Publicação

Caracterização e tratamento de efluentes vinícolas da Região Demarcada do Douro

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Reconhecendo o valor universal e excepcional da paisagem vitícola, a Região Demarcada do Douro (RDD) foi recentemente inscrita na lista de Património Mundial da UNESCO como paisagem cultural evolutiva e viva. Nesta região domina a fileira vitivinícola, particularmente a produção de Vinho do Porto, tendo-se assistido nas últimas décadas à concentração da elaboração em grandes adegas, com o consequente aumento do impacte ambiental dos Efluentes Vinícolas (EVs) gerados. Esta agro-indústria tem actividades sazonais ao longo do ano, produzindo cada uma delas efluentes com diferentes características qualitativas e quantitativas, em função do modo de laboração, do tipo de vinho produzido, do consumo de água, da tecnologia utilizada e da dimensão da instalação. Com este trabalho pretendeu apresentar-se a problemática da produção e gestão dos EVs, a suacaracterização, processos de tratamento utilizados, aprofundando o estudo da tratabilidade aeróbia dos EVs da RDD, através da adopção de diversas estratégias para o planeamento da adega e optimização do seu tratamento. Contemplou cinco fases principais: i) Revisão bibliográfica e avaliação do “estado da arte” relativa ao tratamento de EVs; ii) Caracterização das instalações produtivas, avaliação do volume diário de EVs gerados e caracterização físico-química dos efluentes produzidos ao longo do ano; iii) Estudos laboratoriais de tratabilidade aeróbia para os diferentes EVs produzidos; iv) Ensaios utilizando Reactores Descontínuos Sequenciais (SBRs) laboratoriais; v) Modelação dos resultados dos ensaios experimentais realizados; A primeira fase, mais vasta, enquadra o tema abordando os diversos aspectos da produção, gestão e tratamento de EVs. Compreende o estado da arte dos principais aspectos de Enquadramento (Parte I), Redução do volume e carga poluente (Parte II), Problemática e bases tecnológicas dos tratamentos (Parte III) e Fileiras de tratamento (Parte IV), tendo cada uma delas diversos capítulos. Na segunda fase (Parte V), dá-se início ao trabalho experimental, caracterizando-se as adegas da RDD, com informação qualitativa e quantitativa dos EVs produzidos. Esta fase é fundamental ao estabelecimento de modelos de gestão de EVs e à selecção das tecnologias de tratamento. Na terceira fase (Parte VI), e dada a grande variabilidade de concentração e tipologia de matéria oxidável, expressa como CQO, avalia-se a biodegradabilidade dos diferentes tipos de efluentes produzidos (1ª, 2ª e 3ª trasfegas) e de um efluente resultante da mistura das três trasfegas (Mix). Na quarta fase (Parte VII) avalia-se o comportamento dos Reactores Descontínuos Sequenciais (SBRs) no tratamento destes efluentes, enquanto na quinta fase (Parte VIII) se comparam os resultados experimentais obtidos com os modelos matemáticos propostos por diversos autores. Finalmente, na Parte IX apresentam-se as conclusões finais e as propostas de trabalho futuro. O trabalho realizado mostrou que existem dois períodos distintos no que respeita a consumo de água/volume de EVs produzido nas adegas do Douro: uma época baixa (de Novembro a Agosto) com consumos reduzidos e uma época alta correspondendo ao período de vindimas/primeiras trasfegas (Setembro e Outubro), período em que os consumos são multiplicados por 2 a 5 (o consumo neste período corresponde a cerca de 35 a 50% do total anual). A produção específica de efluentes oscilou entre 1,45 e 2,58 litros de água por litro de vinho produzido, sendo inversamente proporcional ao tamanho da adega. Constatou-se também a existência de uma elevada sazonalidade e heterogeneidade dos EVs produzidos em termos de carga poluente, teor em SST e pH, com existência de maiores carga poluente e teor de sólidos em suspensão na fase da vindima e primeiras trasfegas. O estudo realizado permitiu