Águas de reuso em uma indústria sucroalcooleira

24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

II-131 - ÁGUAS DE REUSO EM UMA INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA DE ALAGOAS

Rosa Maria Barros Tenório (1)

Engenheira Civil pela Universidade Federal de Alagoas (UFAL), Mestranda em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Especialista em Gestão de Recursos pela UFAL. e-mail: [email protected] Nélia Henriques Callado(2)

Professora Adjunta da Universidade Federal de Alagoas. e-mail: [email protected] Endereço(1): Av. Dom Antônio Brandão, n° 333 – sala 910 – Bairro: Farol – Maceió - Alagoas - CEP: 57021-190 - Brasil - Tel: +55 (82) 3336-6121 - Fax: +55 (82) 3336-6121 - e-mail: [email protected] RESUMO

O setor sucroalcooleiro representa significativo impacto sobre a gestão dos recursos hídricos no País. O Brasil é grande produtor, tendo, aproximadamente, 400 indústrias de açúcar e álcool. O processo produtivo de açúcar consome quantidade significativa de água gerando grande quantidade de águas residuárias, podendo impactar consideravelmente os recursos hídricos. A racionalização do uso de água pela indústria pode alterar este quadro, sendo necessário o pleno conhecimento dos processos industriais, também, pelos órgãos gestores de recursos hídricos. Este trabalho tem como objetivo mostrar a importância do reuso das águas geradas nas agro indústrias do setor, como forma de reduzir custos de produção e preservar os recursos hídricos. Para tanto foi feito um estudo de caso em uma indústria sucroalcooleira, localizada no município de Coruripe/AL, visando avaliar a gestão hídrica industrial. PALAVRAS-CHAVE: Reuso de água, indústria sucroalcooleira, gestão hídrica industrial. INTRODUÇÃO

De toda água disponível no mundo, apenas 2,5% são de água doce, distribuída da seguinte forma: 69% em geleiras e neves eternas, 30% de água subterrânea, 0,7% em outras situações tais como umidade do solo, pantanais e solos congelados, e por fim, 0,3% em rios e lagos, (GLEICK, 1996). Pelos números quantitativos acima destacados, da disponibilidade hídrica no mundo, pode-se avaliar rapidamente a importância e a necessidade de preservação e reutilização dos recursos hídricos. Sendo a água um bem finito, a preocupação com a disponibilidade e a qualidade desse bem, são aspectos que estão cada vez mais em discussão em todo o mundo. No Brasil, além disso, a questão da outorga e paga pela água e o princípio do poluidor-pagador, fazem, do reuso da água, um tema palpitante no meio científico e econômico, como forma de minimizar o uso dos recursos hídricos existentes. Outro importante fator que impulsiona as pesquisas nesse setor, é que o consumo de água não acompanha o crescimento populacional na mesma proporção, pelo contrário, o consumo de água cresce pelo menos duas vezes mais que cresce a população no mundo, estimulada também pelo consumo industrial e irrigação, logo, há uma necessidade imperiosa de preservar os recursos hídricos. Tem sido observado um grande avanço na questão institucional e de legislação no Brasil, visando a sustentabilidade dos recursos hídricos. Mas ainda é necessário incorporar a esses, outros aspectos, como, por exemplo, o monitoramento e o controle, igualmente importantes no processo de sustentabilidade dos recursos hídricos. Os aspectos disponibilidade e qualidade vêm sendo discutidos intensamente nos últimos tempos principalmente nas proximidades das grandes cidades, pelo seu intenso e difuso uso, o que pode levar a escassez em períodos de pouca ou nenhuma precipitação, além da questão dos lançamentos de efluentes, quer sejam urbanos, indstriais ou de outras atividades, exigem investimentos onerosos e dificulta o desenvolvimento sustentável.

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A importância dos recursos hídricos em qualquer processo de desenvolvimento socioeconômico é inquestionável, particularmente no mundo atual, onde a água, além de cumprir o seu papel natural de abastecimento das necessidades humanas, animais e produtivas, vem, cada vez mais, sendo degradada, ao servir como veículo para os despejos de efluentes urbanos, industriais, agrícolas e extrativos (ROCHA, 2005). Dentre os usuários de água existentes, as indústrias sucroalcooleiras são as que apresentam maior demanda e geram proporcional volume de resíduos a serem descartados. Não obstante é um setor com grande oportunidade de racionalização no consumo de água e no descarte de efluentes. No Estado de Alagoas a cana-de-açúcar é a cultura predominante, possuindo a indústria sucroalcooleira papel fundamental na economia. No entanto esta agro indústria é, também um usuário intensivo de água, tanto na irrigação quanto no processo industrial, gerando proporcional volume de resíduos e tornando-se um potencial poluidor dos corpos d’água. Por outro lado, é também o setor com maior capacidade de investimento e racionalização de uso de água. Algumas ações que contribuem para a racionalização são: o reuso de águas servidas, a minimização de desperdícios, a adequação da quantidade da água à sua aplicação, a melhoria da manutenção do sistema para reduzir as perdas e a adoção de tecnologias hidricamente eficientes. Assim, promove-se a redução dos volumes capitados e devolvidos aos corpos d’água (TORQUATO et all, 2004). Desta forma o desenvolvimento de pesquisas sobre o uso e reuso de água no setor sucroalcooleiro é uma necessidade cada vez mais acentuada, pois contribui para a preservação dos recursos ambientais do planeta e para a redução de custos de produção, de forma a se manter sempre competitivo no mercado global. OBJETIVOS

