/2011 Resolução CEMA
070/2009
DQO 8.058,45 107,83 - Máx. de 200 mg.L-
1
Material sedimentável 35,72 0,175 até 1 mL.L-1.h-1 até 1 mL.L-1.h-1
Potencial hidrogeniônico 7,06 7,58 pH entre 5 e 9 pH entre 5 e 9
Nitrogênio Amoniacal - 209,025 20,0 mg.L-1 20,0 mg.L-1
Óleos e Graxas 6.838 24,375 até 50 mg.L-1 até 50 mg.L-1
Temperatura 29,425 26 Temp. < a 40°C Temp. < a 40°C
*Conforme a Resolução CONAMA 430/2011, que dispõe sobre padrões de lançamento no corpo receptor – a temperatura não pode ser superior a 40 ºC ou elevar em 3 graus a temperatura do corpo receptor.
A partir dos dados apresentados na Tabela 13, observa-se que é
necessário uma avaliação minuciosa do sistema de tratamento de efluentes
como um todo, visando à melhoria contínua do sistema de tratamento de
efluente e para atender possíveis ampliações futuras do processo industrial da
empresa.
5.2 AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS
5.2.1 Tratamento Preliminar e Primário
Como visto no item 5.1.1, o sistema preliminar é composto por peneiras
da fabricante Ecoam, com malhas de 0,5 e 0,75 mm para as linhas verde e
vermelha, respectivamente. Avaliando o dimensionamento das peneiras
juntamente com a sua taxa de aplicação superficial, constata-se que a mesma
atende os padrões de projetos proposto na literatura, sendo capaz de reter
grande quantidade de materiais sólidos.
Em relação ao tratamento primário composto por decantadores de
diferentes layouts, como exposto da Figura 20, foi feita a avaliação dos
44
parâmetros de projeto segundo Jordão & Pêssoa (1995), como visto no
Apêndice I, levando em consideração os dados das análises fornecidos do
afluente e efluente dos decantadores apresentados na Tabela 14.
Figura 19 - Layouts dos decantadores – decantador linha verde (A), vermelha (B) e decantador 3 (C)
Tabela 14 - Avaliação Físico-Química do Tratamento Primário (Decantador)
Pontos de Amostragem
Parâmetros Unidades Valores de entrada - Afluente
Valores de saída -
Efluente
P2 - Linha Vermelha
Material sedimentável mL.L.h-1 8,0 7,0
Óleos e Graxas mg.L-1 1.515,0 2.107,0
Sólidos Suspensos mg.L-1 3.160,0 4.300,0
P2- Linha Verde
Material sedimentável mL.L.h-1 25,0 6,0
Óleos e Graxas mg.L-1 1.105,0 348,0
Sólidos Suspensos mg.L-1 5.333,0 2.667,0
P3
Material sedimentável mL.L.h-1 5,0 60,0
Óleos e Graxas mg.L-1 1.455,0 826,0
Sólidos Suspensos mg.L-1 2.380,0 3.260,0
Ao avaliar os parâmetros físicos do decantador da linha vermelha
juntamente com a caracterização do afluente e efluente do mesmo, observou-
se que o decantador apresenta uma taxa de aplicação superficial de 21,25
m3.m2d-1, sendo esta condizente com a literatura utilizada para o
dimensionamento – segundo Jordão & Pessoa (1995), a taxa de aplicação
A B
C
45
superficial para efluente industriais é entre 16 e 24 m3.m2d-1. No entanto,
apresenta baixa eficiência na remoção de sólidos sedimentáveis (12,5%),
porém alta remoção de sólidos suspensos totais (86,4%).
O decantador da linha verde apresenta alta eficiência na remoção dos
sólidos sedimentáveis e suspensos totais, sendo de 76 e 50%,
respectivamente. Contudo, apresenta um tempo de detenção hidráulico de 1
hora e 32 minutos, sendo um tempo abaixo do esperado, mas que não afeta a
decantação dos sólidos pela sua granulometria, pois não se enquadra em um
tempo crítico, sendo esse menor que uma hora. Porém, a taxa de aplicação
superficial se apresenta elevada para essa metodologia adotada (39,2 m3.m2d-
1), podendo reduzir a eficiência de remoção dos sólidos suspensos totais.
Contudo, Metcalf & Eddy (2014) e Cavalcanti (2012) adotam taxas superiores
que Jordão & Pessôa, pois as mesmas estão diretamente relacionadas com a
profundidade útil dos decantadores primários. Assim, se o decantador possuir
uma profundidade útil adequada para a quantidade de sólidos presente no
efluente, a taxa de aplicação superficial pode apresentar valores maiores sem
afetar a sedimentação ou arraste dos sólidos.
Por fim, ao observar os dados da Tabela 14, do efluente de entrada e
saída do decantador 3, percebe-se que há um arraste de sólidos suspensos
totais para o tratamento posterior, e alta remoção dos sólidos sedimentáveis
(~92%). Isso ocorre devido à alta taxa de aplicação superficial alinhada com o
layout do decantador 3 – baixa inclinação do fundo, reduzindo assim a área de
depósito dos sólidos – e potência da bomba utilizada para direcionar o efluente
ao início do tratamento secundário (Figura 20).
