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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL ENF 483 CONTROLE DA POLUIÇÃO NOS PROCESSOS INDUSTRIAIS Apostila de aulas Elaborada por: Prof. Cláudio Mudado Silva (Coordenador) Ismarley Lage Horta Morais VIÇOSA MINAS GERAIS MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 2 ENF 483 – Controle Ambiental dos Processos Industriais A presente apostila foi elaborada com o intuito de auxiliar os estudantes da disciplina ENF 483 – Controle Ambiental dos Processos Industriais. Os capítulos são formados pelos seguintes itens: TIPOLOGIA INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DO PROCESSO GERAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES LÍQUIDOS TRATAMENTO DOS EFLUENTES LÍQUIDOS GERAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS TRATAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS GERAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS CONTROLE DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS CONTROLE PREVENTIVO DA POLUIÇÃO LEGISLAÇÃO ESPECÍFICA PERTINENTE BIBLIOGRAFIA INDICADA O conteúdo de cada capítulo será apresentado de forma concisa. Os alunos deverão complementar as informações durante as aulas teóricas e pesquisando em outras fontes específicas de cada tipologia mais completas. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 3 INDÚSTRIA DE POLPA CELULÓSICA INTRODUÇÃO A produção de polpa celulósica tem crescido vertiginosamente no Brasil que ocupa hoje (2011) a quarta posição de maior produtor mundial. Em relação à produção de fibra curta o país já é o primeiro produtor mundial. Em relação à produção de papéis, o Brasil ocupa a 12º posição no mundo. Alguns dados do setor do ano de 2008 são apresentados pela Bracelpa (2009) na Figura 1. 220 empresas com atividade em 540 municípios, localizados em 18 Estados 2,2 milhões de hectares de florestas plantadas para fins industriais 2,9 milhões de hectares de florestas preservadas 2,7 milhões de hectares de área florestal total certificada Exportações 2011: US$ 7,2 bilhões Saldo Comercial 2011: US$ 5,1 bilhões Impostos pagos: R$ 3,5 bilhões Investimentos: US$ 12 bilhões nos últimos 10 anos Emprego: 128 mil empregos diretos (indústria 77 mil, florestas 51 mil) e 575 mil empregos indiretos Figura 1 – Dados do Setor de celulose e papel referente ao ano de 2012 (Fonte Bracelpa) A produção brasileira até o ano de 2011 de polpa celulósica e papel é apresentada na Figura 2. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 4 Figura 2 – Dados do Setor de celulose e papel de 1970 a 2011 (Fonte Bracelpa) A Figura 3 mostra o posicionamento do Brasil em relação à produção de polpa celulósica e papel em 2012. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 5 Figura 3 – Produtores de polpa celulósica e papel (2012) A alta produtividade florestal brasileira tem sido o grande impulsionador deste crescimento. As previsões apontam que a indústria brasileira deverá manter seu crescimento nos próximos anos. DESCRIÇÃO DO PROCESSO Destacam-se dois processos mais utilizados para a produção de polpa celulósica: processos termo-mecânicos para a produção de polpa de alto rendimento e processos químicos cujo expoente mundial se denomina processo kraft ou sulfato. No Brasil a produção de polpa de alto rendimento ainda é bem reduzido e a grande maioria das fábricas existentes produzem polpas kraft. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 6 Neste contexto, dar-se-á preferência de caracterização do processo de produção de polpa celulósica kraft branqueada. O Processo Kraft de Fabricação de Polpa Celulósica Branqueada As principais etapas de produção de polpa celulósica kraft branqueada são mostradas na Figura 3. Trat. Primário Trat. Secundário ETE Caldeira de Biomassa Evaporação Caldeira de Recuperação Caustif. Calcinação Licor negro Recuperação do licor Pátio de Madeira Digestor Lavagem Depuração Branqueamento Secagem Linha de Fibras Trat. Primário Trat. Secundário ETE Trat. Primário Trat. Secundário Trat. Primário Trat. Secundário Trat. Primário Trat. Secundário ETE Caldeira de Biomassa Evaporação Caldeira de Recuperação Caustif. Calcinação Licor negro Recuperação do licor Caldeira de Biomassa Caldeira de Biomassa EvaporaçãoEvaporação Caldeira de Recuperação Caldeira de Recuperação Caustif.Caustif. CalcinaçãoCalcinação Licor negro Recuperação do licor Pátio de Madeira Digestor Lavagem Depuração Branqueamento Secagem Linha de Fibras Pátio de Madeira Pátio de Madeira Digestor Lavagem Depuração BranqueamentoBranqueamento SecagemSecagem Linha de Fibras Figura 3 – Fluxograma de produção de polpa celulósica kraft branqueada A produção de polpa celulósica consiste, basicamente, na degradação e remoção da lignina da madeira, responsável pela união das fibras de celulose e hemiceluloses, possibilitando, assim, a separação e individualização das mesmas. A transformação da madeira em polpa celulósica consiste, portanto, na separação das fibras que a constituem. Para uma separação eficiente, sem que haja uma excessiva MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 7 degradação das mesmas, são utilizadas substâncias químicas e energia térmica capazes de causar a degradação e solubilização da lignina. Dentre os vários processos existentes para a produção de polpa celulósica, o kraft é o mais eficiente, sendo utilizado para a produção de mais de 90% da polpa celulósica química produzida no Brasil. Basicamente, o processo kraft consiste no cozimento da madeira com uma solução aquosa de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, a uma temperatura de cerca de 160-170°C. Preparo da madeira Nas fábricas brasileiras, a madeira é, geralmente, entregue no pátio de madeiras em forma de toras. Caso não tenham sido descascadas na floresta, as toras são enviadas a descascadores mecânicos. A presença da casca prejudica a qualidade da polpa celulósica a ser produzida e, portanto, deve-se removê-la para que se obtenha uma maior eficiência do processo e uma melhoria das propriedades da polpa de celulose. No preparo da madeira para o cozimento, uma das maiores fontes potenciais de poluição é o descascamento, que pode ser realizado a seco ou a úmido. No Brasil as fábricas de polpa celulósica kraft utilizam o descascamento a seco, e portanto não geram qualquer contribuição de carga para os efluentes hídricos nesta etapa de preparação da madeira. Após o descascamento, as toras são geralmente lavadas buscando-se remover impurezas tais como areia e terra que se encontram presentes na superfície das toras e que são prejudiciais ao processo. Depois de descascadas, as toras de madeira são transformadas em cavacos, por meio de picadores de alta potência, para facilitar a penetração ou impregnação pelo licor de cozimento que contémos reagentes ativos do processo. Os cavacos obtidos são classificados em peneiras vibratórias para sua separação nas frações selecionadas que são armazenados ao ar livre, em forma de uma grande pilha de cavacos, de onde são retirados para o processamento industrial. Aqueles cavacos com dimensões superiores ou inferiores ao padrão de aceite são utilizados como biomassa para queima nas caldeiras auxiliares. