Publicação

Tratamento de efluente de reator UASB de uma indústria de etanol de milho: um estudo de caso no Mato Grosso, Brasil

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A gestão dos efluentes provenientes do processo de produção de etanol, a partir da cana-de-açúcar ou de milho, representa um desafio para a indústria brasileira, uma vez que gera uma quantidade significativa de efluente (vinhaça) que, quando descartado de maneira inadequada, pode ocasionar impactos ambientais no solo e nos corpos d'água, devido a características, como elevada carga orgânica (DQO de 30.000 a 120.000 mg O2/L). O objetivo desta pesquisa foi avaliar, em ambiente laboratorial e à temperatura ambiente, a eficiência do tratamento da vinhaça num Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e de Manta de Lodo (UASB), bem como de pós-tratamentos do efluente gerado nesse reator. A vinhaça foi proveniente de indústrias de produção de etanol a partir do milho, no estado de Mato Grosso, Brasil. Existia interesse em desenvolver métodos alternativos de lidar com este efluente gerado no seu processo produtivo. A metodologia adotada abrangeu as seguintes etapas: i) avaliação do desempenho do reator UASB, submetido ao aumento gradativo de carga orgânica (DBO5 e DQO); ii) avaliação da eficiência de remoção da carga poluente remanescente do efluente tratado no UASB através de processos físico-químicos (coagulação, floculação, sedimentação), através de ensaios de Jar test, usando sulfato de alumínio e um auxiliar de floculação desenvolvido, em laboratório, a partir de milho. Esse floculante gerado resultou num produto à base de amido de milho, de forma a substituir floculantes sintéticos. iii) avaliação da eficiência de remoção da carga poluente remanescente do efluente tratado em reator UASB por meio de diferentes materiais filtrantes, incluindo biochar produzido em laboratório a partir de eucalipto (como meio filtrante alternativo), carvão ativado e areia, bem como da combinação entre processos físico-químicos e filtração. Em termos do reator UASB, com um tempo de detenção hidráulica de 8 horas, um caudal volumétrico de 1,25 L/h, e uma COV que variou de 7,5 até 180 kg O2/(m³.d), os resultados obtidos na primeira fase experimental, com uma duração de 250 dias, mostraram que a eficiência de remoção de DQO aumentou progressivamente ao longo dos diferentes períodos temporais: 35%, 49%, 62%, 74%, 81% e 91%, enquanto a remoção de DBO₅ evoluiu de 36%, 54%, 64%, 79%, 84% até 94%. Na segunda fase, com uma duração de 90 dias, e durante a qual se reproduziu o aumento gradativo de carga orgânica, com biomassa previamente aclimatada, os valores da eficiência de remoção mantiveram-se elevados e mais estáveis: DQO 84%, 87%, 88%, 90%, 91% e 92%; DBO₅ 87%, 88%, 90%, 92%, 93% e 94%. Esses resultados indicam que o aumento gradual da carga orgânica, durante a primeira fase experimental, foi permitindo a adaptação do consórcio microbiano às substâncias presente na água residual, melhorando a eficiência do reator UASB na degradação de matéria orgânica, mesmo com variações na concentração de entrada, tornando quase imediato, na segunda fase experimental, o funcionamento em pleno do reator quando do reinício do processo de tratamento, mostrando a resiliência do mesmo. A produção de biogás, em qualquer uma das fases, acompanhou a remoção de DBO₅, confirmando a conversão da matéria orgânica em energia, enquanto a biomassa se manteve estável e funcional, garantindo operação contínua e robusta. O efluente tratado no reator UASB apresentou valores elevados de cor (33.018 mg PtCo/L), turbidez (3.117 NTU), DQO (5.064 mg O₂/L) e DBO₅ (1.704 mg O₂/L), acima dos limites da Resolução CONAMA 430/2011, evidenciando a necessidade de pós-tratamentos. A temperatura do efluente situou-se entre 23 °C e 27 °C, com uma média de 25 °C, enquanto o valor do pH esteve compreendido entre 6,6 e 7,2. Nos ensaios Jar-test ao efluente tratado no reator UASB, o sulfato de alumínio, utilizado como coagulante, apresentou o melhor desempenho a pH de 6-7 e uma concentração de 110 mg/L, removendo 83,4% a 89,5% da cor e 95% a 98% da turbidez, este último, o único, deste dois parâmetros, que atendeu à legislação. Entretanto, as melhores concentrações de DQO e DBO₅ permaneceram elevadas, sendo de 2.279 mg O₂/L e 665 mg O₂/L, respetivamente. A utilização apenas do biopolímero de milho, nas concentrações estudadas, não produziu resultados satisfatórios. A associação do sulfato de alumínio (110 mg/L) com o biopolímero (0,25 mg/L), a pH 6,5 apresentou o melhor desempenho global. Nessa condição, e face às concentrações do efluente tratado no UASB, a eficiência da remoção de cor e de turbidez foi de 99%, sendo que o parâmetro da turbidez passou a atender aos limites legais, enquanto a