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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA MESTRADO EM MEIO AMBIENTE E SUSTENTABILIDADE
AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE USO DE RESÍDUOS DE CAFÉ COMO FILTROS PARA TRATAMENTO DE ÁGUA
RESIDUÁRIA DA CAFEICULTURA
JOSÉ LANZILOT ELIAS DE LIMA
CARATINGA Minas Gerais - Brasil Dezembro de 2006
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA MESTRADO EM MEIO AMBIENTE E SUSTENTABILIDADE
AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE USO DE RESÍDUOS DE CAFÉ COMO FILTROS PARA TRATAMENTO DE ÁGUA
RESIDUÁRIA DA CAFEICULTURA
JOSÉ LANZILOT ELIAS DE LIMA
Dissertação apresentada ao Centro Universitário de Caratinga, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Sustentabilidade, para obtenção do título de Magister Scientiae.
CARATINGA Minas Gerais - Brasil Dezembro de 2006
ii
JOSÉ LANZILOT ELIAS DE LIMA AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE USO DE RESÍDUOS DE CAFÉ COMO FILTROS PARA TRATAMENTO DE ÁGUA
RESIDUÁRIA DA CAFEICULTURA
Dissertação apresentada ao Centro Universitário de Caratinga, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Sustentabilidade, para obtenção do título de Magister Scientiae.
APROVADA: 14 de dezembro de 2006. ______________________________ __________________________________ Prof. D.Sc. Leopoldo Loreto Charmelo Prof. D.Sc. Raphael Brangança A. Fernandes ________________________________ __________________________________
Prof. D.Sc. Marcos Alves de Magalhães Prof.ª Ph.D. Miriam Abreu Albuquerque (Orientador) (Co-orientadora)
iii
A Deus, por tudo que me tem
proporcionado durante a minha vida.
À minha querida esposa Dalva, pela
compreensão, carinho, incentivo e por
compartilhar comigo todos os momentos
da minha vida.
Aos meus queridos filhos Miguel, Milena
e Bianca.
DEDICO
Aos alunos e funcionários da Escola
Estadual Dr. José Augusto, irmãos,
sobrinhos, cunhados, especialmente à
Débora, aos meus pais pelo apoio e
incentivo.
OFEREÇO
iv
AGRADECIMENTO
A Deus, pela vida e pela minha família.
À UNEC pela oportunidade de realizar o projeto.
Ao professor Marcos Alves de Magalhães, pela orientação valiosa, pela amizade e
incentivo ao longo do trabalho.
A professora Miriam Abreu Albuquerque, pelas valiosas contribuições.
Ao professor Meubles, pelas sugestões e pela participação.
Ao Departamento de Solos UFV, pela ajuda nas análises laboratoriais da água
residuária do café, na pessoa do Professor Ivo Jucksch.
Ao Roberto Milagres, pela ajuda na condução do trabalho, amizade e paciência
Ao Doutorando do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV, Rafael
Oliveira Batista pela colaboração na análise estatística dos dados.
A diretora da Escola Estadual Dr. José Augusto, Rosângela do Carmo e Silva,
pelo seu apoio e incentivo.
v
BIOGRAFIA
JOSÉ LANZILOT ELIAS DE LIMA, filho de Júlio Fernandes Lima e Maria Elias
de Lima, nasceu a 11 de fevereiro de 1970, em Entre Folhas, Estado de Minas Gerais.
Fez o curso Técnico em Metalurgia na Escola Técnica Federal de Ouro Preto
(ETFOP), em Ouro Preto – MG, vindo em seguida para Lavras onde iniciou o Curso de
Engenharia Agronômica na Universidade Federal de Lavras, concluindo-o em janeiro
de 1994.
Em 1997, iniciou o Curso de habilitação em licenciatura de 1o Grau em Ciências e
plena em Matemática no Centro Universitário de Caratinga, UNEC, Caratinga,
concluindo em dezembro de 1998.
Em 1997, iniciou o Curso de Pós-graduação “Lato-Sensu” em nível de
especialização por tutoria à distância em “Cafeicultura Empresarial: Produtividade e
Qualidade” na Universidade Federal de Lavras (UFLA), Lavras, MG, concluindo em
1998.
Em 2000, iniciou o programa de formação pedagógica de docentes – Resolução.
02/97-CNE, adquirindo o título equivalente a Licenciatura Plena em Biologia em
FERLAGOS, RJ, concluindo em janeiro de 2001.
Em 2001, iniciou o Curso de Pós-graduação “Lato-Sensu” em Matemática e
Estatística em nível de especialização na Universidade Federal de Lavras (UFLA),
Lavras, MG, concluindo em 2002.
Em 2004, iniciou o curso de Mestrado no Programa de Pós-graduação Meio
Ambiente e Sustentabilidade em Gestão Ambiental no Centro Universitário de
Caratinga, UNEC, Caratinga, MG.
vi
LISTA DE TABELAS
TABELA 1: Constituição química da polpa de frutos do cafeeiro, em relação à matéria seca................................................................................................................7
TABELA 2: Constituição química da casca do fruto do cafeeiro ...................................8
TABELA 3: Resultados das análises físicas de amostras de água residuária da lavagem e despolpa dos frutos do cafeeiro (ARC)....................................................13
TABELA 4: Resultados das análises químicas e bioquímicas das amostras de ARC...14
TABELA 5: Ensaio de deformação de pergaminho do fruto de cafeeiro......................34
TABELA 6: Concentração de SS do afluente e do efluente do filtro de pergaminho triturado e do pergaminho sem triturar quando submetidos à aplicação de diferentes cargas .........................................................................................35
TABELA 7: Taxa de filtração da ARC no filtro de pergaminho levando em consideração a vazão inicial, vazão final e o tempo de operação do filtro.36
TABELA 8: Taxa de filtração da ARC no filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro levando em consideração a vazão inicial, vazão final e o tempo de operação do filtro. .......................................................................................37
TABELA 9: Composição química dos materiais filtrantes submetidos a digestão nitroperclórica no laboratório de solos da UFV..........................................38
TABELA 10: Concentração de SS no efluente (C) dos filtros de pergaminho .............40
TABELA 11: Concentração relativa (C/C0) de SS no efluente das colunas filtrantes de pergaminho do fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros ...........................................................................................................42
vii
TABELA 12: Concentração de SS no efluente (C) dos filtros de pergaminho + casca 43
TABELA 13: Concentração relativa (C/C0) de SS no efluente das colunas filtrantes de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros ....................................................................................................45
TABELA 14: Equações de regressão ajustadas para a variável concentração de SS em função da granulometria do material filtrante e do tempo de operação do filtro dos materiais orgânicos estudados.....................................................46
TABELA 15: Concentração de ST no efluente (C) dos filtros de pergaminho.............48
TABELA 16: Concentração relativa (C/C0) de ST no efluente das colunas filtrantes de pergaminho, em função do tempo de operação dos filtros .........................50
TABELA 17: Concentração de ST no efluente (C) dos filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro..........................................................................................50
TABELA 18: Concentração relativa (C/C0) de ST no efluente das colunas filtrantes de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros ....................................................................................................52
TABELA 19: Equações de regressão ajustadas para a variável concentração de ST em função da granulometria do material filtrante e do tempo de operação do filtro dos materiais orgânicos estudados.....................................................54
TABELA 20: Análise da qualidade do efluente da ARC de acordo com o padrão de lançamento de efluente, Resolução CONAMA nº 357/05..........................72
viii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: Componentes do fruto do cafeeiro. Fonte: MATOS e Lo MÔNACO, 2003..........................................................................................................................................6
FIGURA 2: lavagem do fruto do cafeeiro. ....................................................................11
FIGURA 3: Café cereja despolpado. .............................................................................12
FIGURA 4: Prensa CBR do Laboratório de Avaliação de Resistência de Materiais – DEC/UFV utilizada nos ensaios de compressão do pergaminho do fruto do cafeeiro..28
FIGURA 5: Pergaminho do fruto do cafeeiro preparado sob diferentes granulometrias, após retenção em diferentes malhas; A = malha no 4 (6 mm); B = malha no 6 (4 mm); C = malha no 10 (2 mm). ...................................................................................................30
FIGURA 6: Pergaminho + casca do fruto do cafeeiro preparado sob três diferentes granulometrias, após retenção em diferentes malhas; D = malha no4 (6 mm); E = malha no 6 (4 mm); F = malha no 10 (2 mm)............................................................................30
FIGURA 7: Estrutura montada para filtração da ARC, vendo-se no plano superior a caixa de armazenagem e distribuição por gravidade da ARC e, no plano inferior, as colunas filtrantes e na base de cada coluna as torneira para a saída do efluente e recolhimento das amostras.............................................................................................32
FIGURA 8: Concentração de SS em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho. ...................................................................................................................42
FIGURA 9: Concentração de SS em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.......................................................................45
FIGURA 10: Superfície de resposta da concentração de SS em função do tempo de operação e da granulometria do material filtrante. ........................................................47
ix
FIGURA 11: Concentração de ST em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho. ...................................................................................................................49
FIGURA 12: Concentração de ST em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.......................................................................52
FIGURA 13: Superfície de resposta da concentração de ST em função do tempo de operação e da granulometria do material filtrante .........................................................55
FIGURA 14: Pergaminho (A) e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro (B).............57
FIGURA 15: Variação nas concentrações de N nos efluentes da ARC, em função do tempo de filtração, dos materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca) e da granulometria. ...........................................................................................................59
FIGURA 16 (A e B): Variação nas concentrações de Ca nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6. 60
FIGURA 17: Variação nas concentrações de Mg nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6............62
FIGURA 18: Variação nas concentrações de Na nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6............63
FIGURA 19: Variação nas concentrações de K nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B -pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6..........64
FIGURA 20: Variação nas concentrações de Fe nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6............65
FIGURA 21: Variação nas concentrações de Zn nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6............67
FIGURA 22: Variação nas concentrações de Cu nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6............68
FIGURA 23: Variação nas concentrações de manganês (Mn) nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração nos filtros (A - pergaminho e B - pergaminho + casca), peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.69
FIGURA 24: Variação nas concentrações de fósforo (P) nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração nos filtros (A - pergaminho e B pergaminho + casca) peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6...........71
x
LISTA DE SÍMBOLOS, ABREVIATURAS E NOMENCLATURAS
AB água bruta
ARC água residuária de café
C concentração do efluente
CE condutividade elétrica
Co concentração do afluente
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
COPAM Conselho Estadual de Política Ambiental
DN Deliberação Normativa
PA peneira de arroz (malha no 10)
PC peneira de café (malha no 4)
PF peneira de feijão (malha no 6)
SD sólidos dissolvidos
SP sólidos sedimentáveis
SS sólidos suspensos
ST sólidos totais
UFV Universidade Federal de Viçosa
xi
RESUMO
LIMA, José Lanzilot Elias de, M.Sc., Centro Universitário de Caratinga, dezembro de 2006. Avaliação do potencial de uso de resíduos de café como filtros para tratamento de água residuária da cafeicultura. Professor Orientador: Marcos Alves de Magalhães. Co-orientadora: Miriam Abreu Albuquerque
O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de uso de resíduos de
café como filtros orgânicos para tratamento de água residuária da cafeicultura (ARC).
Para isso foram testados resíduos gerados na própria lavoura, o pergaminho do grão do
café e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro como materiais filtrantes de água de
lavagem e despolpa dos frutos. Para a montagem dos filtros levou-se em consideração a
granulometria dos materiais filtrantes uma vez que interfere, diretamente, em sua
porosidade, e esta na eficiência de filtração da ARC. Foram avaliados parâmetros da
qualidade da ARC em relação às características físicas (condutividade elétrica – CE e
sólidos totais - ST e em suspensão - SS) e químicas (pH, N, Ca, Mg, Na, K, Fe, Zn, Cu,
Mn e P) da água antes e após a filtração e se o efluente (filtrado) atende aos padrões do
CONAMA para lançamento nos corpos d’água. Com base nos resultados, pôde-se
concluir que todos os valores das concentrações relativas de sólidos nos efluentes dos
filtros permaneceram aquém do valor de 50 mg L-1 como concentração admitida para
um bom funcionamento do sistema de irrigação por gotejamento. O filtro orgânico de
pergaminho e de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro apresentaram uma remoção
razoavelmente alta de sólidos da ARC, tendo sido obtidos eficiências máximas de
remoção de SS de 80% para filtros de pergaminho (operando por 120 min, material da
xii
peneira malha nº 4) e de 85% para filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro
(operando 90 min, material da peneira malha n0 6), e obtidos eficiências máximas de
remoção de ST de 89% para filtros de pergaminho (operando por 120 min, material da
peneira malha n0 6) e de 95% para filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro
(operando 90 min, material da peneira malhas n0 4 e n0 6). Apesar disso, esses filtros
não foram eficientes para atender a legislação do CONAMA que, estabelece os
parâmetros para lançamento de efluentes em corpos hídricos. Mesmo não atendendo a
legislação do CONAMA, indubitavelmente o uso de filtro orgânico permitiu melhoria
considerável na qualidade do efluente, o que facilita enormemente as etapas
subseqüentes do tratamento da ARC.
Palavras chaves: água residuária, legislação do CONAMA, material filtrante, pergaminho.
xiii
ABSTRACT
LIMA, José Lanzilot Elias de, M.Sc., Centro Universitário de Caratinga, december de 2006. Evaluation of the potential for using coffee husk as filters for coffee wastewater treatment. Adviser: Marcos Alves de Magalhães. Committee Member: Miriam Abreu Albuquerque
The objective of the present work was to evaluate the use of organic filters for
coffee processing wastewater treatment (CPW). Residues produced in the farm, coffee
parchment and coffee parchment + outer skin, were tested as filter material for water
from coffee wet processing. To develop the filters, the granulometry of the filter
material was taken into consideration, since it directly affects the porosity and
consequently the efficiency of CPW filtration. Quality parameters of CPW physical
characteristics (electrical conductivity – EC, total solids – TS and solids in suspension -
SS) and chemical characteristics (pH, N, Ca, Mg, Na, K, Fe, Zn, Cu, Mn and P) were
evaluated before and after filtration, and whether the effluent (filtrate) complies with the
National Environmental Council (CONAMA) standards for releasing into bodies of
water. The results showed that all the values for relative solids concentrations in the
filter effluents were below 50 mg L-1, which is the accepted concentration for the
successful operation of drip irrigation systems. The organic filter using parchment and
parchment + outer skin of coffee beans gave a reasonably high CPW solids removal,
with maximum SS removal efficiencies of 80% for parchment filters (operating for 120
min, 4-mesh sieve) and 85% for parchment + outer skin filters (operating for 90 min, 6-
mesh sieve), and maximum TS removal efficiencies of 89% for parchment filters
xiv
(operating for 120 min, 6-mesh sieve) and 95% for parchment + outer skin filters
(operating for 90 min, 4 and 6 mesh sieve). However, these filters were not efficient to
comply with the CONAMA legislation that establishes the parameters for effluent
release into bodies of water. Even not complying with the CONAMA legislation,
undoubtedly the use of organic filters allowed considerable improvement in effluent
quality, greatly facilitating the following stages of CPW treatment.
Keywords: wastewater, CONAMA legislation, filter material, parchment.
CONTEÚDO
LISTA DE TABELAS....................................................................................................vii
LISTA DE FIGURAS......................................................................................................ix
LISTA DE SÍMBOLOS, ABREVIATURAS E NOMENCLATURAS..........................xi
2.1 A cultura do café ...................................................................................................4
2.2 Composição do fruto do cafeeiro ..........................................................................5
2.3 Processamento dos frutos do cafeeiro ...................................................................9
2.4 Características das águas residuárias geradas no processamento dos frutos do
cafeeiro ..................................................................................................................10
2.5 Tratamento e aproveitamento agrícola de resíduos líquidos da lavagem e
despolpa dos frutos do cafeeiro .............................................................................16
2.6 Métodos de disposição de águas residuárias no solo ............................................18
2.7 Legislação referente a lançamento de efluentes em cursos d’água.......................19
2.8 Problemas ambientais decorrentes da cafeicultura................................................20
2.9 Utilização dos resíduos agrícolas ..........................................................................21
3.1 Objetivo Geral .......................................................................................................25
3.2 Objetivos Específicos ............................................................................................25
4.1 Local do experimento............................................................................................26
4.2 Experimento ..........................................................................................................26 4.2.1 Materiais filtrantes........................................................................................................... 26 4.2.2 Ensaio de compressão ..................................................................................................... 27 4.2.3 Aparato experimental ...................................................................................................... 29
4.3 Caracterização físico-química do afluente e efluente ...........................................32
5.1 Ensaio de compressão dos materiais filtrantes .........................................................34
5.2 Caracterização química dos resíduos orgânicos utilizados como materiais
filtrantes.................................................................................................................38
5.3 Operação dos filtros orgânicos ..............................................................................40 5.3.1 Remoção de Sólidos em Suspensão ................................................................................. 40 5.3.2 Remoção de Sólidos Totais .............................................................................................. 47
5.4 Análise da variação do pH da ARC durante a filtração ........................................56
5.5 Análise da Condutividade Elétrica da ARC..........................................................56
5.6 Caracterização do efluente da ARC submetido a diferentes materiais filtrantes
e granulometrias ....................................................................................................58
5.7 Análise da qualidade do efluente de acordo com a Resolução do CONAMA
357/05....................................................................................................................72
ANEXO 1: Análise de variância para os SS dos filtros orgânicos quanto à
granulometria dos materiais e tempo de operação ................................................83
ANEXO 2: Análise de variância para os ST dos filtros orgânicos quanto à
granulometria dos materiais e tempo de operação ................................................84
ANEXO 3: Resolução do CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005 .........................85
1
INTRODUÇÃO
A cultura do cafeeiro que sempre ocupou lugar de destaque na economia do País,
dada sua importância na área econômica e social, busca atualmente, agregar um novo
fator à sustentabilidade da atividade: a preservação ambiental, considerando que o
processamento dos frutos do cafeeiro gera grandes quantidades de resíduos sólidos e
líquidos que, se manejados inadequadamente, podem provocar sérios problemas
ambientais.
Toda e qualquer atividade humana, seja ela de mineração, industrial,
agropecuária, agroindustrial ou urbana, gera resíduos. Por essa razão, um dos grandes
problemas atuais da humanidade são os impactos causados ao meio ambiente,
principalmente pela crescente produção de resíduos sólidos e líquidos, gerados em
diversas atividades antrópicas, os quais, quando inadequadamente dispostos podem
trazer grandes prejuízos para o ambiente. Assim, a geração de diferentes resíduos e
rejeitos, provenientes dessas atividades, corresponde a um dos “custos” a ser
contabilizado no processo produtivo (MAGALHÃES, 2002).
A atividade de lavagem e despolpa de frutos do cafeeiro, necessária para a
redução do custo de secagem e a melhoria da qualidade de bebida, é geradora de
grandes volumes de resíduos sólidos e líquidos, ricos em material orgânico e inorgânico
que, se dispostos no meio ambiente sem tratamento, podem causar a destruição da flora
e da fauna, além de comprometer a qualidade da água e do solo.
O principal efeito da poluição orgânica em um corpo d’água receptor é a
diminuição da concentração de oxigênio dissolvido, uma vez que bactérias aeróbias
2
utilizam o oxigênio dissolvido no meio para efetuar seus processos metabólicos,
tornando possível a degradação do material orgânico lançado no meio.
