CARACTERIZAÇÃO DA ÁGUA DE LAVAGEM DE CINZAS E GASES DE CALDEIRAS
NA INDÚSTRIA DE CANA DE AÇUCAR
Torquato Jr, H.1; Callado, N. H.2; Pedrosa, V. A.3; Pimentel, I. M. C.4 ;
Menezes, A. C. V.5; Omena, S. P. F6
Resumo – A indústria sucro-alcooleira possui uma intensa demanda de água e energia, ao mesmo
tempo em que é um potencial gerador de energia elétrica a partir da biomassa do bagaço de cana. O
resíduo da extração do caldo da cana é o bagaço, o qual é utilizado nas caldeiras para geração de
vapor. O vapor é utilizado para acionamento das moendas e geração de energia. Mas a caldeira ao
queimar o bagaço produz cinzas e gases que são eliminados para a atmosfera, podendo poluir o ar.
Para conter a emissão desses poluentes são utilizados os lavadores de gases e cinzas, o quais
demandam razoável quantidade de água e geram igual volume de água residuária. Este artigo visa
avaliar a água residuária gerada no processo da lavagem das cinzas e dos gases das caldeiras da S.
A. Coruripe, buscando quantificar sua demanda e analisar a qualidade dessas águas. Os resultados
indicam que as águas de lavagem de gases apresentam qualidade inferior às de lavagem de cinzas e
que ambas não podem ser descartadas sem prévio tratamento.
Abstract – The industry in the sugar the alcohol possesses an intense demand of water and energy,
at the same time in that is a potential generator of electric energy starting from the biomass of the
cane trash. The residue of the extraction of the broth of the cane is the trash, which is used in the
boilers for vapor generation. The vapor is used for active of the mills and generation of energy.
However the boiler when burning the trash produces ashes and gases that they are eliminated for the
atmosphere, could pollute the air. To contain the emission of those pollution they are used, the
washers of gases and ashes, which demand reasonable amount of water and they generate the same
amount of wastewater. This article seeks to evaluate the wastewater generated in the process of the
wash of the ashes and of the gases of the boilers of S. A. Coruripe, looking for to quantify its
demand and to analyze the quality of those waters. The results indicate that the waters of wash of
gases introduce inferior quality the one of wash of ashes and that neither one can be discarded
without previous treatment.
Palavras-Chave – Indústria Sucro-Álcooleira, água de lavagem, cinzas e gases, lavadores de gases.
1
Bolsista de iniciação tecnológica industrial, graduando em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas, Campus A. C. Simões, Tabuleiro
dos Martins, Maceió-AL. 57072-970, tel. (82) 214-1286; [email protected]
Professora do Departamento de Construção Civil e Transporte / CTEC / UFAL [email protected]
2
Professor do Departamento de Águas e Energia / CTEC / UFAL; [email protected]
4
Bolsista de iniciação tecnológica industrial, graduanda em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas – UFAL , [email protected]
5
Bolsista de iniciação tecnológica industrial, graduanda em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas – UFAL [email protected]
6
Bolsista de iniciação tecnológica industrial, graduanda em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas – UFAL [email protected]
3
INTRODUÇÃO
As industrias sucro-alcooleiras geralmente são localizados nas áreas rurais devido às suas
características especiais: necessidade de muita água; transporte de matéria prima (a cana), em um
fluxo aproximadamente igual ao da transformação em açúcar, devido ao fato de que a cana, uma
vez colhida e armazenada, inicia a perda do conteúdo de sacarose; e facilidades de recirculação,
armazenamento e disposição final de água de processo [3].
Diante dessas condições, dificilmente um engenho de açúcar conseguirá instalar-se na área
urbana. A industria açucareira é do tipo úmido, necessitando de consideráveis quantidades de água
em seus processos e operações. Como tal, sua localização geralmente se dar nas proximidades de
um manancial de água. Também é desejável que esteja perto da fonte de matéria prima [3].