Mostrar a importância do reuso das águas residuárias geradas nas indústrias do setor sucroalcooleiro, como forma de reduzir custos de produção e preservar os recursos hídricos. REVISÃO DE LITERATURA

Abordagem geral

A demanda crescente por água tem feito do reuso planejado da água um tema atual e de grande importância. Neste sentido, deve-se considerar o reuso de água como parte de uma atividade mais abrangente que é o uso racional ou eficiente da água, o qual compreende também o controle de perdas e desperdícios, e a minimização da produção de efluentes e do consumo de água. O reuso reduz a demanda sobre os mananciais de água, devido à substituição da água potável por uma água de qualidade inferior. Essa prática, atualmente muito discutida, colocada em evidência e já utilizada em alguns países é baseada no conceito de substituição de mananciais. Tal substituição é possível em função da qualidade requerida para um uso específico. Dessa forma, grandes volumes de água potável podem ser poupados pelo reuso quando se utiliza água de qualidade inferior (geralmente efluentes pós-tratados) para atendimento das finalidades que podem prescindir desse recurso dentro dos padrões de potabilidade. As atividades industriais no Brasil respondem por aproximadamente 20% do consumo de água, sendo que, pelo menos 10% é extraída diretamente de corpos d’água e mais da metade é tratada de forma inadequada, ou não recebe nenhuma forma de tratamento. Face à sistemática de outorga e cobrança pelo uso da água, que vem sendo implementada pela Agência Nacional das Águas - ANA, a indústria será duplamente penalizada, tanto em termos de captação de água como em relação ao lançamento de efluentes. O reuso e reciclagem na indústria passam a se constituir, portanto, ferramentas de gestão fundamentais para a sustentabilidade da produção industrial. A prática de reuso industrial pode ser estendida na produção de água para caldeiras, em sistemas de resfriamento como água de reposição, em lavadores de gases e como água de processos. No âmbito industrial o reuso de água para sistemas de resfriamento, aquecimento, usos em processo e outros fins, colabora não

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somente para a preservação dos recursos naturais, como também para a economia de escala dos processos produtivos, em especial em países como o Brasil que estão reformulando suas políticas de outorga e cobrança pelo uso da água, SILVA, 2002. Segundo a CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo, a reutilização de água pode ser direta ou indireta, decorrentes de ações planejadas ou não: 1. Reuso indireto não planejado da água: ocorre quando a água, utilizada em alguma atividade humana, é descarregada no meio ambiente e novamente utilizada a jusante, em sua forma diluída, de maneira não intencional e não controlada. Caminhando até o ponto de captação para o novo usuário, a mesma está sujeita às ações naturais do ciclo hidrológico (diluição, autodepuração). 2. Reuso indireto planejado da água: ocorre quando os efluentes, depois de tratados, são descarregados de forma planejada nos corpos de águas superficiais ou subterrâneas, para serem utilizadas a jusante, de maneira controlada, no atendimento de algum uso benéfico. O reuso indireto planejado da água pressupõe que exista também um controle sobre as eventuais novas descargas de efluentes no caminho, garantindo assim que o efluente tratado estará sujeito apenas a misturas com outros efluentes que também atendam ao requisito de qualidade do reuso objetivado. 3. Reuso direto planejado da água: ocorre quando os efluentes, após tratados, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local do reuso, não sendo descarregados no meio ambiente. É o caso com maior ocorrência, destinando-se a uso em indústria ou irrigação. O aproveitamento de águas de chuvas é outra possibilidade de reutilização de águas. As águas de chuva são encaradas pela legislação brasileira hoje como esgoto, pois ela usualmente vai dos telhados, e dos pisos para as bocas de lobo aonde, como "solvente universal", vai carreando todo tipo de impurezas, dissolvidas, suspensas, ou Simplesmente arrastadas mecanicamente, para um córrego que vai acabar dando num rio que por sua vez vai acabar suprindo uma captação para Tratamento de Água Potável. Claro que essa água sofreu um processo natural de diluição e autodepuração, ao longo de seu percurso hídrico, nem sempre suficiente para depurá-la. Uma pesquisa da Universidade da Malásia deixou claro que após o início da chuva, somente as primeiras águas carreiam ácidos, microorganismos, e outros poluentes atmosféricos, sendo que normalmente pouco tempo após a mesma já adquire características que permitem ser coletada em reservatórios fechados. Para uso humano, inclusive para como água potável, deve sofrer evidentemente filtração e cloração, o que pode ser feito com equipamento barato e simplíssimo, tipo Clorador Embrapa ou Clorador tipo Venturi automático. Em resumo, a água de chuva sofre uma destilação natural muito eficiente e gratuita. O Semi-árido Nordestino tem projetos onde a competência e a persistência combatem o usual imobilismo do ser humano, com a construção de cisternas para água de beber para seus habitantes. Até o século XX, a utilização da água no Brasil era voltada para o abastecimento das cidades, para a irrigação agrícola e para pequenos aproveitamentos hidrelétricos (BARTH, 1999). Legislação e reuso

A partir da evolução nacional, e o conseqüente aumento da demanda por energia, começaram a surgir os primeiros debates a respeito do regime jurídico a que estavam submetidas às águas, bem como o seu aproveitamento. Estes fatos deram início ao processo que culminou com a aprovação em 1934 do Código das Águas (Decreto Federal nº 24.643, de 10.07.34), após 27 anos de tramitação no Congresso Nacional, RODRIGUES (2005). A Lei nº 9.433, de 08 de janeiro de 1997, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), visa assegurar à atual e às futuras gerações, a necessária disponibilidade de água, em quantidade e qualidade, através da utilização racional e integrada dos recursos hídricos, e o reuso das águas é uma dessas formas (RODRIGUES, 2005).