Assim, um dos grandes problemas na atividade cafeeira a ser enfrentado é a busca
de alternativas técnicas que combine redução de custos financeiros com eficiência no
tratamento dos resíduos sólidos, a exemplo do pergaminho (endocarpo que envolve o
fruto do cafeeiro) e do resíduo líquido (águas residuárias geradas durante a lavagem dos
frutos do cafeeiro), minimizando os impactos negativos causados ao meio ambiente
pelo processamento dos frutos do cafeeiro, ao solo e as águas superficiais e
subterrâneas.
Levando-se em consideração as ações antrópicas relacionadas às atividades
agrícolas da lavoura cafeeira e, com o propósito de minimizar seus impactos, a
avaliação de filtros orgânicos, destinados a filtrar a própria água residuária da lavagem
e despolpa dos frutos do cafeeiro se torna o enfoque deste trabalho.
O aproveitamento do pergaminho e do pergaminho + casca do fruto do cafeeiro,
além de não gerar ônus com a aquisição e transporte de material orgânico para o
enchimento da coluna filtrante, permite o tratamento primário da água residuária de
lavagens e despolpa dos frutos do cafeeiro. Isso possibilita o aproveitamento dessa água
em fertirrigação, bem como, permite o tratamento do próprio pergaminho como resíduo
gerado pela lavoura cafeeira, já que este resíduo representa cerca de 12%, em termos de
matéria seca, do fruto do cafeeiro (MATOS e Lo MÔNACO, 2003).
Após o material orgânico usado no filtro perder a capacidade filtrante, em virtude
dos sedimentos presentes na ARC causarem o entupimento dos filtros, este deverá ser
descartado da coluna e destinado à compostagem, para produção de adubo orgânico. Na
condição natural, a composição química do pergaminho apresenta elevada relação C/N
e, portanto taxa de degradação lenta. Entretanto, ao ser utilizado como material filtrante
terá a sua composição química alterada pelos nutrientes diluídos nas águas residuárias
de lavagem dos frutos do cafeeiro e que, após ser retirado da coluna filtrante, facilitará o
tratamento pelo processo de compostagem. Os sólidos retidos pelo filtro aumentarão a
concentração de elementos químicos no pergaminho e funcionarão como catalisadores
do processo de compostagem, aspecto desejável para a aceleração da atividade
microbiológica e que proporcionará a produção de adubos orgânicos de valor
fertilizante mais elevado.
Os órgãos de fiscalização ambiental, na tentativa de fazer cumprir a legislação
3
vigente, passaram a exigir de beneficiadores de frutos do cafeeiro a adaptação do
funcionamento de suas unidades de processamento segundo as normas vigentes.
O município de Caratinga localizado na região Leste do Estado de Minas Gerais é
grande produtor de café, sendo a cafeicultura um dos mais importantes segmentos da
economia da região. Segundo IBGE (2005), a produção de café em coco em 2003 no
município de Caratinga foi de 3.960 toneladas com um rendimento médio de 600 kg/ha,
tendo uma área plantada de 6.600 ha.
Por força da legislação o cafeicultor não poderá lançar a água residuária da
lavagem e despolpa dos frutos de cafeeiro (ARC) diretamente em cursos d’água sem o
prévio tratamento. Face às restrições impostas por essa legislação e ao aumento da
fiscalização dos órgãos ambientais, muitos agricultores têm recorrido como alternativa a
aplicação de ARC no solo. Para se “desfazer” de todo o volume gerado, muitas vezes, o
efluente é descartado sem critérios técnicos, sem considerar as características da lavoura
cultivada e as características do solo que receberá esse resíduo. A ARC sendo lançada
no solo, sem nenhum tratamento prévio, poderá provocar alterações nas características
físico-químicas devido ao aporte de nutrientes presentes.
4
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 A cultura do café
A América do Sul é a região de maior produção de grãos de café do mundo, com
ressalva de que o Brasil e a Colômbia, sozinhos, produziram em torno de 40% do total
mundial nas últimas duas décadas (SILVA et al., 2000).
Atualmente o Brasil é o maior produtor e exportador de café no mundo sendo
responsável por 30% do mercado internacional, volume equivalente à soma da produção
dos outros seis maiores países produtores. É também o segundo mercado consumidor,
atrás somente dos Estados Unidos (ABIC, 2006).
De acordo com os dados do IBGE (2005), a safra brasileira fechou o ano de 2004
com uma produção total de 2.446.863 toneladas (41,1 milhões de sacas de 60 kg). Este
número significa um aumento de 23,53% em relação a safra colhida em 2003, que
totalizou 1.996.847 toneladas (33,28 milhões de sacas de 60 kg).
O agronegócio do café no Brasil emprega cerca de três milhões de pessoas, ou
seja, 6% da população brasileira economicamente ativa, em sua cadeia produtiva,
constituída por: produção, transporte, armazenamento, comunicação, rede bancária,
serviços financeiros, corretagem, bolsas, portos, embalagens, publicidade,
processamento, industrialização e comercialização (TRISTÃO, 1995).
O cultivo de cafezais de forma adequada, por si só, não garante a obtenção de
produto de boa qualidade e hoje se sabe que cuidados na colheita e no processamento
dos frutos devem ser, necessariamente, incluídos no processo produtivo do café
5
(CHALFOUN, 1996). O fruto do cafeeiro é, dentre outros, um dos poucos produtos
agrícolas cujo valor é crescente com a melhoria da qualidade, pois quando o produto é
de qualidade inferior pode sofrer significativa redução no valor de comercialização
(SILVA et al., 2001). O processamento pós-colheita tem influência direta sobre a
qualidade final dos grãos de café e tem sido aceito que o despolpamento dos frutos, que
atualmente é realizado em apenas cerca de 5% dos frutos, melhora a qualidade da
bebida do café (CAFES DO BRASIL, 2001). Na busca pela melhoria da qualidade da
bebida, produtores têm procurado utilizar tecnologia de processamento do fruto, sendo a
lavagem seguida do descascamento ou despolpa uma prática cada vez mais freqüente
(Lo MÔNACO, 2005).
Na tentativa de conquistar clientes no exterior, o grande paradigma dos tempos
atuais passou a ser, juntamente com o aumento da produtividade, a busca da melhoria
da qualidade do produto e a preservação ambiental, uma vez que o produto adquire
maior valor de mercado com a melhoria da qualidade de bebida e com o uso de técnica
na produção que proporcionem maior preservação ambiental (MATOS e
Lo MÔNACO, 2003).
Antes de se caracterizar os resíduos sólidos e líquidos do processamento dos
frutos do cafeeiro, torna-se importante apresentar uma breve revisão sobre a
constituição do fruto do cafeeiro, o que deverá facilitar o entendimento dos objetivos e
de como ocorre o processamento via úmida dos frutos.
2.2 Composição do fruto do cafeeiro
O fruto do cafeeiro é formado pelo grão (endosperma + embrião), que é envolvido
pelo pergaminho ou endocarpo, pela polpa ou mesocarpo e, finalmente, pela casca ou
epicarpo (FIGURA 1).
6
FIGURA 1: Componentes do fruto do cafeeiro. Fonte: MATOS e Lo MÔNACO, 2003.
O pergaminho do fruto do cafeeiro é a parte anatômica que envolve o grão e
representa cerca de 12%, em termos de matéria seca, do fruto do cafeeiro.
A mucilagem constitui uma capa de aproximadamente 0,5 a 2,0 mm de espessura
que está fortemente aderida ao pergaminho, e representa cerca de 5% da matéria seca do
grão. Do ponto de vista físico, ela é constituída por um sistema coloidal líquido,
liofílico, sendo, portanto um hidrogel. Quimicamente, é constituído por água, pectinas,
açúcares e ácidos orgânicos (ELIAS, 1978) é, portanto, um excelente substrato para o
crescimento de fungos, bactérias e outros organismos, razão porque, quando presente,
possibilita a deterioração dos grãos de café. A mucilagem deve ser retirada tão logo seja
possível, uma vez que o seu contato prolongado com o grão, além de possibilitar o
desenvolvimento de fungos e bactérias, aumenta os custos de secagem de frutos do
cafeeiro.
De acordo com MATIELLO (1991), a polpa é o resíduo da despolpa úmida de
frutos tipo “cereja”, sendo composta pelo epicarpo e por parte do mesocarpo. A polpa é
o primeiro resíduo gerado no processamento do fruto do cafeeiro e representa cerca de
29% da matéria seca do fruto (ELIAS, 1978). A quantidade de polpa presente no fruto
tipo cereja depende do estado de maturação, das condições climáticas dominantes
durante o desenvolvimento dos frutos e da variedade de cafeeiro cultivada. Zuluaga
(1989), citado por DELGADO e BAROIS (1999), afirmou que a polpa representa cerca
de 39% da massa fresca ou 28,7% da matéria seca do fruto. De acordo com VASCO
(1999), a polpa é constituída, predominantemente, por carboidratos, proteínas, cafeína e
taninos, além de potássio, nitrogênio e sódio.
Grão
Pergaminho ou Endocarpo
Filme prateado ou Espermoderma
Casca ou Epicarpo
Polpa ou Mesocarpo
7
Estudos realizados na distribuição dos componentes do fruto de cafeeiro do tipo
cereja, desde o início do processamento pós-colheita até a sua infusão, permitem
constatar que somente 6% da massa do fruto fresco é aproveitado na preparação da
bebida. Os 94% restantes, constituídos por água e subprodutos do processo, na maioria
dos casos não recuperados, podem ser fonte de contaminação do meio ambiente
(VASCO, 1999).
A constituição mineral da polpa de frutos do cafeeiro, em relação à matéria seca
está apresentada na TABELA 1.
TABELA 1: Constituição química da polpa de frutos do cafeeiro, em relação à matéria seca
Conteúdo Elementos químicos (1) (2) (3) (4)
C – total (g kg-1) 529,5 N – total (g kg-1) 14,7 39,9 13,2 18,8 P - total (g kg-1) 1,7 2,1 0,5 2,1
K (g kg-1) 36,6 5,2 31,7 47,0 Ca (g kg-1) 8,1 14,0 3,2 3,0 Mg (g kg-1) 1,2 - - 2,9 S (g kg-1) 1,4 - - -
Mn (mg kg-1) 125,0 - - - Zn (mg kg-1) 30,0 - - 4,4 Cu (mg kg-1) 25,0 - - 18,7
Fonte: 1 - MATOS et al. (1998); 2 - DELGADO e BAROIS (1999); 3 - VASCO (1999); 4 - BRANDÃO (1999).
No caso de resíduos sólidos, atenção especial deve ser dada quanto ao acúmulo de
pilhas de cascas de café em locais onde é feito o beneficiamento dos frutos do cafeeiro.
SANTOS e MATOS (2000), avaliando a contaminação do solo de áreas de depósito de
cascas de frutos do cafeeiro, encontraram elevadas concentrações de amônio e potássio
em maiores profundidades do solo de locais onde as deposições eram mais antigas (três
anos). Os autores concluíram que houve contaminação superficial e subsuperficial do
solo pelos lixiviados das pilhas, o que pode colocar em risco a exploração agrícola da
área ou a contaminação de águas subsuperficiais. Dessa forma, novas formas têm sido
estudadas, como alternativa de dispor esse resíduo de maneira adequada no meio
8
ambiente. Da mesma forma que a polpa e a mucilagem, a casca do fruto de cafeeiro
apresenta grande quantidade de potássio e outros nutrientes (TABELA 2), e por isso,
devem ser feitos estudos como forma de aproveitá-los de maneira alternativa.
TABELA 2: Constituição química da casca do fruto do cafeeiro
COMPOSTO CONTEÚDO N-total (dag Kg-1) P-total (dag Kg-1)
Ca (g kg-1) Na (g kg-1) K (g kg-1)
Zn (mg kg-1) Cu (mg kg-1) Mg (g kg-1)
1,88 0,21 2,96 40,72 47,05 4,35 18,66 0,29
Fonte: BRANDÃO (1999).
De acordo com Loehr (1984) e Oliveira (1977), citados por MATOS (1995), altas
concentrações de Na e K podem causar dispersão da argila, promovendo a desagregação
e influenciando a permeabilidade do solo. Além disso, podem trazer problemas de
salinidade, concorrendo para o aparecimento de efeitos tóxicos e diminuição da
disponibilidade de água para as plantas.
A grande quantidade de potássio presente na polpa e na mucilagem dos frutos do
cafeeiro é fator relevante a ser considerado no caso de serem as águas residuárias
dispostas no solo. Além do potássio, outros nutrientes estão presentes na polpa e na
mucilagem, tal como o fósforo e o cálcio (TABELA 2), indicando constituírem esses
resíduos materiais de elevado valor fertilizante e que podem ser aproveitados e
dispostos no solo com fins de substituição de fertilizantes inorgânicos.
De acordo com CLAUDE (1979), as cascas do fruto do cafeeiro com poder
calorífico de 3.500 kcal kg-1 podem ser usadas como alternativa energética em uma
instalação de secagem de grãos e fornecendo energia para outras utilidades. O mesmo
autor sugere a utilização da casca como adubo orgânico ou na alimentação de animais,
9
desde que não ultrapasse 20% no total de ração, pois o gosto amargo afeta a
palatabilidade, além do elevado teor de lignina. MATOS e FEBRER (2000) afirmam
que as cascas de frutos de cafeeiro associadas com águas residuárias podem produzir
compostos orgânicos para posterior aproveitamento agrícola. Em trabalhos realizados
pelos mesmos autores, o composto orgânico produzido com cascas de frutos do cafeeiro
utilizadas como filtro de águas residuárias de suinocultura, apresentou, ao final do
período de decomposição mesofílica, produto de grande valor como fertilizante
agrícola. O composto produzido, quando apresenta adequadas relações C/N e
concentração de nitrogênio total, conforme exigência da Legislação Brasileira, pode ser
comercializado como fertilizante orgânico.
2.3 Processamento dos frutos do cafeeiro
Para se obter um produto de boa qualidade, que reúna as características de tipo e
qualidade exigidas pelo mercado interno e, principalmente, pelo externo, é
indispensável um adequado processamento pós-colheita do fruto do cafeeiro. Da
colheita ao produto final beneficiado, são várias as etapas envolvidas no processamento
do fruto do cafeeiro, as quais devem ser executadas de maneira adequada e cuidadosa
(NOGUEIRA, 1986).
No Brasil, em virtude do método de colheita empregado, o café é constituído de
uma mistura de frutos verdes, maduros (“cereja” e “verdoengos”), “passas” e secos,
folhas ramos, torrões e pedras, devendo ser limpo e separado nas suas diversas frações,
para que possam ser conduzidos para a secagem em lotes separados ou para que o fruto
cereja e, às vezes os verdoengos, sejam submetidos ao descascamento
(Lo MÔNACO, 2005).
No processamento por via seca, seca-se integralmente os frutos do cafeeiro para
posterior remoção da casca, obtendo o pergaminho + casca como subproduto, e
beneficiamento final do grão. A secagem via úmida consiste na secagem dos frutos sem
a casca e a mucilagem, obtendo o pergaminho como subproduto, originando os grãos
descascados e despolpados, respectivamente.
10
2.4 Características das águas residuárias geradas no processamento dos frutos do cafeeiro
No processamento de frutos do cafeeiro, utiliza-se água para a lavagem, o
descascamento/despolpamento e a desmucilagem. Na lavagem, o consumo de água pode
ser reduzido, devido ao grande potencial de circulação de água com o uso de lavadores
mecânicos. Nas etapas de descascamento e desmucilagem, quando não há recirculação
da água, o consumo tende a ser maior. O descarte de água nesses processos constitui a
água residuária.
No processo de despolpa de café por via úmida há uma demanda de grande
quantidade de água, sendo produzido, aproximadamente, três toneladas de subprodutos
e requeridas quatro toneladas de água para produzir 1 tonelada de grãos processados
(DELGADO e BAROIS, 1999); três a quatro litros de água residuária por quilograma
de café processado (MATOS et. al, 2001a) e três a cinco litros de água residuária para
cada litro de fruto despolpado (MATOS e Lo MÔNACO, 2003). Essa água,
normalmente, fica depositada em tanques feitos no solo pelos agricultores com o
objetivo de armazenar esse produto, podendo ou não ser reaplicado como insumo
agrícola. Esse produto pode ocasionar a poluição dos recursos hídricos superficiais e
subterrâneos e o maior problema é que a maioria dos centros urbanos já sofre com
escassez de água potável. Em função da dinâmica de poluição das águas, os custos do
tratamento, da preservação e conservação desses mananciais, em quantidade e qualidade
compatível com as demandas, vêm se tornando elevados. Além disso, é importante
salientar que os atuais métodos de tratamento de água, mesmo os mais sofisticados, não
são capazes de remover uma série de substâncias perigosas, como exemplo, hormônios,
antibióticos, enzimas, trialometanos, etc (LIMA, 2002). O problema se torna mais grave
nas cidades onde a água é reciclada, ou seja, utilizada e tratada mais de uma vez. Nestes
casos, o acúmulo de substâncias perigosas e capazes de causar danos irreparáveis à
saúde humana pode ser o responsável direto pelos problemas de saúde que surgem sem
explicações. Assim, pela crescente escassez de água potável, seria recomendável que o
lançamento de detritos nos recursos hídricos fosse evitado como uma medida
preventiva, permitindo a não conservação de agentes poluidores e a redução do número
de problemas causados pelo modo como são manejados os recursos hídricos naturais
(LIMA, 2002).
11
Em outubro de 2004, na cidade de Caratinga, foi notificado que a água da
COPASA estaria contaminada (DIÁRIO DE CARATINGA, 2004), não sendo a
primeira vez que a população observou um forte odor na água fornecida pela
concessionária e a morte de peixes no Córrego Ribeirão do Lage. Duas hipóteses, pela
gerência local da COPASA, foram levantadas: a primeira que os cafeicultores da região
do Córrego Ribeirão do Lage – manancial que abastece a cidade – tenham lançado
agrotóxico nas lavouras e provocado a contaminação do córrego, e a segunda poderia
ter ocorrido pelo vazamento de ARC produzido na lavagem e despolpa dos frutos do
cafeeiro. A situação mobilizou a Defesa Civil, prefeitura, Curadoria do Meio Ambiente,
Polícia do Meio Ambiente e Polícia Militar do Meio Ambiente. Representantes desses
órgãos foram ao local onde é feita a captação da COPASA, na estrada que liga a cidade
de Caratinga ao município de Piedade de Caratinga, até ao distrito de Santa Luzia, para
investigação.
O mau cheiro na água fornecida pela COPASA, na cidade de Caratinga, foi
causado pelo lançamento da ARC no Ribeirão do Lage, gerado na limpeza dos grãos de
café produzido na Fazenda Rio Doce, localizada no distrito de Santa Luzia.
Isso tipo de impacto tende a se tornar mais freqüentes nas regiões produtoras de
café, se medidas mitigadoras não forem implementadas, visto que para alcançar
melhores preços do café no mercado tem sido crescente o número de cafeicultores que
tem adotado o processo de lavagem e despolpa dos grãos do cafeeiro, através de lavador
mecânico dos frutos, conforme apresentado na FIGURA 2.
FIGURA 2: lavagem do fruto do cafeeiro.
12
No processo de lavagem obtém-se o café cereja e o café bóia, sendo que, o café
cereja passa por um processo de despolpamento e desmucilagem obtendo o café
despolpado (FIGURA 3).
FIGURA 3: Café cereja despolpado.
Com as tecnologias atuais na lavagem dos frutos do cafeeiro, gera-se em torno de
0,1 a 0,2 L de água residuária para cada litro de frutos processados, razão que depende
do tamanho do tanque de lavagem e do número de descargas efetuadas durante o dia
para a substituição da água de lavagem. No descascamento/despolpa e desmucilagem
gera-se em torno de 3 a 5 L de água para cada litro de frutos.
