UNIVERSIDADE
CATÓLICA DE
BRASÍLIA
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Curso de Engenharia
Ambiental
TRATAMENTO DE EFLUENTES DE ABATE DE AVES
Autor: Camila Mascarenhas Florentino
Eveline Silva Moraes
Fernanda Pereira de Souza
Orientador: Dr. Douglas José da Silva
BRASÍLIA
2010
2
TRATAMENTO DE EFLUENTES DE ABATE DE AVES
Camila Mascarenhas Florentino
Eveline Silva Moraes
Fernanda Pereira de Souza
[email protected]
[email protected]
eng.amb.fernanda @gmail.com
Dr. Douglas José da Silva (Professor Orientador)
[email protected]
Curso de Graduação em Engenharia Ambiental – Universidade Católica de Brasília
RESUMO
A indústria de abate de aves possui um papel significativo na economia do país. A
elevação da produtividade e a busca do reconhecimento internacional fazem com que haja um
aumento no consumo de água o qual tem como conseqüência a maior geração de efluentes
altamente poluidores. Essa água residuária apresenta alto teor de demanda bioquímica de
oxigênio, sólidos em suspensão, material flotável e óleos e graxas. Com a intenção de tratar
esse efluente propõe-se a utilização de uma mistura de enzimas imobilizadas (amilases,
lipases e proteases), as quais auxiliam no processo de tratamento. O presente trabalho avaliou
em escala de bancada as condições de tratabilidade do efluente industrial, investigando a
melhor relação peso/ volume de solução (reagente) para obter resultados compatíveis com os
padrões de lançamento estabelecidos na legislação. Os resultados demonstraram que a solução
enzimática com concentração 20% (p/v) apresentou o melhor desempenho. O efluente final
não atingiu o padrão de lançamento em corpo receptor, sendo necessário um processo de
polimento final.
Palavras-chave: Tratamento de Efluentes. Água Residuária. Abate de aves. Mistura
Enzimática
Artigo apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Católica de Brasília,
como requisito para obtenção ao título de Bacharel em Engenharia Ambiental. O artigo foi aprovado por:
Douglas José da Silva – Orientador e Perseu Fernando dos Santos – Examinador. Brasília, 17 de junho de 2010.
3
ABSTRACT
The chicken slaughter business plays a significant role in the national economy. The
increase in productivity and the effort to be internationally recognized cause a surge in water
consumption which generates a bigger amount of highly pollutant effluents. This waste water
contains high degree of biochemystry demand oxygen, solids in suspension, floating material
and oil and grease. Intending to treat this residual water, this paper proposes the use of an
enzymatic concentrate immobilized (amylase, lipase and protease), which helps in its
treatment process. This work evaluated in laboratories the tractability conditions of the
industrial effluent, searching the best weight-volume ratio of solution (reactant) to obtain
treated effluent that is compatible with the discharge standards established by law. After
laboratory analyses, the concentrate with 20% (w/v) reactant obtained the best performance,
in spite of that it is necessary a final polish process of the effluent for posterior discharge.
Keywords: Residual Water Treatment. Waste Water. Chicken Slaughter. Enzymatic
Concentrate.
4
1.
INTRODUÇÃO
A produção agropecuária brasileira, especificadamente a avicultura industrial, é a
terceira maior e a líder mundial de exportação de carne de frango. Fenômeno que vem se
desenvolvendo desde a década de 1950 na região sudeste, sendo que, na década de 1970, a
atividade deslocou-se para a região sul. A exportação é crescente neste setor, e, em 2001,
ultrapassou a barreira do bilhão de dólares. Em 2004, o Brasil destacou-se como maior
exportador de aves. A influência dos efeitos da crise financeira internacional, sob as vendas
externas de carne de frango, reduziu 2 milhões de unidades no ano de 2009, em comparação a
2008, caracterizando desta forma uma estabilidade deste produto na pauta de exportações
brasileiras. Já no que diz respeito ao faturamento, houve queda de 17,3%, o que gerou uma
redução dos preços internacionais. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística,
IBGE, o preço médio da tonelada de carne de frango no ano de 2009 foi de U$1.474, contra
U$1.782 em 2008.