Atualmente, a crescente escassez dos recursos hídricos, particularmente provocados pelo
advento da irrigação, impôs a necessidade da busca pela minimização do uso da água. Nesta direção
a política nacional de recursos hídricos (Lei 9.433/97)[4], com seus instrumentos de outorga,
enquadramento, planos de recursos hídricos, cobrança e sistema de informações; além dos comitês
de bacias hidrográficas, forçaram todo o setor produtivo a buscar o uso racional da água [5].
A racionalização consiste no prolongamento do tempo de permanência da água na planta
industrial. Esta “sobrevida quali-quantitativa” da água promove a redução dos volumes capitados e
devolvidos ao corpo d’água. Exemplos de ações que contribuem para a racionalização são o reuso e
reutilização de águas servidas, a minimização de desperdícios compatibilizando a quantidade ao
uso, eliminando o mau uso, adequando a quantidade da água a sua aplicação, a melhoria da
manutenção como forma de reduzir as perdas dos sistemas hídricos e a adoção de tecnologias
hidricamente eficientes [2].
A indústria da cana é responsável pela produção de 115 milhões de toneladas de resíduos por
ano, que sem o manejo adequado e reutilização levariam a degradação completa das áreas de
cultivo, representando o principal desafio do setor: aumentar a produção de forma sustentável e com
o reaproveitamento de seus resíduos minimizar os impactos sobre o meio ambiente.
Os principais resíduos gerados no processo produtivo são: a palha, o bagaço da cana, as
cinzas da caldeira (queima de bagaço), embalagens de defensivos agrícolas ou agrotóxicos e
vinhoto. Grande parte destes resíduos é reaproveitada seja como adubo orgânico (Vinhoto, cinza, e
a palha) ou como matéria-prima industrial (Bagaço). Os resíduos de cinzas gerados a partir da
queima do bagaço utilizado como combustível, para produção de vapor nas caldeiras, é estimado
em 6 kg cinza/250kg de bagaço de cana que alimenta a caldeira e o percentual de uso do bagaço em
95% [7]. Parte dessas cinzas pode ser lançada para atmosfera se as caldeira não forem ditadas de
lavadores de gazes e cinzas.
Muita atenção tem sido dada à água utilizada nas caldeiras para geração de vapor, para cada
faixa de pressão de trabalho das caldeiras, existem especificações gerais para o tratamento da água
utilizada, visando se alcançar o melhor rendimento na produção de vapor [9]. No entanto, pouca
atenção tem sido dada às águas residuárias utilizadas nos lavadores de cinzas e gases dessas
caldeiras. Poucas usinas possuem dados que representem a qualidade e a quantidade desse tipo de
água residuária. Dessa forma, é importante que essa avaliação seja feita, a fim de se observar qual a
forma de tratamento visando o reúso dentro do parque industrial ou seu descarte.
Este artigo visa apresentar aspectos do uso industrial da água no processo de lavagem de
gases e cinzas das caldeiras, enfatizando a sua importância com relação à diminuição do impacto
ambiental que seriam causados pelos resíduos gerados neste processo.
OBJETIVO
O objeto deste artigo é o estudo do fluxo da água no processo da lavagem das cinzas e dos
gases das caldeiras da S. A. CORURIPE AÇUCAR E ÁLCOOL, buscando quantificar sua demanda
e analisar a qualidade dessas águas.
METODOLOGIA
Esse trabalho foi desenvolvido dentro da unidade industrial S.A. Usina Coruripe Açúcar e
Álcool-Matriz, e o princípio metodológico utilizado nesta pesquisa, envolveu duas ações
específicas: medições de vazões e caracterização das águas de lavagem de gases e cinzas.
Medições de vazões
As quantificações de vazões foram realizadas utilizando um aparelho medidor de vazão
ultrassônico portátil de correlação por tempo de trânsito digital, Modelo DCT-7088.
O medidor de vazão é não-invasivo, o que significa que mede fluxo a partir da superfície do
tubo [8]. Os transdutores são montados na tubulação e as medições de fluxos são efetuadas sem
interromper o fluxo.
Para realização das medições são necessários o levantamento das características da
tubulação (diâmetro, tipo de material, espessura da parede) e algumas propriedades do fluido. Dessa
forma, depois de identificadas as tubulações possíveis de se aplicar esse método de medição de
vazão, foi feito um inventário das mesmas com as grandezas necessárias.