Nas TABELAS 3 e 4, estão apresentadas as características físicas, químicas e
bioquímicas das águas residuárias geradas no processamento de duas espécies do
gênero coffea: o Coffea arábica L. e o Coffea canephora Pierre (Conilon). Para
possibilitar comparações e extrapolações, salienta-se que os resultados apresentados
nessas tabelas foram obtidos no processamento de 15.000 L dia-1 de frutos do tipo
Conilon, para um volume médio de 3,0 litros de água para cada litro de fruto, na
primeira despolpa, e de 1,8 litros de água para cada litro de fruto na 2a e 3a despolpa.
13
TABELA 3: Resultados das análises físicas de amostras de água residuária da lavagem e despolpa dos frutos do cafeeiro (ARC)
CE SP ST SS SD SFT SVT Tipo Função ds m-1 mL L-1 ------------------------------- mg L-1 --------------------------------
Conilon Lavador 0,26 17 1.069 380 689 390 679
Conilon Despolpador 0,58 0 4.889 850 4.039 126 4.763
Conilon com 1a recirculação Despolpador 0,72 180 5.504 1.888 3.616 706 4.798
Conilon com 2a recirculação Despolpador 0,99 330 6.403 2.336 4.067 848 5.555
Arábica Lavador X 130 18.134 6.200 11.934 3.546 14.588
Arábica Despolpador 0,55-0,95 0-45 2.100-3.700 X X 370-530 1.800-3.200
Arábica com 1a recirculação Despolpador X X 14.000-18.200 X X X X
Sendo: CE – Condutividade Elétrica, SP – Sólidos Sedimentáveis, ST – Sólidos Totais, SS – Sólidos em Suspensão, SD – Sólidos Dissolvidos, SFT – Sólidos Fixos Totais, SVT – Sólidos Voláteis Totais, X – parâmetro não avaliado.
Fonte: MATOS et al., 2001b.
14
TABELA 4: Resultados das análises químicas e bioquímicas das amostras de ARC
DQO DBO Ntotal Ptotal Ktotal Natotal Tipo Função pH ------------------------------------------- mg L-1 ------------------------------------------
Conilon Lavador 4,9 1.520 411 76,8 5 41 25,5
Conilon Despolpador 4,7 5.148 2.525 105,5 8,8 115 45
Conilon com 1a recirculação Despolpador 4,1 10.667 3.184 124,6 10,8 153,7 58,3
Conilon com 2a recirculação Despolpador 4,1 11.000 3.374 160 13,9 204,7 77,1
Arábica Despolpador 3,5-5,2 3.430-8.000 1.840-5.000 120-250 4,5-10 315-460 2,0-5,5
Arábica com 1a recirculação Despolpador X 18.600-29.500 10.500-14.340 400 16 1.140 16,5
sendo: pH – Potencial hidrogeniônico, DQO – Demanda Química de Oxigênio, DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio, Ntotal – Nitrogênio total, Ptotal – Fósforo Total, Ktotal – Potássio total, Natotal – Sódio total, X – parâmetro não avaliado
Fonte: MATOS et al., 2001b
15
Os elevados valores de DBO e DQO (TABELA 4) indicam que essas águas
residuárias possuem elevada carga orgânica e, como já explicado, podem trazer muitos
problemas para corpos hídricos receptores se forem lançadas sem tratamento prévio.
Essas águas apresentam elevada concentração de ST (TABELA 3), dos quais a maior
parte é composta por sólidos SVT, os quais podem ser, em grande parte, removidos por
tratamento biológico.
Comparando-se os valores apresentados nas TABELAS 3 e 4, pode-se observar
algumas diferenças nas características químicas e físicas das águas residuárias do
processamento de frutos do cafeeiro arábica com Conilon. De acordo com MELO et. al
(1998), os frutos da espécie Coffea arabica L. possuem epicarpo delgado, mesocarpo
carnoso e endorcarpo fibroso, já os da espécie Coffea canephora Pierre (Conilon)
possuem epicarpo fino, mesocarpo pouco aquoso e endocarpo delgado. Por apresentar
um mesocarpo menos aquoso, os frutos de Conilon apresentam menor diâmetro. Nesse
caso, para mesmo volume de material, haverá maior massa de frutos Conilon do que de
frutos Arábica em processamento. Como a quantidade de água utilizada nos lavadores e
processadores é baseada apenas no volume de frutos processados, o processamento do
Conilon proporcionará contato da água com maior massa de frutos, razão porquê
observa-se na TABELA 3, em geral, maior concentração de sólidos nas águas
residuárias do processamento dos frutos do cafeeiro Conilon em relação ao Arábica. A
composição química dos frutos deve ser, entretanto, muito diferente, já que as águas de
processamento dos frutos Arábicas apresentam, invariavelmente, maiores concentrações
de nutrientes, conforme apresentado na TABELA 4.
Observando-se ainda os dados das TABELAS 3 e 4, pode-se verificar, que os
valores das características químicas e físicas presentes nas águas residuárias do
processamento de frutos das duas espécies de café apresentadas do gênero coffea
indicam um potencial poluente cada vez maior à medida que se recircula a água, para
economia deste insumo. Considera-se que, em vista dos riscos de que seja afetada a
qualidade de bebida dos grãos, a recirculação da água seja viável apenas se ela for
submetida a tratamento preliminar seguido de um tratamento primário antes de ser
bombeada para recirculação no sistema.
No que se refere ao valor como fertilizante das águas residuárias para uso
agrícola, pode-se verificar que nas águas residuárias de ambas espécies, as
concentrações de nitrogênio e, principalmente, de potássio (TABELA 4) são
16
relativamente altas. Se estas águas residuárias forem lançadas em corpos d’água
receptores sem tratamento prévio, poderá haver enriquecimento nutricional dessas
águas, proporcionando o desenvolvimento de vegetais (taboa, aguapé, salvínea, algas
em geral, etc.) que podem vir a prejudicar o ecossistema aquático.
O valor das águas residuárias como fertilizante é forte indicativo da possibilidade
de sua utilização em sistemas solo-planta, como forma de tratamento/disposição dessas
águas
2.5 Tratamento e aproveitamento agrícola de resíduos líquidos da lavagem e despolpa dos frutos do cafeeiro
Devido aos graves problemas que as águas residuárias podem trazer para o
ambiente, torna-se necessário o seu tratamento, antes da disposição no solo ou de seu
lançamento direto em cursos d’água.
No caso da optar-se pelo aproveitamento do efluente na fertirrigação, ou pelo seu
tratamento utilizando-se o sistema solo-planta, recomenda-se à filtração do efluente do
tratamento preliminar e mesmo o da lagoa anaeróbia ou da facultativa, a fim de se evitar
possíveis problemas de entupimento dos emissores do sistema de irrigação.
O efluente dos sedimentadores da água residuária da despolpa de frutos do
cafeeiro pode ser, posteriormente, conduzido à lagoa anaeróbia ou ser tratado em filtros
orgânicos, se a opção escolhida for a de destinar o efluente para aplicação localizada
(gotejamento) para fertirrigação de culturas agrícolas.
Por serem as águas residuárias da despolpa de frutos do cafeeiro muito rico em
sólidos em suspensão e dissolvido, o uso de filtros convencionais de areia, usados no
tratamento de água para consumo humano e para uso em irrigação por gotejamento, não
é recomendável, dado à sua rápida colmatação superficial e redução do fluxo da água
residuária.
De acordo com BRANDÃO (1999), a utilização de materiais alternativos à areia,
que sejam subprodutos de atividades agropecuárias ou industriais, torna-se interessante
no tratamento de águas residuárias ricas em material orgânico, como é o caso das
gerada no processamento via úmida dos frutos do cafeeiro. Esse interesse está associado
ao fato de que muitos resíduos sólidos gerados no processo produtivo ou no
beneficiamento de produtos agrícolas podem ter destinação mais nobre na propriedade
17
agrícola, minimizando-se os problemas da sua disposição no ambiente. No caso de
tratamento de águas residuárias por filtração, o material utilizado para confecção da
camada filtrante pode ser constituído de resíduos agrícolas tais como bagaço de cana-
de-açúcar, sabugo de milho triturado, serragem de madeira e a própria polpa dos frutos
do cafeeiro. O material filtrante deve, no entanto, ser removido de tempos em tempos,
pois, com a operação do sistema, os poros das camadas superiores do filtro vão sendo
obstruídos gradativamente, razão porque vai diminuindo a velocidade de filtração do
líquido.
Lo MÔNACO (2001), ao utilizar filtros orgânicos no tratamento de águas
residuárias da lavagem e despolpa dos frutos do cafeeiro, alcançou remoções de ST da
ordem de 60 a 75% quando utilizou filtro constituído por serragem de madeira; no caso
de filtro de bagaço de cana-de-açúcar a remoção foi menor, alcançando 40%. Em ambos
os filtros, a remoção foi de 100% dos SP, 75 a 85% do nitrogênio total e 50% do fósforo
total. O mesmo autor reportou remoções acima de 60% da DBO dessas águas
residuárias, utilizando-se filtros de serragem de madeira. MAGALHÃES (2002) obteve
remoções de SS em águas residuárias da suinocultura (ARS) da ordem de 90 a 99%,
utilizando filtros de serragem de madeira, e de 81 a 96%, quando utilizou filtros de
bagaço de cana-de-açúcar.
LEON e CAVALLINI (1999) citam que a concentração máxima de SS em água a
ser aplicada por gotejadores deva ser inferior a 50 mg L-1. Segundo MAGALHÃES
(2002), no tratamento de ARS, a concentração de SS no efluente esteve menor que o
citado valor, o que possibilita o uso do efluente de filtros orgânicos para fertirrigação de
culturas agrícolas, utilizando-se sistemas de aplicação por gotejamento, sem maiores
riscos de entupimento dos emissores.
De acordo com MAGALHÃES (2002), para que não haja diminuição da
eficiência de remoção de SS e decréscimo muito acentuado na velocidade de filtração
da água residuária, a compressão dos materiais filtrantes, tais como o bagaço de cana-
de-açúcar e a serragem de madeira, no acondicionamento do material nos filtros, a
compressão deve ser tal que promova redução de 5 a 10 % no volume da serragem de
madeira e de 10 a 15 % no caso do bagaço de cana-de-açúcar. Nas condições do filtro
cujas dimensões foram apresentadas anteriormente, o tempo de operação do filtro deve
estar em torno de 60 a 100 minutos. Depois de decorrido este período, a camada
18
superficial (primeiros 50 cm) deve ser removida e substituída por material filtrante
novo.
Recomenda-se que uma das laterais do tanque de filtração seja removível, a fim
de facilitar a colocação e retirada do material filtrante. O material filtrante deve ter um
diâmetro entre 2,5 e 5,0 mm. No fundo e no topo do tanque de filtração, devem ser
colocadas camadas de 20 cm de material com maior granulometria (entre 5 e 10 mm)
para facilitar a drenagem da água, sendo que na camada do fundo deverá estar inserida
uma tubulação de 100 mm, com furos de 5 mm de diâmetro, para captação da água
filtrada.
A taxa de aplicação de águas residuárias da despolpa de frutos do cafeeiro é
dependente da quantidade de água utilizada no processo e se ocorre ou não a
recirculação da mesma. Por esta razão, torna-se necessária a realização de ensaios locais
para verificar quanto se pode aplicar por área superficial de filtro. Em caso de não se
dispuser de avaliação “in loco”, para águas residuárias da despolpa, sem recirculação,
pode-se aplicar de 1,5 a 3 m3m-2h-1 (MATOS e Lo MÔNACO, 2003).
2.6 Métodos de disposição de águas residuárias no solo
Outra alternativa para o tratamento/disposição final dos efluentes dos tanques de
sedimentação, filtros orgânicos ou de lagoas anaeróbias e facultativas é a disposição no
solo. Esta técnica apresenta uma série de vantagens, podendo-se citar, dentre outras, o
aproveitamento dos nutrientes presentes nos efluentes para fertilização de culturas
agrícolas, o baixo custo de implantação e operação e o baixo consumo de energia no
processo. Estima-se que essa forma de tratamento apresente um custo que varia entre 30
e 50% do custo dos sistemas convencionais.
Os métodos de disposição de águas residuárias podem ser subdivididas em
infiltração/percolação, escoamento superficial e fertirrigação, além do lançamento e
tratamento em “áreas alagadas” (sistema wetland) (MATOS e Lo MÔNACO, 2003).
A fertirrigação é uma técnica, em que se prioriza o aproveitamento dos nutrientes
presentes na água residuária para substituição de parte da adubação química em áreas
agrícolas cultivadas, razão suficiente para que este método seja altamente recomendável
para a disposição/tratamento dessas águas. Dessa forma, acredita-se que métodos de
19
tratamento que não contemplem a reciclagem de nutrientes estão condenados a
desaparecerem em futuro próximo.
A fertirrigação com água residuária, se praticada com o devido cuidado,
possibilita redução da poluição ambiental, além de melhoria nas características
químicas, físicas e biológicas do solo e, como conseqüência, aumento na produtividade
e na qualidade dos produtos colhidos.
2.7 Legislação referente a lançamento de efluentes em cursos d’água
A proteção ambiental no Brasil é exercida, levando-se em conta uma série de leis,
decretos e portarias e dentre essas, a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998, que
dispõe sobre sansões penais e administrativas derivadas de condutas e atividades lesivas
ao meio ambiente (Lei de Crimes Ambientais). É conveniente esclarecer que existe, em
nível federal, legislação pertinente que deve ser observada, embora em cada estado ou
município possa haver legislação complementar (LOURES, 1998).
No Estado de Minas Gerais, o lançamento direto de efluentes em corpos d’água
receptores deve atender a padrões estabelecidos tanto pela legislação federal (Resolução
CONAMA n° 20/86) quanto pela estadual (Deliberação Normativa - DN COPAM n°
010/86), a qual estabelece normas e padrões para qualidades das águas, lançamento de
efluentes em coleções de água e dá outras providências (MINAS GERAIS, 1987, citada
por REIS, 1999). No artigo 15 desta DN verifica-se que os efluentes, de qualquer fonte
poluidora, somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de água se
obedecerem, entre outras, às seguintes condições: pH entre 6,5 e 8,5 (±0,5), temperatura
inferior a 40°C, materiais sedimentáveis até 1 mL L-¹, regime de lançamento com vazão
máxima de até 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária do agente
poluidor, ausência de materiais flutuantes, DBO do efluente de até 60 mg L-¹ ou o
sistema apresentar eficiência maior que 85%, desde que esse lançamento não altere a
classe em que o curso d’água esteja enquadrada e nitrogênio amoniacal menor que
5 mg L-¹.
20
2.8 Problemas ambientais decorrentes da cafeicultura
No Brasil, em geral, a utilização de novas tecnologias vem mudando o perfil da
cafeicultura, com a introdução de cultivares mais produtivos e adaptados aos diferentes
sistemas de manejo de lavoura de modo a minimizar os riscos econômicos do processo
de produção. De acordo com FONSECA et al. (1999), o Brasil ocupa a primeira posição
entre os países produtores e exportadores de grãos de café no mundo. O café é um dos
produtos de maior valor no mercado mundial, sendo os Estados Unidos seu maior
consumidor (ABIC, 2006). Na tentativa de conquistar clientes no exterior, o grande
paradigma da cafeicultura brasileira, nos tempos atuais, tornou-se a busca por melhoria
da qualidade do produto e a preservação ambiental, juntamente com o aumento da
produtividade, uma vez que, com esses atributos possibilitam que o produto adquira
maior valor, tanto no mercado nacional quanto no mercado internacional.
De acordo com NOGUEIRA (1986) o adequado processamento pós-colheita é
sempre um fator importante para se obter um produto de boa qualidade. Da colheita ao
beneficiamento, o processamento envolve várias etapas, e as execuções racionais dessas
operações permitem a obtenção de um produto que reúna as características de tipo e
qualidade exigidas para a comercialização.
O processamento do fruto de café por via úmida visa se obter o café despolpado e
essa prática possibilita uma secagem mais fácil, barata e um produto com qualidade
para ser comercializado no exterior, visando melhores cotações no mercado
(Lo MÔNACO, 2001).
Há uma grande preocupação com a água residuária gerada no processamento por
via úmida dos frutos do cafeeiro. Com a lavagem e despolpa desses frutos, obtém-se
redução do custo de secagem dos grãos, além de contribuir para melhoria da qualidade
de bebida.
O lançamento de grandes quantidades de águas residuárias provenientes dessa
atividade no curso d’água, sem que seja efetuada previamente a redução do poder
poluente, pode promover o decréscimo significativo da concentração de oxigênio
dissolvido, provocando mortandade de peixes e outros seres vivos
(Lo MÔNACO, 2001). Conseqüentemente, o ecossistema de um corpo d’água pode ser
afetado, concorrendo para a redução da biodiversidade e população de seres vivos.
21
Além disso, compromete-se a qualidade da água para uso no abastecimento doméstico,
lazer, etc (Lo MÔNACO, 2001).
A ARC por apresentar concentração de SD e SS são os responsáveis pelo
aparecimento da turbidez nas águas. A turbidez nas águas é proporcionada pela
presença de partículas em suspensão e em estado coloidal, as quais podem apresentar
ampla faixa de tamanhos (von SPERLING, 1996)
Para FORTES (1993), são necessárias e de fundamental importância para elevar a
economicidade da produção agrícola, as pesquisas com materiais corretivos alternativos
para o solo e complementa, afirmando que a busca de fontes alternativas de insumos
para a agricultura torna-se cada vez mais importante para o desenvolvimento desse setor
da economia, principalmente nas regiões mais carentes.
É importante que seja intensificada, no Brasil, pesquisa integrada de
aproveitamento de resíduos industriais, agroindustriais e urbanos, como alternativa de
produção de corretivos e fertilizantes mais baratos e, paralelamente, diminuição dos
problemas ambientais ocasionados pelo acúmulo e não utilização dessas fontes
poluidoras (NOGUEIRA, 1990).
2.9 Utilização dos resíduos agrícolas
Dentre as formas alternativas de disposição/tratamento de águas residuárias, ricas
em material orgânico, está a disposição no solo, para tratamento, por escoamento
superficial ou como fertirrigação de culturas agrícolas. Um dos grandes problemas no
uso dessas formas de disposição/tratamento é, entretanto, o contínuo entupimento de
bombas, tubulações e, principalmente, emissores. O transporte hidráulico de águas
residuárias, com alta concentração de SS, torna-se difícil, acarretando baixa
uniformidade de aplicação no solo (Lo MÔNACO, 2001). Uma das alternativas para
reduzir riscos de entupimento de bombas, tubulações e emissores é efetuar a filtração de
ARC.
A ação mecânica de eliminação dos SS por filtração está baseada no princípio de
que um meio poroso pode reter impurezas de dimensões menores que as dimensões dos
poros da camada filtrante. As partículas são retidas nos poros do meio filtrante,
proporcionando seu acúmulo e, com isso, aumento da perda de carga. À proporção que
22
se desenvolve a fitração, os vazios vão sendo obstruídos pelas partículas, reduzindo o
diâmetro dos poros e passando, por conseguinte, a reter partículas de diâmetro cada vez
menores (POVINELLI e MARTINS, 1973).
A utilização de materiais para filtração, que sejam subprodutos de atividades
agroindustriais como exemplo bagaço de cana-de-açúcar, serragem de madeira, sabugo
de milho torna-se recomendável, considerando as suas abundâncias, as dificuldades para
disposição no ambiente e os baixos custos de aquisição (Lo MÔNACO, 2001). Os
resíduos orgânicos podem ser empregados como materiais filtrantes da água residuária,
proporcionando melhoria nas qualidades química e física do efluente.