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 8 Importante mencionar que a uniformidade na espessura dos cavacos constitui um fator muito relevante em termos ambientais, uma vez que melhora as condições de cozimento e evita a geração excessiva de rejeitos na etapa posterior de depuração. Cozimento kraft dos cavacos Do pátio de estocagem, os cavacos são enviados para o digestor, onde são tratados quimicamente com o licor de cozimento. O licor de cozimento é constituído pela solução aquosa de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, numa proporção molar de aproximadamente 5/1. Durante esse tratamento, a temperatura é elevada gradualmente até atingir de 165 a 170°C. Essa temperatura é mantida por um tempo adicional para uma remoção eficiente da lignina. Durante esse tratamento termoquímico, a lignina é degradada, o que possibilita a separação das fibras, obtendo-se uma massa constituída pelas fibras individualizadas e pelo licor residual que, por sua coloração muito escura, é denominado licor negro. Essa massa escura é enviada a filtros lavadores, onde a polpa celulósica é separada do licor negro que, devido à adição de água de lavagem, apresenta uma consistência relativamente baixa, da ordem de 14-17% de sólidos. A etapa de depuração da polpa objetiva a remoção de rejeitos tais como palitos e nós que não tiveram a deslignificação adequada. Os rejeitos podem ser enviados para que sejam novamente cozidos no digestor. Em algumas fábricas esses rejeitos são enviados para a pilha de biomassa a ser queimada na caldeira auxiliar. Outras fábricas simplesmente descartam esses rejeitos em aterros industriais. A polpa celulósica de eucalipto, obtida após o cozimento e lavagem, apresenta ainda, um pequeno teor de lignina residual que, mesmo em baixas concentrações (~2,5 %), é suficiente para causar uma coloração marrom à polpa de celulose. Para a eliminação dessa lignina residual, a polpa é enviada ao setor de branqueamento, onde os grupos cromóforos que causam a coloração marrom são eliminados, obtendo-se uma polpa celulósica branca de alta alvura. O licor negro, contendo parte da madeira que foi degradada durante o cozimento (cerca de 50%) e os reagentes do cozimento, é enviado para o setor de recuperação, onde é MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 9 queimado para a produção de energia e recuperação do NaOH e do Na2S utilizados no cozimento. Recuperação do licor negro Os principais objetivos da recuperação química na fábrica de polpa kraft são (i) a recuperação dos reagentes químicos para a produção de licor de cozimento com composição adequada e constante e; (ii) a produção de vapor e energia elétrica para atender ao processo. Os principais processos do ciclo de recuperação química são ilustrados na Figura 4. DIGESTOR LAVADORES POLPA MARROM EVAPORADORES TANQUE DE ESTOCAGEM CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO TANQUE DE DISSOLUÇÃO DE FUNDIDO PLANTA DE CAUSTIFICAÇÃO FORNO DE CAL Cavacos Polpa Vapor Licor Negro Forte Licor Branco Fraco Licor Verde (Na2CO3, Na2S) Licor Negro Fraco Lama de Cal (CaCO3) Cal (CaO) Água de Lavagem Fundido Licor Branco (NaOH, Na2S) GNC p/ Incineração Condensado contaminado p/ Coluna de Destilação Vapor Condensado Figura 4 - Fluxograma das etapas do ciclo de recuperação química do processo kraft O ciclo de recuperação se inicia com a lavagem da polpa marrom, onde o licor negro é separado da polpa kraft nos lavadores de polpa. Essa lavagem é realizada em contracorrente e os digestores de alimentação contínua possuem o último está gio de MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 10 lavagem. O licor negro fraco (diluído) recuperado da polpa marrom contém em torno de 14 a 17 % de sólidos dissolvidos. Destes sólidos, aproximadamente 1/3 é composto por sais inorgânicos oriundos do licor branco e 2/3 são compostos orgânicos extraídos da madeira (Green e Hough, 1992). O licor negro fraco precisa ser concentrado acima de 65% de sólidos secos para possibilitar sua queima na caldeira de recuperação por força da matéria orgânica nele contida. Essa concentração é feita em evaporadores de múltiplo efeito, isto é, com vários trocadores de calor em série. Evaporadores de múltiplo efeito contêm, tipicamente, de cinco a sete efeitos. Os fluxos de vapor e licor fluem pelos efeitos em contracorrente. Vapor vivo é alimentado ao efeito com licor negro de maior concentração (primeiro efeito). O vapor gerado no primeiro efeito é condensado no segundo efeito, e assim adiante. O vapor do último efeito é condensado em um condensador barométrico. Os vapores condensados durante a evaporação, por possuírem compostos de enxofre, podem constituir uma importante fonte de poluição. Os condensados contaminados são normalmente submetidos a um tratamento setorial através de uma coluna de destilação a ar ou vapor, comumente denominada “torre de stripping”, sendo que os gases incondensáveis são encaminhados para queima e os condensados tratados reutilizados no processo. Os gases não-condensáveis (GNC) são os compostos gasosos que são liberados do licor negro durante a evaporação. Eles são compostos, principalmente, de metanol (MeOH) e os compostos reduzidos de enxofre totais (TRS). Os GNC são coletados na evaporação (nos condensadores e na coluna de destilação) e são incinerados (destruídos). Em geral, não há emissão de GNC na evaporação (Adams et al., 1997). O licor negro forte (concentrado) segue para a caldeira de recuperação onde a matéria orgânica é queimada e os sais inorgânicos são reduzidos a um fundido, cujos principais componentes são o carbonato de sódio (Na2CO3) e o sulfeto de sódio (Na2S). O calor liberado na combustão é aproveitado para a geração de vapor e energia elétrica. Para compensar a perda de reagentes, antes da queima é adicionada ao licor negro uma quantidade suficiente de Na2SO4 que, durante a queima do licor, é transformado em Na2S. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 11 A caldeira de recuperação constitui uma unidade primordial no controle ambiental de uma fábrica de polpa celulósica Kraft uma vez que gera vapor que será utilizado na fábrica e sobretudo será encaminhado a turbinas e geradores de energia elétrica. Aproximadamente 60 a 70% da energia da fábrica é proveniente desta caldeira. Por outro lado, a queima de licor na caldeira gera altos teores de material particulado que devem ser retidos por precipitadores eletrostáticos evitando a poluição devido a esse tipo de poluente. O licor branco (NaOH e Na2S) utilizado na polpação é regenerado na planta de caustificação, a partir do fundido. O carbonato de sódio (Na2CO3) e o sulfeto de sódio (Na2S) são misturados no tanque de dissolução do fundido para formar o licor verde. A concentração do licor verde é controlada pela adição de licor branco fraco ao tanque e as impurezas suspensas, sobretudode Fe, que causam a coloração verde do licor são removidas. Na primeira etapa da caustificação, a cal (CaO) é hidratada, ou apagada, para formar o hidróxido de cálcio, Ca(OH)2. Este hidróxido de cálcio reage, então, com o carbonato de sódio presente no licor verde e produz o hidróxido de sódio (NaOH) e o carbonato de cálcio (CaCO3), este último conhecido como lama de cal. Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3 O CaCO3 obtido é calcinado em forno especial (forno de cal), resultando na formação de CaO que, após hidratado, é transformado em Ca(OH)2, sendo reutilizado para transformação do Na2CO3 em NaOH: CaCO3 CaO + CO2 CaO + H2O Ca(OH)2 Vale ressaltar que o forno de cal utiliza geralmente óleo combustível como fonte de energia e gera gases com altos teores de material particulado. Equipamentos de controle das emissões aéreas são,portanto, necessários. Precipitadores eletrostáticos são frequentemente utilizados. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 12 Branqueamento da polpa celulósica Na polpação kraft são removidos, tipicamente de 90 a 95% da lignina. Para minimizar a degradação das fibras (a despolimerização da celulose e as hemiceluloses) é necessário terminar a polpação antes de se remover toda a lignina (Dence e Reeve, 1996). A cor escura da polpa kraft não-branqueada é causada pela lignina residual e outros grupos cromóforos (extrativos da madeira, íons metálicos, etc.) que permanecem na polpa após o cozimento. O processo de branqueamento objetiva remover a maior parte dessa lignina residual e destruir os componentes cromóforos remanescentes, utilizando-se reagentes mais específicos. O cloro gás (Cl2) foi o reagente de branqueamento preferido no passado, em razão de seu baixo custo e de sua alta especificidade para com a lignina residual. Seqüências que incluem um estágio com Cl2 no branqueamento são denominadas convencionais. O uso de Cl2 no branqueamento conduz a formação de compostos organoclorados (AOX) que são dissolvidos nos filtrados. Desde a descoberta da presença de dioxinas nos efluentes de fábricas de polpa kraft branqueada, em meados da década de 80, a indústria tem adotado novas tecnologias para minimizar a formação de AOX e permitir um maior fechamento dos circuitos de filtrados do branqueamento. As novas tecnologias adotadas incluem as seqüências de branqueamento ECF (“elementally chlorine free”) isentas de cloro gás, e as seqüências TCF (“totally chlorine free”), isentas de quaisquer reagentes à base de cloro. O branqueamento da polpa kraft é feito em seqüências de múltiplos estágios para otimizar o uso dos reagentes químicos e preservar a resistência/qualidade da polpa. O tipo e número de estágios de branqueamento de polpa kraft dependem de limitações quanto à proteção ao meio ambiente, uso final da polpa branqueada (qualidade), da alvura objetivo, do tipo de material fibroso (ex. fibra curta contra fibra longa) e da quantidade de lignina da polpa marrom. Cada estágio consiste da mistura da polpa com reagentes químicos e vapor, da reação da mistura em torres de branqueamento e da lavagem da polpa após a reação. A Figura 5 mostra um fluxograma esquemático de um estágio de branqueamento. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 13 Reator Vapor Reagente químico Água Efluente Polpa lavada de estágios anteriores Polpa lavada p/ estágios posteriores Mistura LavadorMistura Reator Vapor Reagente químico Água Efluente Polpa lavada de estágios anteriores Polpa lavada p/ estágios posteriores Mistura LavadorMistura Reator Vapor Reagente químico Água Efluente Polpa lavada de estágios anteriores Polpa lavada p/ estágios posteriores Mistura LavadorMistura Figura 5 - Fluxograma esquemático de um estágio de branqueamento O fluxograma de uma seqüência de branqueamento ECF, consistindo de pré-estágio de oxigênio (pré-O) e estágios de dioxidação (estágios D) e de extração oxidativa (estágio Eo), está apresentado na Figura 6 (Dence e Reeve, 1996). O E sto c a g e m ( n ã o m o s tra d o) O 2 N a O H V a po r P ol p a P ol p a b r a n q . C lO 2 D E O D O 2 N a O H C lO 2 F i l tra d o á ci d o F il t r ad o a l ca li n o R e cu pe ra ç ã o V a p o rV a p o rV a p o r Figura 6 - Fluxograma de uma planta de branqueamento operando com a seqüência ECF OD(Eo)D (Dence e Reeve, 1996) É importante salientar que o pré-branqueamento com oxigênio tem sido amplamente utilizado. Esse estágio preliminar objetiva a redução do número kappa da polpa antes do branqueamento, ou seja, a polpa encaminhada ao branqueamento se encontra muito mais MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 14 limpa. O fato dos filtrados da pré-O retornarem em contracorrente para a lavagem da polpa marrom e se inserirem ao circuito de licor e a maior limpeza (menor número kappa) da polpa encaminhada ao branqueamento após a pré-O, ocasiona uma redução de pelo menos 50% da DQO dos filtrados do branqueamento que são direcionados para a Estação de Tratamento de Efluentes. Ademais, há também uma redução da aplicação de reagentes químicos no branqueamento o que torna o processo bastante atrativo não somente pelo ponto de vista ambiental mas também econômico. A lavagem entre os estágios separa o material