O crescimento da atividade no mercado interno também é amplo, os brasileiros estão
mudando seus hábitos alimentares, consumindo menos carne bovina e mais carne de frango.
Esse novo comportamento do mercado consumidor é influenciado pela qualidade e imagem
do produto saudável além dos preços acessíveis. O sucesso do mercado avícola deve-se
também ao rigoroso serviço de inspeção sanitária federal, promovido pelo Ministério da
Agricultura, Pecuária e Abastecimento conquistando assim a credibilidade de 146 países
importadores (PORTAL DO AGRONEGÓCIO, 2010).
Desde o início, a produção de frango de corte no Brasil vem se modernizando,
buscando a redução de custos e o aumento de produtividade, para que não se perca a
competitividade mundial.
A indústria de abate e processamento de carnes desempenha um importante papel em
relação à poluição ambiental, principalmente em função do grande consumo de água e
geração de efluentes com alta carga poluidora (MACHADO et al., 2007). O crescimento
acelerado da produção gera grande quantidade de água residuária proveniente das lavagens
de pisos e instalações das etapas da produção como: área de recebimento de aves; lavagem
das caixas utilizadas no transporte; sala de abate; sala de sangria; escaldamento; depenagem
mecanizada; evisceramento; resfriamento com gelo; embalagem; congelamento; e expedição
(GIORDANO, 1999). Esta água residuária apresenta valores elevados de demanda bioquímica
de oxigênio – DBO, sólidos em suspensão, material flotável e graxas. Devido às
características específicas da água residuária as indústrias utilizam tratamentos físico-
5
químicos, biológicos ou a combinação dos dois para adequação do efluente às condições
toleráveis de lançamento em corpos receptores.
Tendo em vista a importância da produção avícola brasileira e sua ascensão no mundo,
já que as exportações têm sido prioridade para o país, a modernização da área promoveu um
acréscimo no volume de produção devido ao aumento do desempenho do setor, tornando
necessária a aplicação de um tratamento mais eficiente da água residuária gerada no
seguimento industrial.
Sistemas convencionais de tratamento das águas residuárias geradas do abate de aves
geralmente utilizam tratamento preliminar, com objetivo de eliminar materiais mais
grosseiros que possam causar entupimentos nas etapas que se seguem do processo. Em
sequência são adotadas unidades biológicas ou físico-químicas de tratamento. Segundo
Scarassati et al. (2003), os processos mais usados são reatores anaeróbios, lagoas aeróbias,
lodos ativados e suas variações, filtros biológicos de alta taxa e os discos biológicos rotativos
(biodiscos). Todos esses tratamentos reduzem a DBO de 70% a 95% e os sólidos em
suspensão de 80% a 95%, considerando a DBO afluente variando de 800 a 32000 mg/L e o
consumo de 25 a 50 L de água por cabeça de frango.
Um método alternativo para melhorar a qualidade do efluente tratado foi proposto por
Pereira, Castro e Furigo (2003). Neste método foi utilizada a hidrólise enzimática dos
lipídeos, com lipase microbiana de Cândida rugosa, buscando aumentar a eficiência dos
biodigestores. As lipases hidrolisam os óleos e gorduras, sendo de grande valia para efluentes
com alto teor de lipídeos.
Valladão et. al. (2007) avaliaram o efeito da adição de um preparado enzimático sólido
(PES), produzido pelo fungo Penicillium restrictum (isolado de um resíduo agroindustrial
proveniente da expressão da amêndoa de babaçu) por fermentação em meio sólido, numa
etapa preliminar à biodegradação anaeróbia, tendo como finalidade a hidrólise dos
triglicerídeos e proteínas presentes no efluente a moléculas mais simples (ácidos graxos,
glicerol e aminoácidos). A adição desse preparo enzimático sólido à água residuária também
promoveu a hidrólise das gorduras, liberando ácidos livres, enquanto a variação de DQO
apresentada foi de 74%, 42% e 24%, dependendo da concentração do substrato introduzido,
sendo que os níveis alcançados ficaram entre 500 e 1500 mg/L.