A redução do tamanho de partículas do material orgânico utilizado nos filtros
poderá proporcionar maior eficiência de remoção de metais pesados e outros poluentes,
em vista da possibilidade da maior retenção de sólidos nos pequenos poros, e aumento
da superfície específica, expondo maior número de sítios de troca do material filtrante.
Por se tratar de uma técnica em início de desenvolvimento, pesquisas devem ser
desenvolvidas para melhor entendimento sobre a influência do tamanho das partículas
do material filtrante na eficiência de remoção de poluentes de águas residuárias da
lavagem e despolpa de frutos do cafeeiro. Acredita-se que, com a redução do tamanho
de partículas do material orgânico filtrante, maiores eficiências de remoção de ST e
outros poluentes sejam alcançados (Lo MÔNACO, 2001).
Os tipos de sistemas de filtração direta são ascendentes e descendentes, sendo
que, a filtração direta é uma tecnologia de tratamento não-convencional de águas de
abastecimento de maior alcance no País e abrange a dupla filtração, a filtração direta
ascendente e a filtração direta descendente. Há poucos registros históricos do uso da
filtração direta no Brasil, havendo mais informações sobre o emprego da filtração direta
ascendente, uma das variantes da filtração direta e há mais de 350 instalações de
filtração direta ascendente para tratamento de água destinada ao consumo humano em
funcionamento no Brasil, construída em concreto, chapa de aço ou fibra, com
capacidade de cinco a dois mil litros por segundo para remoção principalmente de cor,
turbidez e ferro (DI BERNARDO, 2003). Nos filtros descendentes a água é admitida
por cima e percola no sentido vertical com ação da gravidade. Nos filtros ascendentes, a
direção do fluxo é a mesma usada na reversão do fluxo de filtros descendentes, sendo
que, a água deverá passar por camadas compostas de materiais progressivamente mais
finos à medida que percola verticalmente, no sentido ascendente, na coluna. Estes filtros
23
permitem a maximização na capacidade de armazenamento de partículas suspensas no
filtro e proporciona maior período de operação dos filtros (BRANDÃO, 1999).
No caso dos filtros orgânicos, diferentemente que ocorre com os filtros de areia,
não se recomenda a reversão do fluxo.
As tecnologias de tratamento de água são divididas em dois grupos, sendo
filtração rápida e a lenta. A primeira tem a coagulação química e a filtração rápida como
etapas fundamentais para a clarificação da água, ao passo que no segundo grupo a etapa
básica é a filtração lenta e o uso de coagulantes é dispensável (NUNES, 2001).
Uma vez suplantada a capacidade dos filtros de reter poluentes os materiais
utilizados como meio filtrante poderão ser compostados produzindo, ao final do
processo de maturação, adubo orgânico de considerável valor fertilizante, o que pode
compensar os custos com a confecção de filtros para tratamento das águas residuárias
(BRANDÃO, 1999).
O tratamento de águas residuárias pode ser classificado em tratamento preliminar,
tratamento primário, tratamento secundário e tratamento terciário ou avançado
(NUNES, 2001). O tratamento preliminar remove apenas sólidos muito grosseiros,
flutuantes e matéria mineral sedimentável. O tratamento primário remove matéria
orgânica em suspensão e a DBO é removida parcialmente. O tratamento secundário
remove matéria orgânica dissolvida e em suspensão, sendo que, a DBO é removida
quase que totalmente. O tratamento terciário ou avançado é usado quando se pretende
obter um efluente de alta qualidade com a remoção de outras substâncias contidas nas
águas residuárias. A eficiência mais elevada de remoção de DBO dificilmente
ultrapassa os 75%, mas é possível encontrar sistemas com eficiência de até 85%. A
remoção de SS geralmente ultrapassa 90% (NUNES, 2001).
Os nutrientes contidos na água residuária não se encontram de forma balanceada
como se pressupõe num sistema de fertirrigação, especificamente projetado para este
fim, podendo estar, inclusive, em concentrações excessivas, provocando toxicidade para
plantas, ou comprometendo a qualidade para consumo animal ou humano
(QUEIROZ, 2000).
Para utilização de águas residuárias, torna-se fundamental que se conheça suas
características físicas, químicas e microbiológicas, de forma que possa estabelecer
medidas adequadas de proteção ambiental e escolha de tecnologias apropriadas para a
sua disposição no ambiente. A tecnologia a ser empregada deve visar maior eficiência
24
no aproveitamento do resíduo e a minimização dos impactos negativos sobre o ambiente
(GOMES FILHO, 2000).
25
3 OBJETIVOS
3.1 Objetivo Geral
O presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a eficiência de um sistema de
filtração da água de despolpa de café, utilizando pergaminho e pergaminho + casca do
fruto do cafeeiro como materiais filtrantes, como forma de tratamento primário.
3.2 Objetivos Específicos
- Avaliar a viabilidade de sistemas de filtros orgânicos, construídos com
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro como materiais
filtrantes de água de lavagem e despolpa de frutos;
- Verificar a influência da granulometria dos materiais filtrantes no processo
de filtração;
- Verificar a eficiência de filtração de água de despolpa de café avaliando as
características físico-químicas da água antes e após a filtração;
- Verificar se o efluente (filtrado) atenderá aos padrões do CONAMA para
lançamento nos corpos d’água.
26
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Local do experimento
O experimento foi montado na Fazenda Três Barras, no município de Entre
Folhas – MG, aproveitando os resíduos líquidos gerados numa propriedade de 100 mil
pés de café que utiliza o processamento dos frutos por via úmida, gerando média, 4
litros de ARC para cada litro de frutos despolpado.
4.2 Experimento
4.2.1 Materiais filtrantes
No experimento foram utilizados resíduos orgânicos para montagem dos filtros,
respectivamente, o pergaminho e o pergaminho + casca do fruto do cafeeiro,
procedendo previamente a trituração e o peneiramento. Esses resíduos foram utilizados
pelo fato de serem gerados na própria atividade e além da necessidade de se efetuar
tratamento para posterior descarte, não implica em custo adicional com a sua aquisição.
A trituração e o peneiramento desses materiais foi feito com base na escolha da
granulométria para a montagem do filtro levando-se em consideração os resultados
obtidos por Lo MÔNACO (2001), que recomenda o uso de granulometrias entre 2,0 e
27
3,0 mm por serem as que proporcionam maior eficiência de filtração sem, contudo,
aumentar em demasia a perda de carga no sistema.
Apesar dos resultados obtidos por Lo MÔNACO (2001), que recomenda o uso de
granulometrias entre 2,0 e 3,0 mm para montagem de filtros orgânicos, optou-se
também por testar o pergaminho sem triturar, pelo fato desse resíduo apresentar nas
condições em que é descartado no processo de beneficiamento dos frutos de café,
granulometria próximo a 3,0 mm, neste caso dispensado o manuseio com trituração e
peneiramento.
A análise química do material filtrante (pergaminho e pergaminho + casca do
fruto do cafeeiro) foi feita através da digestão nitroperclórica
(MALAVOLTA et al., 1989) que visa determinar os seguintes elementos químicos:
cálcio, magnésio, cobre, ferro, manganês, zinco, cromo, níquel, cádmio, chumbo.
A marcha analítica para a digestão desses materiais consistiu: 1) pesagem de 0,5 g
de material vegetal seco na estufa a 65°C e colocar em um erlemeyer; 2) adicionar 10
mL da mistura ácido nítricoperclórico 3:1; 3) aquecer na chapa a uma temperatura de
aproximadamente 150°C; 4) quando restar no erlemeyer aproximadamente 3 mL e
estiver fumegando, retirar da chapa; 5) completar o volume com água destilada para
50mL e reservar extrato para leitura; 6) fazer a leitura em espectrofotômetro de
absorção atômica..
4.2.2 Ensaio de compressão
Considerando que a ação mecânica de eliminação dos SS por filtração está
baseada no princípio de que um meio poroso pode reter impurezas de dimensões
menores do que as dos poros da camada filtrante (POVINELLI & MARTINS, 1973),
foram feitos ensaios com o pergaminho no Laboratório de Avaliação de Resistência de
Materiais, do Departamento de Engenharia Civil da UFV, utilizando a prensa CBR
(FIGURA 4).
28
FIGURA 4: Prensa CBR do Laboratório de Avaliação de Resistência de Materiais – DEC/UFV utilizada nos ensaios de compressão do pergaminho do fruto do cafeeiro.
Este procedimento foi feito no sentido de determinar a melhor relação entre
eficiência de remoção e a redução do volume em função da tensão aplicada sobre a
coluna filtrante, pois a forma como o pergaminho será disposto no interior da coluna
filtrante tem influência direta sobre a eficiência operacional do filtro, uma vez que
interfere, diretamente no grau de deformação de cada filtro e, portanto, na porosidade
do material filtrante.
O material orgânico, após ser submetido às diferentes intensidades de compressão
foi avaliado quanto à permeabilidade, sendo utilizada a ARC como líquido de
penetração. Amostras do afluente e do efluente foram coletadas para determinação da
eficiência de filtração do material no que se refere a SS, seguindo-se metodologia
descrita em APHA (1995).
O trabalho de pesquisa foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa foram
realizados ensaios submetendo o pergaminho a diferentes taxas de compressões para
reduzir o volume em respectivamente 5, 10, 15, 20, 25 e 28 %.
29
O ensaio de compressão indicará a melhor faixa de redução de volume do
pergaminho para acondicionamento no filtro, de modo a proporcionar a melhor relação
entre permeabilidade com eficiência de filtração, uma vez que a forma como esse
material foi disposto no interior da coluna filtrante interfere, diretamente, em sua
porosidade.
Na segunda etapa do experimento, para cada ensaio de compressão, de acordo
com o grau de compactação a que coluna filtrante foi submetida, foi feita à operação
desses filtros orgânicos aplicando-se sobre esses corpos de prova, a água residuária da
despolpa de frutos de cafeeiro. As amostras do afluente e do efluente foram coletadas e
encaminhadas para o Laboratório de Qualidade da Água do Departamento de
Engenharia Agrícola da UFV, para avaliar a eficiência do pergaminho em remover SS.
Depois de suplantada a capacidade filtrante dos materiais utilizados, a eficiência
de tratamento deverá diminuir, pois grande parte de seu espaço poroso ficará ocupado
pelos sólidos retidos, o que tornará necessária à substituição do filtro em intervalos
definidos de tempo.Esses filtros substituidos constituem lotes de material a ser
compostado.
4.2.3 Aparato experimental
O experimento foi composto por 6 tratamentos, sendo testados 2 materiais
filtrantes (pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro) e 3 intervalos de
tamanhos de partículas.
Os resíduos orgânicos foram triturados utilizando o desintegrador/ picador/
moedor (DPM) n° 01, equipamento constituído de 4 conjuntos de 3 martelos (total de
12 martelos), sem peneira e motor de 5 cv. Depois de triturado, cada material foi
peneirado em diferentes malhas, de forma se obter as três intervalos granulométricos
(>6 mm; de 6 a 4 mm e 4 a 2 mm), para isso foram usadas peneiras encontradas no
mercado, respectivamente, para peneirar café - PC (malha no 4), feijão - PF (malha no 6)
e arroz - PA (malha no 10). A escolha dos intervalos granulométricos para os materiais
filtrantes avaliados (pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro) foi baseada
nos resultados obtidos por MATOS e Lo MÔNACO (2003) para serragem de madeira,
bagaço de cana-de-açúcar e sabugo de milho, que recomendaram o uso de
granulometrias entre 2,5 e 5,0 mm por serem as que proporcionaram maior eficiência de
30
filtração sem, contudo, aumentar em demasia a perda de carga no sistema.
Salienta-se que o processo de secagem e beneficiamento dos frutos de cafeeiro,
que não foram despolpados, gera resíduos. Esses resíduos são formados por uma
mistura de pergaminho + casca, predominando a casca sobre o pergaminho em função
da própria composição do fruto do cafeeiro.
A FIGURA 5 apresenta o pergaminho, após peneiramento em três diferentes
granulometrias, antes de ser utilizado como material filtrante.
A B C
FIGURA 5: Pergaminho do fruto do cafeeiro preparado sob diferentes granulometrias, após retenção em diferentes malhas; A = malha no 4 (6 mm); B = malha no 6 (4 mm); C = malha no 10 (2 mm).
A FIGURA 6 apresenta pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, após
peneiramento em três diferentes granulometrias, antes de ser utilizado como material
filtrante.
D E F
FIGURA 6: Pergaminho + casca do fruto do cafeeiro preparado sob três diferentes granulometrias, após retenção em diferentes malhas; D = malha no4 (6 mm); E = malha no 6 (4 mm); F = malha no 10 (2 mm).
As colunas de filtração foram montadas em tubos de PVC de diâmetro de 100 mm
31
e comprimento de 600 mm (BRANDÃO, 1999). Segundo MAGALHÃES (2002), deve
ser considerado que a forma como os resíduos são dispostos no interior de cada coluna
filtrante tem influência direta sobre a eficiência operacional do filtro, uma vez que
interfere, diretamente, em sua porosidade. Foram realizados ensaios nos materiais
filtrantes reduzindo o volume do filtro e avaliando os efeitos de diferentes compressões
no grau de deformação de cada filtro e na porosidade do material filtrante. Isso visa
determinar as faixas recomendáveis e os pontos ótimos de compressão de cada material
para uso em filtros orgânicos.
Os materiais orgânicos, após serem submetidos às diferentes intensidades de
compressão foram avaliados quanto a permeabilidade, sendo utilizado a ARC como
líquido de penetração. Amostras do afluente e do efluente foram coletados para
determinação da eficiência de filtração do material no que se refere a sólidos em
suspensão (SS), seguindo a metodologia descrita em APHA (1995).
Para caracterização das concentrações de SS e ST das ARC bruta foi coletada uma
amostra na caixa de 3.000 litros, efetuando-se previamente a homogeneização da
mesma, considerando que a água residuária em repouso parte dos sedimentos decantam.
As amostras do efluente dos filtros foram coletadas a cada 30 minutos, possibilitando a
determinação da lâmina filtrada.
Os dados de concentração de SS e ST do efluente (C) dos filtros foram divididos
pela concentração média desses parâmetros no afluente (Co), para se obter os valores da
concentração relativa (C/Co), que representa o percentual de sólidos retidos nos filtros.
O período de operação dos filtros foi condicionado à observação dos valores de
perda de carga nos filtros monitorado por meio da vazão. A operação dos filtros foi
encerrada no momento em que a vazão passou a ser demasiadamente lenta, em seguida
foi avaliado o desempenho dos filtros em reter SS e ST das águas residuárias em
resposta ao tempo de operação dos filtros para os diferentes substratos utilizados no
experimento.
Foi usado o Sistema para Análise Estatística SAEG 9.0 para avaliar o nível de
remoção de SS e ST da ARC dos dois materiais orgânicos (pergaminho e pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro), preparados em três diferentes granulometrias. Os dados
foram distribuídos em parcelas sub-dividida para analisar individualmente os
parâmetros supra mencionados, bem como analisar suas interações.
Para realização do experimento foi confeccionada uma estrutura onde foi
32
instalada uma caixa com capacidade de 3000 L, sendo depositado no seu interior a ARC
e periodicamente agitada manualmente, com auxílio de uma haste de madeira, de forma
a impedir que ocorresse a sedimentação de resíduos. Na base dessa caixa foi instalado
um registro para regular a vazão de saída de ARC e através de mangueira foi
transportada, por gravidade, até o topo da coluna filtrante, sendo distribuída de forma
descendente. A cada intervalo de 30 minutos foram coletados amostras do efluente (50
mL) para análise de ST e SS. Para captação das amostras do efluente foram instaladas
torneiras na base de cada coluna filtrante .
A FIGURA 7 mostra a estrutura montada para efetuar a filtração da ARC.
FIGURA 7: Estrutura montada para filtração da ARC, vendo-se no plano superior a caixa de armazenagem e distribuição por gravidade da ARC e, no plano inferior, as colunas filtrantes e na base de cada coluna as torneira para a saída do efluente e recolhimento das amostras.
O material filtrante foi acondicionado nas colunas de forma gradual, em camadas,
sob compressão a 12,5 N m-², até ser atingida a altura de 50 cm (BRANDÃO, 1999). A
periferia dos materiais, durante preenchimento, foi comprimida com as pontas dos
dedos visando à minimização do fluxo preferencial. Para evitar a flutuação do material
ao receber a água residuária foi usada uma tela nylon de 20 mm de malha na parte
superior da coluna.
4.3 Caracterização físico-química do afluente e efluente
33
As colunas de filtração foram preenchidas e operadas com pergaminho e
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro. Em seguida, as colunas foram preenchidas
com ARC até cobrir o material filtrante quando, então, abriu-se o registro de saída do
filtrado, permitindo a coleta do efluente na parte inferior da coluna. Nesse momento,
abriu-se o registro de alimentação do afluente, acionou-se o cronômetro e mediu-se o
tempo para a coleta de efluente, com o objetivo de se determinar a taxa de filtração do
líquido no filtro. O escoamento foi mantido na condição permanente, em meio saturado,
durante toda a fase de filtração ARC.
Foram retiradas amostras do afluente e do efluente em alíquotas de 50 mL, que
foram acondicionadas em “freezer” (- 4°C) para posterior análise físico-química. No
restante das amostras foi determinada a condutividade elétrica (CE), usando-se um
condutivímetro digital marca Orion, modelo 125, cuja leitura foi ajustada para 25o C.
Nas amostras do afluente e dos efluentes de cada filtro foram determinadas as
concentrações de SS, ST e pH, segundo metodologia recomendada pela APHA (1995),
no Laboratório de Qualidade da Água do Departamento de Engenharia Agrícola da
UFV.
O teor de N-total foi determinado pelo método de Kjeldahl
(TEDESCO et al., 1985). As concentrações de Ca²+, Mg²+, Cu²+ e Zn²+ foram
determinadas por espectrofotometria de absorção atômica; as concentrações de K+ e Na+
foram determinadas por fotometria de emissão de chama e, o Ptotal, por colorimetria pelo
método do ácido ascórbico modificado por BRAGA e DEFELIPO (1974).
Os filtros foram operados até perderem a capacidade de filtração, isto é, quando o
volume de ARC filtrado por unidade de tempo é tão baixa que não justifica manter o
filtro operando.
34
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Ensaio de compressão dos materiais filtrantes
Esse ensaio permitiu avaliar o comportamento dos filtros de acordo com os
procedimentos de montagem e com o grau de compactação aplicado sobre o material
utilizado nas colunas filtrantes, quanto à eficiência de remoção de SS das águas
residuárias da despolpa de café.
O ensaio de deformação de pergaminho do fruto de cafeeiro tanto para o
pergaminho triturado como para o pergaminho sem triturar é apresentado na
TABELA 5.
TABELA 5: Ensaio de deformação de pergaminho do fruto de cafeeiro
Pergaminho triturado
Pergaminho sem triturar Redução do volume (%)
------------------Kgf cm-2---------------- 5 0,032 0,026 10 0,074 0,059 15 0,161 0,116 20 0,256 0,229 25 0,512 0,499 28 0,541 0,533
35
Aumento nas cargas aplicadas sobre o corpo de ensaio implicou em aumento na
redução no volume, tanto para pergaminho do fruto do cafeeiro triturado como para o
pergaminho sem triturar.