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Para HESPANHOL (2001), importância especial ao reuso foi dada na Agenda 21, a qual recomendou aos países participantes da ECO a implementação de políticas de gestão dirigidas para o uso e reciclagem de efluentes, integrando proteção de saúde pública de grupos de risco, com práticas ambientais adequadas. Com base em várias referências teóricas, evidencia-se que não existe uma política estabelecida, arcabouço legal e institucional, ou parâmetros estabelecidos para a prática de reuso no Brasil. Porém, conforme FINK & SANTOS (2002), a legislação em vigor, ao instituir os fundamentos da gestão de recursos hídricos, cria condições jurídicas e econômicas para a hipótese do reuso de água como forma de utilização racional e de preservação ambiental, BERNARDI (2003). Os elementos básicos para a promoção e regulamentação da prática sustentável de reuso de água no território nacional, poderiam ser efetuados através das seguintes atividades: • estabelecer uma política de reuso, definindo objetivos e metas, tipos de reuso, áreas prioritárias e condições locais e/ou regionais para a implementação da prática; • propor estruturas institucionais para a promoção e gestão de programas e projetos de reuso a níveis nacional, regionais e locais; • estabelecer um arcabouço legal incluindo diretrizes, padrões e códigos de prática; • estabelecer um arcabouço regulatório, incluindo atribuições, responsabilidades, incentivos e penalidades; • definir os critérios de tratamento de efluentes para reuso e proposição de tecnologias adequadas para a prática em função de características climáticas, técnicas e culturais regionais ou locais; • estabelecer critérios para a avaliação econômico-financeira de programas e projetos de reuso; • estabelecer normas e programas para informação, para educação ambiental e para participação pública nos programas e projetos de reuso; • estabelecer um sistema de monitoramento, avaliação e divulgação dos programas a níveis nacional, regionais e locais. Como não existe no Brasil, experiência em reuso planejado e institucionalizado, é necessário implementar projetos pilotos. Essas unidades experimentais, devem cobrir todos os aspectos das diversas modalidades de reuso, principalmente os relativos ao setor agrícola, e deverão fornecer subsídios para o desenvolvimento de padrões e códigos de prática, adaptados às condições e características nacionais. Uma vez concluída a fase experimental, as unidades piloto serão transformadas em sistemas de demonstração, objetivando treinamento, pesquisa e o desenvolvimento do setor, HESPANHOL (2006).

Reuso de água na indústria sucroalcooleira

Com relação à agro indústria sucroalcooleira JUNIOR (2005) descreve: “Segundo GUARNIERI e JANNUZI (2003), cerca de 90% das águas empregadas nas usinas devem-se basicamente a quatro operações: lavagem de cana (25%), águas dos condesadores barométricos ou multijatos da fabricação do açúcar (29%), águas de resfriamento de dornas de fermentação (14%) e águas dos condesadores de álcool (19%). Mas deve-se levar em consideração, também as águas de lavagem de equipamentos e pisos das de lavagem de cinzas e gases das caldeiras. De uma forma geral, o consumo hídrico desse tipo de indústria é de cerca de 21 m3/TC (metros cúbicos de água por cana esmagada)”. A agro indústria sucroalcooleira é uma intensa consumidora de água. Trabalho realizado por BUARQUE (2003) em 10 parques industriais do estado de Alagoas, dos quais 07 são produtores de açúcar e álcool, 01 apenas açúcar e 02 somente de álcool, mostrou que o consumo de água varia de 0,7m3 a 12,2m3 por tonelada de cana esmagada. Segundo esse autor essa variação é função das regiões climáticas locais, e dos processos produtivos que se diferenciam, basicamente, pela existência ou não de recirculação de água em algumas etapas do proceso, podendo ser recirculação parcial ou sem recirculação. MENEZES et all (2004) citam que, por serem grandes consumidores de água, tanto na irrigação como no processo de fabricação, as indústrias sucroalcooleiras geram proporcional quantidade de resíduos líquidos, provenientes das diversas etapas dos processos industriais. No processo industrial, as atividades que mais consomem água são: a lavagem da cana, os condensadores barométricos, e a lavagem de cinzas e gases, os quais geram, conseqüentemente, grandes volumes de descarte (águas residuárias e vinhaça).