Consequentemente, a baixa eficiência de remoção da matéria sólida no
tratamento primário acarreta dificuldades de tratamento do efluente nos níveis
seguintes, como o tratamento secundário. Portanto, adequações no sistema de
tratamento primário são necessárias para que se obtenha uma melhor
qualidade do efluente final, podendo até ser retirado o pós-tratamento do
sistema de tratamento de efluentes da indústria do estudo. Por fim, para ter um
diagnóstico com maior precisão, faz-se necessário um ensaio de sedimentação
desse efluente industrial, para avaliar o tempo de sedimentação conforme a
granulometria dos sólidos, e se a alta taxa de aplicação superficial afetaria a
decantação dos mesmos.
46
5.2.2 Tratamento Secundário
O tratamento secundário é composto por 4 lagoas de estabilização como
descrito no item 5.1.2. Avaliando os parâmetros de projetos da lagoa anaeróbia
1 com o avaliação físico-química do efluente, constata-se que a mesma possui
eficiência de remoção de DBO em torno de 61% - que segundo Von Sperling
(1996), é uma eficiência adequada para a temperatura da região (média de 20
ºC). Contudo, a eficiência poderia ser até de 80%, mas com a presença de
grande quantidade de sólidos suspensos e óleos e graxas, a escuma formada
sobre a lagoa apresenta lâmina superior a 10 cm. A presença desses materiais
particulados causa dificuldade para a degração microbiana anaeróbia, bem
como alinhada a densa escuma dificulta a eliminação dos gases produzidos na
lagoa.
Além disso, a mesma apresenta TDH crítico de 2 dias e Lv de 1,2
KgDBO5/m3.d, sendo que a taxa de aplicação volumétrica, Lv, encontra-se 83%
superior ao determinado em parâmetros de projetos para esse tipo de lagoa
seguindo a metodologia proposta por Von Sperling (1996). As consequências
da discrepância desses fatores de projetos gera uma desestabilização da
matéria orgânica por degradação anaeróbia incompleta, pois não há tempo o
suficiente para a sedimentação dos sólidos para a degradação anaeróbia,
sendo essa realizada de forma parcial; consequentemente, o pH da lagoa se
torna mais ácido, há baixa eficiência de remoção de DBO, além de apresentar
odor desagradável. Entretanto, a lagoa anaeróbia 2 apresenta TDH e Lv de
acordo com os parâmetros de projetos estipulados por Von Sperling (1996).
Contudo, apresenta uma eficiência de 50%, sendo essa considerada baixa,
pois o volume da lagoa é maior que o volume requerido para o tratamento do
efluente.
Em relação à lagoa aerada de mistura completa, a mesma possui TDH
de 2,14 dias e uma eficiência de 50%, o que condiz com os parâmetros
propostos por Von Sperling (1995), sendo esses de 2 a 4 dias, e 50 a 60% de
remoção de DBO. Além disso, a lagoa tem necessidade de 69,3 KgO2.h-1 e
potência de 217.150 W para remoção de matéria orgânica carbonácea. No
entanto, a lagoa apresenta 9 aeradores de baixa e alta rotação, que somados
47
constam uma potência total de 10.324,8 W, não sendo o suficiente para a
potência requerida pela lagoa para remoção de matéria carbonácea. Para
atender os requisitos de oxigênio dissolvido com o mesmo modelo de
aeradores, seriam necessário 21 aeradores para esta lagoa do mesmo modelo
utilizado atualmente. Esse número elevado se deve ao fato da capacidade de
aeração do aparelho, sendo que esse apenas remove matéria orgânica, e
parcilamente matéria nitrogenada (20%). Por fim, a disposição dos aeradores
faz com que haja zonas mortas, pois esses estão alinhados em apenas um
lado da lagoa.
5.2.3 Pós Tratamento
O pós tratamento é composto por dois flotadores da marca Wtech, com
capacidade de operação de 110m3.h-1 cada, e o processo utiliza coagulantes
de base orgânica (NOVFLOC® e POLFLOC®). A finalidade de processo é a
retirada de sólidos suspensos totais e matéria orgânica remanescente
presentes no efluente que não são retiradas nos tratamentos anteriores. Os
mesmo operam de acordo com os parâmetros de projetos, não havendo
necessidade de alteração no layout ou de dosagem dos coagulantes (SOLANA,
2014).
Após o tratamento físico-químico, o efluente atende os parâmetros
exigidos pelas legislações federal e estadual para os parâmetros de matéria
orgânica (DBO) e sólidos sedimentáveis, sendo esses de no máximo 60 mg.L-1
e até 1 mL.L-1.h-1, respectivamente.
5.2.4 Parecer sobre o sistema de tratamento de efluentes da indústria em
estudo
Por ser um abatedouro e frigorífico de suínos, a carga orgânica presente
no efluente bruto corresponde aos dados presentes em literatura a respeito
48
desse tipo de indústria. No entanto, a quantidade de nitrogênio amoniacal no
efluente bruto (26,5 mg.L-1) bem como a concentração presente no início do
tratamento secundário (84,3 mg.L-1) está acima do que é gerado por esse tipo
de agronegócio. Isso se deve ao fato das ligações de efluentes, provenientes
do esgoto doméstico da indústria e do biofertilizante inseridos na calha parshall
no início do tratamento secundário, que possuem concentrações de 20 e 1.570
mg.L-1, respectivamente.