A concentração de SS do efluente do filtro de pergaminho triturado e do
pergaminho sem triturar quando submetidos à diferentes cargas aplicadas sobre o corpo
de ensaio está apresentado na TABELA 6.
TABELA 6: Concentração de SS do afluente e do efluente do filtro de pergaminho triturado e do pergaminho sem triturar quando submetidos à aplicação de diferentes cargas
ARC Redução do volume (%)
Concentração de SS
(mg L-1)
Relação C/Co
%
Eficiência % remoção SS (1-
C/Co) 100 Material orgânico
Afluente (Co) - 3010 - -
10 2000 66,4 33,6 15 1790 59,4 40,6 20 1640 54,5 45,5 25 1470 48,8 51,2
pergaminho triturado Efluente (C)
28 1460 48,5 51,5 10 2960 98,3 1,7 15 2810 93,3 6,7 20 2630 87,3 12,7 25 2030 78,5 21,5
filtro de pergaminho sem triturar
Efluente (C)
28 1730 57,5 42,5
Para o nível de 28% de redução do volume do filtro foi necessário aplicar taxas de
compressão de 0,512 a Kgf cm-2 (pergaminho triturado) e de 0,533 Kgf cm-2
(pergaminho sem triturar) para se obter respectivamente 51,2 e 42,5 % de eficiência
para a filtração das águas residuárias de despolpa de café para fins de fertirrigação,
notadamente em sistemas de irrigação. Apesar da compressão aplicada sobre o filtro de
pergaminho triturado ser menor, para se obter o mesmo nível de redução do volume do
filtro, a eficiência de filtração chega a ser 1,2 vezes maior que os filtros montados com
o pergaminho sem triturar. Este fato deve-se à granulometria do resíduo permitir uma
melhor acomodação das camadas em virtude do material apresentar maior
uniformidade, face ao procedimento de trituração e peneiramento permitirem uma
36
melhor acomodação das camadas, e, portanto, maior capacidade de remoção de SS.
As colunas de filtração montadas com pergaminho sem triturar quando
submetidas a baixas taxas de compressão, apresentam pequena eficiência para efetuar a
filtração das águas residuárias dos frutos de café. Nessa mesma condição o pergaminho
triturado apresenta uma eficiência aproximadamente 20 vezes maior.
A eficiência dos filtros orgânicos para remoção de SS da água residuária da
despolpa do café, utilizando pergaminho como material filtrante (Relação C/Co), variou
de acordo com a redução do volume da coluna filtrante, isto é , para maiores pressões
aplicadas sobre o corpo de ensaio, maiores reduções nos volumes dos filtros.
A redução do volume do filtro afeta a sua porosidade, quando se aplicam maiores
pressões sobre os filtros pode-se obter melhor qualidade da filtração (maior remoção de
SS), por outro lado a capacidade filtrante diminui com o tempo. Deste modo a
quantidade filtrada é inversamente proporcional a qualidade da água residuária filtrada.
A filtração da ARC proporciona o enriquecimento do filtro com elementos
químicos e após este perder a sua capacidade filtrante, pela obstrução dos poros pelos
SS da ARC, e retirado da coluna filtrante, recomenda-se que seja tratado pelo processo
de compostagem.. A avaliação do potencial de uso de resíduos de café como filtros para
tratamento de água residuária da cafeicultura, permitindo produção de adubos orgânicos
de elevado valor fertilizante que, quando aplicados ao solo em taxas adequadas, torna-se
excelente opção para a disposição desses resíduos no ambiente.
Na TABELA 7 é apresentada a taxa de filtração da ARC no filtro de pergaminho
levando em consideração a vazão inicial, vazão final e o tempo de operação do filtro.
TABELA 7: Taxa de filtração da ARC no filtro de pergaminho levando em consideração a vazão inicial, vazão final e o tempo de operação do filtro.
Malha Vazão Inicial (L s-¹)
Vazão Final (L s-¹)
Tempo de operação (min)
Malha no 4 0,041 0,036 120 Malha no 6 0,032 0,029 90 Malha no 10 0,022 0,013 60
37
Na primeira etapa, foi avaliado inicialmente o pergaminho cuja granulometria
ficou retida na peneira de café malha no 4, o filtro operou durante 120 minutos, tendo
uma vazão média inicial de 0,041 L s-¹e uma vazão média final de 0,036 L s-¹.
Em seguida foi avaliado o pergaminho cuja granulometria ficou retida na peneira
de feijão, malha no 6, o filtro operou durante 90 minutos, tendo uma vazão média inicial
de 0,032 L s-¹e uma vazão média final de 0,029 L s-¹.
E por último foi avaliado o pergaminho cuja granulometria ficou retido na peneira
de arroz, malha no 10. Esse filtro operou durante 60 minutos, tendo uma vazão média
inicial de 0,022 L s-¹e uma vazão média final de 0,013 L s-¹. A vazão e o volume filtrado
por unidade de tempo foi muito baixo quando comparado com as outras duas etapas,
ainda que a qualidade de filtração da ARC fosse alta.
Na TABELA 8 é apresentada a taxa de filtração da ARC no filtro de pergaminho
+ casca do fruto do cafeeiro, levando em consideração a vazão inicial, vazão final e o
tempo de operação do filtro.
TABELA 8: Taxa de filtração da ARC no filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro levando em consideração a vazão inicial, vazão final e o tempo de operação do filtro.
Malha Vazão Inicial (L s-¹)
Vazão Final (L s-¹)
Tempo de operação (min)
Malha no 4 0,019 0,011 120 Malha no 6 0,014 0,006 90 Malha no 10 0,013 0,007 30
Na segunda etapa, foi avaliado inicialmente o pergaminho + casca dos frutos de
cafeeiro cuja granulometria ficou retida na peneira malha no 4, o filtro operou durante
120 minutos, tendo uma vazão média inicial de 0,019 L s-¹ e vazão média final de
0,011 L s-¹.
Verificou-se que a vazão da ARC para translocar a coluna filtrante é baixa porque
a casca dos frutos do cafeeiro, uma vez umidecida ocorre expansão do seu volume com
influência direta sobre a porosidade desse material filtrante. Este aspecto implica em
redução do fluxo da ARC para translocar na coluna filtrante e, portanto, de sua vazão.
38
Logo, o pergaminho + casca em relação ao pergaminho é um material de maior
expansão.
Quando a coluna filtrante está sendo preenchida com o pergaminho pode-se
verificar que, ao fazer a compreensão sobre esse material e cessado, o material tende a
voltar parcialmente as condições iniciais em relação ao volume, diferente do que ocorre
com o material pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
Conforme descrito na metodologia, à carga aplicada sobre o material filtrante
acondicionado no interior da coluna, para a mesma quantidade de material usado, a
redução de volume do pergaminho + casca do fruto do cafeeiro é maior do que apenas
do pergaminho. Logo, a causa da não eficiência de filtração, em termos de vazão, é
devido expansão do material filtrante (pergaminho + casca do fruto do cafeeiro).
Em seguida foi avaliado o pergaminho + casca, cuja granulometria ficou retida na
peneira malha no 6. Esse filtro operou durante 90 minutos, tendo uma vazão inicial de
0,014 L s-¹e uma vazão final de 0,006 L s-¹.
Também pode observar que a vazão de entrada na coluna filtrante da ARC foi
muito pequena em relação ao material de pergaminho.
E por último foi avaliado o pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, cuja
granulometria desse material foi peneirado na peneira malha no 10. Esse filtro operou
durante 30 minutos, tendo uma vazão média inicial de 0,013 L s-¹e uma vazão média
final de 0,007 L s-¹.
5.2 Caracterização química dos resíduos orgânicos utilizados como materiais filtrantes
Os resultados da caracterização química dos resíduos orgânicos utilizados como
materiais filtrantes, obtidos através da digestão nitroperclórica, se encontram na
TABELA 9.
TABELA 9: Composição química dos materiais filtrantes submetidos a digestão nitroperclórica no laboratório de solos da UFV.
39
Elemento químico Pergaminho (mg kg-1)
pergaminho + Casca
(mg kg-1) Cu 7,7 8,5 Mn 18,9 16,3 Fe 166,4 50,4 Zn 3,7 2,4 Cr 0 0 Ni 0 0 Cd 0 0 Pb 0 0 Ca 1981,2 2688,3 Mg 755,8 859,0
A avaliação da composição química dos materiais filtrantes constitui-se numa
etapa importante para comparações futuras entre a qualidade da ARC bruta e após
filtração. Se o efluente apresentar acréscimo de elementos químicos na sua composição,
pode-se afirmar que esse acréscimo ocorreu pela liberação de elementos químicos
presentes no próprio material filtrante, transportados durante a passagem da água
residuária pela coluna filtrante.
Os resultados da caracterização química dos resíduos orgânicos obtidos através da
digestão nitroperclórica revelaram a composição mineralógica do pergaminho e do
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, razão pela qual deve ser dada atenção especial
concentrações desses elementos químicos, presentes para que não ocorra contaminação
do efluente.
De acordo com Lo MÔNACO (2001) alguns materiais orgânicos utilizados como
filtros podem liberar elementos durante o processo de lavagem ou lixiviação de solutos
do material filtrante, ocorreram alguns acréscimos nas concentrações dos primeiros
volumes filtrados.
40
5.3 Operação dos filtros orgânicos
Durante a operação dos filtros foram avaliados os níveis de remoção de SS e ST
da ARC pelos filtros orgânicos. Observou-se que a taxa de filtração da ARC nos filtros
diminuiu com o tempo de operação dos filtros de pergaminho e pergaminho + casca dos
grãos de café.
No início, quando os poros dos materiais filtrantes estavam totalmente
desobstruídos, a taxa de filtração era alta e, a perda de carga nos filtros baixa. Com o
tempo de operação dos filtros, os poros foram sendo obstruídos pelos SS da ARC e,
com isso, a perda de carga foi aumentando e a taxa de filtração foi reduzindo, conforme
apresentado nas Tabelas 9 e 10.
As concentrações relativas (C/Co) SS e ST dos filtros expressam a relação entre a
concentração de SS e ST no efluente e no afluente. Assim, um valor de C/C0 menor que
um significa que o efluente contém uma menor concentração do atributo que o afluente.
5.3.1 Remoção de Sólidos em Suspensão
Os resultados de concentração de SS no efluente (C) dos filtros de pergaminho
estão apresentados na TABELA 10.
TABELA 10: Concentração de SS no efluente (C) dos filtros de pergaminho
Tempo operação Granulometria repetição Concentração SS média
0 1 1 1,0010 0 1 2 0,9675 0 1 3 0,9177
0,9621
0 2 1 1,6850 0 2 2 1,7139 0 2 3 1,5743
1,6577
0 3 1 0,9230 0 3 2 0,8990 0 3 3 1,0050
0,9423
41
Tabela 10 – Cont.
30 1 1 0,6790 30 1 2 0,5971 30 1 3 0,6345
0,6369
30 2 1 0,4538 30 2 2 0,5816 30 2 3 0,5721
0,5358
30 3 1 0,5360 30 3 2 0,6017 30 3 3 0,5955
0,5777
60 1 1 0,5968 60 1 2 0,6160 60 1 3 0,6045
0,6058
60 2 1 0,4542 60 2 2 0,4515 60 2 3 0,4510
0,4522
60 3 1 0,4464 60 3 2 0,4163 60 3 3 0,4025
0,4217
90 1 1 - 90 1 2 - 90 1 3 -
-
90 2 1 0,3465 90 2 2 0,3460 90 2 3 0,3445
0,3457
90 3 1 0,4065 90 3 2 0,3945 90 3 3 0,3645
0,3885
120 1 1 - 120 1 2 - 120 1 3 -
-
120 2 1 - 120 2 2 - 120 2 3 -
-
120 3 1 0,3298 120 3 2 0,3245 120 3 3 0,3192
0,3245
Legenda: Granulometria 1 - material processado na peneira de arroz (PA) / malha n0 10 Granulometria 2 - material processado na peneira de feijão (PF) / malha n0 6 Granulometria 3 - material processado na peneira de café (PC) / malha n0 4
42
Na FIGURA 8 os dados obtidos estão apresentados na forma de curvas da
concentração de SS como função do tempo de operação do filtro de pergaminho.
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
0 30 60 90 120Tempo (min)
Conc
entra
ção
SS (m
g L-1
)
PC PF PA
FIGURA 8: Concentração de SS em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho.
As concentrações relativas (C/C0) encontradas no efluente dos filtros estão
apresentadas na TABELA11 para o pergaminho do fruto do cafeeiro.
TABELA 11: Concentração relativa (C/C0) de SS no efluente das colunas filtrantes de pergaminho do fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros
Granulometria Amostra ARC Tempo de coleta (min)
Concentração SS
(mg L-1) Relação C/Co
Eficiência %
C 0 1,6620 - - 0 0,9621 0,58 42
30 0,6369 0,38 62 material
processado na peneira de arroz (PA) / malha 10
Co 60 0,6058 0,36 64
0 1,6577 1,00 0 30 0,5358 0,32 68
material processado na
peneira de feijão (PF) / malha 6
Co
60 0,4522 0,27 73
43
(PF) / malha 6 90 0,3457 0,21 79 TABELA 11 – cont.
Granulometria Amostra ARC Tempo de coleta (min)
Concentração SS(mg L-1) Relação C/Co Eficiência
% 0 0,9423 0,57 43
30 0,5777 0,35 65 60 0,4217 0,25 75 90 0,3885 0,23 77
material processado na peneira de café (PC) / malha 4
Co
120 0,3245 0,20 80
Conforme apresentado na TABELA 11, a concentração relativa de SS no efluente
das colunas filtrantes de pergaminho dos grãos de café diminui com o tempo de
operação dos filtros, isto é, com a redução da porosidade dos filtros, uma vez que SS
das ARC ficaram retidos no material do filtro. A eficiência média de remoção de SS de
ARC nos filtros de pergaminho alcançou 42% (inicial) a 64% (final) da concentração
relativa no efluente o material peneirado na peneira malha n0 10 (PA). Para a malha n0 6
(PF) não obteve-se eficiência inicial e no final da filtração a eficiência foi de 64% da
concentração relativa no efluente. Para a malha n0 4 (PC) eficiência inicial foi de 43% e
eficiência final de 80% da concentração relativa no efluente.
O resultado de concentração de SS no efluente (C) dos filtros de pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro estão apresentados na TABELA 12.
TABELA 12: Concentração de SS no efluente (C) dos filtros de pergaminho + casca
Tempo operação Granulometria repetição Concentração SS média 0 1 1 1,7750 0 1 2 2,5750 0 1 3 2,1750
2,1750
0 2 1 3,1850 0 2 2 3,1350 0 2 3 2,7150
3,0117
0 3 1 1,7900 0 3 2 1,7900 0 3 3 1,3250
1,6350
30 1 1 1,1350 30 1 2 1,1201 30 1 3 1,0876
1,1142
44
TABELA 12 – Cont.
Tempo operação Granulometria repetição Concentração SS média 30 2 1 0,6300 30 2 2 0,8100 30 2 3 0,7200
0,7200
30 3 1 0,7350 30 3 2 0,7000 30 3 3 0,6650
0,7000
60 1 1 - 60 1 2 - 60 1 3 -
-
60 2 1 0,5200 60 2 2 0,5150 60 2 3 0,5100
0,5150
60 3 1 0,6400 60 3 2 0,6300 60 3 3 0,6250
0,6317
90 1 1 - 90 1 2 - 90 1 3 -
-
90 2 1 0,4650 90 2 2 0,4600 90 2 3 0,4450
0,4567
90 3 1 0,5650 90 3 2 0,5450 90 3 3 0,4500
0,5200
120 1 1 - 120 1 2 - 120 1 3 -
-
120 2 1 - 120 2 2 - 120 2 3 -
-
120 3 1 0,4980 120 3 2 0,5245 120 3 3 0,4915
0,5047
Legenda: Granulometria 1 - material processado na peneira de arroz (PA) / malha n0 10 Granulometria 2 - material processado na peneira de feijão (PF) / malha n0 6 Granulometria 3 - material processado na peneira de café (PC) / malha n0 4
Na FIGURA 9 os dados obtidos estão apresentados na forma de curvas da
concentração de SS como função do tempo de operação do filtro de pergaminho + casca
do fruto do cafeeiro.
45
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Conc
entra
ção
SS (m
g L-1
)
PC PF PA
FIGURA 9: Concentração de SS em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
As concentrações relativas (C/C0) encontradas no efluente dos filtros estão
apresentadas na TABELA 13 para o pergaminho + casca dofruto do cafeeiro.
TABELA 13: Concentração relativa (C/C0) de SS no efluente das colunas filtrantes de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros
Granulometria Amostra ARC Tempo de coleta (min)
Concentração SS
(mg L-1)
Relação C/Co
Eficiência%
C 3,1110 - - 0 2,1750 0,70 30
material processado na peneira de arroz
(PA) / malha 10 Co 30 1,1142 0,36 64 0 3,0117
0,97 3 30 0,7200 0,23 77 60 0,5150 0,17 83
material processado na peneira de feijão
(PF) / malha 6 Co
90 0,4567 0,15 85 0 1,6350 0,53 47
30 0,7000 0,23 77 60 0,6317 0,20 80 90 0,5200 0,17 83
material processado na peneira de café
(PC) / malha 4 Co
120 0,5047 0,16 84
46
Conforme apresentado na TABELA 13, a concentração relativa de SS no efluente
das colunas filtrantes de pergaminho dos grãos de café diminui com o tempo de
operação dos filtros, isto é, com a redução da porosidade dos filtros, uma vez que SS
das ARC ficaram retidos no material do filtro.
A eficiência média de remoção de SS de ARC nos filtros de pergaminho + casca
do fruto do cafeeiro alcançou 30% (inicial) a 64% (final) da concentração relativa no
efluente o material peneirado na peneira malha n0 10 (PA). Para a malha n0 6 (PF) a
eficiência inicial foi de 3% e no final da filtração a eficiência foi de 85% da
concentração relativa no efluente. Para a malha n0 4 (PC) eficiência inicial foi de 47% e
eficiência final de 84% da concentração relativa no efluente
Obteve-se, após 30 minutos de operação dos filtros, maior regularidade e
estabilidade na taxa de filtração dos filtros nos materiais avaliados. O valor da taxa de
filtração de ARC que pode ser considerada estável em filtros de pergaminho e
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro é de respectivamente, 0,6 e 0,3 L s-1 m-2.
A análise de variância para a concentração de SS da ARC nos filtros de
pergaminho e de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro está apresentada no
ANEXO 1.
As equações de regressão para a variável concentração de SS em função da
granulometria e do tempo de operação dos filtros dos materiais orgânicos estudados
estão apresentados na TABELA 14.
TABELA 14: Equações de regressão ajustadas para a variável concentração de SS em função da granulometria do material filtrante e do tempo de operação do filtro dos materiais orgânicos estudados
Materiais orgânicos Equações ajustadas R2
Pergaminho CSS = - 0,93525 + 2,48779**G – 0,62319**G2 + 5,30418**T - 0,00031**T2 - 0,08224**GT + 2,02247**G2T + 0,00048**GT2 - 0,00012**G2T2
0,93
Pergaminho + casca de grãos de café
CSS = 26,5449 – 0,0384920**T + 0,000228771 ** T2 – 0.264060E **G 0,75
CSS = Concentração de SS T = tempo G = granulometria
47
Na FIGURA 10 estão apresentadas, respectivamente às superfícies de resposta da
concentração de SS da ARC dos filtros de pergaminho e de pergaminho + casca do fruto
do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros orgânicos e da granulometria
do filtrante.
pergaminho
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro
FIGURA 10: Superfície de resposta da concentração de SS em função do tempo de operação e da granulometria do material filtrante.