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A lavagem da cana-de-açúcar é uma das etapas do processo que mais demanda água em todo parque industrial, e atenção especial deve ser dada à essas águas. Segundo dados da CETESB (1981), em São Paulo a taxa de aplicação de água para lavagem de cana pode variar de 6,3 m³/TC a 10,8 m³/TC. Como ela, normalmente, é parcialmente recirculada, sua qualidade físico-química e bacteriológica tende a cair ao longo da safra, pois os açucares dissolvidos facilitam a fermentação, com conseqüente abaixamento do pH, transformando essas águas em meios propícios a proliferação de microrganismo, podendo ocorrer infecções que diminuem a eficiência do processo industrial de fabricar açúcar e álcool. Para combater isso é importante observar o percentual da parcela de água de reposição e manter o pH elevado (OMENA et all, 2004). As colunas barométricas são responsáveis pela extração do vapor vegetal gerado nos evaporadores e cozedores, em importante etapa do processo de produção de açúcar, e representam demanda considerável de água que apresentam qualidade superior as demais águas residuárias. Segundo BRAILE, (1993) esses equipamentos gastam cerca de 35 L de água para condensar um quilo de vapor, porém, como os gases são em parte incondensáveis, deve-se fornecer de 40 a 50 L de água, o que corresponde a cerca de 12m3/TC. Os resíduos de cinzas gerados a partir da queima do bagaço para produção de vapor nas caldeiras, podem ser lançados para atmosfera se as caldeira não forem dotadas de lavadores de gazes e cinzas. As águas utilizadas nesses lavadores possuem potencial poluidor e grande demanda (TORQUATO et all, 2004). Poucas usinas possuem dados de gestão hídrica das águas de processo e águas residuárias geradas no parque industrial. Sendo assim, essa avaliação é de grande importância, de modo que se observe qual a forma de tratamento mais próxima possível do ideal para o reuso dentro da indústria, irrigação ou seu descarte final. METODOLOGIA

Para alcançar os objetivos propostos, de mostrar a importância do reuso das águas residuárias geradas nas indústrias do setor sucroalcooleiro, a metodologia envolveu duas ações: revisão de literatura e levantamento de fluxograma de águas e resíduos no parque industrial de uma unidade de fabricação de açúcar e álcool localizada no município de Coruripe/AL. Revisão bibliográfica

A revisão bibliográfica abordou o tema reuso, com enfoque na indústria sucroalcooleira, e a legislação pertinente. A pesquisa bibliográfica foi utilizada para fundamentar o trabalho proposto e explicar o problema a partir das referências teóricas analisadas.

Levantamento de fluxograma

O levantamento do fluxograma da indústria foi feito durante uma visita técnica realizada no parque industrial, utilizando a técnica da observação participante subsidiada por documentação fotográfica. Os dados levantados foram descritos e trabalhados em ambiente de AutoCad, em diagrama de blocos. Na pesquisa não houve interferência do pesquisador, buscou-se apenas descrever o objeto do estudo e procurou-se descobrir a freqüência, causas e relações do tema com outros estudos. Durante o levantamento do fluxograma foram identificadas as diferentes etapas do processo de fabricação de açúcar e álcool, se os circuitos de água envolvidos nestas etapas são do tipo aberto ou fechado e se a indústria faz reuso de água na própria planta industrial e/ou na irrigação. De posse do levantamento, comparou-se os dados levantados na literatura pertinente, verificando se a usina tira proveito das oportunidades de reuso de suas águas e efluentes e se fez uma discussão a respeito das vantagens e desvantagens do processo de reuso da água na indústria em estudo. CARACTERIZAÇÃO DA INDÚSTRIA EM ESTUDO

A indústria, objeto desse estudo, está localizada no município de Coruripe, nos tabuleiros (planaltos) da região sul do Estado de Alagoas. O município de Coruripe situa-se na Microrregião do Tabuleiro de São Miguel dos Campos, limitando-se com São Miguel dos Campos, Junqueiro, Teotônio Vilela, Penedo, Feliz Deserto e

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Oceano Atlântico, como apresentado na Figura 1, e tem sua economia baseada no turismo, pesca, pecuária, agricultura e indústria, como a de cana de açúcar. A unidade industrial em estudo foi fundada no ano de 1974 e a região onde ela está situada é considerada um dos melhores locais para o cultivo da cana-de-açucar no Brasil. Unindo a característica do solo e a alta tecnologia empregada no processo industrial, a indústria em estudo apresenta altos índices de produtividade e é responsável pela moagem de 1.700.000 TC/ano (um milhão e setecentos mil toneladas de cana por ano), fabricação de 2.600.000 sacas 50 kg de açúcar e 44.182 m3 de álcool por ano. A indústria em estudo possui 23 mil hectares, dos quais seis mil destinados à reserva da Mata Atlântica, uma das maiores da região. Pelo trabalho desenvolvido, destaca-se também por ter sido a primeira unidade sucroalcooleira do mundo a conquistar a ISO 14001 (ISO do Meio Ambiente), concedida pela ABS Quality Evaluations às empresas que desenvolvem políticas de preservação ambiental em conformidade com os mais rigorosos padrões internacionais, com a aplicação do modelo Gestão Ambiental e Desenvolvimento Sustentado, que engloba, entre outros, o reaproveitamento da água utilizada (evitando o despejo de resíduos líquidos dentro dos rios) e a geração de energia elétrica (com a utilização do bagaço da cana, num total de 50 MW/dia). Na área da unidade industrial em estudo está localizado o Santuário Ecológico do Jacaré-do-Papo Amarelo, onde é desenvolvido um trabalho de preservação da natureza reconhecido pelos órgãos e instituições de defesa do meio ambiente, como o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente (IBAMA), o Instituto do Meio Ambiente de Alagoas (IMA-AL) e a Secretaria Municipal de Meio Ambiente de Coruripe-AL (SEMMA). RESULTADOS E DISCUSSÃO