tipificar três efluentes distintos (1ª, 2ª e 3ª trasfegas) com características físico-químicas dispares, correspondentes às operações mais poluentes do ciclo produtivo do vinho, tendo no entanto todos eles uma razão CBO5/CQO de cerca de 50 a 55%, uma razão CQOsolúvel/CQOtotal de cerca de 73% e um pH em geral ácido (inferior a 5). Nos testes descontínuos de biodegradabilidade sem adição de nutrientes, verificou-se que os efluentes da 2ª e 3ª trasfegas apresentam globalmente uma biodegradabilidade semelhante, mas inferior à da 1ª trasfega. As percentagens de remoção mais elevadas foram obtidas para baixas concentrações de biomassa (2 a 3 g SSV L-1) e de substrato (1 a 4 g CQO L-1). Não se verificaram diferenças significativas de tratabilidade biológica entre as 3 diferentes trasfegas e o efluente Mix (obtido por mistura das 3 trasfegas). Conclui-se também que os EVs apresentam um efeito inibidor a altas concentrações de substrato, pois a máxima taxa de remoção de CQO diminuiu com o aumento da concentração de CQO inicial. A percentagem de remoção em CQO nos ensaios realizados com o efluente Mix foi superior a 70% após as primeiras 24 horas, ultrapassando os 90% decorridas 48 horas após o início da depuração. De forma geral, o teor de biomassa de 2 g SSV L-1 apresentou o melhor desempenho em termos de remoção de CQO e características de decantabilidade dos sólidos biológicos formados. A utilização de reactores SBR no tratamento de EVs permitiu concluir que a remoção de CQO obtida sem adição de nutrientes e utilizando uma razão de enchimento de 50%, oscila entre os 70 e os 95%, alcançando-se os melhores resultados para Cargas volúmicas (Cvs) inferiores a 3,4 g CQO L-1 dia-1. A Cv removida oscila entre 1,5 e 2,8 g CQO L-1 dia-1 para Cv aplicada respectivamente de 1,5 a 6 g CQO L-1 dia-1. A maior velocidade de remoção e as melhores características de decantabilidade foram obtidas no tratamento de EVs com 12 g CQO L-1 e 2 g SSV L-1 de biomassa, a que corresponde uma Cv de 6 g CQO L-1 dia-1. Assim, pode concluir-se que o tratamento aeróbio de EVs através de reactores SBR sem adição de nutrientes mostra-se tecnicamente possível, permitindo percentagens de remoção de CQO superiores a 95%, mas para Cvs aplicadas baixas. A operação de reactores SBR após adição de nutrientes e utilizando uma razão de enchimento de 25%, permite praticamente duplicar a Cv removida face à Cv aplicada, aumentando simultaneamente a velocidade de sedimentação. Houve ainda uma melhoria das características do efluente tratado (diminuição dos teores de CQOs e de SST). Em geral a remoção de CQO foi superior a 95% em todos os ensaios, sendo a maior parte da carga orgânica degradada nas primeiras 21 horas de reacção (para valores de Cv aplicada até 3,5 g CQO L-1 dia-1 e razões F/M até 1,8 g CQO g SSV-1 dia-1). São portanto estas as condições ideais para operar um reactor SBR no tratamento de EVs da RDD. A determinação das constantes cinéticas e a modelação dos ensaios realizados evidenciou que, de forma geral, todos os EVs seguem cinéticas de degradação típicas de Haldane/Andrews ou de Monod. O efluente da 1ª trasfega apresentou valores de Ks entre 5 e 38 g CQO L-1 e Vmax de 8 a 49 g CQO g SSV-1 dia-1, enquanto os efluentes da 2ª e 3ª trasfegas e Mix apresentaram valores de Ks entre 0,01 e 17,6 g CQO L-1 e Vmax de 0,75 a 30 g CQO g SSV-1 dia-1. Em termos globais, a modelação do comportamento gráfico dos reactores confirma que as velocidades específicas máximas de degradação da matéria orgânica observadas são conseguidas maioritariamente para as concentração de biomassa de 2 e 3 g SSV L-1 e para teores de CQO iniciais no reactor entre 1 e 4 g L-1. As velocidades específicas máximas de remoção de substrato observadas através da modelação do comportamento gráfico dos reactores oscilaram entre 0,5 e 2,8 g CQO g SSV-1dia-1, para teores de CQO iniciais no reactor entre 1 e 4 g L-1 e teores de biomassa de 2 e 3 g SSV L-1.