solubilizado da polpa e expõe novas superfícies à ação dos reagentes de branqueamento, reduzindo assim, o consumo de reagentes. O sistema de lavagem é contracorrente (para economizar energia, água e reagentes). Usualmente, água fresca (e/ou da máquina de secagem) só é usada no primeiro e no último estágio de uma seqüência. A presença de certos elementos nos filtrados do branqueamento dificulta a recirculação destas correntes líquidas para o ciclo de recuperação, devido ao risco de corrosão e incrustações nos equipamentos do setor de recuperação química do licor e, portanto, esses são geralmente enviados para o sistema de tratamento de efluentes da fábrica. São gerados, tipicamente, em torno de 15 a 30 m 3 de efluente de branqueamento por tonelada de polpa kraft branqueada. Uma vez que o licor residual da polpação é reciclado no sistema de recuperação de reagentes e energia, os filtrados de branqueamento representam a maior parte do efluente total de uma fábrica de polpa kraft branqueada, sendo responsável por 30 a 70% de seu volume total. Observa-se que o processo de branqueamento utiliza gases como ClO2 e O3 como agentes de branqueamento e que nestes casos deve possuir equipamento para controle dessas emissões. Secagem A polpa celulósica branqueada é estocada após o último estágio do branqueamento a uma consistência de 10 a 14%. Em fábricas que não possuem máquinas de papel integradas MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 15 às suas operações, a polpa deve ser desaguada a uma consistência de 90 a 95% para reduzir os custos de transporte. GERAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES LÍQUIDOS Um esquema do processo kraft, mostrando os principais fluxos e valores típicos de sólidos, DBO e AOX neles contidos, está apresentado na Figura 7. Figura 7 - Fluxograma do processo de produção de polpa kraft branqueada, com valores típicos de vazões, sólidos suspensos (SS), matériaorgânica biodegradável (DBO5) e organoclorados (AOX) nos principais fluxos por tonelada de polpa produzida. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 16 Preparo da madeira No Brasil as fábricas de polpa celulósica kraft utilizam o descascamento a seco, e portanto não geram qualquer contribuição de carga para os efluentes hídricos nesta etapa de preparação da madeira. Após o descascamento, as toras são geralmente lavadas buscando-se remover impurezas tais como areia e terra que se encontram presentes na superfície das toras e que são prejudiciais ao processo. A lavagem das toras consome aproximadamente 1-6 m 3 /tsa, dependendo do processo de lavagem utilizado e da quantidade de impurezas presentes nas toras. Vale salientar que práticas operacionais adequadas de corte, coleta e estocagem de madeira minimizam sobremaneira tais impurezas. Os efluentes da lavagem de toras podem possuir as seguintes características: Sólidos em suspensão = 0,1 – 0,5 kg/tsa DBO5 = 0,2 – 1 kg/tsa DQO = 1 – 3 kg/tsa Este efluente é normalmente pré-tratado no próprio pátio de madeira através de caixas desarenadoras, que visam remover tais impurezas inorgânicas. Após tratados os efluentes podem ser reutilizados na própria lavagem das novas toras ou podem ser enviadas para a estação de tratamento de efluentes (ETE). A areia é removida e geralmente segue para o aterro sanitário industrial. Cozimento kraft dos cavacos A geração de efluentes líquidos no processo de cozimento kraft não constitui um problema, uma vez que o licor de cozimento utilizado é totalmente recuperado no setor de recuperação dos licores. Falhas no processo que acarretem vazamentos e derramamentos do licor podem constituir uma importante fonte de poluição. Esses vazamentos, quando ocorrem, devem ser prontamente corrigidos, pois, além de causarem problemas ambientais, constituem perdas indesejáveis no processo. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 17 Os vapores condensados na área do digestor, por possuírem compostos de enxofre dissolvido, podem constituir uma importante fonte de poluição. Os condensados contaminados são normalmente submetidos a um tratamento setorial através de uma torre de destilação a ar ou vapor, comumente denominada “torre de stripping”, sendo que os gases não-condensáveis são encaminhados para queima e os condensados tratados reutilizados no processo. Recuperação do licor negro Um grande benefício do ciclo de recuperação é que ele evita a descarga de um fluxo significativo de efluente com grande potencial poluidor para a ETE. Os vapores condensados durante a evaporação, por possuírem compostos de enxofre dissolvido, podem constituir uma importante fonte de poluição. Os condensados contaminados são normalmente submetidos a um tratamento setorial através de uma coluna de destilação a ar ou vapor, comumente denominada “torre de stripping”, sendo que os gases incondensáveis são encaminhados para queima e os condensados tratados reutilizados no processo. São gerados tipicamente de 0,5 a 2 m 3 de efluentes da planta de evaporação, por tonelada de polpa produzida (Green e Hough, 1992). Embora o ciclo de recuperação seja essencialmente fechado, desvios não intencionais do licor negro e outros efluentes para o sistema de tratamento da fábrica fazem parte dos processos normais de operação, como paradas e partidas programadas de equipamentos (evaporadores, caldeira, caustificadores, forno de cal) para manutenção. Perdas não intencionais resultam de derrames, vazamentos, sobrecarga de tanques e falhas mecânicas (US EPA, 1997). Esses desvios correspondem a aproximadamente 10% do volume total dos efluentes nas fábricas norte-americanas (US EPA, 1997). Fábricas modernas não enfrentam tais problemas. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 18 Branqueamento da polpa celulósica Dentre os diversos estágios que compõem o processo kraft, a unidade de branqueamento constitui-se na maior fonte de geração dos efluentes líquidos, que por sua vez contém alto teor de matéria orgânica, alta cor e compostos organoclorados. Tais compostos são originados da ligação do cloro ou compostos clorados, utilizados como agentes de branqueamento, com os precursores orgânicos presentes na madeira. Uma descrição das características principais dos efluentes líquidos é apresentada, incluindo uma discussão sobre a formação de dioxinas. Uma descrição de sistemas ECF, TCF é apresentada. Conforme citado pelo Prof. McKague da University of Toronto, descrever as características e composição dos efluentes das plantas de branqueamento é como se tentar acertar um alvo que se locomove a uma velocidade que cresce exponencialmente. Ou seja, as mudanças que o processo vem sofrendo nos últimos anos são tão substanciais que torna- se difícil generalizar tais características. A caracterização físico-química dos efluentes do branqueamento inclui o volume, a DBO, DQO, SST, AOX, pH, cor, T, e ainda toxicidade e dioxinas. A seguir, pretende-se apenas dar uma idéia geral da importância e das faixas de valores usuais destes parâmetros. Mais uma vez vale lembrar que tais valores variam de acordo com a tecnologia de processo adotada tanto no branqueamento como nos processos anteriores ao branqueamento, depende também do tipo de madeira utilizada; depende da operação da planta; e depende também da legislação local. O volume dos efluentes líquidos do branqueamento nas fábricas kraft de polpa celulósica representam em torno de 30-70% de todo efluente gerado na fábrica. Uma redução significativa do consumo de água e geração de efluentes no branqueamento tem sido observada nas últimas décadas. Fábricas projetadas na década de 1970 geram em torno de 40-50 m 3 /tsa. Já nos anos 80 o volume foi reduzido para aproximadamente 20-30 m 3 /tsa. Fábricas de última geração com alto nível de recirculação de água, o volume total do branqueamento é de apenas 10 m 3 /tsa. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 19 A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) indica a quantidade aproximada de material orgânico biodegradável no efluente. A DBO dos efluentes do branqueamento depende, sobretudo, da quantidade de lignina que chega ao branqueamento, ou seja, do número kappa e da eficiência da lavagem da polpa marrom. Valores típicos para branqueamento convencional de popas provenientes de madeiras coníferas (softwood) giram em torno de 10 a 20 kg/tsa para o efluente total. Polpas de madeiras folhosas (hardwood) apresentam valores normalmente menores do que coníferas (de 5 a 15 kg/tsa). A adoção de Pré-O2 reduz em até 60% da DBO no branqueamento. A demanda química de oxigênio (DQO) é uma medida do oxigênio consumido durante a oxidação química do material orgânico no efluente. Da mesma forma que a DBO, a DQO está intimamente ligada ao número kappa e eficiência da lavagem da polpa marrom. Valores típicos de DQO para branqueamento de coníferas giram em torno de 60 a 70 kg/tsa. As madeiras folhosas apresentam valores normalmente bem inferiores a estes, girando em torno de 30-60 kg/tsa. A adoção de pré-O2 reduz em até 50% da DQO no efluente do branqueamento. Os efluentes alcalinos do branqueamento contribuem de 70 a 80% da cor total dos efluentes. A cor dos efluentes de branqueamento de softwood giram em torno de30-400 kg/tsa. Pre-O2 reduz em até 70% a cor dos efluentes. Halógenos orgânicos adsorvíveis (AOX) é uma medida aproximada do material organoclorado no efluente. Por causa de pressões ambientais e de mercado, AOX foi adotado e recebe a atenção nesta última década. Vários estudos indicam que AOX é dependente da lignina que vem na polpa, ou seja, eficiência na lavagem, pré-O2 e redução no n° kappa, reduz o AOX nos efluentes. Evidente que a redução ou eliminação do consumo de Cl2 a quantidade do AOX, como esperado, em sequência de branqueamento isentos de Cl2 ou compostos clorados (TCF) a quantidade de AOX é desprezível. Valores típicos de AOX nos efluentes do branqueamento convencional estão em torno de 3 a 7 kg/tsa. Dioxina é o nome dado normalmente aos membros da família de compostos cíclicos aromáticos clorados, que compreendem os PCDD’s (policlorados Dibenzo Dioxinas e MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 20 PCDF (policlorado Dibenzo Furanos). Apesar de este grupo ser extenso, os compostos mais tóxicos são 2,3,7,8 TCDD e 2,3,7,8 TCDF. As dioxinas tem efeito na saúde humana. Traços de TCDD e TCDF são encontrados em efluentes no estágio de cloração. Efluentes de sequências ECF e TCF não são detectados. Toxicidade pode ser medida como toxicidade aguda e toxicidade crônica. Toxicidade aguda normalmente é medida através da concentração de efluente (%) misturado com água que cause 50% de mortandade na espécie tratada em 96 horas. Observe que menor valor dado pelo teste, mais tóxico é o efluente. Os organismos utilizados normalmente nestes testes são peixes e microcrustáceos (daphnia). O equipamento MICROTOX tem sido muito utilizado na indústria e mede a concentração de efluente (%) que causa 50% da redução de luz transmitida por bactérias luminescentes (vibrio fisheri). As medições de toxicidade crônica são mais complexas e em alguns laboratórios pesquisas estão sendo feitas para determinar a alteração que efluentes do branqueamento provoca, por exemplo, no sistema de reprodução dos peixes, hormônios e desenvolvimento sexual dos peixes. Por pressões ambientais e de mercado, a indústria de polpa celulósica foi levada a reduzir e mesmo eliminar o cloro elementar dos seus estágios de branqueamento. O processo que não utiliza o cloro molecular no branqueamento é referido como branqueamento ECF (Elemental Chlorine-free). O processo que não utiliza nem mesmo qualquer composto clorado no branqueamento é denominado TCF (Total Chlorine-free). Em todo o mundo o processo ECF, utilizando-se o dióxido de cloro ganhou grande aceitação, e atualmente é amplamente aplicado. Por outro lado, as sequências TCF, até o momento, não se impuseram no mercado devido aos altos custos e a qualidade ainda inferior da polpa, quando comparadas à da sequência ECF. Além do mais, os ganhos ambientais que sequências TCF podem propiciar em relação às sequências ECF são discutíveis. A seguir, apresenta-se uma descrição breve dos efeitos observados nos efluentes líquidos do branqueamento quando da utilização de sequências ECF e TCF. DBO – há uma diminuição de 20-30% na DBO utilizando-se sequências ECF, em relação às sequências convencionais. Na literatura os valores de DBO em sequências TCF não MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 21 diferem muito dos sistemas convencionais. No entanto, não há muitos estudos nesta área, especialmente para hardwoods. DQO – há uma diminuição de 20-25% na DQO quando sequências ECF são utilizadas em relação às sequências convencionais. COR – diminuição de até 70% é observada quando da utilização ECF. Uma diminuição ainda maior é observada