Descrição do fluxograma da indústria

Na indústria em estudo a recepção da cana é realizada na balança, onde os caminhões param para a pesagem. A balança tem 38 metros de comprimento e uma capacidade para 100 toneladas. O peso de cada caminhão carregado de cana varia entre 40 e 60 toneladas. A amostragem é feita na sonda, para medir o teor de sacarose. O preço da cana é função do peso e do teor de sacarose da cana, sendo maior quanto maior forem esses parâmetros. Após a pesagem e a amostragem, os caminhões se dirigem para os tombadores ou hyllos, local onde a cana é descarregada nas mesas de lavagem de cana. São duas as mesas, uma de 20° (vinte graus) seguida de outra de 50° (cinqüenta graus), que alimenta a esteira de cana. Quando há excesso de cana, esta é estocada no pátio ao lado das mesas de lavagem. Nas mesas a cana é lavada por aplicação de jatos d´água (cachoeira artificial), com vazão em torno de 1.800 m3/h (3,4 m3/tonelada de cana), cujas águas carreiam as sujeira trazidas com a cana proveniente do canavial. Cerca de 800 m3/h é proveniente das colunas barométricas (água aquecida) e o restante, cerca de 1000 m3/h vem dos trocadores de calor para resfriamento das dornas da destilaria. Depois de lavar a cana a água de lavagem (ALC) é recolhida embaixo das mesas e são encaminhadas, para quatro tanques de decantação que funcionam em batelada dois a dois, e limpeza a cada dois dias. O sobrenadante é enviado para irrigação do canavial, e o material sedimentado é retirado com um trator, colocado em caçambas e levado para o sistema de compostagem. Como pode ser observado o sistema de lavagem da cana é um circuito aberto realizado com água de reuso proveniente das colunas barométricas e dos trocadores de calor de destilaria. Ou seja, a água para lavagem de cana é água de reuso da indústria. Após a lavagem, a cana passa por um picador, e depois por um desfibrador transformando-se num material esponjoso, o qual é espremido, sucessivamente, em 05 conjuntos de moendas, que moem 435 ton.cana/hora expulsando o caldo do interior das células. Nas moendas o bagaço de cana passa por um processo de embebição composta, com água condensada vegetal proveniente dos vasos de evaporação. A função da embebição é envolver o interior das células da cana com água diluindo o açúcar ali existente e com isso aumentar a eficiência da extração, para cerca de 96% do açúcar contido na cana.

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Nas moendas, além da água de embebição utiliza-se água para limpeza e resfriamento dos mancais das mesmas. A água para limpeza das moendas é proveniente do rio Guaxuma, e essa etapa gera um resíduo que é coletado por canaletas drenagem situadas no piso. Já a água de refrigeração é mantida em circuito fechado, que depois de aquecida passa por sistema de resfriamento e volta para a refrigeração. Nesse circuito existem perdas por vazamentos nos mancais e perdas no trocador de calor. O caldo extraído na moenda, chamado de caldo bruto passa por um processo de decantação para retirada de sólidos em suspensão. Para que a decantação seja bem sucedida o caldo tem sua acidez natural corrigida adicionando enxofre e cal, e para facilitar a flotação das substâncias coloidais, é aquecido à temperatura de 107ºC em aquecedores verticais. Após o aquecimento o caldo é enviado aos decantadores com capacidade de decantação de 1.039 m3, que retêm o caldo por aproximadamente 3 horas em regime contínuo. Na saída dos decantadores se obtém dois produtos: o caldo clarificado e a borra. A borra vai para filtração a vácuo (prensa), onde é recuperada a sacarose ainda existente, e retém os sólidos nela contidos. Esses sólidos constituem a “torta de filtro” que vai para o sistema de compostagem, servindo de composto orgânico. A parte líquida da borra é um caldo bastante sujo que é mandado de volta para a entrada do sistema de tratamento do caldo. Nas peneiras já há a separação do caldo clarificado, para a destilaria (malha da peneira rotativa de 0,8) e para a usina de açúcar (malha da peneira rotativa de 0,5). O bagaço que sai das moendas é conduzido para as 04 caldeiras onde é utilizado como combustível para gerar vapor e energia elétrica (15.000 kW). No entanto nem todo bagaço é utilizado nas caldeiras e o excedente fica acumulado no pátio de estocagem para uso posterior. As caldeiras são de baixa pressão e a água é utilizada em circuito fechado com reposição de água tratada (por simples decantação) proveniente do Rio Guaxuma. O volume de água envolvido nesse circuito é de aproximadamente 11.230 m3/h, reposição é de 5%. Todas as caldeiras possuem lavadores de cinzas, mas somente uma, a maior, possui lavador de gases. As águas utilizadas na lavagem de cinzas e gases são condensados vegetais (1m3/H20 para 2m3/vapor), provenientes dos evaporadores. Depois de utilizadas as águas de lavagem são encaminhadas a dois tanques de sedimentação que funcionam em batelada, com uso alternado, um em funcionamento e outro em manutenção. O sobrenadante é enviado para irrigação do canavial, e o material sedimentado é retirado com um trator, colocado em caçambas e levado para o sistema de compostagem.