Autores principais:	Pirra, António
Assunto:	Efluentes vinícolas, Região Demarcada do Douro Tratamento aeróbio Reactor Descontínuo Sequencial (SBR) Modelação
Ano:	2005
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Idioma:	português
Origem:	Repositório da UTAD

Descrição
Resumo:	Reconhecendo o valor universal e excepcional da paisagem vitícola, a Região Demarcada do Douro (RDD) foi recentemente inscrita na lista de Património Mundial da UNESCO como paisagem cultural evolutiva e viva. Nesta região domina a fileira vitivinícola, particularmente a produção de Vinho do Porto, tendo-se assistido nas últimas décadas à concentração da elaboração em grandes adegas, com o consequente aumento do impacte ambiental dos Efluentes Vinícolas (EVs) gerados. Esta agro-indústria tem actividades sazonais ao longo do ano, produzindo cada uma delas efluentes com diferentes características qualitativas e quantitativas, em função do modo de laboração, do tipo de vinho produzido, do consumo de água, da tecnologia utilizada e da dimensão da instalação. Com este trabalho pretendeu apresentar-se a problemática da produção e gestão dos EVs, a suacaracterização, processos de tratamento utilizados, aprofundando o estudo da tratabilidade aeróbia dos EVs da RDD, através da adopção de diversas estratégias para o planeamento da adega e optimização do seu tratamento. Contemplou cinco fases principais: i) Revisão bibliográfica e avaliação do “estado da arte” relativa ao tratamento de EVs; ii) Caracterização das instalações produtivas, avaliação do volume diário de EVs gerados e caracterização físico-química dos efluentes produzidos ao longo do ano; iii) Estudos laboratoriais de tratabilidade aeróbia para os diferentes EVs produzidos; iv) Ensaios utilizando Reactores Descontínuos Sequenciais (SBRs) laboratoriais; v) Modelação dos resultados dos ensaios experimentais realizados; A primeira fase, mais vasta, enquadra o tema abordando os diversos aspectos da produção, gestão e tratamento de EVs. Compreende o estado da arte dos principais aspectos de Enquadramento (Parte I), Redução do volume e carga poluente (Parte II), Problemática e bases tecnológicas dos tratamentos (Parte III) e Fileiras de tratamento (Parte IV), tendo cada uma delas diversos capítulos. Na segunda fase (Parte V), dá-se início ao trabalho experimental, caracterizando-se as adegas da RDD, com informação qualitativa e quantitativa dos EVs produzidos. Esta fase é fundamental ao estabelecimento de modelos de gestão de EVs e à selecção das tecnologias de tratamento. Na terceira fase (Parte VI), e dada a grande variabilidade de concentração e tipologia de matéria oxidável, expressa como CQO, avalia-se a biodegradabilidade dos diferentes tipos de efluentes produzidos (1ª, 2ª e 3ª trasfegas) e de um efluente resultante da mistura das três trasfegas (Mix). Na quarta fase (Parte VII) avalia-se o comportamento dos Reactores Descontínuos Sequenciais (SBRs) no tratamento destes efluentes, enquanto na quinta fase (Parte VIII) se comparam os resultados experimentais obtidos com os modelos matemáticos propostos por diversos autores. Finalmente, na Parte IX apresentam-se as conclusões finais e as propostas de trabalho futuro. O trabalho realizado mostrou que existem dois períodos distintos no que respeita a consumo de água/volume de EVs produzido nas adegas do Douro: uma época baixa (de Novembro a Agosto) com consumos reduzidos e uma época alta correspondendo ao período de vindimas/primeiras trasfegas (Setembro e Outubro), período em que os consumos são multiplicados por 2 a 5 (o consumo neste período corresponde a cerca de 35 a 50% do total anual). A produção específica de efluentes oscilou entre 1,45 e 2,58 litros de água por litro de vinho produzido, sendo inversamente proporcional ao tamanho da adega. Constatou-se também a existência de uma elevada sazonalidade e heterogeneidade dos EVs produzidos em termos de carga poluente, teor em SST e pH, com existência de maiores carga poluente e teor de sólidos em suspensão na