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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
AVM FACULDADE INTEGRADA
INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NO TRATAMENTO DE
EFLUENTES INDUSTRIAIS
Por: Daniele Carvalho Abrantes
Orientador
Prof. Luiz Eduardo Chauvet
Rio de Janeiro
2015
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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
AVM FACULDADE INTEGRADA
INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NO TRATAMENTO DE
EFLUENTES INDUSTRIAIS
Apresentação de monografia à AVM Faculdade
Integrada como requisito parcial para obtenção do
grau de especialista em Gestão Ambiental
Por: Daniele Carvalho Abrantes
3
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer a Deus, por me
proporcionar tantas coisas boas. Ao
meu marido, Vinicius, meu
companheiro de todas os momentos.
Aos meus pais e irmão por serem a
base fundamental na minha vida. Às
minhas amigas e companheiras do
curso, Wanda e Iara.
4
DEDICATÓRIA
Dedico esta monografia a Deus, pois sem
ele não sou nada. E tudo posso naquele
que me fortalece.
5
RESUMO
O descarte incorreto de resíduos e o não tratamento dos efluentes
provocam modificações nas características do solo e da água, poluindo e
contaminado o meio ambiente. As empresas são obrigadas a tratar seus
efluentes, caso contrário são autuadas por órgão ambientais por prática de
crime ambiental. Atualmente, é comum se deparar com sistemas de reuso
industriais deficitário, apresentando problemas como, corrosão microbiológica,
odor séptico, depósito de lodo anaeróbico nas tubulações e equipamentos,
coloração inadequada da água de reuso e principalmente equipamentos
danificados e inutilizados. Recentemente, com o auge da crise hídrica, as
industrias precisarão investir em sistemas de reuso da água, caso contrário
este recurso será escasso e provocará danos econômicos à empresa.
Portanto, o objetivo deste trabalho foi demonstrar os processos convencionais
de tratamentos de efluentes, e os processos mais modernos como o MBR
(Membrane BioReactor), o MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) e os
Processos Oxidativos Alternativos (POA), e fazendo uma breve comparação
destes com o convencional, e apontando algumas vantagens nos processos
mais modernos.
6
METODOLOGIA
O presente trabalho tem cunho qualitativo, foram utilizados dados
secundários retirados de livros, pesquisas, índices e entrevistas da Agencia
Nacional das Águas (ANA), Companhia de Tecnologia de Saneamento
Ambiental (Cetesb) Federação das Industrias do Estado de São Paulo (Fiesp).
Além de artigos científicos da base de dados da Scielo, dissertações de
mestrado e teses de doutorado.
7
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 10
CAPÍTULO I - - Histórico do Tratamento de Efluentes 12
CAPÍTULO II - A Importância da Reutilização da Água nas Industria 18
CAPÍTULO III – Inovações Tecnológicas e sua Eficácia 26
CONCLUSÃO 38
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 39
ÍNDICE 41
8
INTRODUÇÃO
A utilização da água nas industrias ocorre de diversas maneiras: na
incorporação ao produto; lavagens de máquinas, tubulações e pisos; nos
sistemas de resfriamento e geradores de vapor; no próprio processo industrial
e nos vasos sanitários. Quando a água é incorporada aos produtos ou
evaporada não necessita realizar o tratamento da mesma. Nos demais casos,
os efluentes contaminados com resíduos dos processos produtivos devem ser
tratados.
O descarte incorreto de resíduos e o não tratamento dos efluentes
provocam modificações nas características do solo e da água, poluindo e
contaminado o meio ambiente. Atualmente, as empresas são obrigadas a
tratar seus efluentes, caso contrário são autuadas por órgão ambientais por
prática de crime ambiental. Sendo que as punições previstas em lei variam
desde multas até paralisação temporária ou definitiva das atividades.
É importante ressaltar que as empresas que tratam seus efluentes, além
de estarem cumprindo com a legislação ambiental, também observam
vantagens econômicas. A conta de água pode reduzir pela metade. Os
efluentes tratados podem ser reutilizados para finalidades como lavagem de
pisos, irrigação de jardins e bacias sanitárias, dentre outras. A escolha pelo
tratamento e reuso ainda é uma excelente alternativa para os períodos de
estiagem.
O grau de tratamento necessário para o lançamento em um corpo
receptor de efluentes tratados ou não, oriundos de atividades industriais, leva
em conta padrões legais de emissão e de qualidade. Os padrões de emissão
são reportados às características do efluente lançado, enquanto os padrões de
qualidade dependem das características do receptor deste efluente. Esses
padrões de emissão e qualidade são especificados via legislação, em nível
federal vige a Resolução CONAMA nº 357 de 17 de março 2005.
Os processos de tratamento são classificados em físicos, químicos e
biológicos, conforme a natureza dos poluentes a serem removidos e/ou das
9
operações unitárias utilizadas para o tratamento. O investimento no tratamento
de efluentes tem um custo, mas ele é pequeno em comparação aos problemas
e aos benefícios que a empresa pode ter se não houver um planejamento
nesse sentido.
O tratamento ideal para cada tipo de efluente é indicado de acordo com
a carga poluidora e presença de contaminantes. Apenas especialistas podem
avaliar e realizar a coleta de amostras para análise de diversos parâmetros que
representam a carga orgânica e a carga tóxica dos efluentes. A maioria das
Estações de Tratamento (ETE) existentes é antiga e/ou possui baixa
automoção. As conseqüências disso são o elevado custo operacional, a baixa
eficiência e o grande desperdício de produtos químicos utilizados no processo.
Com a crise hídrica que vivemos atualmente, as industrias precisarão
investir em sistemas de reuso da água. Uma grande porcentagem da água
disponibilizada à população é utilizada nas industrias. Portanto, o objetivo
deste trabalho foi mostrar os processos convencionais de tratamentos de
efluentes, e os processos mais modernos, como o MBR (Membrane
BioReactor), o MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) e os Processos Oxidativos
Alternativos (POA), e fazendo uma breve comparação destes com o
convencional.