Para avaliação da qualidade da água realizaram-se campanhas de amostragem nos pontos de
descarte das águas de lavagem cinzas e de gases das caldeiras. Os parâmetros estudados foram:
potencial hidrogeniônico (pH), temperatura, demanda química de oxigênio (DBO), sólidos
sedimentáveis (SS), sólidos totais (ST), sólidos fixos (SF), sólidos voláteis (SV), alcalinidade total
(AT), ácidos voláteis (AV) e nitrogênio amoniacal.
As medições de pH e temperatura foram realizadas no próprio ponto de coleta, por meio de
equipamento de medição portátil que foram levados ao campo. De cada ponto selecionado foram
coletados 1,5L de amostra, preservados em gelo e levadas imediatamente ao laboratório.
As concentrações de ácidos voláteis foram medidas por titulação direta, segundo métodos
descritos por Dilallo & Albertson [6], e o procedimento descrito por Ripley et al [11] foi utilizada
para as análises de alcalinidade como CaCO3. As demais análises foram realizadas segundo
“Standard Methods for the Examination of the Water and Wastewater” [10]. Todas as análises
foram realizadas no Laboratório de Saneamento Ambiental (LSA) da Universidade federal de
Alagoas (UFAL). As amostras foram coletas com periodicidade quinzenal, de setembro de 2003 a
abril de 2004.
RESULTADOS E DISCUSSOES
Demanda de água
Na usina Coruripe existem seis caldeiras das quais cinco possuem lavador de cinzas e apenas
uma possui lavador de cinzas e gases. Uma das caldeiras não tem nem lavador de cinzas nem de
gases. A indústria pretende instalar, gradativamente, lavador de gases nas seis caldeiras. A safra
2003/2004 foi a primeira com lavador de cinzas e gases na caldeira 1.
Desta forma foram feitas medições de vazões, separadamente, das águas enviadas para os
lavadores de cinzas das cinco caldeiras e do lavador de gases da caldeira 1. As águas para todos os
lavadores são provenientes da mistura das águas do rio Coruripe com as águas provenientes do
sistema de resfriamento das colunas barométricas; e os efluentes gerados são lançados diretamente
numa lagoa de sedimentação. As vazões medidas nas tubulações de recalque que alimentam os
lavadores de cinzas e gases estão apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Vazões médias observadas nos pontos de medição.
Ponto de medição de vazão
Vazão (m³/h)
1. Tubulação de água para lavagem de gás da caldeira 1.
120
2. Tubulação de água para lavagem de das cinco caldeiras
600
Observando-se os dados da Tabela 1 verifica-se uma demanda atual de 720m3/h de água
para lavagem de cinzas e gases, o que resultou num consumo de 1,25m3/TC (metros cúbicos de
água por tonelada de cana moída); e num volume de resíduo de aproximadamente 720m3/h.
Caracterização das águas
Foram analisadas, separadamente, as águas proveniente do lavador de cinzas e do lavador de
gases da caldeira 1. Entre essas águas foram observadas diferenças significativas principalmente
quanto a temperatura. A temperatura da água do lavador de gases (TGSE) é cerca de 25oC maior que
a do lavador de cinzas (TCNZ). A TCNZ oscilou em torno de 40oC, enquanto que a TGSE ficou em
torno de 65oC. Considerando que o Decreto Estadual Nº 6.200/85[1], que estabelece os padrões de
emissão de efluentes em corpos de água no estado de Alagoas, o limite máximo de 40°C; verifica-se
que para descarte esse resíduo deve ser resfriado. A Figura 1 ilustra a variação de temperatura
dessas águas.
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
lav. cinzas
12/6/2004
23/4/2004
4/3/2004
14/1/2004
25/11/2003
6/10/2003
lav. gases
17/8/2003
TEMPERATURA (°C)
VARIAÇÃO DE TEMPERATURA
PERÍODO
Figura 1.Variação de temperatura da água de lavagem de gases e cinzas.