quando se utiliza o ozônio no primeiro estágio de branqueamento. AOX – em sequências ECF uma pequena quantidade de AOX é encontrada por causa da reação intermediária do ClO2 formando ácido hipocloroso que reage com material orgânico formando material clorado. Em sequências TCF, AOX é desprezível como se esperava. Toxicidade – tanto a sequência ECF quanto a TCF eliminaram virtualmente a produção de compostos organo-clorados persistentes e bioacumulativos dos efluentes do branqueamento. No entanto, pesquisas tem mostrado que efeitos sub-letais em peixes são observados quando expostos a efluente de polpa celulósica, mesmo quando não há branqueamento. Tal fato sugere que tais alterações são causadas por outros componentes da madeira, tais como extrativos. Secagem Nas máquinas de secagem antigas o consumo de água fresca varia de 6 a 12 m 3 /tsa. A água fresca é utilizada para diluição e controle de consistência, chuveiros, resfriamento de unidades hidráulicas, selagem de bombas, e outros. Nas máquinas mais modernas os níveis de consumo de água são bem inferiores variando de 2 a 5 m 3 /tsa. Em termos de qualidade, os efluentes das máquinas de secagem podem carregar consigo uma quantidade significativa de fibras. Busca-se evitar as perdas de fibras não somente pelo aspecto econômico, mas, sobretudo pelo aspecto ambiental. Os efluentes das máquinas de secagem são em várias fábricas reutilizados em outros setores tais como no branqueamento. LEGISLAÇÃO ESPECÍFICA PERTINENTE Resolução Conama No 357, de 17 de Março de 2005 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 22 Resolução No 430, de 13 de Maio de 2011 Lei 9.433 de 8 de Janeiro de 1997 Deliberação Normativa Conjunta COPAM/CERH-MG N.º 1, de 05 de Maio de 2008 (Minas Gerais) TRATAMENTO DOS EFLUENTES LÍQUIDOS Em fábricas de polpa celulósica e papel, o tratamento dos efluentes líquidos é normalmente composto por uma seqüência de quatro etapas distintas com diferentes objetivos: i. Tratamento preliminar - visa a remoção de sólidos grosseiros, ajuste do pH e resfriamento dos efluentes ii. Tratamento primário - visa a remoção de sólidos em suspensão iii. Tratamento secundário biológico – visa a remoção da matéria orgânica biodegradável e toxicidade iv. Tratamento terciário - objetiva essencialmente a remoção de DQO e cor recalcitrantes ao tratamento biológico. Normalmente, nas fábricas de polpa celulósica e papel, o tratamento biológico secundário é suficiente para enquadrar os seus efluentes nos limites de lançamento, sendo o tratamento terciário raramente adotado. A Figura 8 resume através de uma representação esquemática as fases de tratamento dos efluentes usualmente adotados em fábricas de polpa celulósica e papel. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 23 Decantação secundária Aeração Grade Espessador lodo Desaguamento N, P ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES Efluente tratado Afluente Terciário SecundárioPreliminar Lodo p/ disposição Primário Fi ltr ad o Decantação ou Flotação Resfriamento Figura 8 – Seqüência de tratamento de efluentes em fábricas de polpa celulósica e papel Tratamento Preliminar Em fábricas integradas na produção de polpa celulósica e papel através do processo kraft, dois tipos de tratamento preliminar são adotados: resfriamento do efluente e remoção dos sólidos grosseiros. A remoção de areia através de caixas de areia não são normalmente necessárias em fábricas de polpa celulósica mas devem ser previstas em fábricas de papel reciclado. Em fábricas de celulose tem sido comum a adoção de caixas desarenadoras setorialno pátio de madeira, uma vez que os efluentes provenientes da lavagem das toras de madeira contêm quantidades significativas de areia e terra em geral. O resfriamento dos efluentes é geralmente requerido nas fábricas de polpa celulósica, pois os efluentes podem chegar à estação com temperaturas superiores a 60 o C, e a temperatura ideal para o tratamento biológico secundário mesofílico é de 35 o C. Além disso há restrições de lançamento em relação à temperatura no Brasil. Efluentes de qualquer natureza só podem ser lançados em um corpo d’água com temperaturas inferiores a 40ºC. O resfriamento é normalmente realizado por torres de resfriamento que se localizam após o MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 24 tratamento primário buscando evitar o entupimento das torres por sólidos suspensos. Em algumas fábricas, que adotam lagoas aeradas (longos períodos de retenção hidráulica) como forma de tratamento biológico, não se adota qualquer dispositivo de resfriamento dos efluentes, sendo que o rebaixamento da temperatura ocorre no início da primeira lagoa. No entanto, neste caso pode haver comprometimento com a eficiência global do sistema uma vez que as lagoas aeradas não são equipamentos específicos para resfriar efluentes. A quantidade de sólidos grosseiros com diâmetros superiores a 5 cm é pouco significativa nas fábricas de polpa celulósica e papel. No entanto, sistemas de gradeamento são normalmente utilizados para remoção de eventuais sólidos grosseiros. A remoção destes sólidos se faz particularmente necessária para proteger os equipamentos mecânicos e tubulações subsequentes do sistema de tratamento, como por exemplo, os conjuntos elevatórios. Existem diversos tipos de gradeamento no mercado, podendo ser equipados com sistemas de limpeza automática ou manual. Normalmente o espaçamento e a espessura das barras são os parâmetros críticos para a escolha do gradeamento, devendo ser escolhido de acordo com o menor diâmetro de sólidos que se deseja remover. Sistemas de fácil limpeza e manutenção devem ser escolhidos, sobretudo para facilitar o trabalho operacional. A correção do pH também é uma prática de tratamento prévio adotado pela indústria. Geralmente é feita a aplicação de ácido ou álcali para colocar o efluente numa faixa neutra de pH, entre 6 e 8. Tratamento Primário Dentre os principais poluentes presentes nos efluentes líquidos das fábricas de polpa celulósica e papel estão os sólidos em suspensão. Os possíveis efeitos poluidores dos sólidos em suspensão lançados diretamente nos corpos d’água receptores incluem problemas estéticos, depósitos de lodos no fundo destes corpos d’água e adsorção de poluentes. Além disso, a remoção dos sólidos suspensos é bastante desejável antes de um tratamento biológico secundário. A presença do excesso de sólidos pode prejudicar sobremaneira a eficiência do tratamento biológico. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 25 As quantidades de sólidos suspensos em fábricas de polpa celulósica kraft branqueada variam dependendo do grau de reuso de água e das condições operacionais destas fábricas. Estes valores variam de 13 a 60 kg/tsa. Os valores mínimos referem-se geralmente a processos mais modernos de produção das fábricas mais novas. Os sólidos suspensos presentes nos efluentes de fábricas de polpa celulósica e papel consistem basicamente de fibras de celulose cargas minerais da área de recuperação de licor. A remoção de sólidos em suspensão é normalmente efetuada através de decantação por gravidade, e em alguns casos através de flotação. Os sólidos oriundos do processo de decantação ou flotação normalmente requerem subsequente adensamento e desaguamento. O adensamento de lodos é freqüentemente efetuado através de espessadores por gravidade, centrífugas ou por flotação. Após adensados, ou em alguns casos diretamente dos decantadores primários, o lodo é enviado para unidades de desaguamento que incluem prensas desaguadoras, prensas parafuso, centrífugas ou outro tipo de equipamento de desaguamento. Tratamento Biológico Aeróbio Os principais poluentes monitorados nos efluentes líquidos de fábricas de polpa celulósica e papel incluem a demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos em suspensão (SS), compostos organoclorados (AOX), toxicidade e cor. Os dois primeiros parâmetros DBO5 e DQO quantificam a matéria orgânica nos efluentes. Os sistemas de tratamento primário (decantadores e flotadores) objetivam a remoção dos sólidos suspensos dos efluentes. Sistema de tratamento biológico ou secundário tem como finalidade primordial a remoção da matéria orgânica dissolvida biodegradável conferida em termos de DBO5. A remoção da toxicidade e de compostos organoclorados é também observada nos processos biológicos, enquanto que a remoção de cor dos efluentes é pouco significativa nestes sistemas. O lançamento de altas cargas de matéria orgânica biodegradável diretamente nos corpos d’água receptores causa a depleção do oxigênio e consequentemente a mortandade de peixes e outros organismos aeróbios presentes na biota aquática. Dependendo das MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 26 condições do lançamento dos efluentes, o excesso de material orgânico pode criar condições assépticas no copo d’água receptor. Normalmente em fábricas de polpa celulósica, o tratamento primário, ou seja, a remoção dos sólidos em suspensão é feita antes do tratamento biológico secundário. A razão DBO5/DQO nos efluentes provenientes de fábricas de polpa celulósica situa-se normalmente entre 0,4 a 0,6, indicando uma biodegradabilidade média destes efluentes. Em fábricas modernas que utilizam o processo kraft na produção de polpa celulósica, as cargas de DBO5 variam em torno de 10 a 30kg DBO/tsa, o que equivale a uma concentração média em torno de 250 a 400 mg/L. O tipo de tratamento biológico mais freqüentemente empregado na indústria de polpa celulósica é do tipo aeróbio, ou seja, aquele que ocorre na presença de oxigênio. Os processos de tratamento aeróbios mais utilizados na indústria de polpa celulósica e papel são as lagoas aeradas e o processo dos lodos ativados. Processos com crescimento aderido ou de superfície, como os filtros biológicos e discos rotativos são menos utilizados. Tratamento Terciário O tratamento terciário em fábricas de polpa celulósica tem como principal objetivo a remoção de DQO recalcitrante (matéria orgânica não biodegradável ou de difícil biodegradação e cor. Geralmente estes compostos são de alta massa molar. O principal método que tem sido utilizado para o tratamento terciário de algumas fábricas no no mundo são os tratamentos físico-químicos, ou seja aqueles que adotam coagulantes e floculantes e algum processo de remoção de lodo. Processos de flotação ou sedimentação são geralmente utilizados. As maiores desvantagens desses processos é a alta geração de lodo uma vez que para se obter uma boa eficiência, as dosagens de coagulantes, como Al2 (SO4)3, demandadas são muito altas. Vários estudos buscando a adoção de processos de oxidação tem sido estudados tais como a aplicação de ozônio, peróxido de hidrogênio, dióxido de cloro, mas tais estudos demonstram que a viabilidade econômica é pouco atrativa. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL27 O uso de membranas também tem sido estudado, embora também não de mostram viáveis economicamente para vazões tão altas. GERAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS As fábricas de polpa celulósica geram uma grande variedade de resíduos sólidos que podem ser reutilizados ou precisam ser adequadamente dispostos. Os resíduos sólidos gerados em fábricas de polpa celulósica e papel são considerados não-perigosos pela legislação brasileira. A seguir, serão apresentadas as principais fontes de geração, a caracterização e o manuseio e disposição final destes resíduos provenientes de fábricas kraft integradas de polpa celulósica e papel. 2. Caracterização e Fontes de Geração Os seguintes resíduos sólidos são gerados no processo de produção de polpa celulósica branqueada kraft (Figura 1) Pátio de Madeira Digestor Linha de Fibras Branqueamento Secagem cascas 100-200 Evaporação Caldeira de Recuperação Caustif. Calcinação 10 - 15 dregs 2 - 5 grits Caldeira de Biomassa 5 - 10 cinzas Trat. Primário Trat. Secundário Lodo primário 40 - 60 Lodo secundário 5 - 15 Pátio de Madeira Digestor Linha de Fibras Branqueamento Secagem cascas 100-200 Evaporação Caldeira de Recuperação Caustif. Calcinação 10 - 15 dregs 2 - 5 grits Caldeira de Biomassa 5 - 10 cinzas Trat. Primário Trat. Secundário Lodo primário 40 - 60 Lodo secundário 5 - 15 Pátio de Madeira Pátio de Madeira Digestor Linha de Fibras BranqueamentoBranqueamento SecagemSecagem cascas 100-200 EvaporaçãoEvaporação Caldeira de Recuperação Caldeira de Recuperação Caustif.Caustif. CalcinaçãoCalcinação 10 - 1510 - 15 dregs 2 - 5 grits Caldeira de Biomassa 5 - 10 cinzas Caldeira de Biomassa Caldeira de Biomassa 5 - 105 - 10 cinzas Trat. Primário Trat. Secundário Trat. Primário Trat. Secundário Trat. Primário Trat. Secundário Lodo primário 40 - 60 Lodo secundário 5 - 15 Figura 1 – Resíduos Sólidos no processo de produção de polpa celulósica branqueada kraft Lodo Primário MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 