concentração de DQO residual permaneceu elevada (569 mg O₂/L) e a de DBO₅ (146 mg O₂/L) aproximou-se do valor máximo permitido de 120 mg O₂/L. Esses resultados evidenciam que a combinação do coagulante inorgânico com o biopolímero contribuiu para o aumento da eficiência do processo, promovendo uma maior redução dos parâmetros físico-químicos do efluente. O efluente tratado no reator UASB apresentou valores de pH entre 7 e 8 após filtração em três filtros com meios distintos: biochar, carvão ativado e areia, dentro dos limites da resolução CONAMA 430/2011. A cor do efluente bruto (33.018mg PtCo/L) foi reduzida em 91% (carvão ativado), 89% (biochar) e 75% (areia); Se aplicado um pré-tratamento físico-químico e depois a operação de filtração, a eficiência de remoção da cor aumentou para 99,9%, 99,9% e 99,8%, respetivamente, atendendo ao limite legal. A turbidez com efluente proveniente do reator UASB apresentou eficiências de remoção de 91% (biochar), 95% (carvão ativado) e 89% (areia), melhorando com o uso prévio do sulfato de alumínio e biopolímero, apresentando os valores de remoções de 99,91% (biochar), 99,96% (carvão ativado) e 99,89% (areia). Para a concentração de DQO, os filtros alcançaram uma eficiência de remoção de 88% (biochar), 92% (carvão ativado) e 83% (areia), e após o pré-tratamento físico-químico, as eficiências de remoção passaram para 98,9%, 99,4% e 99,4%, respetivamente. Para a concentração de DBO₅, o efluente (1.704 mg O₂/L) viu reduzida o seu valor para 119 mg O₂/L (biochar), 94 mg O₂/L (carvão ativado) e 239 mg O₂/L (areia); com pré-tratamento químico, os valores sofreram uma redução para 26, 15 e 49 mg O₂/L, respetivamente, estando todos dentro do limite legal. Estes resultados indicam que a combinação de tratamento físico-químico e filtração, especialmente com meios filtrantes como o carvão ativado e o biochar, é eficaz para adequar o efluente do UASB aos padrões ambientais previstos na legislação. A combinação de um processo biológico (reator anaeróbio UASB), de um processo físico-químico (coagulação/floculação/sedimentação) e de um processo de filtração permitiu obter um efluente tratado que, relativamente aos parâmetros monitorizados, cumpriu os limites legais.
Autores principais:	Latorraca, Tadeu José Figueiredo
Assunto:	Indústria de etanol Vinhaça milho Carga orgânica Tratamento de efluente Impacto ambiental Ethanol industry Corn vinasse Organic load Effluent treatment Environmental impact Industrie de l’éthanol Vinasse de maïs Charge organique Traitement des effluents Impact environnemental
Ano:	2026
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade Fernando Pessoa
Idioma:	português
Origem:	Repositório Institucional - Universidade Fernando Pessoa

Descrição
Resumo:	A gestão dos efluentes provenientes do processo de produção de etanol, a partir da cana-de-açúcar ou de milho, representa um desafio para a indústria brasileira, uma vez que gera uma quantidade significativa de efluente (vinhaça) que, quando descartado de maneira inadequada, pode ocasionar impactos ambientais no solo e nos corpos d'água, devido a características, como elevada carga orgânica (DQO de 30.000 a 120.000 mg O2/L). O objetivo desta pesquisa foi avaliar, em ambiente laboratorial e à temperatura ambiente, a eficiência do tratamento da vinhaça num Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e de Manta de Lodo (UASB), bem como de pós-tratamentos do efluente gerado nesse reator. A vinhaça foi proveniente de indústrias de produção de etanol a partir do milho, no estado de Mato Grosso, Brasil. Existia interesse em desenvolver métodos alternativos de lidar com este efluente gerado no seu processo produtivo. A metodologia adotada abrangeu as seguintes etapas: i) avaliação do desempenho do reator UASB, submetido ao aumento gradativo de carga orgânica (DBO5 e DQO); ii) avaliação da eficiência de remoção da carga poluente remanescente do efluente tratado no UASB através de processos físico-químicos (coagulação, floculação, sedimentação), através de ensaios de Jar test, usando sulfato de alumínio e um auxiliar de floculação desenvolvido, em laboratório, a partir de milho. Esse floculante gerado resultou num produto à base de amido de milho, de forma a substituir floculantes sintéticos. iii) avaliação da eficiência de remoção da carga poluente remanescente do efluente tratado em reator UASB por meio de diferentes materiais filtrantes, incluindo biochar produzido em laboratório a partir de eucalipto (como meio filtrante alternativo), carvão ativado e areia, bem como da combinação entre processos físico-químicos e filtração. Em termos do reator UASB, com um tempo de detenção hidráulica de 8 horas, um caudal volumétrico de 1,25 L/h, e uma COV que variou de 7,5 até 180 kg O2/(m³.d), os resultados obtidos na