10
CAPITULO I
Tratamento de Efluentes
1.Tratamento aeróbico
O tratamento ideal para cada tipo de efluente é dependente do nível da
carga poluidora e seus contaminantes. Os processos de tratamento são
classificados em físicos, químicos e biológicos, conforme a natureza dos
poluentes a serem removidos e/ou das operações unitárias utilizadas para o
tratamento.
Os processos físicos removem os sólidos em suspensão sedimentáveis
e flutuantes através de separações físicas, tais como gradeamento,
peneiramento, caixas separadoras de óleos e gorduras, sedimentação e
flotação. Além disso, também removem a matéria orgânica e inorgânica em
suspensão coloidal e reduzem ou eliminam a presença de microrganismos por
meio de processos de filtração em areia ou em membranas (microfiltração e
ultrafiltração). Os processos físicos também são utilizados com a finalidade de
desinfecção, tais como a radiação ultravioleta.
Os processos químicos utilizam produtos químicos em seu processo,
tais como: agentes de coagulação, floculação, neutralização de pH, oxidação,
redução e desinfecção em diferentes etapas dos sistemas de tratamento.
Conseguem remover os poluentes por meio de reações químicas, além de
condicionar a mistura de efluentes que será tratada nos processos
subseqüentes.
A união destes dois processos, explicados acima, garante controlar
poluentes não removidos por processos biológicos convencionais e reduzir a
carga orgânica e, conseqüentemente diminuindo o dimensionamento da
estação de tratamento de efluentes (ETE). Estes processos retiram também
poluentes como o fósforo orgânico solúvel, nitrogênio, matéria orgânica,
bactéria e vírus, sólidos em suspensão, sólidos coloidais e soluções que
contribuam para turbidez.
O tratamento biológico ou secundário consiste na depuração da carga
poluidora contida no efluente de origem sanitária, pela injeção de oxigênio ao
11
efluente bruto. Na presença de agentes biológicos aeróbicos como bactérias e
protozoários. Von Sperling (2005) ressalta que nesta etapa de tratamento a
remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas
por microorganismo. Estes por sua vez, transformam a matéria orgânica em
gás carbônico, água e material celular. Telles; Costa (2007) ressaltam que
pode haver uma remoção tanto da DBO como para Coliformes de 60 a 99%.
Já para os nutrientes, pode haver uma redução de 10 a 50%, podendo este
valor ser superior, caso haja unidades específicas para isso.
Os decantadores secundários normalmente estão presentes no
tratamento secundário. Estes são responsáveis pela separação dos sólidos em
suspensão presentes no tanque de aeração, permitindo a saída de um efluente
clarificado, e consequentememente, o aumento do teor de sólidos em
suspensão no fundo do decantador. Estes sólidos em suspensão originam o
lodo ativado, que apresenta alta eficiência no que se refere a remoção de
matéria orgânica em esgotos domésticos e efluentes industriais. São sistemas
que apresentam certa versatilidade na operação e se comparados a outros
tipos de sistemas biológicos normalmente utilizados no tratamento de resíduos,
ocupam menor espaço físico para implantação.
No tratamento secundário, todas as etapas ocorrem via ação biológica,
dividida em dois ambientes. O ambiente aeróbio é aplicado a todas as
variantes de lodos ativados e lagoas aeradas, nos quais o oxigênio é
introduzido artificialmente. Neste ambiente produz-se maior quantidade de lodo
ao invés do processo anaeróbico.
12
A.
B. C.
Figura 1. Sistema de Tratamento aeróbicos: A. Sistema de Lodo Ativado; B. Filtros Biológicos;
C. Lagoas Aeróbicas.
Quando ocorre o tratamento dos efluentes, os parâmetros de Demanda
Bioquímica de Oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO),
nitrogênio, fósforo, coliformes e outros, sofrem uma queda em suas
concentrações, a ponto passível de descarte em corpo receptor, dentro dos
padrões de emissão do órgão ambiental local.
A DBO de uma água é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar
a matéria orgânica por decomposição microbiana aeróbica para uma forma
inorgânica estável. É um parâmetro importante no controle das eficiências das
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estações, tanto nos tratamentos biológicos aeróbicos e anaeróbicos, bem
como físico –químicos. A DQO é a quantidade de oxigênio necessária para a
oxidação da matéria orgânica de uma amostra por meio de um agente químico,
como o dicromato de potássio. O aumento da concentração de DQO num
corpo d’agua deve principalmente a desejos de origem industrial. Por isso, tem
sido demonstrado ser um parâmetro bastante eficiente no controle de sistema
de tratamentos efluentes industriais e de tratamentos anaeróbicos de esgoto
sanitário. Atualmente, observa-se o uso prioritário da DQO para o controle das
cargas aplicadas e das eficiência obtidas e a DBO como parâmetro secundário
para veficar o atendimento à legislação, uma vez que tanto a legislação federal
quanto a do Estado de São Paulo não incluem a DQO.
2. Tratamento anaeróbico
A aplicação de reatores anaeróbios iniciou-se em 1860, pelo francês
Louis Mouras (DUNBAR, 1908), pesquisadores desenvolveram outros tipos de
tratamentos anaeróbios, como o tanque de Imhoff que, com variações, foi o
método mais utilizado por mais de 12 milhões de alemães até o ano de 1945.
Estima-se que a digestão anaeróbia do esgoto sanitário converta de 60-80%
da DQO em metano. No entanto, preocupações com odores gerados e a
necessidade de posterior tratamento do efluente produzido fizeram com que o
tratamento aeróbio se difundisse majoritariamente.
O processo de tratamento anaeróbico segue o mesmo princípio de
depuração do processo aeróbico, porém, ocorre na ausência de oxigênio. A
digestão anaeróbia pode ser igualada a um ecossistema em que
microrganismos convertem matéria orgânica complexa em metano, gás
carbônico, água, gás sulfídrico,amônia e novas células bacterianas
(CHERNICHARO, 1997).