Na fabricação do açúcar, para que ocorra a cristalização da sacarose, é necessário que se efetue a remoção da maior fração da água contida no caldo clarificado. Essa remoção é feita em duas etapas. Na primeira etapa o caldo clarificado que segue para fabricação de açúcar, com aproximadamente 15º Brix, entra em um conjunto de 06 vasos evaporadores de múltiplo efeito, visando concentra-lo até cerca de 65º Brix com a evaporação de cerca de 85% da água existente, transformando-se em “xarope”. Na segunda etapa o “xarope” é bombeado a 08 cozedores para concentrá-lo ainda mais (evaporação de 13-14% da água). O vapor que aquece as calandras dos dois primeiros vasos é proveniente das caldeiras, e o condensado gerado é chamado de condensado de vapor de escape (VE). Como ele não entra em contato com o caldo, é de alta qualidade, e retorna para alimentação das caldeiras. O vapor gerado pelo aquecimento do caldo, dos dois primeiros vasos (efeitos), é utilizado na calandra do terceiro efeito, gerando o condensado vegetal. Analogamente, o processo é repetido em todos os efeitos subseqüentes que formam os evaporadores de múltiplos efeitos. No último efeito, os gases desprendidos do caldo em ebulição seguem para um condensador barométrico onde se condensam (Figura 1). O condensado vegetal, gerado nos quatro últimos vasos, é utilizado na embebição, na lavagem de cinzas e gases, em alguns outros processos que necessitam de água quente, e o excesso é descartado na entrada dos tanques de sedimentação de águas de lavagem de cinzas e gases.

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Figura 1. Esquema dos evaporadores de múltiplos efeitos da usina em estudo.

Na segunda etapa o xarope é convertido em massa cozida em evaporadores de simples efeito, por batelada, também conhecido por cozedores. Nesses cozedores os gases desprendidos do xarope em cozimento seguem para um condensador barométrico onde se condensam (Figura 2).

Figura 2. Esquema dos cozedores da usina em estudo.

A água condensada vegetal, gerada nos cozedores, junta-se a dos evaporadores e tem o mesmo destino. As massas provenientes dos cozedores são misturas de cristais de sacarose e mel. Com o auxílio de pouca água quente e vapor de água os cristais são lavados na centrÍfuga e saem com a cor branca natural da saca-rose. Em seguida o açúcar é transportado a um secador por ar quente e o produto seco é finalmente embalado e armazenado ou transportado a granel para o terminal açucareiro. Os condensadores barométricos são dispositivos hidráulicos, que por diferença de pressão, favorecem a extração e condensação dos vapores vegetais gerados nos evaporadores e cozedores. Por este motivo, a temperatura da água utilizada nas barométricas não pode ser elevada, a fim de permitir a troca de calor capaz de condensar eficientemente o vapor vegetal. Nesse processo de arraste e condensação a temperatura se eleva. A água utilizada nas barométricas dos cozedores é resfriada numa torre de resfriamento para posterior reutilização, em circuito fechado. Neste sistema há perdas por evaporação que são compensadas com água do rio Guaxuma. A água da barométrica dos evaporadores funciona em circuito aberto e a água utilizada vai para a lavagem das canas e posteriormente para irrigação.

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Na destilaria o melaço é diluído em água limpa, proveniente do rio Guaxuma e misturado com o caldo tratado, originando uma garapa chamada “mosto”. Esse mosto é colocado em dois tanques metálicos junto com o fermento (levedura) que se alimenta da sacarose e a transforma em álcool etílico e gás carbônico. A transformação de sacarose em álcool etílico e gás carbônico é acompanhada de liberação de calor que eleva a temperatura do mosto. Por causa disso, o mosto é continuamente retirado das dornas e resfriado em um trocador de calor e bombeado de volta para as dornas. A água utilizada para resfriar o mosto fica morna e é mandada para uma torre de refrigeração onde é resfriada e bombeada de volta para o trocador de calor num circuito fechado. Neste sistema há perdas por evaporação (cerca de 10%) que são compensadas com água do rio Guaxuma. Uma vez completada a fermentação, o mosto fermentado é bombeado para as centrifugas que separam a levedura do “vinho” (mistura de álcool e água). Este vinho, que contém cerca de 9,5% de álcool, segue para a dorna de estocagem enquanto que a levedura, com uma concentração de aproximadamente 60%, segue para a unidade de tratamento do fermento. A levedura após passar pelo processo de fermentação se "desgasta", por ficar exposta a teores alcoólicos elevados. Após a separação do fermento do vinho, o fermento a 60% é diluído a 25% com adição de água proveniente do rio Guaxuma. Regula-se o pH em torno de 2,8 a 3,0 com ácido sulfúrico que também tem efeito desfloculante e bacteriostático, além de nutrientes e, ocasionalmente, antibióticos, para eliminar micro-organismos resistentes ao ácido sulfúrico. O tratamento é contínuo e tem um tempo de retenção de aproximadamente uma hora. O fermento tratado volta para as dornas de fermentação para começar um novo ciclo fermentativo. O vinho, com 9,5% em álcool, é enviado para as colunas de destilação que separa em três frações líquidas: álcool anidro (400 m3/dia) ou álcool hidratado (500 m3/dia) e vinhaça (cerca de 13.500 m3/dia). O álcool anidro é destinado à indústria de perfumaria, bebidas e farmacêuticas. O álcool hidratado é utilizado como combustível, e a vinhaça, rica em água, matéria orgânica, nitrogênio, potássio e fósforo, é utilizada na lavoura para irrigação da cana, juntamente com os demais efluentes da indústria, na chamada fertirrigação. O manancial que abastece toda a usina é o rio Guaxuma, cuja vazão de captação é de 2.500 m3/h, sendo que 400 m3/h para o consumo industrial e o restante, 2.100 m3/h é destinado à irrigação, que vai totalmente por gravidade para o canavial. A área total irrigada é de 12.800 hectares. A usina possui área total de plantio de cana de 24.000 ha, sendo 17.000 ha de área própria e 12.800 ha de área irrigada. Os principais métodos de irrigação utilizados são pivô central móvel, Carretel e canhões giratórios.