5.3.2 Remoção de Sólidos Totais
48
Os resultados de concentração de ST no efluente (C) dos filtros de pergaminho
estão apresentados na TABELA 15.
TABELA 15: Concentração de ST no efluente (C) dos filtros de pergaminho
Tempo operação Granulometri
a repetição Concentração ST média 0 1 1 12,0750 0 1 2 10,9350 0 1 3 12,0825
11,6975
0 2 1 6,8700 0 2 2 5,6850 0 2 3 5,8475
6,1342
0 3 1 12,3550 0 3 2 12,4500 0 3 3 12,4801
12,4284
30 1 1 2,9100 30 1 2 2,5375 30 1 3 3,1244
2,8573
30 2 1 2,3625 30 2 2 2,2925 30 2 3 2,4175
2,3575
30 3 1 3,3700 30 3 2 3,2103 30 3 3 3,8243
3,4682
60 1 1 2,1100 60 1 2 2,0775 60 1 3 2,1000
2,0958
60 2 1 1,9475 60 2 2 1,5323 60 2 3 1,7367
1,7388
60 3 1 2,3200 60 3 2 2,2203 60 3 3 2,2175
2,2526
90 1 1 - 90 1 2 - 90 1 3 -
-
TABELA 15 – Cont.
49
Tempo operação Granulometri
a repetição Concentração ST média 90 2 1 1,4281 90 2 2 1,3125 90 2 3 1,5075
1,4160
90 3 1 2,1802 90 3 2 2,2215 90 3 3 2,1987
2,2001
120 1 1 - 120 1 2 - 120 1 3 -
-
120 2 1 - 120 2 2 - 120 2 3 -
-
120 3 1 2,1350 120 3 2 2,1625 120 3 3 2,1456
2,1477
Legenda: Granulometria 1 - material processado na peneira de arroz (PA) / malha n0 10 Granulometria 2 - material processado na peneira de feijão (PF) / malha n0 6 Granulometria 3 - material processado na peneira de café (PC) / malha n0 4
Na FIGURA 11 os dados obtidos estão apresentados na forma de curvas da
concentração de ST como função do tempo de operação do filtro de pergaminho.
02468
101214
0 30 60 90 120Tempo (min)
Conc
entra
ção
ST (m
g L-1
)
PC PF PA
FIGURA 11: Concentração de ST em função do tempo de operação dos filtros de pergaminho.
As concentrações relativas (C/C0) encontradas no efluente dos filtros estão
apresentadas na TABELA 16 para o pergaminho.
50
TABELA 16: Concentração relativa (C/C0) de ST no efluente das colunas filtrantes de pergaminho, em função do tempo de operação dos filtros
Granulometri
a Amostra ARC Tempo de
coleta (min) Concentração ST
(mg L-1) Relação
C/Co
Eficiência %
C 12,5120 - -
0 11,6975 0,93 7
30 2,8573 0,23 77
Material processado na
peneira de arroz (PA)/ malha no 10
Co
60 2,0958 0,17 83
0 6,1342 0,49 51
30 2,3575 0,19 81
60 1,7388 0,14 86
Material processado na
peneira de feijão (PF)/ malha no 6
Co
90 1,4160 0,11 89
0 12,4284 0,99 1
30 3,4682 0,28 72
60 2,2526 0,18 82
90 2,2001 0,18 82
Material processado na peneira de café (PC)/ malha no
4
Co
120 2,1477 0,17 83
Conforme apresentado na TABELA 16, a concentração relativa de ST no efluente
das colunas filtrantes de pergaminho dos grãos de café diminui com o tempo de
operação dos filtros, isto é, com a redução da porosidade dos filtros, uma vez que ST
das ARC ficaram retidos no material do filtro.
A eficiência média de remoção de ST de ARC nos filtros de pergaminho alcançou
7% (inicial) a 83% (final) da concentração relativa no efluente o material peneirado na
peneira malha n0 10 (PA). Para a malha n0 6 (PF) a eficiência inicial foi de 51% e no
final da filtração a eficiência foi de 89% da concentração relativa no efluente. Para a
malha n0 4 (PC) eficiência inicial foi de 1% e eficiência final de 83% da concentração
relativa no efluente
O resultado de concentração de ST no efluente (C) dos filtros de pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro estão apresentados na TABELA 17.
TABELA 17: Concentração de ST no efluente (C) dos filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro
51
Tempo operação Granulometri
a repetição Concentração ST média 0 1 1 53,5325 0 1 2 50,7600 0 1 3 52,9751
52,4225
0 2 1 40,9225 0 2 2 40,5300 0 2 3 34,2600
38,5708
0 3 1 77,7300 0 3 2 75,9800 0 3 3 76,4321
76,7140
30 1 1 13,7725 30 1 2 15,7025 30 1 3 14,6540
14,7097
30 2 1 6,6700 30 2 2 6,1325 30 2 3 8,2835
7,0287
30 3 1 9,9575 30 3 2 9,8925 30 3 3 14,5075
11,4525
60 1 1 13,7725 60 1 2 15,7025 60 1 3 14,6540
-
60 2 1 3,4662 60 2 2 3,6678 60 2 3 3,5901
3,5747
60 3 1 4,3375 60 3 2 3,8600 60 3 3 3,9879
4,0618
90 1 1 13,7725 90 1 2 15,7025 90 1 3 14,6540
-
90 2 1 3,3350 90 2 2 3,4350 90 2 3 3,2250
3,3317
90 3 1 3,6550 90 3 2 3,6661 90 3 3 3,7808
3,7006
120 1 1 13,7725 120 1 2 15,7025 120 1 3 14,6540
-
120 2 1 3,3350 120 2 2 3,4350 120 2 3 3,2250
-
120 3 1 3,4050 120 3 2 3,1025 120 3 3 2,8275
3,1117
Legenda: Granulometria 1 - material processado na peneira de arroz (PA) / malha no 10 Granulometria 2 - material processado na peneira de feijão (PF) / malha no 6 Granulometria 3 - material processado na peneira de café (PC) / malha no 4
52
Na FIGURA 12 os dados obtidos estão apresentados na forma de curvas da
concentração de ST como função do tempo de operação do filtro de pergaminho + casca
do fruto do cafeeiro.
0
20
40
60
80
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
cent
raçã
o ST
(mgL
-1)
PC PF PA
FIGURA 12: Concentração de ST em função do tempo de operação dos filtros de
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
As concentrações relativas (C/C0) encontradas no efluente dos filtros estão
apresentadas na TABELA 18 para o pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
TABELA 18: Concentração relativa (C/C0) de ST no efluente das colunas filtrantes de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros
Granulometria do material Amostra ARC Tempo de coleta
(min) Concentração ST
(mg L-1) Relação C/Co Eficiência
% - C 62,329 - -
0 52,4225 0,84 16 peneira de arroz (PA)/ malha no 10 Co
30 14,7097 0,24 76 0 38,5708 0,62 38 30 7,0287 0,11 89 60 3,5747 0,06 94
peneira de feijão (PF)/ malha no 6 Co
90 3,3317 0,05 95 0 76,7140 1,23 negativa 30 11,4525 0,18 82 60 4,0618 0,07 93 90 3,7006 0,06 94
peneira de café (PC)/ malha no 4 Co
120 3,1117 0,05 95
53
Conforme apresentado na TABELA 19, a concentração relativa de ST no efluente
das colunas filtrantes de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro diminui com o tempo
de operação dos filtros, isto é, com a redução da porosidade dos filtros, uma vez que ST
das ARC ficaram retidos no material do filtro.
A eficiência média de remoção de SS de ARC nos filtros de pergaminho + casca
do fruto do cafeeiro alcançou 16% (inicial) a 76% (final) da concentração relativa no
efluente o material peneirado na peneira malha no 10 (PA). Para a malha no 6 (PF) a
eficiência inicial foi de 38% e no final da filtração a eficiência foi de 95% da
concentração relativa no efluente. Para a malha no 4 (PC) não houve inicialmente
eficiência na filtração, pelo contrário a qualidade da ARC piorou. Atribui-se que
sedimentos do material filtrante foram incorporados ao efluente. Ao final do processo a
eficiência foi de 95% da concentração relativa no efluente
Com base nesses resultados pode se observar que cada tipo de material orgânico
avaliado como material filtrante, apresentou diferentes tendências quanto à eficiência na
retenção de ST. Comparativamente, verificou-se maior eficiência na remoção de ST em
filtros de pergaminho do que nos de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro. A maior
porosidade dos filtros de pergaminho pode ser fator de maior importância para a
obtenção desses resultados, condição que proporcionou maior retenção do material em
suspensão na ARC.
De acordo com os resultados apresentados, as concentrações relativas de SS e ST
nos efluentes das colunas filtrantes de pergaminho dos grãos de café e de pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro diminuíram com o tempo de operação dos filtros.
No geral, a vazão da ARC foi maior nos filtros constituídos por pergaminho de
grãos de café, indicando apresentar nesse material maior macroporosidade e menor
potencial de entupimento com o tempo. Esse comportamento, não pode ser tomado, no
entanto, como positivo para a filtração, tendo em vista que, quanto maior a velocidade
de percolação, menor é a eficiência do filtro na remoção dos sólidos.
Apesar disso e levando-se em consideração característica intrínseca da casca dos
grãos de café, que se expande quando submetida à condição de umidade, promovendo
assim maior superfície de contato entre as partículas e, portanto, reduzindo a
macroporosidade do filtro, razão pela qual esse material tem menor vida útil pois opera
por menos tempo que comparativamente o filtro montado apenas com pergaminho, os
54
elementos químicos e os sólidos presentes na casca do fruto do cafeeiro são liberados na
ARC durante o processo de filtração.
A análise de variância para a concentração de ST da ARC nos filtros de
pergaminho e de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro está apresentada no
ANEXO 2.
As equações de regressão para a variável concentração de ST em função da
granulometria e do tempo de operação dos filtros dos materiais orgânicos estudados
estão apresentados na TABELA 19.
TABELA 19: Equações de regressão ajustadas para a variável concentração de ST em função da granulometria do material filtrante e do tempo de operação do filtro dos materiais orgânicos estudados
Materiais orgânicos Equações ajustadas R2
Pergaminho CST = 14,8011 - 6,72021**G + 1,72142** G2 – 0,201682**T + 0,00119761**T2 0,84
Pergaminho + casca de grãos de café 86,6088 - 40,6728**G + 9,86268** G2 – 1,22124**T + 0,0073570**T2 0,81
CST = Concentração de ST T = tempo G = granulometria
Na FIGURA 13 estão apresentadas, respectivamente às superfícies de resposta
da concentração de ST da ARC dos filtros de pergaminho e de pergaminho + casca do
fruto do cafeeiro, em função do tempo de operação dos filtros orgânicos e da
granulometria do filtrante.
55
Pergaminho
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro
FIGURA 13: Superfície de resposta da concentração de ST em função do tempo de operação e da granulometria do material filtrante
De acordo com os resultados da avaliação da filtração da ARC apresentadas na
Figura 15, diferem estatisticamente, entre si, em nível de 1% de probabilidade,
apresentando comportamento hidráulico não similar nos filtros de pergaminho e
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro. Com base nisso, pode-se afirmar que, na faixa
de concentração de ST entre 29,7 e 82,9 mg L-1, filtros de pergaminho apresentam
comportamento diferente quando comparado com os filtros de pergaminho +casca do
fruto do cafeeiro.
É importante observar que a casca do fruto do cafeeiro proporcionou menor
56
eficiência na remoção de sólidos. Porém, acredita-se que isso se deva à solubilização de
ST do próprio material filtrante. Lo MÔNACO (2001) observou que o material filtrante
pode enriquecer a solução percolante com alguns íons, notadamente os mais facilmente
solubilizados, como o sódio e potássio. A casca do fruto do cafeeiro é capaz de liberar
grande quantidade de potássio quando por entre o material escoa água ou solução
aquosa.
Observando-se o comportamento das curvas, verifica-se que águas residuárias
com maior concentração de SS apresentaram maior taxa de remoção com o tempo. Isso
pode ser explicado pelo maior entupimento dos poros com o tempo, proporcionando,
com isso, maior retenção do material em suspensão.
5.4 Análise da variação do pH da ARC durante a filtração
O valor médio do pH da ARC do afluente (água bruta) foi 4,92. Observou-se
durante a operação dos filtros de pergaminho uma variação no valor do pH da ARC,
cujo valor médio do pH do efluente no final da operação do filtro foi 4,20. A
concentração do pH do efluente, no tempo final de operação do filtro está próximo do
valor do pH do afluente. Já para os filtros cujo material filtrante foi pergaminho + casca
do fruto do cafeeiro, obteve-se valor médio de pH da ARC do efluente, no final da
operação do filtro, equivalente a 3,63. Comparando a qualidade dos efluentes dos filtros
de pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, obteve-se um incremento no
valor do pH no efluente do pergaminho + casca do fruto do cafeeiro. Este fato pode ser
atribuído à riqueza de elementos químicos na casca e que ao ser utilizado como material
filtrante possibilitou a lixiviação de elementos para o efluente.
Os valores obtidos do pH do afluente da ARC nessa pesquisa foram similares aos
valores encontrados por MATOS et al., 2001b.
Com base nos resultados das análises das amostras do afluente para o parâmetro
pH, os valores médios obtidos foram inferiores ao padrão de lançamento de efluentes de
estabelecidos pelo CONAMA nº 357/05, portanto, não atende ao padrão de lançamento
de efluentes estabelecido nessa resolução.
5.5 Análise da Condutividade Elétrica da ARC
57
A FIGURA 14 (A e B) apresenta a CE dos efluentes, respectivamente dos filtros
de pergaminho e dos filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
Pergaminho
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
dutiv
idad
e el
etric
a (m
S)
Seqüência1 Seqüência2 Seqüência3
A
Pergaminho + casca
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 30 60 90 120
Tempo (min)C
ondu
tivid
ade
elet
rica
(mS)
Seqüência1 Seqüência2 Seqüência3
B
FIGURA 14: Pergaminho (A) e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro (B).
A seqüência 1, 2 e 3 refere-se, respectivamente, a peneira de café - PC (malha
no 4), peneira de arroz - PA (malha no 10) e peneira de feijão - PF (malha no 6).
Os valores médios da CE do efluente da ARC, nos diferentes tempos de operação
dos filtros de pergaminho, foram menores que os valores médios da CE do efluente dos
filtros de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro. Essas diferenças podem ser
atribuídas a constituição química do material filtrante. Após 30 minutos de operação
dos filtros, tanto para o pergaminho utilizado como material filtrante, quanto para o
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro, verificou-se uma acentuada queda na CE,
passando a estabilizar-se nos tempos subseqüentes de operação.
Levando-se em consideração a constituição de elementos químicos na casca do
fruto do cafeeiro, particularmente o sódio e o potássio, respectivamente, 40,72 g kg-1 e
47,05 g kg-1 e considerando a liberação desses elementos químicos na ARC durante o
processo de despolpa dos frutos do cafeeiro, há um considerável incremento na CE.
58
(BRANDÃO, 1999).
Ainda de acordo com a mesma autora, quanto maior a eletronegatividade de um
resíduo orgânico maior será a sua superfície específica e quanto maior o valor de CTC
maior será a capacidade do material filtrante em reter cátions presentes nas águas
residuárias, ou seja, reter poluentes.
A CE expressa a atividade de íons presentes em solução. Como a CE em uma
solução é proporcional à concentração iônica presente no meio, já que indica a
capacidade de um meio ionizado em conduzir corrente elétrica, existe relação de
proporcionalidade entre o valor da CE e atividade iônica. A CE depende da quantidade
de sais dissolvidos na água, sendo tanto maior quanto maior for a concentração de
eletrólitos nela dissolvidos e por isso, sua determinação possibilita estimar a quantidade
de ST nela dissolvidos.
5.6 Caracterização do efluente da ARC submetido a diferentes materiais filtrantes e granulometrias
Com base nos resultados da análise química do efluente da ARC, foram traçados
gráficos das variações nas concentrações dos elementos químicos (N, Ca, Mg, Na, K,
Fe, Zn, Cu, Mn e P). Essas oscilações variaram em função do tempo de operação dos
filtros, de acordo com os tipos de materiais filtrantes testados (pergaminho e
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro), em três diferentes faixas granulométricas (6
mm; 4 mm e 2 mm), cujos materiais foram preparados em peneiras encontradas no
mercado, respectivamente, peneira de café - PC (malha n0 4), peneira de arroz - PA
(malha n0 10) e peneira de feijão - PF (malha n0 6).
A variação na concentração de N no efluente da ARC para pergaminho e
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro estão apresentadas na FIGURA 15 (A e B).
59
FIGURA 15: Variação nas concentrações de N nos efluentes da ARC, em função do tempo de filtração, dos materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca) e da granulometria.
Com relação a concentração de N presente no efluente da ARC observou-se, no
início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira malha n0 4, menor
eficiência comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas n0 6 e n0 10, sendo
que, houve uma melhor eficiência na peneira de malha no 10 (FIGURA 17 - A). Ao
longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o nitrogênio presente na
ARC aumentou para todas as malhas utilizadas na obtenção do material filtrante. Para o
pergaminho preparado nas peneiras de malha no 4, no 6 e no 10 houve, respectivamente,
retenção de 37,18%, 43,58% e 34,61% de nitrogênio presente no afluente da ARC,
sendo que, a concentração de nitrogênio no afluente da ARC foi de 88,81 mg L-1.
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro preparado na peneira
malha no 6. foi observado que no início da operação houve menor eficiência,
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 10, sendo que, houve
uma melhor eficiência no filtro de peneira de malha no 10 (FIGURA 15 – B). Ao longo
do tempo de operação a eficiência do filtro em remover o nitrogênio presente na ARC
aumentou para todas as malhas utilizadas para obtenção do material filtrante, mas o
efluente passou a ter uma maior concentração de nitrogênio no final do processo, ou
seja, o efluente passou a ter uma maior concentração de nitrogênio em relação à água
Pergaminho
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c N
(mg
L-1)
PC PA PF
A
Pergaminho + casca
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c N
(mgL
-1)
PC PA PF
B
60
bruta. Ao utilizar o material filtrante preparado na malha no 4, no 10 e no 6 ocorre,
respectivamente, um aumento de 109%, 75% e 37% da concentração de nitrogênio, ou
seja, o efluente passou a ter maior concentração de nitrogênio no final do processo de
filtração em relação a água bruta, pois o afluente da ARC apresentou uma concentração
de 54,62 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma melhor eficiência em remoção de nitrogênio
da ARC, pois a ARC bruta ao passar pelo material filtrante, pergaminho + casca do
fruto do cafeeiro, retirou grande quantidade de nitrogênio que estava presente no
material filtrante e foi lixiviado junto com o efluente.
A FIGURA 16 apresenta as variações nas concentrações de cálcio (Ca) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes.
A B
FIGURA 16 (A e B): Variação nas concentrações de Ca nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de cálcio (Ca) no efluente da ARC observou-se que
no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira malha no 10, houve
Pergaminho
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c C
a (m
gL-1
)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c C
a (m
gL-1
)
PC PA PF
61
menor eficiência comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 6
(FIGURA 16 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o
cálcio presente na ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no
4, no 6 e no 10 houve, respectivamente, retenção de 51,02%, 56,39% e 63,89% de
cálcio, sendo que, a concentração de cálcio no afluente da ARC foi de 47,08 mg L-1 .