A formação destes produtos finais se desenvolve por meio de
fermentações, nas quais o material orgânico é transformado (i.e., oxidado). O
processo se divide em quatro etapas distintas, cada qual com sua população
bacteriana específica. São elas a hidrólise, acidogênese, acetogênese e
metanogênese.
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Alguns fatores controlam a conversão da biomassa em biogás, são eles:
tipo de biomassa a ser utilizada, sua concentração, temperatura, presença de
metais tóxicos, pH, alcalinidade, tempo de detenção hidráulica, tempo de
retenção de sólidos, relação entre substrato e microrganismos e carga aplicada
(BURKE, 2001).
Figura 2. Sistema de Tratamento Anaeróbico.
Atualmente, é comum se deparar com sistemas de reuso industriais
deficitário, apresentando problemas como, corrosão microbiológica, odor
séptico, depósito de lodo anaeróbico nas tubulações e equipamentos,
coloração inadequada da água de reuso e principalmente equipamentos
danificados e inutilizados. Isto ocorre devido às características de processo
que são comuns, seja no tratamento biológico e/ou físico-químico, seja nos
equipamentos de polimento do efluente tratados inadequados.
A água de reuso deve ser considerada como matéria prima do processo,
conseqüentemente, deve possuir qualidade, e esta qualidade só será obtida de
maneira uniforme, mantendo-se sempre o máximo possível de rendimento de
processo, portanto, o monitoramento diário e o uso de novas tecnologias são
as principais ferramentas para alcançar e manter a qualidade do efluente
tratado.
15
Segundo especialista em química ambiental, um problema bastante
recorrente que as empresas enfrentam é a tratabilidade de determinados
efluentes, que varia conforme cada caso. Cada seguimento industrial vai gerar
um tipo diferente de despejo líquido. Por exemplo, o tratamento de efluentes
das industrias automobilísticas necessita de condições diferenciadas quando
comparados ao tratamento de efluentes de industrias têxteis.
3. Processos de Separação por Membrana
A filtração por membranas pode ser definida como um processo de
separação que usa membranas semipermeáveis para dividir o fluxo em duas
porções: retido ou concentrado e permeado. Baseando-se neste princípio, no
início dos anos 60, inicio-se a comercialização da tecnologia de membranas,
na forma de sistemas de osmose reversa, para fins de dessalinização da água
do mar. Na década de 80, a nanofiltração, uma variante desta tecnologia que
trabalha com menor pressão no sistema, começa a ser instalada em escala
comercial, para a remoção de cor em águas derivadas de zonas com turfas na
Noruega, e para a remoção de dureza de águas subterrâneas no estado da
Flórida- EUA. Portanto, hoje em dia, estes dois seguimentos representam
pequenos nichos dentro da gama de variedades de novos sistemas utilizados
no tratamento de água e esgoto em saneamento básico (SCHINEIDER &
TSUTIYA, 2011).
Segundo Viana (2004), uma membrana consiste em um filme que
separa duas fases, agindo como uma barreira semipermeável e seletiva,
restringindo total ou parcialmente o transporte de uma ou várias espécies
químicas presentes nas soluções. Para que ocorra o transporte destas
espécies é necessário que o meio permita a passagem de alguma espécie
(permeabilidade do meio) e da existência de uma força.
O grande interesse, tanto das empresas de engenharia química e
ambiental quanto de pesquisadores desta área, de aumentar a escala desta
16
tecnologia nos últimos anos estão sendo projetadas para substituir sistemas
convencionais de tratamento de água em grandes escalas.
As membranas apresentam diferentes estruturas em função das
aplicações a que se destinam. De um modo geral, as membranas podem ser
classificadas em duas grandes categorias: densas e porosas. Além disso, tanto
as membranas densas quanto as porosas podem ser dividas, ao longo da
espessura, respectivamente em isotrópica e anisotrópica. A natureza das
membranas pode ser classificada como sintéticas ou biológicas.
Na área de saneamento, a classificação mais comum é feita de acordo
com o tipo de filtração, ou seja, tamanho de poros das membranas e
substância passante (Tabela 1).
Tabela 1. Classificação das membranas quanto ao tamanho de poros. (fonte: Schinayder &
Tsutiya, 2001)
17
CAPÍTULO II
A Importância da Reutilização da Água nas Industria
1. Legislação Ambiental
No Brasil, a Política Nacional de Meio Ambiente foi imposta em 1981
pela Lei nº 6.938, posteriormente modificada pela Lei nº 7.804/1989, e
regulamentada pelos Decretos nº 88.351, de 01.06.1983 e 99.274, de
06.06.1990. Um dos princípios adotado por esta lei foi o do poluidor-pagador,
definido como: “a imposição ao usuário, da contribuição pela utilização dos
recursos ambientais com fins econômicos e da imposição ao poluidor e ao
predador da obrigação de recuperar e/ou indenizar os danos causados”.
Portanto, foi necessário uma nova postura em relação ao meio ambiente,
introduzindo medidas de conciliação entre o desenvolvimento econômico-social
e preservação do meio ambiente.
Durante os anos 90 do século passado, face à dramática realidade e
situações nas quais a água está inserida, o governo brasileiro, diante dos
alertas sobre a iminente crise de disponibilidade de água, em especial após a
realização da Eco 92 no Rio de Janeiro e do preceituado no artigo 21 da
Constituição Federal de 1988, equacionou medidas com o objetivo de minorar
os problemas já existentes, num país onde ainda convivem a cultura da
abundância e da finitude do recurso água.
Um documento intitulado “Declaração Universal dos Direitos da Água”
foi redigido pela ONU em 22 de março de 1992. O texto faz várias observações
sobre a importância da água, que é considerada um patrimônio do planeta.
Neste contexto atual de escassez de água em vários sistemas de
armazenamento, o item 7 deste decreto diz que, “a água não deve ser
desperdiçada, nem poluída, nem envenenada. De maneira geral, sua utilização
deve ser feita com consciência e discernimento para que não se chegue a uma
situação de esgotamento ou de deterioração da qualidade das reservas
atualmente disponíveis”.