Etapas de maior demanda de água e geração de resíduos

O levantamento de campo realizado na usina mostra que o processo industrial desta agro indústria possui diferentes etapas que envolvem grandes volumes de água e geração de resíduos. A etapa de lavagem de cana envolve cerca de 1.800 m3 de água, reutilizando água descarta de outro processo, e gera como resíduo água de lavagem de cana, com elevado teor de sólidos e DBO, em proporcional volume. Nas moendas faz-se embebição composta com água condensada vegetal, esse processo não gera efluente. Mas, além da água de embebição utiliza-se água para limpeza e resfriamento dos mancais. A água para limpeza das moendas é proveniente do rio Guaxuma, e essa etapa gera um resíduo que é coletado por canaletas drenagem situadas no piso. O resfriamento dos mancais não gera resíduos, existem perdas por vazamentos nos mancais e perdas no trocador de calor que são repostas com água do rio Guaxuma. A água utilizada nas caldeiras envolvendo volume de aproximadamente 11.230 m3/h. A água transforma-se em vapor nas caldeiras e posteriormente são condensadas em diferentes etapas do processo industrial, principalmente nos pré-evaporadores, são chamadas de água condensada de escape. Esta etapa não produz água residuária, visto que a água de escape volta para alimentar as caldeiras. Nessa etapa existem perdas por evaporação (cerca de 5%) que são repostas com água proveniente do rio Guaxuma.

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A lavagem de cinzas e gases das caldeiras é feita com água condensada vegetal (1m3/H20 para 2m3/vapor), proveniente dos evaporadores. Essa etapa de lavagem gera um efluente de elevada temperatura (90oC a 100oC), e rico em sólidos (cinzas e fuligens). Os condensadores barométricos, dos evaporadores e dos cozedores, também demandam grande volume de água. Na usina em estudo, os evaporadores possuem apenas uma barométrica, alimentada com água do rio Guaxuma, cujo efluente gerado é utilizado na lavagem de cana. A água utilizada nas barométricas dos cozedores (1 barométrica por cozedor), é resfriada e volta para alimentar as barométrica e não gera efluente. Outra água que merece destaque é a gerada por condensação dos gases dos evaporadores e cozedores denominadas de condensados vegetais. Essas águas são extraídas da cana, tanto água existente no próprio vegetal, quanto da adicionada no processo de embebição. São águas residuárias de elevada temperatura e com DBO causada principalmente pela presença de sacarose. Parte dessa água é reutilizada na indústria e parte é descartada. Na destilaria uma importante demanda é a água (proveniente do rio Guaxuma) utilizada para diluir o melaço que se mistura com o caldo tratado, para fabricação do álcool. Esse processo de fabricação de álcool gera um importante resíduo: a vinhaça. Outra demanda de água na destilaria é a utilizada para resfriar o mosto, nesse processo a água esquenta e é mandada para uma torre de refrigeração onde é resfriada, parte dessa água vai para lavagem de cana e parte é bombeada de volta para o trocador de calor. Esta etapa não gera resíduo.

Circuitos de água no processo industrial

Os principais circuitos de água na indústria em questão é o da lavagem de cana, resfriamento de mancais das moendas, água das caldeiras, da lavagem de gases e cinzas, das colunas barométricas e o de resfriamento das dornas da destilaria. O sistema de lavagem da cana é um circuito aberto realizado com água de reuso proveniente da coluna barométrica dos evaporadores, e dos trocadores de calor de destilaria. O efluente é descartado para o canavial. Nas moendas a água de limpeza é um circuito aberto e a água residuária é descartada para os canaviais, já a água de refrigeração é mantida em circuito fechado, que depois de aquecida passa por sistema de resfriamento e volta para a refrigeração. A água é utilizada nas caldeiras para geração de vapor e funciona em circuito fechado com reposição de água tratada proveniente do rio Guaxuma. No entanto a água utilizada na lavagem de cinzas e gases dessas caldeiras funciona em circuito aberto utilizando água condensado vegetal, proveniente dos evaporadores. O efluente é descartado para o canavial. Existem dois circuitos de água de barométricas, o da barométrica dos evaporadores que funciona em circuito aberto (a água utilizada vai para a lavagem das canas e posteriormente para irrigação) e o das barométricas dos cozedores que funcionam em circuito fechado, a água após utilizada é resfriada numa torre de resfriamento e volta as barométricas. Neste sistema há perdas por evaporação que são compensadas com água do rio Guaxuma. A água utilizada para resfriar o mosto funciona em circuito semi-fechado, visto que parte da água quente que sai do trocador de calor é enviada para lavagem de cana e posteriormente descartada no canavial. Neste sistema há, também, perdas por evaporação (cerca de 10%). A reposição de água do circuito é feita com água do rio Guaxuma. Reuso de água na indústria e no campo

A indústria estudada faz diferentes reusos de água, tanto no processo industrial quanto no campo. São reusos diretos planejados, visto que passam por processos de tratamento (resfriamento e sedimentação), e seguem até o local do reuso, não sendo descarregados no meio ambiente.