Conforme SCHOENHALS (2006), ao avaliar o efeito de um Preparado Enzimático
Sólido – PES, num efluente de abatedouro de aves numa etapa preliminar à biodegradação
anaeróbia, a utilização de enzimas procedeu-se como complemento ao tratamento
convencional de efluentes. Estes biocatalisadores atuam seletivamente sobre compostos
6
específicos, estimulando a biodegradabilidade de substâncias recalcitrantes ou tóxicas. Seu
uso oferece algumas vantagens, como: facilidade no controle do processo; facilidade no
manuseio e estoque; não requerimento de aclimatação; especificidade; aplicação em processos
com baixa ou alta concentração de poluentes; e ausência de efeitos por choque de carga.
O presente trabalho teve o objetivo de estabelecer e avaliar em escala de bancada as
condições de tratabilidade de efluentes industriais, otimizando a rotina operacional de
aplicação do reagente, mistura enzimática de amilases, lipases e proteases, proposto para o
tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Foi investigada a melhor relação peso
volume de solução (reagente) para obtenção do efluente tratado compatível com os padrões de
lançamento estabelecidos na Resolução CONAMA nº 357 de 2005.
2.
MATERIAL E MÉTODOS
A parte experimental deste trabalho foi realizada no Laboratório de Caracterização de
Resíduos do Curso de Engenharia Ambiental na Universidade Católica de Brasília – UCB,
durante o primeiro semestre de 2010, onde foram conduzidos os ensaios de sedimentação e a
determinação dos parâmetros analisados para avaliar a eficiência do tratamento.
2.1
Caracterização Inicial da Água Residuária.
Inicialmente foi feita uma caracterização da água residuária, originária do processo de
abate de aves, apresentada na Tabela 01, determinando vários parâmetros de acordo com o
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (2005). Foram analisados os
seguintes parâmetros.
7
Tabela 01: Parâmetros e método de análise em laboratório
Parâmetros
Metodologia
Cor
Espectrômetro
DQO
Refluxo Fechado
pH
Aparelho de bancada
SST
Gravimétrico
OG
Soxhlet
Turbidez
Aparelho de bancada
Coliformes
Colilert
Fonte: APHA (2005)
2.2
Descrição dos parâmetros utilizados na realização da caracterização dos efluentes
2.2.1 Cor
A cor de uma amostra de água está associada ao grau de redução de intensidade que a
luz sofre ao atravessá-la devido à presença de sólidos dissolvidos, principalmente material em
estado coloidal orgânico e inorgânico. A coloração do efluente não representa risco direto à
saúde. A água residuária dos abatedouros avícolas apresenta um tom avermelhado devido à
presença de compostos inorgânicos de ferro presente no sangue. Para a determinação da cor
utilizou-se um espectrofotômetro HACH modelo DR4000, onde foi realizada a leitura direta,
os resultados estão expressos em mgPtCo/L.
2.2.2 Demanda Química de Oxigênio - DQO
A demanda química de oxigênio consiste em uma técnica utilizada para a avaliação do
potencial de matéria redutora de uma amostra, por meio de um processo de oxidação química
em que se emprega o dicromato de potássio, ácido sulfúrico e sulfato de mercúrio. Nesse
processo, o carbono orgânico de um carboidrato, por exemplo, é convertido em gás carbônico
e água. Após a amostra ser digerida por 2 horas, depois de atingida a temperatura de 150 ºC,
foi feita a leitura para determinação do parâmetro por meio da utilização do
espectrofotômetro.
8
2.2.3 Potencial Hidrogeniônico - pH
A influência do pH sobre os ecossistemas aquáticos naturais ocorre de forma direta
devido a seus efeitos sobre a fisiologia das diversas espécies. O efeito indireto também é
muito importante, podendo, em determinadas condições de pH, contribuir para precipitação
de elementos químicos tóxicos como metais pesados. O pH foi medido através do phametro
de bancada.
2.2.4 Sólidos Suspensos Totais - SST
Os Sólidos em Suspensão é a porção dos sólidos totais que fica retida em um filtro que
propicia a retenção de partículas de diâmetro maior ou igual a 1,2 μm. Também denominado
resíduo não filtrável. Os sólidos nas águas correspondem a toda matéria que permanece como
resíduo após secagem da amostra a uma temperatura de 105ºC durante 24 horas.