18
Em dezembro de 1996, após uma longa tramitação e de dois
substitutivos, o Congresso Nacional aprovou o Projeto de Lei Nacional de
Recursos Hídricos, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos e
criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. Em 8 de
janeiro de 1997, o Presidente da República sancionou a Lei nº 9.433, dotando
o Brasil dos instrumentos legais e institucionais necessários ao ordenamento
das questões referentes à disponibilidade e ao uso sustentável de suas águas.
Os principais instrumentos dessa Política são: os Planos de Recursos
Hídricos, elaborados por bacia hidrográfica e por Estado; o enquadramento
dos corpos d’água em classes, segundo os usos preponderantes da água; a
outorga de direito de uso; e a cobrança pelo uso dos recursos hídricos Como a
implementação de tais instrumentos é de caráter executivo, foi criada, através
da Lei nº 9.984 de 17 de julho de 2000, a Agência Nacional de Águas (ANA), o
órgão gestor dos recursos hídricos de domínio da União. Trata-se de uma
agência gestora de um recurso natural e não uma agência reguladora da
prestação de serviços públicos, o que a diferencia fundamentalmente das
agências já instaladas para os setores de eletricidade e de telefonia.
A ANA tem como missão coordenar a gestão dos recursos hídricos e
regular o acesso à água, promovendo o uso sustentável em benefício das
atuais e futuras gerações. Antes disso, o estado de São Paulo já havia
instituído uma política de gerenciamento de recursos hídricos, por meio da Lei
Estadual Nº 7663. Inspirada no modelo francês, a legislação brasileira sobre
recursos hídricos é um modelo ambicioso de gestão do uso dos rios e, de
acordo com esta Lei, as decisões sobre os usos dos rios em todo o País serão
tomadas pelos Comitês de Bacias Hidrográficas, que são constituídos por
representantes da sociedade civil (1/3), do estado (1/3) e dos municípios (1/3).
O decreto estadual de São Paulo nº 8468, de 8 de setembro de 1976,
aprovou o regulamento de lei nº 997, de 31 de maio de 1976, que dispõe sobre
prevenção e o controle da poluição do meio, estabelecendo padrões de
emissão para efluentes oriundos de atividades diversas. O artigo 19-A deste
decreto estabelece limites quantitativos para lançamento de efluentes
industriais em sistemas de esgoto, como segue:
I - pH entre 6,0 e 10,0;
II - temperatura inferior a 40º C;
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III - materiais sedimentáveis até 20 mlL-1 em teste de 1 hora em "cone Imhoff";
IV - ausência de óleo e graxas visíveis e concentração máxima de 150 mgL-1
de substâncias solúveis em hexano;
V - ausência de solventes, gasolina, óleos leves e substâncias explosivas ou
inflamáveis em geral;
VI - ausência de despejos que causem ou possam causar obstrução das
canalizações ou qualquer interferência na operação do sistema de esgotos;
VII - ausência de qualquer substância em concentração potencialmente tóxica
a processos biológicos de tratamento de esgotos;
VIII - concentrações máximas dos seguintes elementos, conjuntos de
elementos ou substâncias:
a) arsênico, cádmio, chumbo, cobre, cromo hexavalente, mercúrio, prata e
selênio - 1,5 mgL-1 de cada elemento sujeitas à restrição da alínea e deste
inciso;
b) cromo total e zinco 5,0 mgL-1 de cada elemento, sujeitas ainda à restrição
da alínea e deste inciso;
c) estanho - 4,0 mgL-1 sujeita ainda à restrição da alínea e deste inciso;
d) níquel - 2,0 mgL-1, sujeita ainda à restrição da alínea e deste inciso;
e) todos os elementos constantes das alíneas "a" a "d" deste inciso,
excetuando o cromo hexavalente - total de 5,0 mglL-1;
f) cianeto - 0,2 mgL-1;
g) fenol - 5,0 mgL-1;
h) ferro solúvel - Fe2+ - 15,0 mgL-1;
i) fluoreto - 10,0 mgL-1;
j) sulfeto.
O Conselho Nacional do Meio Ambiente, por meio da Resolução
CONAMA 357, de 17 de março de 2005, estabeleceu condições de qualidade
para o enquadramento dos corpos hídricos em território nacional, de acordo
com seus usos preponderantes, e para o lançamento de efluentes. Essa
resolução, como instrumento jurídico, fixou limites superiores ou inferiores.
20
2. A Crise Hídrica no Brasil
Segundo dados quantitativos, produzidos por hidrólogos, 97,5% da água
disponível na Terra são salgadas e 2,493% estão concentrados em geleiras ou
regiões subterrâneas de difícil acesso; sobram, portanto, apenas 0,007% de
água doce para o uso humano, disponível em rios, lagos e na atmosfera
(SHIKLOMANOV, 1998). Com o crescimento acelerado da população e o
desenvolvimento industrial e tecnológico, essas poucas fontes disponíveis de
água doce estão comprometidas ou correndo risco. A poluição dos mananciais,
o desmatamento, o assoreamento dos rios, o uso inadequado de irrigação e a
impermeabilização do solo, entre tantas outras ações do homem moderno, são
responsáveis pela morte e contaminação da água. Atualmente, mais de 1,3
bilhão de pessoas carecem de água doce no mundo, e o consumo humano de
água duplica a cada 25 anos, aproximadamente. Com base nesse cenário, a
água doce adquire uma escassez progressiva e um valor cada vez maior,
tornando-se um bem econômico propriamente dito.