Com relação à presença de matéria orgânica, medida pela demanda química de oxigênio
(DQO), a DQO da água de lavagem de cinzas (DQOCNZ) também se apresentou inferior a do
lavador de gases (DQOGSE). A DQOCNZ esteve entre 110mg/L e 476mg/L, e a DQOGSE entre
285mg/L e 980mg/L. Como as caldeiras são alimentadas com bagaço de cana, ao queimar, a
matéria orgânica volatiliza, e parte dela é carreada pelas águas de lavagens gerando DQO. O
Decreto Nº 6.200/85 estabelece que o limite máximo para descarte do parâmetro DQO é de
150mg/L, ou seja, os valores observados estão acima dos limites estabelecidos. A Figura 2 ilustra a
variação de DQO dessas águas.
VARIAÇÃO DA DQO
1200,0
DQO
1000,0
800,0
lav. cinzas
600,0
lav.gases
400,0
200,0
12/6/2004
23/4/2004
4/3/2004
14/1/2004
25/11/2003
6/10/2003
17/8/2003
0,0
PERÍODO
Figura 2.Variação de DQO das águas de lavagem de cinzas e de gases.
Quanto à concentração de sólidos totais estas não apresentaram diferenças significativas
entre si, cujos valores para as águas de lavagem das cinzas (STCNZ) esteve entre 450mg/L e
2780mg/L, e as da lavagem dos gases variaram de 866mg/L a 2248mg/L, sempre com o predomínio
de sólidos fixos sobre os voláteis. A relação SF/ST variou de 0,55 a 0,85 para a lavagem das cinzas
e de 0,59 a 0,75, mostrando que materiais inertes predominavam sobre os orgânicos. A Figura 3
ilustra a variação da concentração de sólidos totais dessas águas.
3000,0
2500,0
2000,0
1500,0
1000,0
500,0
0,0
lav. cinzas
12/6/2004
23/4/2004
4/3/2004
14/1/2004
25/11/2003
6/10/2003
lav. gases
17/8/2003
ST
VARIAÇÃO DE SOLIDOS TOTAIS
PERÍODO
Figura 3.Variação de sólidos Totais da água de lavagem de cinzas e de gases.
Os sólidos sedimentáveis, por sua vez, foram maiores para as águas de lavagem de
gases (SSGSE) que para as de cinzas (SSCNZ). Os valores de SSGSE variaram de 11mL/L a 50 mL/L,
enquanto que os SSGSE variaram de 20mL/L a 90mL/L. O Decreto Nº 6.200/85[1], côo limite
máximo de emissão desse parâmetro o valor de 1,0mL/L. A Figura 4 ilustra a variação dos valores
de sólidos sedimentáveis dessas águas.
VARIAÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS
100,0
SS
80,0
60,0
lav. cinzas
40,0
lav.gases
20,0
23/4/2004
3/4/2004
14/3/2004
23/2/2004
3/2/2004
14/1/2004
25/12/2003
5/12/2003
15/11/2003
0,0
PERÍODO
Figura 4.Variação de sólidos suspensos da água de lavagem de cinzas e de gases.
Outra diferença significativa foi com relação ao pH, que para as cinzas esteve no intervalo
de 6,3 a 8,0, e para as águas de lavagem dos gases foi maior, entre 7,5 a 8,2. Os valores observados
estão dentro dos limites estabelecidos pelo Decreto Nº 6.200/85[1]. A Figura 5 ilustra a variação
dos valores de pH dessas águas.
VARIAÇÃO DO pH
10,00
pH
8,00
6,00
lav. cinzas
4,00
lav.gases
2,00
12/6/2004
23/4/2004
4/3/2004
14/1/2004
25/11/2003
6/10/2003
17/8/2003
0,00
PERÍODO
Figura 5. Variação do pH da água de lavagem de cinzas e de gases.
Os valores de alcalinidade apresentaram o mesmo comportamento do pH, variando de
56mgCaCO3/L a 175mgCaCO3/L, e de 178mgCaCO3/L a 283mgCaCO3/L, respectivamente para
alcalinidade total da água do lavador de cinzas (ATCNZ) e do lavador de gases (ATGSE). A Figura 6
ilustra a variação das concentrações de alcalinidade total dessas águas.