A introdução do biofertilizante causa distúrbios no tratamento biológico
do efluente industrial, reduzindo sua eficiência, como por exemplo dificuldade
da realização da degradação anaeróbia da matéria orgânica (SOUZA, 1984),
além de aumentar a concentração do poluente após as lagoas anaeróbias
devido ao processo de amonificação. Além disso, a alta carga de nitrogênio
amoniacal, faz com que a lagoa aerada de mistura completa não atinja sua
eficiência no processo de nitrificação, pois o dimensionamento da lagoa bem
como da potência dos aeradores não estão preparados para absorver uma
carga extra e alta deste nutriente.
Melhorias no sistema de tratamento de efluentes da indústria devem ser
realizadas continuamente visando minimizar os impactos gerados pelos
efluentes no corpo receptor. Assim, as seguintes possíveis melhorias no
sistema de tratamento de efluentes para remoção de nutrientes, em especial o
nitrogênio amoniacal são propostos:
Modificação no sistema de aeração da lagoa aerada de mistura
completa com a readequação das suas potências;
Instalação de um sistema de lodo ativado convencional;
Remoção de nitrogênio amoniacal por arraste de ar – Stripping;
Instalação de um espessante de lodo após o biodigestor.
5.3 PROGNÓSTICO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO
ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS – PROPOSTAS
49
Os cálculos e metodologias utilizadas para os parâmetros de projetos,
estão descritos detalhadamente no Apêndice II.
5.3.1 Modificação no sistema de aeração da lagoa aerada
Com base no dimensionamento proposto por Von Sperling (1996), nos
dados adotados e expostos na Tabela 15 e no modelo WT-12,5 de aerador
superficial fornecido pela marca Wtech (Figura 21), constata-se que a lagoa
aerada de mistura completa necessita 173,27 KgO2.h-1 para que ocorra uma
remoção de matéria carbonácea e nitrogenada, e uma densidade de 12,05
W/m3. Para isso, seriam necessários 10 aeradores de alta potência, como
observado na Figura 22.
Tabela 15 - Parâmetros adotados para o dimensionamento dos aeradores da lagoa
Parâmetros Unidade Valores Adotados
DBO5 mg.L-1 532,6
Vazão m3.d-1 3.818,64
Volume útil m3 8.164,80
TDH dia 2,14
Y d-1 0,6
K - 1
Kd d-1 0,06
a KgO2.KgDBO5-1 3
EO campo KgO2.Kwh-1 2,2
Potência do aerador W 9.193,70
50
Figura 20 - Modelo de aerador utilizado na nova proposta de tratamento
Figura 21 – Área de influência dos novos Aeradores
Além de ser um aerador de alta potência, o mesmo realiza a aeração,
agitação, dosagem de insumos químicos ou dissolução de oxigênio puro.
Assim, quando a lagoa atingir a quantidade necessária de oxigênio dissolvido,
o aerador passa a trabalhar apenas na agitação da massa líquida, sem a
injeção de ar, causando uma economia de energia para a empresa. Cada
aerador, possui um valor de R$ 48.655,00 reais, totalizando R$ 486.550,00
reais.
Assim, os aeradores devem ser dispostos a fim de evitar zonas mortas e
ter a agitação e introdução de oxigênio dissolvido no sistema de forma
homogênea (VON SPERLING, 1996). No entanto, apenas a alteração no
sistema de aeração da lagoa aerada de mistura completa não é suficiente para
51
a remoção da carga presente de nitrogênio amoniacal no efluente (remoção de
50% apenas). Portanto, foi proposto o sistema de lodo ativado convencional.
5.3.2 Sistema de lodo ativado
Devido à alta eficiência do sistema de lodo ativado convencional e a
disponibilidade de área na indústria, o mesmo seria construído no local da
lagoa aerada, substituindo-a no processo de tratamento de efluente da
indústria em estudo. Para o seu dimensionamento foram utilizados os
parâmetros expostos na Tabela 16, e a metodologia utilizada foi Von Sperling
(1997).
Tabela 16 - Parâmetros adotados para o dimensionamento de um lodo ativado convencional
Parâmetros Unidade Valores Adotados
DBO5 (inicial) mg.L-1 532,6
DBO5 (final) mg.L-1 50
Eficiência % 90
Vazão m3.d-1 3.818,64
θc dias 10
Xv mg.L-1 3.500
Xr mg.L-1 10.000
Carga mg.L-1 2.034
Y - 0,5
Kd d-1 0,07
Fb - 0,72
Com um tanque de 1.548,63 m3, o sistema seria capaz de tratar a vazão
de efluentes provenientes da indústria com uma eficiência de 90% na remoção
de DBO, além de remoção de 20% de nitrogênio amoniacal. A produção de
lodo excedente, cerca de 810,32 KgSS.d-1, seria direcionada para
decantadores modulares, onde poderia ser posteriormente adensados e
utilizados no fertirrigação de lavouras, por ser um material estabilizado rico em
nutrientes e matéria orgânica (VON SPERLING, 1997; CAVALCANTI, 2012).
52
Por fim, a taxa de recirculação do lodo é de 954,66 m3.d-1, tendo como requisito
de oxigênio para tratamento do efluente 2,7 KgO2.h-1, sendo fornecido por um
sistema de aeração fixo ao fundo do tanque do sistema de lodo ativado.