O Brasil detém cerca de 12% daqueles 0,007% de toda a água doce
disponível no planeta destinada ao consumo humano, irrigação e atividades
industriais, graves problemas o afligem, relacionados à distribuição irregular
dos recursos hídricos e o desperdício presente em todos os níveis da
sociedade (AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS, 2002). Setenta por cento da
água brasileira estão na região Norte, onde está situada a bacia amazônica e
vivem
apenas 7% da população; a região Sudeste, que tem a maior concentração
populacional (42,63% do total brasileiro), dispõe de apenas 6% dos recursos
hídricos, e a região Nordeste, que abriga 28,91% da população dispõe apenas
de 3,3%. Portanto, apenas 30% dos recursos hídricos brasileiros estão
disponíveis para 93% da população. Em média, entre 40% e 60% da água
tratada são perdidos no percurso entre a captação e os domicílios, em função
de tubulações antigas, vazamentos, desvios clandestinos e tecnologias
obsoletas.
A Comissão Mundial da água, amparada pela Organização das Nações
Unidas e pelo Banco Mundial, avaliaram que o aumento da população até
2025 irá demandar um aumento de 17% de água para irrigação e de 70% para
21
suprimento urbano (RAMOS, 2007; WORLD WATER COUNCIL, 2000). Esta
demanda, associada a outros destinos da água, significa um acréscimo de
40% na demanda total de água. A Comissão Mundial da Água aponta a
necessidade de dobrar os investimentos globais em gestão da água e
saneamento para contribuir com as necessidades avaliadas e reduzir o número
de pessoas sem acesso à água tratada (1 bilhão) e ao saneamento básico (3
bilhões) (RAMOS, 2007; WORLD WATER COUNCIL, 2000).
Além da crescente demanda por água, o cenário projetado para as
próximas décadas inclui impactos das mudanças ambientais globais nos
sistemas hídricos. Um único evento pode produzir efeitos em níveis locais,
regionais, nacionais e internacionais. Estes efeitos podem ser o resultado
direto do próprio evento –consequências do evento – ou impactos indiretos,
como a redução na produção de alimentos ou a diminuição dos recursos
disponíveis.
De acordo com a Agencia Nacional de Águas (ANA), desde o segundo
semestre de 2012, observa-se uma gradativa e intensa redução nas taxas
pluviométricas (chuvas) em algumas regiões do País, que tem prejudicado a
oferta de água para o abastecimento público, especialmente no semiárido
brasileiro e nas regiões metropolitanas mais populosas e com maior demanda
hídrica (São Paulo e Rio de Janeiro). Outros setores que dependem do
armazenamento da água, como o de irrigação e o de energia hidrelétrica,
também estão sendo afetados pela falta de chuvas e pelo menor volume de
água armazenado nos reservatórios.
No sudeste, a atenção esta voltada para a forte interdependência dos
mananciais utilizados para abastecimento das regiões metropolitanas de São
Paulo, de Campinas, da Baixada Santista e de áreas adjacentes, que juntas
formam a Macrometrópole Paulista; e para a garantia da oferta de água para a
Região Metropolitana do Rio de Janeiro, fatores que evidenciam o papel
estratégico das bacias hidrográficas do Alto Tietê, PCJ (Piracicaba, Capivari e
Jundiaí) e do Paraíba do Sul para o atendimento simultâneo de todas as
regiões. As bacias de contribuição dos principais reservatórios de
abastecimento urbano do Sudeste como o Sistema Cantareira e os sistemas
do Paraíba do Sul contaram em 2014 com precipitações próximas as mais
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baixas já registradas no histórico, o que impediu a recuperação dos níveis dos
reservatórios.
De acordo com o diretor titular do Meio Ambiente da Federação das
Indústrias do Estado de São Paulo (Fiesp), Nelson Pereira dos Reis, a crise
hídrica pode afetar 60 mil industrias da Grande São Paulo e da região de
Campinas. Estas industrias representam quase 60% do PIB industrial do
estado. Além disso, as duas regiões representam metade do emprego
industrial de São Paulo, cerca de 1,5 milhão de empregos.
Sendo assim, com a crise hídrica será preciso alterar hábitos e
procedimentos nas industrias, e isso afetará a competitividade, produtividade e
lucro. Além de economizar e reduzir o volume anteriormente utilizado, uma das
alternativas é intensificar o reuso da água no processo de produção.
Quando a água com a qualidade requerida para determinado uso se
torna um recurso escasso, buscam-se alternativas de suprimento ou repressão
do consumo para que seja restabelecido o equilíbrio oferta/demanda, através
de formas sistematizadas ou não. De uma maneira geral, o reuso da água
pode ocorrer de forma direta ou indireta, através de ações planejadas ou não
planejadas e para fins potáveis e não potáveis.
Em 1973, a Organização Mundial da Saúde (OMS) lançou (WHO,1973)
uma classificação dos tipos de reuso em diferentes modalidades, de acordo
com seus usos e finalidades. Dentre eles estão:
Reuso indireto: ocorre quando a água já utilizada, uma ou mais vezes para o
uso doméstico ou industrial, é descarregada nas águas superficiais ou
subterrâneas e utilizada novamente a jusante de forma diluída.
Reuso direto: é o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para certas
finalidades como irrigação, uso industrial, recarga de aqüífero e água potável.
Reciclagem interna: é o reuso da água internamente as instalações
industriais, tendo como objetivo a economia de água e o controle da poluição.
Reuso potável direto: ocorre quando o esgoto recuperado, através de
tratamento avançado, é diretamente reutilizado no sistema de água potável.
Reuso potável indireto: caso em que o esgoto, após tratamento, é disposto
na coleção de águas superficiais ou subterrâneas para a diluição, purificação
23
natural e subseqüente captação, tratamento e finalmente utilização como água
potável.
Reuso não potável direto: ocorre quando o esgoto é tratado, mas não torna-
se potável. Esta água não potável pode ser utilizada na agricultura para
irrigação; nas industrias para utilização em caldeiras, limpezas, entre outros;
Com a escassez da água, cada vez mais, a sociedade e as instituições
públicas e privadas terão que dar prioridade para as modalidades de reuso
direto e reciclagem interna, pois são as que mais colaboram com a
sustentabilidade hídrica.