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro preparado na peneira
malha no 6 foi observado que no início da operação houve inicialmente menor eficiência
que comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 10 (FIGURA 16 –
B). Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o cálcio presente
na ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10
houve, respectivamente, uma retenção de 71,06%, 48,94% e 60,05% de cálcio, sendo
que, a concentração de cálcio no afluente da ARC foi de 40,15 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro, apresentou uma menor eficiência em remoção de cálcio da
ARC, mas a ARC bruta ao passar pelo material filtrante, pergaminho + casca do fruto
do cafeeiro, retirou grande quantidade de cálcio que estava presente no material
filtrante, mas no final da operação do filtro evidenciou uma menor concentração de
cálcio do efluente em relação ao afluente (ARC bruta).
A FIGURA 17 apresenta as variações nas concentrações de magnésio (Mg) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
Pergaminho
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c M
g (m
gL-1
)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c M
g (m
gL-1
)
PC PA PF
62
A B
FIGURA 17: Variação nas concentrações de Mg nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de magnésio (Mg) preparado na peneira malha no 4
presente no efluente da ARC observou-se que no início da operação do filtro de
pergaminho, houve menor eficiência comparativamente ao pergaminho preparado nas
malhas no 6 e no 10 (FIGURA 17 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência do
filtro em remover o magnésio presente na ARC aumentou, sendo que, para o material
preparado nas malhas no 4 e no 6 houve, respectivamente, uma retenção de 16,03% e
23,92% de magnésio e para a peneira de malha no 10 ocorreu um aumento da
concentração de magnésio de 6,82%, sendo que, a concentração de magnésio do
afluente da ARC foi de 16,72 mg L-1.
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 10, houve menor eficiência que
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 17 – B).
Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o magnésio presente
na ARC aumentou mas o efluente passou a ter uma maior concentração de magnésio no
final do processo, ou seja, o efluente passou a ter uma maior concentração de magnésio
em relação água bruta. Ao utilizar o material filtrante preparado na malha no 4, no 10 e
no 6 ocorreu, respectivamente, um aumento de 38,31%, 0,12% e 8,83% da concentração
de magnésio, ou seja, o efluente passou a ter maior concentração de magnésio no final
do processo de filtração em relação a água bruta, pois o afluente da ARC apresentou
uma concentração de 54,62 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro, apresentou uma maior eficiência em remoção de magnésio
da ARC, pois a ARC bruta ao passar pelo material filtrante retirou grande quantidade de
magnésio que estava presente no material filtrante.
63
A FIGURA 18 apresenta as variações nas concentrações de sódio (Na) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes,
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
A B
FIGURA 18: Variação nas concentrações de Na nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de Na presente no efluente da ARC observou-se que
no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira malha no 6, houve
menor eficiência comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 10
(FIGURA 18 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o
sódio presente na ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no
4, no 6 e no 10 houve, respectivamente, uma retenção de 9,52%, 11,12% e 33,33% de
sódio, sendo que, a concentração de sódio no afluente da ARC foi de 229,60 mg L-1.
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 6, apresentou inicialmente
eficiência menor que comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no
10 (FIGURA 18 – B). Ao longo do tempo de operação a eficiência do filtro em remover
o sódio presente na ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no
4, no 6 e no 10 apresentaram, respectivamente, uma retenção de 84,93%, 86,28% e
Pergaminho
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c N
a (m
gL-1
)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)C
onc
Na
(mgL
-1)
PC PA PF
64
98,38% de sódio, sendo que, a concentração de sódio no afluente da ARC foi de
1470,00 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro, apresentou uma menor eficiência em remoção de sódio da
ARC. A FIGURA 19 apresenta as variações nas concentrações de potássio (K) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes,
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
A B
FIGURA 19: Variação nas concentrações de K nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B -pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de potássio (K) presente no efluente da ARC
observou-se que no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira
malha no 6, houve menor eficiência que comparativamente ao pergaminho preparado
nas malhas no 4 e no 10 (FIGURA 19 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência
do filtro em remover o potássio presente na ARC aumentou, sendo que, para o material
preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10 apresentaram, respectivamente, uma retenção de
57,57%, 61,74% e 70,45% de potássio, sendo que, a concentração de potássio no
afluente da ARC foi de 721,6 mg L-1.
Pergaminho
0,0200,0400,0600,0800,0
1000,01200,01400,01600,0
0 30 60 90 12
Tempo (mi
Con
c K
(mgL
-1)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
1400,0
1600,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c K
(mgL
-1)
PC PA PF
65
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 10, houve menor eficiência que
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 19 – B).
Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o potássio presente
na ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 6 e no 10 houve,
respectivamente, uma retenção de 18,05% e 3,33% e para a peneira de malha no 4
ocorreu um aumento da concentração de potássio de 9,96%, sendo que, a concentração
de potássio do afluente da ARC foi de 246,00 mg L-1 .
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma maior eficiência em remoção de potássio da
ARC, mas a ARC bruta ao passar pelo material filtrante retirou grande quantidade de
potássio que estava presente no material filtrante quando utilizou o material filtrante
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro na malha no 4.
A FIGURA 20 apresenta as variações nas concentrações de ferro (Fe) no efluente,
em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes,
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
A B
FIGURA 20: Variação nas concentrações de Fe nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Pergaminho
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c Fe
(m
gL-1
)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
0 50 100 150
Tempo (min)
Con
c Fe
(mgL
-1)
PC PA PF
66
Com relação à concentração de ferro (Fe) presente no efluente da ARC observou-
se que no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira malha no 10,
houve menor eficiência que comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no
4 e no 6 (FIGURA 20 – A). Ao longo do tempo de operação,a eficiência do filtro em
remover o ferro presente na ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas
malhas no 4, no 6 e no 10 houve, respectivamente, uma retenção de 89,57%, 88,33% e
93,67% de ferro, sendo que, a concentração de ferro no afluente da ARC foi de 17,06
mg L-1 .
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 10, houve menor eficiência que
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 20 – B).
Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o ferro presente na
ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10
houve, respectivamente, uma retenção de 80,13%, 84,06% e 92,88% de ferro, sendo
que, a concentração de ferro no afluente da ARC foi de 13,49 mg L-1 .
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma maior eficiência em remoção de ferro da
ARC.
A FIGURA 21 apresenta as variações nas concentrações de Zn no efluente, em
função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes, pergaminho e
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
67
A B
FIGURA 21: Variação nas concentrações de Zn nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de zinco (Zn) presente no efluente da ARC
observou-se que no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira
malha no 10, houve menor eficiência que comparativamente ao pergaminho preparado
nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 21 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência
do filtro em remover o zinco presente na ARC aumentou, sendo que, para o material
preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10 houve, respectivamente, uma retenção de
57,19%, 56,11% e 82,73% de zinco, sendo que, a concentração de zinco no afluente da
ARC foi de 2,78 mg L-1 .
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 10, houve menor eficiência que
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 21 – B).
Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o zinco presente na
ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10
houve, respectivamente, uma retenção de 95,18%, 95,29% e 97,70% de zinco, sendo
que, a concentração de zinco no afluente da ARC foi de 9,13 mg L-1 .
Pergaminho
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c Zn
(mgL
-1)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c Zn
(mgL
-1)
PC PA PF
68
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma menor eficiência em remoção de zinco da
ARC.
A FIGURA 22 apresenta as variações nas concentrações de cobre (Cu) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes,
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
A B
FIGURA 22: Variação nas concentrações de Cu nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração e materiais filtrantes (A - pergaminho e B - pergaminho + casca, peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de cobre (Cu) presente no efluente da ARC
observou-se que no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira
malha no 6, houve menor eficiência que comparativamente ao pergaminho preparado
nas malhas no 4 e no 10 (FIGURA 22 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência
do filtro em remover o cobre presente na ARC aumentou, sendo que, para o material
preparado na malha no 4 houve uma retenção de 13,71% e para a peneira de malha no 6
e no 10 ocorreu um aumento da concentração de cobre, respectivamente, de 29,84% e
9,27% de cobre, sendo que, a concentração de cobre do afluente da ARC foi de 2,48 mg
L-1.
Pergaminho
0,0
2,0
4,0
6,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c C
u (m
gL-1
)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c C
u (m
gL-1
)
PC PA PF
69
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 10, houve menor eficiência que
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 22 – B).
Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o cobre presente na
ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10
houve, respectivamente, uma retenção de 63,45%, 79,82% e 73,09% de cobre, sendo
que, a concentração de cobre no afluente da ARC foi de 5,5 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma menor eficiência em remoção de cobre da
ARC, mas a ARC bruta ao passar pelo material filtrante, pergaminho preparado nas
malhas no 6 e no 10, retirou grande quantidade de cobre que estava presente no material
filtrante.
A FIGURA 23 apresenta as variações nas concentrações de manganês (Mn) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes,
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
A B
FIGURA 23: Variação nas concentrações de manganês (Mn) nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração nos filtros (A - pergaminho e B - pergaminho + casca), peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Pergaminho
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c M
n (m
gL-1
)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,0
10,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c M
n (m
gL-1
)
PC PA PF
70
Com relação à concentração de manganês (Mn) presente no efluente da ARC
observou-se que no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira
malha no 6, houve menor eficiência que comparativamente ao pergaminho preparado
nas malhas no 4 e no 10 (FIGURA 23 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência
do filtro em remover o manganês presente na ARC aumentou, sendo que, para o
material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10 houve, respectivamente, uma retenção
de 74,78%, 74,13% e 85,77% de manganês, sendo que, a concentração de manganês no
afluente da ARC foi de 4,64 mg L-1.
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 4 e no 6, houve eficiência menor
que comparativamente ao pergaminho preparado na malha no 10 (FIGURA 23 – B). Ao
longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o manganês presente na
ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10
houve, respectivamente, uma retenção de 99,84%, 80,76% e 91,75% de manganês,
sendo que, a concentração de manganês no afluente da ARC foi de 5,82 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma menor eficiência em remoção de Mn da
ARC.
A FIGURA 24 apresenta as variações nas concentrações de fósforo (P) no
efluente, em função do tempo de operação e da granulometria dos materiais filtrantes,
pergaminho e pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
71
A B
FIGURA 24: Variação nas concentrações de fósforo (P) nos efluentes da ARC, após diferentes tempos de filtração nos filtros (A - pergaminho e B pergaminho + casca) peneirados em diferentes peneiras, respectivamente, malhas no 4; no 10 e no 6.
Com relação à concentração de fósforo (P) presente no efluente da ARC
observou-se que no início da operação do filtro de pergaminho, preparado na peneira
malha no 10, houve menor eficiência que comparativamente ao pergaminho preparado
nas malhas no 4 e no 6 (FIGURA 24 – A). Ao longo do tempo de operação, a eficiência
do filtro em remover o fósforo presente na ARC aumentou, sendo que, para o material
preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10 houve, respectivamente, uma retenção de
61,36%, 57,44% e 49,18% de fósforo, sendo que, a concentração de fósforo no afluente
da ARC foi de 34,42 mg L-1.
Para o filtro de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro foi observado que no
início da operação do preparado na peneira malha no 6, houve menor eficiência que
comparativamente ao pergaminho preparado nas malhas no 4 e no 10 (FIGURA 24 – B).
Ao longo do tempo de operação, a eficiência do filtro em remover o fósforo presente na
ARC aumentou, sendo que, para o material preparado nas malhas no 4, no 6 e no 10
houve, respectivamente, uma retenção de 49,79%, 59,31% e 71,20% de fósforo, sendo
que, a concentração de fósforo no afluente da ARC foi de 53,58 mg L-1.
Comparando os diferentes materiais filtrantes, para os mesmos tempos de
operação e granulometria, observou-se que o pergaminho em relação ao pergaminho +
Pergaminho
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Con
c P
(mgL
-1)
PC PA PF
Pergaminho + casca
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
0 30 60 90 120Tempo (min)
Con
c P
(mgL
-1)
PC PA PFB
72
casca do fruto do cafeeiro apresentou uma menor eficiência em remoção de fósforo da
ARC.
Ao utilizar o pergaminho como material filtrante, ocorreu uma retenção de
elementos químicos em todas as malhas, exceto para o cobre e magnésio, sendo que,
para o cobre ocorreu um aumento da concentração no efluente ao utilizar as malhas no 6
e no 10 e para o magnésio ocorreu um aumento da concentração no efluente ao utilizar a
malha no 10. O comportamento do material utilizado como material filtrante em
retenção dos elementos químicos comportou de forma diretamente proporcional, ou
seja, à medida que aumenta o tamanho da malha ocorre um aumento da capacidade do
material em reter elementos químicos, exceto para o fósforo que comportou de forma
inversamente proporcional.
Ao utilizar o pergaminho + casca do fruto do cafeeiro como material filtrante,
ocorreu uma retenção de cálcio, sódio, ferro, zinco, cobre, manganês e fósforo. Ao
utilizar a malha no 6 e no 10 ocorreu uma retenção do potássio. Para o nitrogênio e
magnésio ocorreu um aumento da concentração no efluente ao utilizar todas as malhas.
Ao utilizar a malha no 4 ocorreu um aumento na concentração para o potássio. Alguns
desses resultados estão de acordo com os dados de BRANDÃO (1999) que afirma que o
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro retém grandes quantidades de N, Ca, Cu e Zn,
mas para o N foi evidenciado um aumento da concentração de N no efluente.
5.7 Análise da qualidade do efluente de acordo com a Resolução do CONAMA 357/05
No aspecto relativo a qualidade do efluente da ARC, após passar pelo processo de
filtração, foi feito a análise comparativa desses resultados com os padrões estabelecidos
na Resolução do CONAMA nº 357/05, de 17 de março de 2005 (ANEXO 1). Essa
Resolução estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. Os resultados
comparativos estão apresentado na TABELA 20.
TABELA 20: Análise da qualidade do efluente da ARC de acordo com o padrão de lançamento de efluente, Resolução CONAMA nº 357/05
73
Qualidade média do efluente da ARCParâmetros
Padrão de lançamento de
efluentes de acordo com a Resolução
CONAMA nº 357/05 Pergaminho Pergaminho+casc
a
pH 6,0 – 9,0 4,20 3,63 Temperatura < 40 20 0C 20 0C Fósforo total < 0,05 mg L-1 25,74 mg L-1 37,16 mg L-1
Manganês dissolvido 1,0 mg L-1 Mn 1,75 mg L-1 2,57 mg L-1
N amoniacal total 20,0 mg L-1 86,58 mg L-1 125,22 mg L-1 Ferro dissolvido 15,0 mg L-1 5,42 mg L-1 6,63 mg L-1
Cobre 1,0 mg L-1 3,33 mg L-1 2,09 mg L-1 Zinco 5,0 mg L-1 3,31 mg L-1 1,05 mg L-1
Magnésio - 23,58 mg L-1 34,11 mg L-1 Sódio - 367,75 mg L-1 313,10 mg L-1
Potássio - 423,23 mg L-1 373,45 mg L-1 Cálcio - 36,25 mg L-1 47,85 mg L-1
Em relação à TABELA 20, pode-se comparar a qualidade do efluente da ARC
com o padrão de lançamento de efluentes, de acordo com a Resolução CONAMA nº
357/05. Somente os parâmetros temperatura, ferro dissolvido e zinco a ARC, após a
filtração, se apresentam de acordo com a Resolução do CONAMA.
74
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
O pergaminho dos frutos do cafeeiro foi, dentre os materiais orgânicos avaliados,
o mais eficiente quanto à capacidade de reter sólidos da ARC, alcançando o máximo de
0,19 g de sólidos para cada cm-3 de camada filtrante, seguido do pergaminho + casca
dos grãos do café com 0,11g de sólidos cm-3 de camada filtrante, o que pode ser
atribuído à característica do próprio resíduo orgânico, utilizado como material filtrante
(superfície de contato entre as partículas do material filtrante).
O filtro orgânico de pergaminho e de pergaminho + casca do fruto do cafeeiro
apresentaram uma remoção razoavelmente alta de sólidos da ARC, tendo sido obtidos
eficiências máximas de remoção de SS de 80% para filtros de pergaminho (operando
por 120 min, material da peneira malha n0 4) e de 85% para filtros de pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro (operando 90 min, material da peneira malha n0 6), e obtidos
eficiências máximas de remoção de ST de 89% para filtros de pergaminho (operando
por 120 min, material da peneira malha n0 6) e de 95% para filtros de pergaminho +
casca do fruto do cafeeiro (operando 90 min, material da peneira malhas n0 4 e n0 6).
Apesar disso, esses filtros não foram eficientes para atender a legislação do CONAMA
que, estabelece os parâmetros para lançamento de efluentes em corpos hídricos. Mesmo
não atendendo a legislação do CONAMA, indubitavelmente o uso de filtro orgânico
permitiu melhoria considerável na qualidade do efluente, o que facilita enormemente as
etapas subseqüentes do tratamento da ARC. A perda de carga como função da
granulometria e do tempo de operação dos filtros foram maiores nos filtros constituídos
por pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
75
Com base nos resultados obtidos, pôde-se concluir que o uso do pergaminho
como material filtrante possibilita o uso do efluente das águas residuárias da despolpa
de café para fertirrigação de culturas agrícolas.
O uso de filtros orgânicos utilizando pergaminho do fruto do café além de
apresentar eficiência no tratamento de águas residuárias da despolpa de frutos de café,
não implica em custos com aquisição do material filtrante, pelo fato de ser gerado pela
própria lavoura.
No ensaio efetuado para montagem dos filtros o uso do pergaminho triturado
mostrou-se mais eficiente para filtração de águas residuárias da despolpa de frutos de
café que o pergaminho sem triturar.
A redução do volume do filtro afeta a sua porosidade, pois para diferentes
pressões exercida sobre os filtros e se por um lado melhora a qualidade da filtração
(maior remoção de SS), por outro lado à capacidade filtrante diminui por unidade de
tempo. Deste modo a quantidade filtrada é inversamente proporcional a qualidade da
água residuária filtrada.
Para filtros montados com 28% do seu volume reduzido, obteve-se para os filtros
de pergaminho triturado 51,5% de eficiência de remoção de SS, e de 42,5 % para
pergaminho sem triturar.
Para a atividade cafeeira em regiões com topografias acidentadas e que
apresentam restrições para a implantação de lagoas para a disposição e tratamento das
águas residuárias, ou mesmo em propriedades com áreas limitadas, o uso dos filtros
orgânicos constitui-se em alternativa factível para a gestão das águas residuárias,
considerando a eficiência em remover SS e ST, possibilitando o uso dessas águas em
projetos de fertirrigação, ou mesmo, constituir-se numa etapa prévia de tratamento das
águas residuárias, para posterior disposição em lagoas, que nesta situação necessitará de
menores áreas para as suas implantações.
De acordo com o interesse do empreendedor esse poderá utilizar a ARC para
fertirrigação, considerando que a filtração por um lado remove sedimentos, por outro
lado, os sais dissolvidos ma ARC poderão até ser acrescidos pela lixiviação de
elementos químicos ao utilizar o pergaminho + casca do fruto do cafeeiro.
O comportamento do pergaminho como material filtrante em retenção dos
elementos químicos comportou de forma diretamente proporcional, ou seja, a medida
que aumenta o tamanho da malha ocorre um aumento da capacidade do material em
76
reter elementos químicos, exceto para o fósforo que comportou de forma inversamente
proporcional.
Ao utilizar o pergaminho + casca do fruto do cafeeiro como material filtrante,
ocorreu uma retenção de cálcio, sódio, ferro, zinco, cobre, manganês e fósforo. Ao
utilizar a malha n0 6 e n0 10 ocorreu uma retenção do potássio. Para o nitrogênio e
magnésio ocorreu um aumento da concentração no efluente ao utilizar todas as malhas.