Outra opção seria utilizar a tecnologia proposta pela empresa BFDias,
sendo a Air Float aeração removível (Figura 22) tendo um reaproveitamento da
lagoa aerada de mistura completa. Essa seria revestida com 225,4 metros de
geomembrana PEAD (Polietileno de Alta Densidade), e inserido aeração móvel
na lagoa. Como o efluente necessita de 173,27 KgO2.h-1 para remover matéria
carbonácea e nitrogenada (50% de remoção para ambos), a tubulação
aeradora seria dimensionada para suprir essa demanda, podendo alcançar
eficiência de até 50% na remoção de matéria orgânica carbonácea e de
nitrogênio amoniacal. O lodo excedente e de recirculação seria direcionado por
bombeamento para decantadores secundários modulares.
Figura 22 - Sistema de Aeração Removível Air Float Fonte: BFDias (2016).
A vantagem desse sistema removível é a reutilização da lagoa aerada
de mistura completa, adaptando-a para um sistema de lodo ativado
convencional, a fim de reduzir os custos de construção e operação, como por
exemplo, o sistema de aeração fixo, além de atingir alta eficiência de remoção
de matéria carbonácea e nitrogenada.
Entretanto, apenas o sistema de lodo convencional ativado ou a
proposta da empresa BFDias não são suficientes para a remoção de nitrogênio
53
amoniacal devido ao elevado aporte deste nutriente no biofertilizante que é
inserido no início do tratamento secundário. Assim, a opção que apresenta
elevada eficiência na remoção deste nutriente e pode operar na remoção de
altas concentrações do nitrogênio amoniacal é o sistema de arraste por ar
Stripping .
5.3.3 Remoção de nitrogênio amoniacal por arraste de ar – Stripping
O sistema de remoção de nitrogênio amoniacal por arraste de ar,
Stripping, foi proposto para este trabalho pois apresenta alta eficiência de
remoção, cerca de 60 a 95% (METCALF & EDDY, 2014). Assim, o local de
instalação da coluna de arraste de ar seria após a biodigestor, ou seja, o
efluente a ser tratado seria o biofertilizante, pois apresenta elevada
concentração de nitrogênio amoniacal além de ter uma vazão menor, o que
reduz os custos de operação do equipamentoo. Outro fator que foi considerado
para a escolha do Stripping, foi a elevada temperatura e pH do efluente do
biodigestor, parâmetros que aumentam a eficiência do aparelho, pois quanto
maior o pH, maior a quantidade de amônia livre do efluente.
Utilizando parâmetros de projetos de acordo com a temperatura de 20ºC
e metodologia proposta por Metcalf & Eddy (2014), a coluna de arraste teria
3,21 metros de altura e diâmetro de 5,6 metros, ocupando assim 25 m2. O
preenchimento da mesma seria de Anéis Pall de 50 mm, com altura de 5,4 cm
com 4 unidades de transferência. A demanda de ar para esse modelo de
coluna seria de 170 m3.min-1. Assim, a coluna apresentaria eficiência de 95%
na remoção de nitrogênio amoniacal, reduzindo de 1.570 mg.L-1 para 75,45
mg.L-1. Para esses cálculos, foram utilizados os parâmetros adotados na
Tabela 17.
Tabela 17 - Parâmetros adotados para o dimensionamento do Stripping
Parâmetros Unidade Valores Adotados
N_amoniacal(entrada) mg.L-1 1.570 N_amoniacal(saída) mg.L-1 75,45
54
Tabela 17 - Parâmetros adotados para o dimensionamento do Stripping Conclusão.
Parâmetros Unidade Valores Adotados
Eficiência % 95 Vazão m3.d-1 144,00
Abscissa 0,039 Ordenada 0
Cf mm 25 µl Kg.ms-1 1,002 Y Kg.(m3)-1 998,2 ρl - 1,204
Fator de extração - 3 Kla s-1 0,0125
A instalação da coluna de ar juntamente com o tratamento secundário
posterior feito por uma lagoa aerada de mistura completa, faria com que a
concentração de nitrogênio amoniacal no efluente líquido do abatedouro e
frigorífico de suínos atendesse os padrões de lançamento estabelecidos pelas
Resoluções CONAMA nº 430/2011 e CEMA 070/2009.
No entanto, a elevada concentração de nitrogênio amoniacal no
biofertilizante, faz com o layout não obedeça à metodologia proposta (Tabela
7), reduzindo também a vazão de ar no sistema, sendo essa primordial para a
remoção de amônia no efluente pois mantém o gradiente de concentração do
contaminante entre a fase líquida e a fase gasosa (POLHMANN, 2013).
Portanto, não seria viável, tecnicamente e financeiramente, a instalação da
torre de arraste de ar Stripping, sendo que este esquipamento está orçado
entre 500-750 mil reais para atender à concentração de 1.570 mgL-1.
5.3.4 Instalação de um espessante de lodo após o biodigestor
Devido à elevada concentração de nitrogênio amoniacal do
biofertilizante, a construção da torre de arraste de ar se torna inviável. Assim,
propõem-se a instalação de um espessante de lodo tipo parafuso da fabricante
Huber Technology, ou similar, após o biodigestor para a concentração do
biofertilziante em base seca.