24
CAPÍTULO III
Inovações tecnológicas e sua eficácia
1. Sustentabilidade Hídrica nas empresas
Várias medidas de enfrentamento da crise hídrica estão sendo tomadas
por toda a sociedade. Muitos encontros estão acontecendo entre órgãos do
governo e professores universitários com intuito de criarem um planejamento
de medidas de sustentabilidade hídrica a serem adotadas. E cada vez mais a
tecnologia vem sendo uma ferramenta essencial neste processo, como por
exemplo, um modelo de simulação de estiagem criado por professores
especialista em recursos hídricos da Universidade de Massachusets, que será
utilizado no sistema cantareira; aplicativo criado pela Companhia de
Saneamento Básico do Estado São Paulo (SABESP) para estimular a redução
do consumo de água.
Em relação ao tratamento de efluentes industrias, a tecnologia também
vem avançando bastante neste aspecto, mas esta tecnologia nem sempre é
acessível a todas as empresas. Segundo pesquisa realizada pelo
Departamneto de Pesquisa e Estudos Econômicos (Depecon) da Fiesp e
Ciesp órgão da Federação e do Centro das Indústrias do Estado de São Paulo
(Fiesp e Ciesp), 67,6% das 413 indústrias ouvidas temiam a chance de
racionamento, sendo que 54,5% delas admitiam não ter uma fonte alternativa
de água, como políticas de reuso ou outras fontes de captação, como poços.
Por outro lado, industrias de médio e grande porte como a Toyota, Ambev,
entre outras até ganharam o Prêmio da Fiesp de Conservação e Reuso da
água. Estas empresas implantaram vários sistemas para economizar água e
sistemas para permitir o reuso da água tratada pela empresa.
Nos últimos quatro anos, a filial da Ambev de Jaguariúna reduziu o
índice de consumo de água de 3,80 para 2,75 litros de água usada na
produção de cada litro de cerveja (hL de água/ hL de produto), o que equivale
a mais de 1.174.742 m3. Desta forma, atingiu o melhor índice de consumo de
água desde o início da operação. A evolução dos índices de consumo de água
(hL de água/ hL de produto) entre 2010 e 2013 foi de 28% (Gráfico 1).
25
Gráfico 1. Evolução dos índices de consumo de água entre 2010 e 2013. (Fonte: Relatório
enviado ao 9° Prêmio Fiesp de Conservação e Reuso da água).
Uma nova tecnologia utilizada nesta planta da Ambev foram 35
medidores de vazão instalados em pontos estratégicos, identificando
prioridades e estratificando as lacunas que permitem mensurar e monitorar o
consumo de água de cada área da fábrica. A partir do consumo teórico de
cada local, é possível estabelecer metas individuais que são monitoradas pelo
GMR (Grupo de Melhoria da Rotina) (Grafico 2). Além disso, 34 sistemas de
reaproveitamento de água na unidade estão em operação, garantindo um
volume de até 1100 m³ de água reutilizada todos os dias (Figura 3).
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Gráfico 2. Consumo de água de cada área da fábrica . (Fonte: Relatório enviado ao 9° Prêmio
Fiesp de Conservação e Reuso da água).
Figura 3. Sistema de reaproveitamento de água do rinser de latas (Fonte: Relatório enviado ao
9° Prêmio Fiesp de Conservação e Reuso da água).
Segundo dados da Depcon, as industrias situadas na Grande São Paulo
e no litoral paulista consomem 40% da água disponível para abastecimento
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desta região, por isso é fundamental as empresas implementem um sistema de
gestão da água. Caso contrário o sistema sofre um grande risco de entrar em
colapso. O reuso é um dos pilares da sustentabilidade. Diminui a quantidade
de água retirada de rios e mananciais, ao mesmo tempo em que há aumento
da segurança hídrica de determinada região. Em comparação com outras
soluções, não é um processo caro, e existem muitas tecnologias capazes de
tratar a água adequadamente.
2. Tecnologia no Tratamento de Efluentes
É bem freqüente dentro do mundo industrial, se deparar com problemas
de corrosão microbiológica no sistema de reuso, odor séptico, depósito de lodo
anaeróbico nas tubulações e equipamentos, coloração inadequada da água de
reuso e principalmente equipamentos danificados e inutilizados. Isto ocorre
devido às características de processo que são comuns, seja no tratamento
biológico e/ou físico-químico, seja nos equipamentos de polimento do efluente
tratados inadequados.
A água de reuso deve ser considerada como matéria prima do processo,
conseqüentemente deve possuir qualidade de maneira uniforme, mantendo-se
sempre o máximo possível de rendimento do processo, para tanto, o
monitoramento diário e os novos sistemas de tratamento são a ferramenta
principal para alcançar e manter a qualidade do efluente tratado.
2.1. MBR (Membrane BioReactor)
O sistema MBR (Membrane BioReactor) está entre os que existe de
mais avançado em tratamento de efluentes doméstico e industriais, com a
eficiência elevada e aplicação em diversas situações. A tecnologia de
biorreatores com membranas é formada por um sistema biológico completo em
que as membranas de ultrafiltração fazem parte integrante do processo de
digestão da matéria orgância. As membranas são utlizadas tanto acopladas a
um biorreator aeróbio, como também podem ser instaladas em sistema já
existentes de lodo ativados (Figura 4 e 5).
28
Figura 4. Modulo de membranas externo ao módulo de aeração (Fonte: Kipper da Silva, M;
2010).
Figura 5. Modulo de membranas submerso ao tanque de aeração (Fonte: Kipper da Silva, M;
2010).
No reator com módulo submerso (SMBR), o feixe de membranas é
imerso no tanque aerado e o conteúdo do biorreator fica em contato com a
superfície externa das membranas. O permemado é obtido através da sucção
do conteúdo do reator que atravessa as parede da membrana. Uma das
principais vantagens dos SMBRs é o baixo custo energético. A energia
necessária para produzir vácuo para estes biorreatores é, normalmente, menor
do que a energia utilizada para os biorreatores de módulo externo, que utilizam
bombas centrífugas ou deslocamento positivo. Por outro lado, os fluxos
permeados das SMBRs são menores em comparação aos obtidos com os
29
MBRs com módulos externos, pois, estes últimos, são capazes de operar com
maior pressão.