Ao utilizar a malha n0 4 ocorreu um aumento na concentração para o potássio. Alguns
desses resultados estão de acordo com os dados de BRANDÃO (1999) que afirma que o
pergaminho + casca do fruto do cafeeiro retém grande quantidades de N, Ca, Cu e Zn,
mas para o N foi evidenciado um aumento da concentração de N no efluente.
O tratamento da ARC pelo processo de filtração não satisfez a legislação
estabelecida pelo CONAMA nº 357/05, de forma prática e aplicada, procurando-se
utilizar os recursos disponíveis na própria área de produção.
Considerando que o uso de filtros constitui tratamento primário da ARC, para
remoção de poluentes presentes nas águas residuárias, além da remoção de SS, o
processo de filtração pode remover parte dos sólidos solúveis (STEEL e McGHEE,
1979). Contudo, outras etapas de tratamento devem ser incluídas, com as quais pode-se,
com relativa facilidade adequar o efluente aos padrões de lançamento.
Recomenda-se que uma vez a coluna de filtração preenchida com material
filtrante deve-se abrir o registro de entrada da ARC no sistema gradativamente até que
toda a coluna seja totalmente submersa, permitindo que ocorra ocupação dos espaços
porosos pelo líquido. Isso evita formação de “bolsas de ar” no interior da coluna
filtrante.
No início da operação da coluna de filtração, observou-se que a qualidade do
efluente quando ao aspecto turbidez é maior do que do afluente. Esse fato deve-se a
ARC “lavar” o material acondicionado no interior da coluna filtrante, particularmente as
casca do fruto do cafeeiro. Esse fato ocorre apenas no início da operação do sistema,
pois em seguida a turbidez do efluente passa a ser de melhor qualidade do que a do
afluente.
O pergaminho + casca do fruto do cafeeiro utilizado como material filtrante
liberou alguns elementos químicos na ARC durante o processo de filtração, através da
lavagem ou lixiviação de solutos presentes no material filtrante, ocorreram alguns
acréscimos nas concentrações dos primeiros volumes filtrados.
77
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83
ANEXOS
ANEXO 1: Análise de variância para os SS dos filtros orgânicos quanto à granulometria dos materiais e tempo de operação
Fonte de variação G.L SQ QM F Material orgânico (M) 1 4,06 4,06 165,80** Resíduo A 4 0,10 0,02 Granulometria (G) 2 1,74 0,87 127,57** M*G 2 0,57 0,28 41,84** Resíduo B 8 0,05 0,01 Tempo Operação (T) 4 18,13 4,53 421,45** M*T 4 2,46 0,62 57,24** T*G 8 4,10 0,51 47,62** M*T*G 8 0,34 0,04 3,97** Resíduo C 48 0,52 0,01 C.V. da parcela (%) 18,65 C.V. da sub-parcela (%) 9,84 C.V. da sub sub-parcela (%)
12,35
** nível de significância a 1% de probabilidade
GL – Grau de Liberdade
SQ – Soma dos Quadrados
QM – Quadrado Médio
F – Fator F
84
ANEXO 2: Análise de variância para os ST dos filtros orgânicos quanto à granulometria dos materiais e tempo de operação
Fonte de variação G.L SQ QM F
Material orgânico (M) 1 4398,98 4398,98 26581,72**
Resíduo A 4 0,66 0,160
Granulometria (G) 2 687,70 343,85 329,28**
M*G 2 360,28 180,14 172,51**
Resíduo B 8 8,35 1,04
Tempo Operação (T) 4 11209,52
2802,38 2614,18 **
M*T 4 5727,90 1431,98 1335,81**
T*G 8 1247,31 155,91 145,44**
M*T*G 8 858,61 107,33 100,12**
Resíduo C 48 51,45 1,07
C.V. da parcela (%) 3,78
C.V. da sub-parcela (%) 9,50
C.V. da sub sub-parcela (%)
9,63
** nível de significância a 1% de probabilidade
GL – Grau de Liberdade
SQ – Soma dos Quadrados
QM – Quadrado Médio
F – Fator F
85
ANEXO 3: Resolução do CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE
CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE-CONAMA
Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu
enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de
efluentes, e dá outras providências.
O CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE-CONAMA, no uso das
competências que lhe são conferidas pelos arts. 6o, inciso II e 8o, inciso VII, da Lei no
6.938, de 31 de agosto de 1981, regulamentada pelo Decreto no 99.274, de 6 de junho de
1990 e suas alterações, tendo em vista o disposto em seu Regimento Interno, e
considerando a vigência da Resolução CONAMA no 274, de 29 de novembro de 2000,
que dispõe sobre a balneabilidade;
Considerando o art. 9o, inciso I, da Lei no 9.433, de 8 de janeiro de 1997, que
instituiu a Política Nacional dos Recursos Hídricos, e demais normas aplicáveis à
matéria;
Considerando que a água integra as preocupações do desenvolvimento
sustentável, baseado nos princípios da função ecológica da propriedade, da prevenção,
da precaução, do poluidor-pagador, do usuário-pagador e da integração, bem como no
reconhecimento de valor intrínseco à natureza;
Considerando que a Constituição Federal e a Lei no 6.938, de 31 de agosto de
1981, visam controlar o lançamento no meio ambiente de poluentes, proibindo o
lançamento em níveis nocivos ou perigosos para os seres humanos e outras formas de
vida;
Considerando que o enquadramento expressa metas finais a serem alcançadas,
podendo ser fixadas metas progressivas intermediárias, obrigatórias, visando a sua
efetivação;
Considerando os termos da Convenção de Estocolmo, que trata dos Poluentes
Orgânicos Persistentes-POPs, ratificada pelo Decreto Legislativo no 204, de 7 de maio
de 2004;
86
Considerando ser a classificação das águas doces, salobras e salinas essencial à
defesa de seus níveis de qualidade, avaliados por condições e padrões específicos, de
modo a assegurar seus usos preponderantes;
Considerando que o enquadramento dos corpos de água deve estar baseado não
necessariamente no seu estado atual, mas nos níveis de qualidade que deveriam possuir
para atender às necessidades da comunidade;
Considerando que a saúde e o bem-estar humano, bem como o equilíbrio
ecológico aquático, não devem ser afetados pela deterioração da qualidade das águas;
Considerando a necessidade de se criar instrumentos para avaliar a evolução da
qualidade das águas, em relação às classes estabelecidas no enquadramento, de forma a
facilitar a fixação e controle de metas visando atingir gradativamente os objetivos
propostos;
Considerando a necessidade de se reformular a classificação existente, para
melhor distribuir os usos das águas, melhor especificar as condições e padrões de
qualidade requeridos, sem prejuízo de posterior aperfeiçoamento; e
Considerando que o controle da poluição está diretamente relacionado com a
proteção da saúde, garantia do meio ambiente ecologicamente equilibrado e a melhoria
da qualidade de vida, levando em conta os usos prioritários e classes de qualidade
ambiental exigidos para um determinado corpo de água; resolve:
Art. 1o Esta Resolução dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o
enquadramento dos corpos de água superficiais, bem como estabelece as condições e
padrões de lançamento de efluentes.
CAPÍTULO IV - DAS CONDIÇÕES E PADRÕES DE LANÇAMENTO DE EFLUENTES
Art. 24. Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta
ou indiretamente, nos corpos de água, após o devido tratamento e desde que obedeçam
às condições, padrões e exigências dispostos nesta Resolução e em outras normas
aplicáveis.
Parágrafo único. O órgão ambiental competente poderá, a qualquer momento:
I - acrescentar outras condições e padrões, ou torná-los mais restritivos, tendo em vista
as condições locais, mediante fundamentação técnica; e
87
II - exigir a melhor tecnologia disponível para o tratamento dos efluentes, compatível
com as condições do respectivo curso de água superficial, mediante fundamentação
técnica.
Art. 25. É vedado o lançamento e a autorização de lançamento de efluentes em
desacordo com as condições e padrões estabelecidos nesta Resolução.
Parágrafo único. O órgão ambiental competente poderá, excepcionalmente, autorizar o
lançamento de efluente acima das condições e padrões estabelecidos no art. 34, desta
Resolução, desde que observados os seguintes requisitos:
I - comprovação de relevante interesse público, devidamente motivado;
II - atendimento ao enquadramento e às metas intermediárias e finais, progressivas e
obrigatórias;
III - realização de Estudo de Impacto Ambiental-EIA, às expensas do empreendedor
responsável pelo lançamento;
IV - estabelecimento de tratamento e exigências para este lançamento; e
V - fixação de prazo máximo para o lançamento excepcional.
Art. 26. Os órgãos ambientais federal, estaduais e municipais, no âmbito de sua
competência, deverão, por meio de norma específica ou no licenciamento da atividade
ou empreendimento, estabelecer a carga poluidora máxima para o lançamento de
substâncias passíveis de estarem presentes ou serem formadas nos processos produtivos,
listadas ou não no art. 34, desta Resolução, de modo a não comprometer as metas
progressivas obrigatórias, intermediárias e final, estabelecidas pelo enquadramento para
o corpo de água.
§ 1o No caso de empreendimento de significativo impacto, o órgão ambiental
competente exigirá, nos processos de licenciamento ou de sua renovação, a
apresentação de estudo de capacidade de suporte de carga do corpo de água receptor.
§ 2o O estudo de capacidade de suporte deve considerar, no mínimo, a diferença entre
os padrões estabelecidos pela classe e as concentrações existentes no trecho desde a
montante, estimando a concentração após a zona de mistura.
§ 3o Sob pena de nulidade da licença expedida, o empreendedor, no processo de
licenciamento, informará ao órgão ambiental as substâncias, entre aquelas previstas
nesta Resolução para padrões de qualidade de água, que poderão estar contidas no seu
efluente.
88
§ 4o O disposto no § 1o aplica-se também às substâncias não contempladas nesta
Resolução, exceto se o empreendedor não tinha condições de saber de sua existência
nos seus efluentes.
Art. 27. É vedado, nos efluentes, o lançamento dos Poluentes Orgânicos Persistentes-
POPs mencionados na Convenção de Estocolmo, ratificada pelo Decreto Legislativo no
204, de 7 de maio de 2004.
Parágrafo único. Nos processos onde possa ocorrer a formação de dioxinas e furanos
deverá ser utilizada a melhor tecnologia disponível para a sua redução, até a completa
eliminação.
Art. 28. Os efluentes não poderão conferir ao corpo de água características em
desacordo com as metas obrigatórias progressivas, intermediárias e final, do seu
enquadramento.
§ 1o As metas obrigatórias serão estabelecidas mediante parâmetros.
§ 2o Para os parâmetros não incluídos nas metas obrigatórias, os padrões de qualidade a
serem obedecidos são os que constam na classe na qual o corpo receptor estiver
enquadrado.
§ 3o Na ausência de metas intermediárias progressivas obrigatórias, devem ser
obedecidos os padrões de qualidade da classe em que o corpo receptor estiver
enquadrado.
Art. 29. A disposição de efluentes no solo, mesmo tratados, não poderá causar poluição
ou contaminação das águas.
Art. 30. No controle das condições de lançamento, é vedadas, para fins de diluição antes
do seu lançamento, a mistura de efluentes com águas de melhor qualidade, tais como as
águas de abastecimento, do mar e de sistemas abertos de refrigeração sem recirculação.
Art. 31. Na hipótese de fonte de poluição geradora de diferentes efluentes ou
lançamentos individualizados, os limites constantes desta Resolução aplicar-se-ão a
cada um deles ou ao conjunto após a mistura, a critério do órgão ambiental competente.
Art. 32. Nas águas de classe especial é vedado o lançamento de efluentes ou disposição
de resíduos domésticos, agropecuários, de aqüicultura, industriais e de quaisquer outras
fontes poluentes, mesmo que tratados.
§ 1o Nas demais classes de água, o lançamento de efluentes deverá, simultaneamente:
I - atender às condições e padrões de lançamento de efluentes;
89
II - não ocasionar a ultrapassagem das condições e padrões de qualidade de água,
estabelecidos para as respectivas classes, nas condições da vazão de referência; e
III - atender a outras exigências aplicáveis.
§ 2o No corpo de água em processo de recuperação, o lançamento de efluentes
observará as metas progressivas obrigatórias, intermediárias e final.
Art. 33. Na zona de mistura de efluentes, o órgão ambiental competente poderá
autorizar, levando em conta o tipo de substância, valores em desacordo com os
estabelecidos para a respectiva classe de enquadramento, desde que não comprometam
os usos previstos para o corpo de água.
Parágrafo único. A extensão e as concentrações de substâncias na zona de mistura
deverão ser objeto de estudo, nos termos determinados pelo órgão ambiental
competente, às expensas do empreendedor responsável pelo lançamento.
Art. 34. Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta
ou indiretamente, nos corpos de água desde que obedeçam as condições e padrões
previstos neste artigo, resguardadas outras exigências cabíveis:
§ 1o O efluente não deverá causar ou possuir potencial para causar efeitos tóxicos aos
organismos aquáticos no corpo receptor, de acordo com os critérios de toxicidade
estabelecidos pelo órgão ambiental competente.
§ 2o Os critérios de toxicidade previstos no § 1o devem se basear em resultados de
ensaios ecotoxicológicos padronizados, utilizando organismos aquáticos, e realizados
no efluente.
§ 3o Nos corpos de água em que as condições e padrões de qualidade previstos nesta
Resolução não incluam restrições de toxicidade a organismos aquáticos, não se aplicam
os parágrafos anteriores.
§ 4o Condições de lançamento de efluentes:
I - pH entre 5 a 9;
II - temperatura: inferior a 40ºC, sendo que a variação de temperatura do corpo receptor
não deverá exceder a 3ºC na zona de mistura;
III - materiais sedimentáveis: até 1 mL L-1 em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o
lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula, os
materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes;
90
IV - regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do
período de atividade diária do agente poluidor, exceto nos casos permitidos pela
autoridade competente;
V - óleos e graxas:
1 - óleos elementos químicos: até 20mg L-1;
2- óleos vegetais e gorduras animais: até 50mg L-1; e
VI - ausência de materiais flutuantes.
§ 5o Padrões de lançamento de efluentes:
TABELA 22: lançamento de efluentes - parâmetros inorgânicos (valor máximo)
Arsênio total 0,5 mg L-1 As
Bário total 5,0 mg L-1 Ba
Boro total 5,0 mg L-1 B
Cádmio total 0,2 mg L-1 Cd
Chumbo total 0,5 mg L-1 Pb
Cianeto total 0,2 mg L-1 CN
Cobre dissolvido 1,0 mg L-1 Cu
Cromo total 0,5 mg L-1 Cr
Estanho total 4,0 mg L-1 Sn
Ferro dissolvido 15,0 mg L-1 Fe
Fluoreto total 10,0 mg L-1 F
Manganês dissolvido 1,0 mg L-1 Mn
Mercúrio total 0,01 mg L-1 Hg
Níquel total 2,0 mg L-1 Ni
Nitrogênio amoniacal total 20,0 mg L-1 N
Prata total 0,1 mg L-1 Ag
Selênio total 0,30 mg L-1 Se
Sulfeto 1,0 mg L-1 S
Zinco total 5,0 mg L-1 Zn
PARÂMETROS ORGÂNICOS VALOR MÁXIMO
Clorofórmio 1,0 mg L-1
Dicloroeteno 1,0 mg L-1
Fenóis totais (substâncias que reagem com 4-aminoantipirina) 0,5 mg L-1 C6H5OH
91
Tetracloreto de Carbono 1,0 mg L-1
Tricloroeteno 1,0 mg L-1
CAPÍTULO VI - DISPOSIÇÕES FINAIS E TRANSITÓRIAS
Art. 39. Cabe aos órgãos ambientais competentes, quando necessário, definir os valores
dos poluentes considerados virtualmente ausentes.
Art. 40. No caso de abastecimento para consumo humano, sem prejuízo do disposto
nesta Resolução, deverão ser observadas, as normas específicas sobre qualidade da água
e padrões de potabilidade.
Art. 41. Os métodos de coleta e de análises de águas são os especificados em normas
técnicas cientificamente reconhecidas.
Art. 43. Os empreendimentos e demais atividades poluidoras que, na data da publicação
desta Resolução, tiverem Licença de Instalação ou de Operação, expedida e não
impugnada, poderão a critério do órgão ambiental competente, ter prazo de até três
anos, contados a partir de sua vigência, para se adequarem às condições e padrões novos
ou mais rigorosos previstos nesta Resolução.
§ 1o O empreendedor apresentará ao órgão ambiental competente o cronograma das
medidas necessárias ao cumprimento do disposto no caput deste artigo.
§ 2o O prazo previsto no caput deste artigo poderá, excepcional e tecnicamente
motivado, ser prorrogado por até dois anos, por meio de Termo de Ajustamento de
Conduta, ao qual se dará publicidade, enviando-se cópia ao Ministério Público.
§ 3o As instalações de tratamento existentes deverão ser mantidas em operação com a
capacidade, condições de funcionamento e demais características para as quais foram
aprovadas, até que se cumpram as disposições desta Resolução.
§ 4o O descarte contínuo de água de processo ou de produção em plataformas marítimas
de petróleo será objeto de resolução específica, a ser publicada no prazo máximo de um
ano, a contar da data de publicação desta Resolução, ressalvado o padrão de lançamento
de óleos e graxas a ser o definido nos termos do art. 34, desta Resolução, até a edição de
resolução específica.
Art. 44. O CONAMA, no prazo máximo de um ano, complementará, onde couber,
condições e padrões de lançamento de efluentes previstos nesta Resolução.
Art. 45. O não cumprimento ao disposto nesta Resolução acarretará aos infratores as
sanções previstas pela legislação vigente.
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§ 1o Os órgãos ambientais e gestores de recursos hídricos, no âmbito de suas respectivas
competências, fiscalizarão o cumprimento desta Resolução, bem como quando
pertinente, a aplicação das penalidades administrativas previstas nas legislações
específicas, sem prejuízo do sancionamento penal e da responsabilidade civil objetiva
do poluidor.
§ 2o As exigências e deveres previstos nesta Resolução caracterizam obrigação de
relevante interesse ambiental.
Art. 46. O responsável por fontes potencial ou efetivamente poluidoras das águas deve
apresentar ao órgão ambiental competente, até o dia 31 de março de cada ano,
declaração de carga poluidora, referente ao ano civil anterior, subscrita pelo
administrador principal da empresa e pelo responsável técnico devidamente habilitado,
acompanhada da respectiva Anotação de Responsabilidade Técnica.
§ 1o A declaração referida no caput deste artigo conterá, entre outros dados, a
caracterização qualitativa e quantitativa de seus efluentes, baseada em amostragem
representativa dos mesmos, o estado de manutenção dos equipamentos e dispositivos de
controle da poluição.
§ 2o O órgão ambiental competente poderá estabelecer critérios e formas para
apresentação da declaração mencionada no caput deste artigo, inclusive, dispensando-a
se for o caso para empreendimentos de menor potencial poluidor.
Art. 47. Equiparam-se a perito, os responsáveis técnicos que elaborem estudos e
pareceres apresentados aos órgãos ambientais.
Art. 48. O não cumprimento ao disposto nesta Resolução sujeitará os infratores, entre
outras, às sanções previstas na Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998 e respectiva
regulamentação.
Art. 49. Esta Resolução entra em vigor na data de sua publicação.
Art. 50. Revoga-se a Resolução CONAMA no 020, de 18 de junho de 1986.
MARINA SILVA
Presidente do CONAMA