Após o adensamento, o biofertilizante seria direcionado para o produtor
55
agrícola, e se necessário, o produtor faria a correção do mesmo conforme suas
necessidades. Com isso, haveria a redução de custos de transporte e de
tratamento do efluente, caso o biofertilizante continuasse sendo inserido no
tratamento secundário.
56
6 CONCLUSÃO
O sistema de tratamento de efluentes do abatedouro e frigorífico de
suínos em estudo apresenta os níveis de tratamento necessários, sendo
preliminar, primário e secundário, para uma remoção de poluentes satisfatória.
Porém, visando a melhoria contínua do sistema bem como uma possível
expansão do processo industrial da empresa, possíveis melhorias no sistema
de efluentes foram constatadas na planta em alguns dos níveis de tratamento
ou em parte deles, para que haja um aumento na eficiência de remoção de
poluentes no tratamento do efluente e atender as Resolução CONAMA nº
430/11 e Resolução CEMA nº 070/09.
As possíveis melhorias encontradas no sistema foram referentes à taxa
de aplicação do efluente no decantador 3, de modo a evitar um arraste
considerável de sólidos para o início do tratamento secundário. Em relação às
lagoas de estabilização, o TDH da lagoa anaeróbia 1 apresenta quadro crítico,
afetando assim a degradação da matéria orgânica pelos microrganismos
anaeróbios, além de reduzir a eficiência de remoção da mesma. Por fim, a
lagoa aerada de mistura completa apresenta alta requisito de oxigênio que não
é suprido pelos 9 aeradores, de baixa e alta rotação, inseridos na lagoa.
Contudo, ao análises dos dados físico-químicos da caracterização do
efluente, percebe-se que o mesmo recebe elevada concentração de nitrogênio
amoniacal, nutriente proveniente do biofertilizante produzido pelo biodigestor, e
que sobrecarrega o sistema de tratamento secundário, dificultando o
tratamento, além de fazer com que o flotador físico-químico opere mais vezes e
com maior vazão.
Ao analisar as possíveis melhorias relacionadas aos parâmetros de
projetos alinhados aos dados físico-químicos, 5 propostas foram feitas para
que o sistema de tratamento de efluentes possa ser operado de maneira
adequada a fim de atender os parâmetros legais. Essas propostas foram a
alteração dos aeradores da lagoa aerada de mistura completa, construção de
um lodo ativado convencional, reestruturação da lagoa aerada para trabalhar
como um lodo ativado, uma torre de Stripping para remoção de amônia do
biofertilizante, e a instalação de um espessante de lodo após o biodigestor.
57
Para tanto, os projetos foram dimensionados por metodologias
propostas por diversos autores da área, e avaliando a instalação dos projetos
de maneira separada ou em conjunto. Assim, com o emprego de novos
aeradores com requisitos de potência necessários ou a instalação de um lodo
ativado convencional, ou mesmo a adaptação da lagoa aerada de mistura
completa para um sistema de lodo ativado são necessários. Porém, somente a
instalação destes sistemas não consegue remover a carga de nitrogênio
amoniacal inserida no sistema de tratamento. Em relação à instalação da torre
de ar Stripping, a mesma se mostrou inviável devido às altas concentrações de
nitrogênio amoniacal presentes no biofertilizante.
Por fim, alinhando-se as modificações no sistema de aeração do
tratamento secundário juntamente com o espessamento do biofertilizante, faz
com que aumente a eficiência de tratamento de efluentes da indústria em
estudo. Isso faz com que haja uma redução significativa de possíveis impactos
que o efluente poderia causar no corpo receptor.
REFERÊNCIAS
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I
APÊNDICE I
1. VERIFICAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO
ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS
1.1 TRATAMENTO PRIMÁRIO
Para a verificação do sistema, foram utilizados os dados fornecidos pela
empresa apresentados na Tabela 10 e Quadro 2. Assim, os seguintes
parâmetros para a verificação do tratamento foram:
DBO5: 6.300 mg.L-1
Qvermelha: 2.184 m3.d-1
Qverde: 1.176 m3.d-1
Qdecantador3: 3.360 m3.d-1
Os dimensionamentos foram baseados na metodologia proposta por Jordão &
Pessôa (1995).
1.2 DECANTADOR – LINHA VERMELHA
- Tempo de Detenção:
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
𝑇𝐷𝐻 =187
2.184
TDH= 0,085 dias ou 2h 2min
- Taxa de Aplicação:
II
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 =𝑄
𝐴
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 =2.184
102.75
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 = 21,25 𝑚3. 𝑚2𝑑−1
1.3 DECANTADOR – LINHA VERDE
- Tempo de Detenção:
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
𝑇𝐷𝐻 =75
1.176
TDH= 0,064 dias ou 1h 32min
- Taxa de Aplicação:
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 =𝑄
𝐴
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 =1.176
30
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 = 39,2 𝑚3. 𝑚2𝑑−1
1.4 DECANTADOR 3
- Tempo de Detenção:
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
III
𝑇𝐷𝐻 =312,5
3.360
TDH= 0,093 dias ou 2h 14min
- Taxa de Aplicação:
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 =𝑄
𝐴
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 =3.360
104,7
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 = 32,25 𝑚3. 𝑚2𝑑−1
1.5 TRATAMENTO SECUNDÁRIO
Para a verificação do sistema, foram utilizados os dados fornecidos pela
empresa apresentados na Tabela 10 e Quadro 2. Assim, os seguintes
parâmetros para a verificação do tratamento foram:
DBO5: 2.684,07 mg.L-1
QTotal: 3,818 m3.d-1
Vanaeróbia1: 8.480 m3
Vanaeróbia2: 12.600 m3
Vaerada: 8.164,8 m3
Os dimensionamentos foram baseados na metodologia proposta por Von
Sperling (1996).