2.2.5 Óleos e Graxas – O&G
Os óleos e graxas abrangem um grupo de substâncias, que envolve óleos, graxas,
ceras, ácidos graxos. Estas substâncias são extraídas, utilizando-se um solvente extratante
recomendado pelo método experimental preconizado no APHA (2005). O método da extração
com solvente possibilita a separação dos óleos e graxas das fases sólida e líquida do efluente
através do processo de evaporação.
2.2.6 Turbidez
A água residuária de abatedouro de aves apresenta valores elevados de turbidez que
exigem manobras operacionais, como alterações nas dosagens de coagulantes e auxiliares, nas
estações de tratamento de águas. A turbidez é a medida da dificuldade de um feixe de luz em
atravessar certa quantidade de água, conferindo uma aparência turva à mesma. Essa condição
é feita com turbidímetro, que compara o espalhamento de um feixe de luz ao passar pela
amostra, com o de feixe de igual intensidade, ao passar por uma suspensão padrão. Quanto
maior o espelhamento, maior será a turbidez.
9
2.2.7 Coliformes Termotolerantes
A determinação dos agentes patogênicos em uma amostra d’água é extremamente
difícil, em razão das suas baixas concentrações, obstáculo que é superado quando é feito
estudo dos organismos indicadores de contaminação fecal que indicam quando uma água
apresenta contaminação por fezes humanas e sua potencialidade para transmitir doenças. A
análise de Coliformes Termotolerantes realizada com a adição de Colilert resultando na
contabilização de números mais prováveis – NMP de Coliformes.
2.3
Ensaios de Sedimentação
O tratamento da água residuária feito por ensaio de sedimentação, teve como objetivo
determinar a concentração de reagente e o tempo necessário para que o rejeito fosse
depositado no fundo da unidade obtendo a separação sólido líquido.
2.3.1 Procedimento experimental
Nos ensaios de sedimentação, por meio de um sistema em batelada, utilizaram-se
cinco provetas de 500 ml, com água residuária a temperatura ambiente. A cada proveta foram
adicionandos 50 mL do reagente hidratado com concentrações variando de 8% (p/v) a 24 %
(p/v), conforme descrito na Tabela 02. As amostras foram homogeneizadas com o auxílio de
um bastão de vidro a 120 rpm durante 20 segundos. Após agitação iniciou-se a contagem
cronométrica de sedimentação dos resíduos no decorrer da ação do reagente, sendo
monitorada a sedimentação nos tempos 10, 30, 60, 90 e 120 minutos.
Tabela 02: Concentração de Reagente
Solução
Concentração do
A.R.* + reagente
reagente % (p/v)
Conc. 1
8
Conc. 2
12
Conc. 3
16
Conc. 4
20
Conc. 5
24
*Água residuária.
10
Após a decantação, o sobrenadante foi segregado do rejeito para análise, conforme os
parâmetros iniciais de caracterização da amostra, a fim de indicar os valores finais analisados,
Ilustração 01. A quantidade de rejeito foi estimada para determinação do sedimento em cada
concentração.
Ilustração 01: Preparação para ensaio de sedimentação
Fonte: FLORENTINO, 2010
2.4
Caracterização Final do Efluente
Todas as determinações dos parâmetros físico-químicos foram realizadas de acordo
com o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005),
utilizando-se dos mesmos parâmetros feitos na caracterização inicial da água residuária.
3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os padrões de lançamento de efluentes líquidos, de forma direta ou indireta, nos
cursos d'água em âmbito federal são estabelecidos pela Resolução CONAMA 357/05. Assim,
toda fonte de poluição deve promover a adequação do efluente a ser descartado aos limites
máximos descritos na Tabela 03, por meio do gerenciamento das atividades para redução do
potencial poluidor dos despejos com a implantação de um sistema de tratamento.