Em comparação com as técnicas convencionais de tratamento de
efluentes, o sistema de membranas permite trabalhar com concentrações de
sólidos maiores que os sistemas biológicos comuns, o número de etapas
necessárias para o processo também são reduzidas, conseqüentemente os
tanques de aeração podem ser mais compactos que os utilizados em sistemas
de lodos ativados (figura 6 e 7).
Figura 6. Diagrama de um biorreator com membranas (fonte: Kipper da Silva, M; 2010).
Figura 7. Diagrama de um biorreator de efluentes convencional (fonte: Kipper da Silva, M;
2010).
Através destes diagramas podemos observar que a membrana substitui
o decantador secundário, e o filtro de areia, pois as membranas são capazes
de deter a biomassa produzindo um efluente de melhor qualidade. Além disso,
30
como o efluente tratado está livre de microorganismo, o processo elimina a
necessidade de uma etapa de desinfecção.
Nos sistemas convencionais, concentrações extremamente altas de
biomassa são inaceitáveis, pois podem causar uma sobrecarga do processo
de clarificação subseqüente, além da dificuldade de transferência de qualidade
de oxigênio adequadas.
Portanto, no tratamento convencional, o dimensionamento do
decantador secundário é dependente da concentração de biomassa no reator
biológico e da sedimentação do lodo. Nos sistemas MBRs não é preciso se
preocupar com o decantador, é possível trabalhar com concentrações de 3 a 6
vezes mais elevadas de biomassa em comparação com o tratamento
convencional de efluentes.
Podemos citar também as vantagens econômica e ambiental do sistema
MBR em relação à redução do uso de agentes químicos no processo de
tratamento, tais como floculantes, coagulantes, produtos para correção de pH,
desinfetantes, entre outros.
A tecnologia de membranas é considerada um processo mais estável e
seguro, onde permite obter um efluente final de alta qualidade com remoção
de carga orgânica e nutriente. É o processo que tem uma operação simples,
não havendo necessidade de controle de retorno de lodo, como ocorre nos
tratamentos convencionais.
Para viabilizar a utilização de membranas em processos de separação,
tanto em industrias quanto em estações de tratamento de água e efluentes, as
membranas devem ser acomodadas na forma de módulos compactos. Os
principais tipos de são: módulos com placa e quadrado, módulos espirais,
módulos tubulares, módulos com fibras ocas e módulos com disco rotatórios.
Com destaque para os módulos de fibras ocas que apresentam maior
aplicação em sistemas de microfiltração e ultrafiltração utilizados nos
tratamento de efluentes (Figura 8). Atualmente existem vários empresas
fornecedoras de membranas de filtração e sistemas MBR no país.
31
Figura 8. Módulos de fibras ocas ( fonte: Giacobbo, A; 2010).
No Brasil, a tecnologia de MBR ainda está começando a ganhar força.
Muitas empresas como a General Eletrics (GE), Huber Technology e
MANN+HUMMEL Fluid Brasil são especializadas em vários tipos de
membranas e sistemas MBR. Diante de tantas possibilidades oferecidas
pelo mercado, e com o avanço das novas tecnologias, as empresas
precisam pesquisar e analisar qual o sistema que melhor se adequa ao tipo
de efluente gerado.
2.2. MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)
Basicamente, o processo de MBBR consiste em uma tecnologia
adaptada aos sistemas de lodos ativados, por meio da introdução de pequenas
peças de plástico de baixa densidade e de grande área superficial (biomídias)
no interior do tanque de aeração, que atuaram como meio suporte para
desenvolvimento do biofilme, mantidos em constante circulação e mistura, seja
em função da introdução de ar difuso ou devido à existência de agitadores
mecanizado. Este mescanismo aumenta a capacidade de sistemas de lodo
ativado na remoção de carga orgânica, principalmente de nitrogênio.
32
Figura 9. (A) Projeto piloto em MBBR utilizado em pesquisa na USP; (B) biomídias de plástico
(retirado de B&F Dias).
Podemos destacar algumas vantagens deste sistema em relação ao
sistema convencional de lodo ativado:
1. Menor volume dos reatores bilógicos;
2. As taxas de aplicação de sólidos para unidades de clarificação são
reduzidas;
3. Não é necessário retrolavagem para o controle da espessura de biofilme
ou desentupimento do meio suporte, porque é um reator de mistura complexa
e fluxo contínuo;
4. A maior parte de biomassa ativa é retida continuamente no reator,
dispensando a etapa de separação de sólidos.
Seguindo os mesmos princípios básicos da MBBR foi criado um novo
modelo utilizando mídias têxteis nos processos biológicos aerados em conjunto
com os sistemas de aeração que, segundo algumas analises, possibilita um
incremento em até 100% da capacidade de tratamento nas estações de
esgotos sanitários e efluentes industriais, sem a necessidade de execução de
obras civis ou aumento da potência instalada no processo biológico. Esta
estrutura de mídias têxteis aumenta a fixação do número de microorganismos,
promovendo uma superfície larga, áspera e altamente estruturada, ideal para
colonização. A aeração é necessária apenas para o fornecimento de oxigênio
para a biomassa, e não obrigatoriamente para maior mistura como em alguns
processos de MMBR (Figura 10).
O meio têxtil proporciona condições ideais para o crescimento dos
microorganismos e é fixado numa estrutura de aço inoxidável que pode se
montada sobre sistemas de aeração já existentes ou não. Segundo a empresa
que instala este sistema, a estabilidade biológica e o alto desempenho do
33
sistema estão associados ao fato de conciliar as características e vantagens do
leito fixo e móvel num único conjunto.