1.6 LAGOA ANAERÓBIA 1
- Verificação do Lv:
IV
𝐿 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑥 𝑉𝑎𝑧ã𝑜
𝐿 = 2,68407 𝑘𝑔
𝑚3 𝑥 3.818,64
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝐿 = 10.249,5 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂5
𝑑𝑖𝑎
𝑉 =𝐿
𝐿𝑣
8.480 =10.249,5
𝐿𝑣
𝐿𝑣 = 1,2 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂5
𝑑𝑖𝑎
- Tempo de detenção
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
𝑇𝐷𝐻 =8.480
3.818,64
TDH= 2,2 dias
1.7 LAGOA ANAERÓBIA 2
- Verificação do Lv:
𝐿 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑥 𝑉𝑎𝑧ã𝑜
𝐿 = 1,0463 𝑘𝑔
𝑚3 𝑥 3.818,64
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝐿 = 3.995,44 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂5
𝑑𝑖𝑎
𝑉 =𝐿
𝐿𝑣
12.600 =3.995,44
𝐿𝑣
V
𝐿𝑣 = 0,3 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂5
𝑑𝑖𝑎
- Tempo de detenção
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
𝑇𝐷𝐻 =12.600
3.818,64
TDH= 3,3 dias
1.8 LAGOA AERADA DE MISTURA COMPLETA
Os dimensionamentos foram baseados na metodologia proposta por Von
Sperling (1996).
DBO5: 532,6 mg.L-1
QTotal: 3,818 m3.d-1
Vaerada: 8.164,8 m3
Y: 0,6d-1
K: 1,0
Kd: 0,06d-1
a: 1,2 KgO2.KgDBO5-1
EOaltapotência: 0,9 KgO2.Kwh-1
com 60% de eficiência
EOaltapotência: 0,9 KgO2.Kwh-1
com 60% de eficiência
EObaixapotência: 1,3 KgO2.Kwh-1
com 60% de eficiência
Aeradoraltapotência: 20cv
Aeradorbaixapotência: 15 cv
- Tempo de detenção
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
𝑇𝐷𝐻 =8.164,8
3.818,64
VI
TDH= 2,14 dias
- Estimativa de DBO solúvel no efluente
𝑆 =𝑆𝑜
1 + 𝐾 𝑥 𝑡
𝑆 =532,6
1 + 1,0 𝑥 2,14
𝑆 = 169,6 𝑚𝑔. 𝐿−1
- Estimativa de SSV ou Xv
𝑋𝑣 = 𝑌 (𝑆𝑜 − 𝑆)
1 + 𝐾𝑑𝑥 𝑡
𝑋𝑣 = 0,6(532,6 − 169,6)
1 + 0,06 𝑥 2,14
𝑋𝑣 = 193 𝑚𝑔. 𝐿−1
- DBO5 Particulada
𝐷𝐵𝑂𝑝 = 0,5 𝑥 𝑋𝑣
𝐷𝐵𝑂𝑝 = 96,5 𝑚𝑔. 𝐿−1
- DBO5 Total
𝐷𝐵𝑂𝑡 = 𝑆 + 𝐷𝐵𝑂𝑝
𝐷𝐵𝑂𝑡 = 169,6 + 96,5
𝐷𝐵𝑂𝑡 = 266,1 𝑚𝑔. 𝐿−1
- Eficiência (%)
𝐸 =𝑆𝑜 − 𝑆
𝑆𝑜 𝑥 100
𝐸 =532,6 − 266,1
532,6 𝑥 100
𝐸 = 50,0 %
- Requisitos de Oxigênio
𝑅𝑂 = 𝑎 𝑥 𝑄 𝑥𝑆0 − 𝑆
1000
VII
𝑅𝑂 = 1,2 𝑥 3.818,6 𝑥532,6 − 169,6
1000
𝑅𝑂 = 69,3 𝐾𝑔𝑂2. ℎ−1
- Potência Requerida
𝑃𝑜𝑡 =𝑅𝑂
𝐸𝑂
𝑃𝑜𝑡 =69,3
0,78
𝑃𝑜𝑡 = 88,85 𝐾𝑤 (aerador de baixa
potência)
𝑃𝑜𝑡 =𝑅𝑂
𝐸𝑂
𝑃𝑜𝑡 =69,3
0,54
𝑃𝑜𝑡 = 128,3 𝐾𝑤 (aerador de baixa
potência)
- Requisitos de Energia
𝜑 =𝑃𝑜𝑡
𝑉
𝜑 =217.150
8.164,8
𝜑 = 26,59 𝑊. 𝑚3
- Números de Aeradores:
𝑁º 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠: 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑁º 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠: 217.150
10.324,8 ∗
𝑁º 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠: 21 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠
* Foi considerada a potência total que os nove aeradores tem em conjunto.