primeira fase experimental, com uma duração de 250 dias, mostraram que a eficiência de remoção de DQO aumentou progressivamente ao longo dos diferentes períodos temporais: 35%, 49%, 62%, 74%, 81% e 91%, enquanto a remoção de DBO₅ evoluiu de 36%, 54%, 64%, 79%, 84% até 94%. Na segunda fase, com uma duração de 90 dias, e durante a qual se reproduziu o aumento gradativo de carga orgânica, com biomassa previamente aclimatada, os valores da eficiência de remoção mantiveram-se elevados e mais estáveis: DQO 84%, 87%, 88%, 90%, 91% e 92%; DBO₅ 87%, 88%, 90%, 92%, 93% e 94%. Esses resultados indicam que o aumento gradual da carga orgânica, durante a primeira fase experimental, foi permitindo a adaptação do consórcio microbiano às substâncias presente na água residual, melhorando a eficiência do reator UASB na degradação de matéria orgânica, mesmo com variações na concentração de entrada, tornando quase imediato, na segunda fase experimental, o funcionamento em pleno do reator quando do reinício do processo de tratamento, mostrando a resiliência do mesmo. A produção de biogás, em qualquer uma das fases, acompanhou a remoção de DBO₅, confirmando a conversão da matéria orgânica em energia, enquanto a biomassa se manteve estável e funcional, garantindo operação contínua e robusta. O efluente tratado no reator UASB apresentou valores elevados de cor (33.018 mg PtCo/L), turbidez (3.117 NTU), DQO (5.064 mg O₂/L) e DBO₅ (1.704 mg O₂/L), acima dos limites da Resolução CONAMA 430/2011, evidenciando a necessidade de pós-tratamentos. A temperatura do efluente situou-se entre 23 °C e 27 °C, com uma média de 25 °C, enquanto o valor do pH esteve compreendido entre 6,6 e 7,2. Nos ensaios Jar-test ao efluente tratado no reator UASB, o sulfato de alumínio, utilizado como coagulante, apresentou o melhor desempenho a pH de 6-7 e uma concentração de 110 mg/L, removendo 83,4% a 89,5% da cor e 95% a 98% da turbidez, este último, o único, deste dois parâmetros, que atendeu à legislação. Entretanto, as melhores concentrações de DQO e DBO₅ permaneceram elevadas, sendo de 2.279 mg O₂/L e 665 mg O₂/L, respetivamente. A utilização apenas do biopolímero de milho, nas concentrações estudadas, não produziu resultados satisfatórios. A associação do sulfato de alumínio (110 mg/L) com o biopolímero (0,25 mg/L), a pH 6,5 apresentou o melhor desempenho global. Nessa condição, e face às concentrações do efluente tratado no UASB, a eficiência da remoção de cor e de turbidez foi de 99%, sendo que o parâmetro da turbidez passou a atender aos limites legais, enquanto a concentração de DQO residual permaneceu elevada (569 mg O₂/L) e a de DBO₅ (146 mg O₂/L) aproximou-se do valor máximo permitido de 120 mg O₂/L. Esses resultados evidenciam que a combinação do coagulante inorgânico com o biopolímero contribuiu para o aumento da eficiência do processo, promovendo uma maior redução dos parâmetros físico-químicos do efluente. O efluente tratado no reator UASB apresentou valores de pH entre 7 e 8 após filtração em três filtros com meios distintos: biochar, carvão ativado e areia, dentro dos limites da resolução CONAMA 430/2011. A cor do efluente bruto (33.018mg PtCo/L) foi reduzida em 91% (carvão ativado), 89% (biochar) e 75% (areia); Se aplicado um pré-tratamento físico-químico e depois a operação de filtração, a eficiência de remoção da cor aumentou para 99,9%, 99,9% e 99,8%, respetivamente, atendendo ao limite legal. A turbidez com efluente proveniente do reator UASB apresentou eficiências de remoção de 91% (biochar), 95% (carvão ativado) e 89% (areia), melhorando com o uso prévio do sulfato de alumínio e biopolímero, apresentando os valores de remoções de 99,91% (biochar), 99,96% (carvão ativado) e 99,89% (areia). Para a concentração de DQO, os filtros alcançaram uma eficiência de remoção de 88% (biochar), 92% (carvão ativado) e 83% (areia), e após o pré-tratamento físico-químico, as eficiências de remoção passaram para 98,9%, 99,4% e 99,4%, respetivamente. Para a concentração de DBO₅, o efluente (1.704 mg O₂/L) viu reduzida o seu valor para 119 mg O₂/L (biochar), 94 mg O₂/L (carvão ativado) e 239 mg O₂/L (areia); com pré-tratamento químico, os valores sofreram uma redução para 26, 15 e 49 mg O₂/L, respetivamente, estando todos dentro do limite legal. Estes resultados indicam que a combinação de tratamento físico-químico e filtração, especialmente com meios filtrantes como o carvão ativado e o biochar, é eficaz para adequar o efluente do UASB aos padrões ambientais previstos na legislação. A combinação de um processo biológico (reator anaeróbio UASB), de um processo físico-químico (coagulação/floculação/sedimentação) e de um processo de filtração permitiu obter um efluente tratado que, relativamente aos parâmetros monitorizados, cumpriu os limites legais.