Figura 10. Sistema de tratamento de efluentes com mídias têxteis. (fonte: B&F Dias)
2.3 Processos Oxidativos Avançados (POA)
Muitos estudos vem sendo desenvolvidos utilizando técnicas para o
tratamento de efluentes industriais de difícil degradação como, por exemplo,
efluentes de industrias têxteis, efluentes oleosos, efluentes contaminados com
agrotóxico, efluentes de siderúrgicas, entre outros.
Os Processos Oxidativos Avançados (POA) são tecnologias que
apresentam eficiência consolidada no tratamento de água e efluentes para a
remoção de poluentes orgânicos não tratáveis por meio de técnicas
convencionais devido a sua elevada estabilidade química e/ou baixa
biodegrabilidade.
Os POA ocorrem através de da degradação de contaminantes via
geração in situ de fortes oxidantes radicalares de oxigênio, como o radical
hodroxila ·OH. A versatilidade do POA está no fato de os radicais hidroxila
poderem ser gerados a partir de diferentes caminhos. Os radicais hidroxilas
podem ser produzidos utilizando-se agentes oxidantes como o ozônio (O3), o
peróxido de hidrogênio (H2O2), além da radiação ultra violeta (UV), ou de
34
combinações com o O3/ H2O2 , O3/ UV, H2O2/UV, O3/ H2O2/UV e da combinação
de peróxido de hidrogênio com íon ferroso, conhecido como reação de Fenton.
Estes processos podem ser divididos em dois grupos: os que envolvem reação
homegênea, usando O3, H2O2 e/ou radiação ultravioleta ou visível; e os que
acontecem em reações heterogêneas (irradiaodos ou não), utilizando
catalisadores metálicos.
Os processos mais explorados por pesquisadores são o reagente de
Fenton (H2O2 e ferro), que pode ser irradiado ou eletrizado (Foto-Fenton e
Eletron- Fenton), a ozonização (que pode ser combinado com H2O2, radiação
UV e catalisadores), a fotocatálise heterogênea (TiO2 ou outros
semicondutores) com UV ou luz solar e a peroxidação (H2O2), que pode ser
também irradiada.
A remoção da cor dos efluentes é um dos muitos problemas da
industrias têxteis; devido a utilização de grandes quantidades de água, o reuso
de águas residuárias vem sendo bastante discutido e estudado. Os processos
convencionais de tratamento de efluentes não removem as substâncias não
biodegradáveis, obtendo água com corantes após o processo.
As reações de Fenton e Foto-Fenton em sistemas homogêneos são
relatadas em vários estudos, os quais relatam remoções de até 100% da cor e
mineralização de matéria orgânica da ordem de 80% em termos de Demanda
Química de Oxigênio (DQO) e até 98% de Carbono Orgânico Total (COT).
35
Figura 11. Representação esquemática da utilização do tratamento biológico e do
tratamento com POA utilizando a reação de Fenton (fonte: Ribeiro, 2009)
36
CONCLUSÃO
O reuso de água deve ser considerado como parte de uma atividade
mais abrangente que é o uso racional ou eficiente da água, o qual compreende
também o controle de perdas e desperdícios, e a minimização da produção de
efluentes e do consumo de água.
As técnicas avançadas de tratamento de efluentes líquidos exercem um
papel fundamental no tratamento e gerenciamento de efluentes domésticos e
industriais, com o objetivo de atingir padrões de qualidade sustentáveis para o
ambiente aquático, proteção da saúde pública e para reuso e recirculação da
água.
Neste trabalho abordamos diferentes processos de tratamento de
efluentes que podem ser utilizados tanto em industrias como em estações de
tratamentos municipais, estaduais, entre outros. Os processos abordados
foram baseados nas tecnologias do MBR (Membrane BioReactor), o MBBR
(Moving Bed Biofilm Reactor) e os Processos Oxidativos Alternativos (POA).
Os processos MBR e MBBR apresentam muitas vantagens em
comparação com o processo convencional de tratamento que utiliza somente o
lodo ativado. Como, por exemplo, a eliminação de três etapas deste último, e
conseqüentemente a compactação da estação de tratamento.
O MBR é uma tecnologia promissora que está se consolidando em
países desenvolvidos, poucos estudos foram realizados no Brasil. Portanto é
necessário o desenvolvimento de novas pesquisas. Além de alguns estudos de
viabilidade econômica (implantação, operação, manutenção) comparando as
configurações de MBRs com módulo externo e submersos, visto que
atualmente as pesquisas estão voltadas aos MBRs com módulo submerso.
Os POA apresentam características mais específicas de tratamento que
complementam os processos de tratamento convencional de lodo ativado, pois
apresentam uma grande eficácia na remoção de poluentes orgânicos com a
destruição de contaminantes não biodegradáveis (corantes, agrotóxicos,
fármacos etc.) e remoção de metais pesados (Cr, Pb etc). Um processo
essencial em efluentes industriais que eliminam estes produtos.
37
Estas tecnologias de tratamento de efluentes abordadas possibilitam
tratamentos alternativos para as águas residuárias visando a reutilização e a
minimização de impactos causados pelos seus lançamentos em corpos
hídricos.
38
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
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40
ÍNDICE
FOLHA DE ROSTO 2
AGRADECIMENTO 3
DEDICATÓRIA 4
RESUMO 5
METODOLOGIA 6
SUMÁRIO 7
INTRODUÇÃO 8
CAPÍTULO I
TRATAMENTO DE EFLUENTES 10
1. Tatamento Aeróbico 10
2. Tratamento Anaeróbico 13
3. Processos de separação por membrana 15
CAPÍTULO II
A IMPORTÂNCIA DA REUTILIZAÇÃO DA AGUA NAS INDUSTRIAS 17
1. Legislação Ambiental 17
2. A Crise Hídrica no Brasil 20
CAPÍTULO III
INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS E SUA EFICÁCIA 24
1. Sustentabilidade Hídrica nas empresas 24
2. Tecnologia no tratamento de efluentes 27
2.1- Membrane BioReactor (MBR) 27
2.2- Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) 31
2.3- Processos Oxidativos Avançados (POA) 33
CONCLUSÃO 36
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 37
ÍNDICE 40