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
lav. cinzas
23/4/2004
3/4/2004
14/3/2004
23/2/2004
3/2/2004
14/1/2004
25/12/2003
lav.gases
5/12/2003
ALCALINIDADE TOTAL
VARIAÇÃO DA ALCALINIDADE TOTAL
PERÍODO
Figura 6.Variação da alcalinidade total da água de lavagem de cinzas e de gases.
A concentração de nitrogênio amoniacal também foi detectada com predominância
apenas nas águas de lavagem de gases (NH4+GSE) com concentração que variou de 4,1mg/L a
11,9mg/L, enquanto que nas águas de lavagem de cinzas só foi detectado amônio na amostra
coletada no final de janeiro (período chuvoso), com concentração de 2,6mg/L. A Figura 7 ilustra a
variação das concentrações de nitrogênio amoniacal dessas águas.
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
lav. cinzas
23/4/2004
3/4/2004
14/3/2004
23/2/2004
3/2/2004
14/1/2004
25/12/2003
lav.gases
5/12/2003
NH4
VARIAÇÃO DE NH4
PERÍODO
Figura 7. Variação de NH4 da água de lavagem de cinzas e de gases.
Os ácidos voláteis apresentaram comportamento semelhante, com concentração média
33mg/L para as águas para lavagem de cinzas e de 48mg/L para as águas de lavagem dos gases.
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
lav. cinzas
23/4/2004
3/4/2004
14/3/2004
23/2/2004
3/2/2004
14/1/2004
25/12/2003
lav. gases
5/12/2003
AV
VARIAÇÃO DE AV
PERÍODO
Figura 8. Variação de ácidos voláteis da água de lavagem de cinzas e de gases.
Algumas industrias sucro-alcooleiras fazem a reutilização das águas de lavagem de cinzas e
gases, num circuito semi-fechado, que após passar essas águas por um sistema de tanques de
sedimentação, operados em paralelo, onde tem sempre um tanque em processo de limpeza e os
demais em uso, retornam para a lavagem de gases e cinzas das caldeiras.
No caso da Usina Coruripe-Matriz, essas águas são descartadas numa lagoa de sedimentação,
cujo efluente mistura-se com as demais águas residuárias da industria numa lagoa intermediária que
alimenta uma série de lagoas de estabilização, num circuito completamente aberto. O efluente
dessas lagoas de estabilização é bombeado para a irrigação.
CONCLUSÕES
As análises dos dados permitiram concluir que o circuito de água de lavagem de gases e
cinzas é completamente aberto, e utiliza taxa de aplicação de 1,25m3/TC.
Os resultados indicam que as águas de lavagem de gases apresentam concentrações de carga
orgânica (DQO) maiores que as de lavagem de cinzas, são mais alcalinas e conseqüentemente têm
pH mais elevado, com presença de nitrogênio amoniacal e elevadas temperaturas. Além disso,
apresentam concentrações mais elevadas de sólidos totais e de sólidos sedimentáveis.
Vale ressaltar que se uma usina é racional e econômica no uso de água, será racional e
econômica no uso de vapor e de energia elétrica, retirando a real necessidade de água do rio,
ocorrerá uma menor solicitação do manancial de superfície, aumentando assim, a recarga do
manancial subterrâneo. Após o drama nacional de energia, além da água é muito bem vindo
economizar energia.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq pela concessão de bolsas de estudo, à FINEP pelo auxílio
financeiro para o desenvolvimento da pesquisa, a S. A. CORURIPE AÇUCAR E ÁLCOOL pelo
apoio financeiro e logístico durante a realização deste projeto, e a UFAL pela possibilidade de
realização deste trabalho.
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Recursos Hídricos, Institui o Sistema Estadual de Gerenciamento Integrado de Recursos
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Pollution Control Federation, v. 33, n. 4, p. 356 - 365.
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[10] STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER
(1995). 19th ed. Amer. Public Health Association/ American Water Works Association, Water
Enviroment Federation, Washington, D.C., USA, 1134 p.
[11] RIPLEY, L. E.; BOYLE, W. C.; CONVERSE, J. C. (1986). Improved alkalinimetric
monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal Water Pollution Control
Federation, v. 58, p. 406-411.