11
Tabela 03: Valores limites para lançamento de efluente em corpo receptor
Parâmetros
Resolução CONAMA 357/05
Cor
75 mgPtCo/L
DQO
-
pH
5–9
SST
-
OG
50 mg/L
Turbidez
100 UNT
Coliformes
1000 Coliformes Totais
Ao fim do procedimento experimental foi possível identificar a separação sólido
líquido principalmente nas concentrações de 16, 20 e 24% (p/v), conforme Ilustração 02. Os
resultados da caracterização são apresentados na Tabela 04.
Ilustração 02: Resultado da sedimentação após introdução do reagente
Fonte: FLORENTINO, 2010
12
Tabela 04: Resultados dos parâmetros analisados em laboratório
Parâmetros
Água
Residuária
Conc. 1
Conc. 2
Conc. 3
Conc. 4
Conc. 5
Cor (mgPtCo/L)
5080
2540
3580
496
314
406
DQO (mg/L)
1290
448
425
296
323
337
pH
6,22
12,48
12,49
12,45
12,40
12,36
SST (mg/L)
3645
3876
4020
3413
3339
3502
O&G (mg/L)
818
54
88
105
9
76
Turbidez (UNT)
794
511
445
244
111
101
Coliformes (NMP)
>2419,2
14,1
18,9
20,4
19,5
20,9
A cor, Ilustração 03, pós-tratamento apresentou valores menores nas concentrações 3,
4 e 5 com variação pouco expressiva.
Ilustração 03: Cor
A turbidez, Ilustração 04, nas concentrações 4 e 5 estabilizaram apresentando valores
aproximados, em contraste às diferenças entres as concentrações iniciais. De acordo com a
Resolução CONAMA o limite máximo permitido de turbidez é de 100 UNT, sendo assim, as
concentrações 4 e 5 podem ser consideradas em conformidade com a mesma.
13
*Limite máximo estabelecido pela Resolução CONAMA 357/05.
Ilustração 04: Turbidez
Não houve variação quanto aos sólidos suspensos totais, Ilustração 05, devido à
contribuição de concentração da solução reagente.
Ilustração 5: Sólidos Suspensos Totais
A DQO, Ilustração 06, nas analises do efluente gerado a partir da sedimentação da
água residuária apresentou valores com baixa variação entre si, sendo que a concentração 3
mostrou-se como o melhor valor de redução de DQO, que teve um leve aumento nas
concentrações subseqüentes. No que se refere à legislação, a resolução CONAMA 357/05 não
faz referência ao parâmetro DQO na classificação dos corpos d’água e nos padrões de
lançamento de efluentes líquidos, porém algumas legislações ambientais estaduais
estabelecem limites máximos para este parâmetro em seus padrões de lançamento (AQUINO
et. al., 2006).
Segundo SCHOENHALS (2006), ao comparar a eficiência dos coagulantes no
tratamento de efluentes de abatedouros avícolas, conforme apresentados na Tabela 06, os
14
valores de DQO adquiridos em ensaio de flotação após tratamento variaram de 1020 a 178,3
mg/L.
*Valor máximo DQO segundo Schoenhals,2006.
** Valor mínimo DQO segundo Schoenhals,2006.
Ilustração 06: Demanda Química de Oxigênio
A remoção de coliformes, Ilustração 07, foi considerável, tendo em vista que para a
determinação da água residuária foi necessário a diluição de 1:10 , resultando ainda no valor
máximo identificado pelo colilert de 2419,2 NMP. As concentrações, porém, obtiveram
resultados sem uma variação expressiva entre elas. O CONAMA não especifica os limites de
coliformes para lançamento de efluente, sendo considerado apenas para a classificação das
águas.
Ilustração 07: Coliforme Termotolerantes
Em relação a óleos e graxas, Ilustração 08, o desempenho da concentração 4 foi a
melhor dentre as outras. Comparando os resultados das concentrações com o constatado na
15
água residuária, pode-se observar a eficiência do reagente, visto que, o valor encontrado
estava abaixo do limite máximo proposto pela Resolução CONAMA, que é de 50 mg/L.
*Padrão máximo de lançamento de óleos e graxas, Resolução CONAMA 357/05.