fase da vindima e primeiras trasfegas. O estudo realizado permitiu tipificar três efluentes distintos (1ª, 2ª e 3ª trasfegas) com características físico-químicas dispares, correspondentes às operações mais poluentes do ciclo produtivo do vinho, tendo no entanto todos eles uma razão CBO5/CQO de cerca de 50 a 55%, uma razão CQOsolúvel/CQOtotal de cerca de 73% e um pH em geral ácido (inferior a 5). Nos testes descontínuos de biodegradabilidade sem adição de nutrientes, verificou-se que os efluentes da 2ª e 3ª trasfegas apresentam globalmente uma biodegradabilidade semelhante, mas inferior à da 1ª trasfega. As percentagens de remoção mais elevadas foram obtidas para baixas concentrações de biomassa (2 a 3 g SSV L-1) e de substrato (1 a 4 g CQO L-1). Não se verificaram diferenças significativas de tratabilidade biológica entre as 3 diferentes trasfegas e o efluente Mix (obtido por mistura das 3 trasfegas). Conclui-se também que os EVs apresentam um efeito inibidor a altas concentrações de substrato, pois a máxima taxa de remoção de CQO diminuiu com o aumento da concentração de CQO inicial. A percentagem de remoção em CQO nos ensaios realizados com o efluente Mix foi superior a 70% após as primeiras 24 horas, ultrapassando os 90% decorridas 48 horas após o início da depuração. De forma geral, o teor de biomassa de 2 g SSV L-1 apresentou o melhor desempenho em termos de remoção de CQO e características de decantabilidade dos sólidos biológicos formados. A utilização de reactores SBR no tratamento de EVs permitiu concluir que a remoção de CQO obtida sem adição de nutrientes e utilizando uma razão de enchimento de 50%, oscila entre os 70 e os 95%, alcançando-se os melhores resultados para Cargas volúmicas (Cvs) inferiores a 3,4 g CQO L-1 dia-1. A Cv removida oscila entre 1,5 e 2,8 g CQO L-1 dia-1 para Cv aplicada respectivamente de 1,5 a 6 g CQO L-1 dia-1. A maior velocidade de remoção e as melhores características de decantabilidade foram obtidas no tratamento de EVs com 12 g CQO L-1 e 2 g SSV L-1 de biomassa, a que corresponde uma Cv de 6 g CQO L-1 dia-1. Assim, pode concluir-se que o tratamento aeróbio de EVs através de reactores SBR sem adição de nutrientes mostra-se tecnicamente possível, permitindo percentagens de remoção de CQO superiores a 95%, mas para Cvs aplicadas baixas. A operação de reactores SBR após adição de nutrientes e utilizando uma razão de enchimento de 25%, permite praticamente duplicar a Cv removida face à Cv aplicada, aumentando simultaneamente a velocidade de sedimentação. Houve ainda uma melhoria das características do efluente tratado (diminuição dos teores de CQOs e de SST). Em geral a remoção de CQO foi superior a 95% em todos os ensaios, sendo a maior parte da carga orgânica degradada nas primeiras 21 horas de reacção (para valores de Cv aplicada até 3,5 g CQO L-1 dia-1 e razões F/M até 1,8 g CQO g SSV-1 dia-1). São portanto estas as condições ideais para operar um reactor SBR no tratamento de EVs da RDD. A determinação das constantes cinéticas e a modelação dos ensaios realizados evidenciou que, de forma geral, todos os EVs seguem cinéticas de degradação típicas de Haldane/Andrews ou de Monod. O efluente da 1ª trasfega apresentou valores de Ks entre 5 e 38 g CQO L-1 e Vmax de 8 a 49 g CQO g SSV-1 dia-1, enquanto os efluentes da 2ª e 3ª trasfegas e Mix apresentaram valores de Ks entre 0,01 e 17,6 g CQO L-1 e Vmax de 0,75 a 30 g CQO g SSV-1 dia-1. Em termos globais, a modelação do comportamento gráfico dos reactores confirma que as velocidades específicas máximas de degradação da matéria orgânica observadas são conseguidas maioritariamente para as concentração de biomassa de 2 e 3 g SSV L-1 e para teores de CQO iniciais no reactor entre 1 e 4 g L-1. As velocidades específicas máximas de remoção de substrato observadas através da modelação do comportamento gráfico dos reactores oscilaram entre 0,5 e 2,8 g CQO g SSV-1dia-1, para teores de CQO iniciais no reactor entre 1 e 4 g L-1 e teores de biomassa de 2 e 3 g SSV L-1.