VIII
APÊNDICE II
1. PROPOSTAS PARA O SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DO ABATEDOURO E FRIGORÍFICO DE SUÍNOS
1.1 MODIFICAÇÃO NA AERAÇÃO DA LAGOA AERADA DE MISTURA
COMPLETA
Os dimensionamentos foram baseados na metodologia proposta por Von
Sperling (1996), bem como alguns parâmetros adotados. O valor da potência
do aerador foi fornecido pelo fabricante.
DBO5: 532,6 mg.L-1
QTotal: 3,818 m3.d-1
Vaerada: 8.164,8 m3
Y: 0,6d-1
K: 1,0
Kd: 0,06d-1
a: 3 KgO2.KgDBO5-1
EO: 2,2 KgO2.Kwh-1 com
80% de eficiência
Potênciaaerador: 9.193,7 w
- Tempo de detenção :
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
𝑇𝐷𝐻 =8.164,8
3.818,64
TDH= 2,14 dias
- Estimativa de DBO solúvel no efluente:
𝑆 =𝑆0
1 + 𝐾 𝑥 𝑡
IX
𝑆 =532,6
1 + 1,0 𝑥 2,14
𝑆 = 169,6 𝑚𝑔. 𝐿−1
- Estimativa de SSV ou Xv:
𝑋𝑣 = 𝑌 (𝑆0 − 𝑆)
1 + 𝐾𝑑𝑥 𝑡
𝑋𝑣 = 0,6(532,6 − 169,6)
1 + 0,06 𝑥 2,14
𝑋𝑣 = 193 𝑚𝑔. 𝐿−1
- DBO5 Particulada:
𝐷𝐵𝑂𝑝 = 0,5 𝑥 𝑋𝑣
𝐷𝐵𝑂𝑝 = 96,5 𝑚𝑔. 𝐿−1
- DBO5 Total:
𝐷𝐵𝑂𝑡 = 𝑆 + 𝐷𝐵𝑂𝑝
𝐷𝐵𝑂𝑡 = 169,6 + 96,5
𝐷𝐵𝑂𝑡 = 266,1 𝑚𝑔. 𝐿−1
- Eficiência (%):
𝐸 =𝑆𝑜 − 𝑆
𝑆𝑜 𝑥 100
𝐸 =532,6 − 266,1
532,6 𝑥 100
𝐸 = 50,0 %
- Requisitos de Oxigênio:
X
𝑅𝑂 = 𝑎 𝑥 𝑄 𝑥𝑆0 − 𝑆
1000
𝑅𝑂 = 3 𝑥 3.818,6 𝑥532,6 − 169,6
1000
𝑅𝑂 = 173,27 𝐾𝑔𝑂2. ℎ−1
- Potência Requerida:
𝑃𝑜𝑡 =𝑅𝑂
𝐸𝑂
𝑃𝑜𝑡 =173,27
1,76
𝑃𝑜𝑡 = 98,45 𝐾𝑤
- Requisitos de Energia:
𝜑 =𝑃𝑜𝑡
𝑉
𝜑 =98.448,9
8.164,8
𝜑 = 12,05 𝑊/𝑚3
- Números de Aeradores:
𝑁º 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠: 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑁º 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠: 98.448,9
9.193,7
𝑁º 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠: 10 𝑎𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠
1.2 LODO ATIVADO CONVENCIONAL
XI
Os dimensionamentos e parâmetros foram baseados e adotados pela
metodologia proposta por Von Sperling (1997).
DBOi: 532,6 mg.L-1
DBOe: 50 mg.L-1
Eficiência: 90,6%
QTotal: 3,818 m3.d-1
Θc: 10 dias
Xv: 3.500 mg.L-1
Y: 0,5
Kd: 0,07d-1
𝑓𝑏: 0,72
Xr: 10.000 mg.L-1
Carga: 2.033,8 mg.L-1
- Determinação do Fator de Carga (U):
1
Θc= 𝑌. 𝑈 − 𝐾𝑑
1
10= 0,5. 𝑈 − 0,07
𝑈 = 0,34 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂5
𝐾𝑔𝑆𝑆𝑉. 𝑑
- Determinação do Volume do Tanque:
𝑉 = 𝑄 (𝑆𝑜 − 𝑆)
𝑋𝑣. 𝑈
𝑉 = 3.818,64 (532,6 − 50)
3.500. 0,34
𝑉 = 1.548,63 𝑚3
- Tempo de Detenção do Tanque (TDH):
𝑇𝐷𝐻 =𝑉
𝑄
XII
𝑇𝐷𝐻 =1.548,63
3.818,64
TDH= 9,6 horas
- Produção do Lodo:
𝑃𝑥𝑣 = 𝑌. 𝑄. (𝑆𝑜 − 𝑆) − 𝐾𝑑. 𝑓𝑏 . 𝑋𝑣. 𝑉
𝑃𝑥𝑣 = [0,5𝑥3.818,6𝑥(532,6 − 50) − 0,07𝑥0,72𝑥3.500𝑥1.548,63]𝑥 10−3
𝑃𝑥𝑣 = 648,26 𝐾𝑔𝑆𝑆𝑉. 𝑑−1
Em termos de SS:
𝑃𝑥 = 𝑃𝑥𝑣
𝑆𝑆𝑉/𝑆𝑆
𝑃𝑥 = 648,26
0,8
𝑃𝑥 = 810,32 𝐾𝑔𝑆𝑆. 𝑑−1
- Recirculação do Lodo:
𝑅 = 𝑋
𝑋𝑟 − 𝑋
𝑅 = 2.033,8
10.000 − 2.033,8
𝑅 = 0,25
𝑄𝑟 = 𝑅. 𝑄
𝑄𝑟 = 0,25𝑥3.818,64
𝑄𝑟 = 954,66 𝑚3. 𝑑−1
- Vazão do Efluente Tratado:
XIII
𝑄𝑒 = 𝑄 − 𝑄𝑟 − 𝑃𝑥
𝑄𝑒 = 3.818,64 − 954,66 − 810,32
𝑄𝑒 = 2.053,66 𝑚3. 𝑑−1
- Requisitos de Oxigênio:
𝑅𝑂 = 1,46. 𝑄. (𝑆𝑜 − 𝑆) − 1,42𝑃𝑥𝑣