Ilustração 08: Óleos e Graxas
Inicialmente a água residuária era neutra, Ilustração 09, após a introdução do reagente
as misturas apresentaram concentrações básicas. Esse fato deve-se ao reagente apresentar
características alcalinas (pH 12), sendo que para a legislação os valores estabelecidos de pH
variam entre 5 e 9.
*Valor máximo de pH permitido segundo a Resolução CONAMA 357/05.
**Valor mínimo de pH permitido segundo a Resolução CONAMA 357/05.
Ilustração 09: pH
16
Tabela 05: Resultados de sedimentação ao longo do tempo
Tempo
Conc. 1
Conc. 2
Conc. 3
Conc. 4
Conc. 5
10 min
24 ml
45 ml
45 ml
60 ml
65 ml
30 min
24 ml
30 ml
35 ml
50 ml
50 ml
60 min
24 ml
30 ml
35 ml
50 ml
50 ml
90 min
24 ml
30 ml
35 ml
44 ml
44 ml
120 min
24 ml
30 ml
35 ml
44 ml
44 ml
De acordo com as observações feitas acerca do processo de sedimentação pode-se
inferir que a ação do reagente é eficaz já na primeira meia hora. Após esse tempo a
sedimentação estabiliza, podendo ainda diminuir no decorrer do experimento, conforme
Tabela 05. A concentração 4 apresentou os melhores valores em relação à concentração de
material sedimentável. A Ilustração 10 apresenta o comportamento da reação da enzima na
água residuária e o efeito do movimento descendente do rejeito.
Ilustração 10: Relação de deposição de sedimento em razão do tempo.
Para fins de comparação foi utilizado o artigo de Schoenhals (2006), que trata da
avaliação da eficiência do processo de coagulação/flotação aplicado como tratamento
primário de efluentes de abatedouro de frango. Segundo esse, a enzima SF-PIX obteve o
melhor desempenho dentre as enzimas utilizadas nos procedimentos experimentais. Os
resultados são apresentados na Tabela 06.
17
Tabela 06: Comparativo de resultados obtidos
Parâmetro Unidade
pH
Mistura de
In natura
SF-PIX
CF-PIX
PAC
SF-LEMA
12,4
6,7
5,3
5
7,7
5,8
enzimas
Cor
mgPtCo/L
314
2257
48
58
660
346
Turbidez
UNT
111
920
22
28
154
78
mg/L
9
3339
323
430
1280
1020
40,9
40
178,3
50
100
162
60,1
160
410
100,4
120
258,8
O&G
SST
DQO
Dentre os ensaios feitos, a concentração 4 apresentou os resultados mais satisfatórios
em relação à menor concentração de reagente utilizada (se comparado à concentração 5) e
menor tempo necessário para separação sólido líquido da amostra. Confrontando os resultados
obtidos com a enzima SF-PIX e os obtidos no presente trabalho (concentração 4 - 20% (p/v)),
a mistura de enzimas mostrou-se mais eficiente na redução de óleos e graxas, com remoção de
98,9% contra 90,5% da SF-PIX.
4.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Diante das análises feitas e dos estudos referenciados pode-se concluir que a mistura
enzimática denota melhor desempenho em relação peso volume a concentração de 20% (p/v).
Porém no que se refere a sólidos suspensos totais não obteve-se redução da concentração
devido ao acréscimo resultante da própria solução reagente. O pH alcalino das concentrações
se dá ao fato da solução reagente apresentar essa característica, sendo assim necessário haver
uma correção deste após a inclusão do reagente.
O aumento de reagente acima da concentração 5 (24 % (p/v)) resultaria em aumento
de gastos sem aumento significativo de eficiência.
A concentração 4 (20% (p/v)) alcançou os melhores resultados em relação às outras.
Entretanto, não atingiu os limites propostos pela Resolução CONAMA 357, sendo necessário
um processo de polimento final antes do despejo do efluente em um corpo receptor.
18
5.
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24° Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Copacabana/RJ, 2007.
20
Agradecimentos
Agradecemos a Deus por ter nos dado paciência e controle, às nossas famílias pelo
apoio físico e psicológico, aos nossos amigos pela compreensão e incentivo e ao nosso
orientador, que esteve sempre disposto a nos atender.