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No processo industrial, os principais reusos são: a água utilizada na barométrica dos evaporadores, e dos trocadores de calor de destilaria para lavagem de cana e a água condensada vegetal no processo de embebição e na lavagem de cinzas e gases das caldeiras. No campo é feito reuso de água na irrigação. As águas residuárias geradas na indústria (provenientes das canaletas de drenagem e efluentes dos tanques de sedimentação), juntamente com a vinhaça (após resfriamento), mais uma parcela de água bruta do rio Guaxuma são utilizadas na irrigação do canavial. Dessa forma, percebe-se que a indústria em estudo não faz descarte de águas residuárias nos corpos de água. No sentido de monitorar e manter a eficiência do sistema, a indústria faz uma série de análises físico-químicas e microbiológicas em vários pontos. Na água do condensado vegetal é feita leitura de pH e alfanaftol. Na de lavagem de canas é realizada a leitura de pH. Na água das colunas barométricas são realizada análises de sólidos totais dissolvidos, cloretos, dureza, fósforo e medição de pH. Na água que é lançada no canavial para irrigação são feitas análises de DQO, DBO, pH, óleos e graxas e sólidos sedimentáveis.

Vantagens e desvantagens do reuso da água na indústria

As principais vantagens do reuso da água na usina em estudo é o menor volume de água captada no manancial (rio Guaxuma), e a busca do descarte zero dos efluentes industriais em corpos de água, sobretudo depois da implantação da Lei nº 9.433, em 08 de janeiro de 1997, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos com seus instrumentos de outorga, enquadramento, planos de recursos hídricos, sistema de informações e cobrança pelo uso da água e descarte dos efluentes. Como desvantagem tem-se a qualidade da água descartada para o canavial, que embora não faça restrição ao uso na irrigação, não atende aos padrões de qualidade para serem lançados em corpos de água receptores. A maior preocupação se dar na possibilidade de ocorrência de eventos não programados, como acidentes ou em caso de chuva excessiva, quando o canavial não necessita de água de irrigação. Nesses casos o que fazer com a água residuária? Via de regra os sistemas de tratamento utilizados são resfriamento e retenção de sólidos sedimentáveis, o que reduz muito pouco a carga orgânica. No que diz respeito ao tratamento de efluentes utilizado na usina em estudo verificou-se que predominam sistemas de resfriamento em torres de resfriamento, tanques de sedimentação e lagoas de estabilização, de onde parte do efluente segue para o canavial ou por bombeamento ou por gravidade. Um fato observado nos tanques de sedimentação das águas de lavagem de cinzas e gases é que o excesso de água condensada vegetal é também descartada na entrada dos tanques junto com as águas de lavagem. No entanto a água condensada vegetal não possui sólidos em suspensão, e o descarte dessa água na entrada dos tanques só contribui para diminuição do tempo de detenção diminuindo a eficiência do sistema e conseqüentemente a qualidade do efluente decantado. Seria interessante que a água condensada fosse descartada na saída desses tanques, para seguir juntamente com o seu efluente para o canavial. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Com base no trabalho desenvolvido ao longo da pesquisa e a partir de observações feitas em campo e na literatura disponível, verificou-se que: 1. Os sistemas de água de lavagem de cana e de lavagem de cinzas são circuitos abertos. No entanto as águas

utilizadas são: água de reuso, condensados vegetais e provenientes da barométrica dos evaporadores; 2. O sistema de água da barométrica dos evaporadores é um circuito aberto com água proveniente do rio

Guaxuma, no entanto suas águas utilizadas são reutilizadas na lavagem de cana e de cinzas e gases das caldeiras;

3. O sistema de água das barométricas dos cozedores é um circuito fechado, com reposição de água, devido às perdas, em torno de 5%, proveniente do rio Guaxuma;

4. O sistema de água de resfriamento das dornas da destilaria é um circuito fechado, com reposição de água, devido às perdas, em torno de 10%, proveniente do rio Guaxuma;

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5. Na indústria, os principais reusos são: a água utilizada na barométrica dos evaporadores, e dos trocadores de calor de destilaria para lavagem de cana, e a água condensada vegetal no processo de embebição e na lavagem de cinzas e gases das caldeiras;

6. No campo os principais reusos são águas residuárias e vinhaça como ferti-irrigação no canavial; 7. As principais vantagens do reuso na indústria são o menor volume de água captado no manancial de

abastecimento, assim como do efluente descartado no meio ambiente. Como recomendação para futuros trabalhos científicos, sugere-se que seja efetuado um levantamento da série histórica de todas as análises realizadas na indústria no sentido de medir a eficiência dos sistemas. Esse levantamento poderá mostrar a necessidade de se inserir outras análises além daquelas já realizadas ou mesmo reduzir ou aumentar a freqüência de coleta. Outra sugestão é a medição de vazões nos principais circuitos de água da indústria, para realização de um balanço hídrico visando a otimização dos sistemas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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10. ROCHA, C. L. Curso de Especialização em Gestão dos Recursos Hídricos. Gestão de Recursos Hídricos I. Florianópolis: Campus Virtual e Tutoria a Distância: Fundação Universitária Iberoamericana. Financiamento CNPQ, MCT e CTHidro-Fundo Setorial de Recursos Hídricos. 2005. 116 p.

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14. UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. CIRRA - Centro Internacional de Referência em Reuso de Água. Reuso Industrial. Apresenta artigos e estudos sobre reuso de água. Disponível em: <http://www.usp.br>. Acesso em: 26 outubro 2005.

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Águas de reuso em uma indústria sucroalcooleira

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