𝑅𝑂 = [1,46𝑥3.818,64𝑥(532,6 − 50) − 1,42𝑥648,26]𝑥10−6
𝑅𝑂 = 2,7 𝐾𝑔𝑂2𝑑−1
1.3 ARRASTE DE AR - STRIPPING
N_amonicali: 1.570 mg.L-1
N_amoniacalf: 75,45 mg.L-1
Eficiência: 95%
QTotal: 144 m3.d-1
Abcissa: 0,0139
Ordenada: 0,4
Cf: 25
µL: 1,002 Kg.ms-1
ρg: 998,2 Kg/m3
ρl: 1,204 Kg/m3
Fator de extração (S): 3
Kla: 0,0125s-1
- Taxa de Aplicação de ar para uma Torre Stripping
𝐶𝑜 = [𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚ô𝑛𝑖𝑎]
[𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 + 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚ô𝑛𝑖𝑎]
𝐶𝑜 = [1,570/17]
[55,5 + 1,570/17]
𝐶𝑜 = 0,6246𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝐻3. 𝑚𝑜𝑙𝐻2𝑂
XIV
𝐶𝑒 = [𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚ô𝑛𝑖𝑎]
[𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 + 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑚ô𝑛𝑖𝑎]
𝐶𝑒 = [0,07545/17]
[55,5 + 0,07545/17]
𝐶𝑒 = 7,99𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝐻3. 𝑚𝑜𝑙𝐻2𝑂−1
𝑦𝑒 =𝐻
𝑃𝑡𝑥𝐶𝑜
𝑦𝑒 =1,07
1𝑥1,66𝑥10−3
𝑦𝑒 = 6,7 = 68𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝐻3. 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑟−1 - Relação ar-líquido:
𝐺
𝐿=
𝐶𝑜 − 𝐶𝑒
𝑦𝑒
𝐺
𝐿= 0,8154 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑟. 𝑚𝑜𝑙𝑠𝐻2𝑂−1
Convertendo: 0,8154 x 24,1 = 19,65 litros.
𝐺
𝐿=
30,6 𝑎𝑟
0,018 𝐻2𝑂 𝑜𝑢 1.091,7 𝑚3/𝑚3
- Vazão total de ar necessária:
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟 = 1.091,7
𝑚3
𝑚3 𝑥 144𝑚3/𝑑
1.440 𝑚𝑖𝑛/𝑑
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟 = 109,2 𝑚3. 𝑚𝑖𝑛−1
Com os valores da ordenada (0,4) e abscissa (0,0139), é possível
determinar a perda de carga pelo gráfico proposto por Metcalf & Eddy (2016),
sendo de 400 (N/M2)/m. Assim é possível determinar a taxa de aplicação real
de ar na torre:
XV
𝐺′ = [(𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑜 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑦)𝑥(𝜌𝑔)𝑥(𝜌𝑙 − 𝜌𝑔)
𝐶𝑓 𝑥(µL)0,1]
𝐺′ = 3,79 𝐾𝑔/𝑚2𝑠
- Taxa de Aplicação do Líquido:
𝐿′ = 0,4𝑥𝐺′
𝐿′ = 1,516 𝐾𝑔/𝑚2𝑠
- Diâmetro da Torre:
𝐷 = 4
3,14𝑥
1𝑑
8600𝑠𝑥
144 𝑚3/𝑑 𝑥 998,2𝐾𝑔/𝑚3
3,79𝐾𝑔/𝑚2𝑠
𝐷 = 5,6 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
- Cálculo da Altura de Transferência:
𝐻𝑇𝑈 =𝐿
𝐾𝑙𝑎𝐴𝑥
1𝑑
8600𝑠
𝐻𝑇𝑈 = 0,054 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
- Cálculo do nº de unidades de transferência:
𝑁𝑈𝑇 =𝑆
𝑆 − 1𝑥 ln [
(𝐶𝑜𝐶𝑒) 𝑥(𝑆 − 1) + 1
𝑆]
𝑁𝑇𝑈 = 3,98
- Cálculo da Altura teórica do enchimento da Torre de extração:
𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐻𝑇𝑈𝑥𝑁𝑇𝑈
𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0,21 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
- Altura Total da Torre:
𝐻𝑡𝑜𝑟𝑟𝑒 = 𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 3 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝐻𝑡𝑜𝑟𝑟𝑒 = 3,21 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
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