28 O lodo primário é proveniente do sistema primário de tratamento de efluentes. Normalmente o lodo retirado dos decantadores ou flotadores são adensados e desaguados a consistência de 20 a 40%. A composição dos sólidos no lodo primário é variável e depende evidentemente das perdas de sólidos em suspensão do processo. Em geral o lodo possui 50- 60% de material orgânico, principalmente fibras de celulose. A parte inorgânica é normalmente originária da caustificação. As quantidades da produção de lodo primário são também variadas, mas numa fábrica moderna, de forma geral, estima-se uma quantidade de 40 a 60 kg/tsa (base seca). As fábricas de polpa celulósica no Brasil têm buscado comercializar este lodo, rico em fibras de celulose, para fábricas de papel reciclado. A utilização do lodo como condicionador de solos é também viável, embora um tratamento prévio de compostagem seja necessário. Geralmente, neste caso o lodo primário é normalmente misturado ao lodo secundário biológico. Existem algumas fábricas no mundo que tem direcionado os lodos primários, juntamente com os lodos biológicos para serem queimados na caldeira de biomassa, ou seja, tornam-se combustíveis. Tal solução parece bastante atrativa, embora existam ainda problemas com o balanço energético uma vez que os lodos possuem alto teor de umidade que reduzem sobremaneira o poder calorífico destes lodos. Não obstante, tem-se buscado formas econômicas de se secar os lodos antes de enviá-los à caldeira. Por fim, em algumas fábricas, o lodo primário é encaminhado para aterros industriais ou sanitários, que sem dúvida é uma solução aceita em termos ambientais, mas pouco atrativa em termos econômicos. Lodo Biológico Secundário O lodo biológico é proveniente do sistema de tratamento secundário de efluentes. Da mesma forma que ocorre com o lodo primário, o lodo biológico secundário é adensado e desaguado em equipamentos específicos alcançando uma consistência de 20-35%. A natureza deste lodo, que consiste de células biológicas, dificulta o seu adensamento e MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 29 frequentemente é misturado ao lodo primário antes de encaminhá-lo às unidades de desaguamento (prensas desaguadoras, centrífugas, filtros vácuo, etc.). A produção de lodo nos processos de lodos ativados varia dependendo das condições operacionais adotadas, mas a título de exemplo, a produção gira em torno de 5- 15 kg/tsa (base seca). A aplicação de lodo biológico nas florestas como condicionadores de solo é viável, embora a compostagem prévia seja recomendada. Em algumas fábricas o lodo biológico tem sido encaminhado para o aterro industrial e em outras, embora raro, misturado ao licor preto para queima na caldeira de recuperação. Algumas fábricas tem queimado o lodo biológico na caldeira de biomassa, embora, como discutido anteriormente com restrições ao seu alto teor de umidade. Cinzas da Caldeira de Biomassa A produção de cinzas proveniente das caldeiras auxiliares de biomassa gira em torno de 5-10 kg/tsa, e como produto da combustão de cavacos, cascas, etc, as cinzas são ricas em potássio, o que as conferem um grande potencial para reutilização e aplicação nos solos. A utilização de cinzas na construção civil e uso em estradas florestais tem sido estudado, embora com pouca aplicação até o presente momento na indústria brasileira. Dregs Os dregs oriundos da clarificação do licor verde, são constituídos de impurezas tais como partículas de combustão incompleta, óxido de cálcio, ferrugem, silica). Possuem um alto pH que pode ser superior a 11. Normalmente os dregs representam de 10-15 kg/tsa (base seca) e são encaminhados para o aterro industrial. Em algumas fábricas os dregs são misturados com outros resíduos e utilizados como condicionadores de solos (correção de pH. Neste caso deve-se tomar o cuidado com a presença de sódio, uma vez que pode causar danos consideráveis nos solos argilosos. Grits MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 30 Provenientes do apagador de cal, os grits constituem de impurezas de cal, CaCO3, SiO2, Al2O3. São produzidos em torno de 2-5 kg/tsa (base seca). São normalmente encaminhados para aterro, mas também em algumas fábricas são misturados com outros resíduos e utilizados como condicionadores de solos. Cascas A geração de cascas também depende essencialmente do tipo de madeira utilizada e do processo de descascamento adotado, mas a quantidade gira em torno de 100-200 kg/tsa. As cascas são normalmente encaminhadas para caldeira de biomassa, embora a reutilização na floresta como condicionados de solos seja viável, sobretudo quando o descascamento é feito na própria floresta. Outros Resíduos sólidos provenientes dos escritórios, restaurantes, oficinas, podem ser significativos, (1-3 kg/tsa). Quando não há separação e reciclagem, tais resíduos são geralmente encaminhados para o aterro. Deve-se salientar que resíduos contaminados com óleo são classificados como resíduos perigosos e devem ser dispostos em aterros Classe 1 ou incinerados em unidades licenciadas para este fim. Legislação e Normas BrasileirasLei nº 12.305/10 - Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) Resolução Conama nº 313, de 29 de outubro de 2002 NBR 10004 - Classificação dos resíduos sólidos NBR 10005 - Procedimentos para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos NBR 10006 - Procedimentos para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos NBR 10007 - Amostragem de resíduos sólidos NBR 13463 - Coleta de resíduos sólidos NBR 8419 - Apresentação de projetos de aterros sanitários de resíduos sólidos MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 31 urbanos NBR 8849 - Apresentação de projetos de aterros controlados de resíduos sólidos urbanos NBR 13.896 - Aterros de resíduos não perigosos - Critérios para projeto, implantação e operação - Procedimento Resolução nº 316/2002 do CONAMA: regulamenta o processo da incineração e seus limites de emissão. Norma da ABNT NBR 11175 – Incineração de resíduos sólidos perigosos Norma Técnica da CETESB E1 5011 - Incineração de resíduos GERAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS As emissões atmosféricas mais significativas na indústria de polpa celulósica estão associadas ao processo kraft. Os principais poluentes gerados neste processo e passíveis de controle são os materiais particulados, compostos de enxofre reduzido total (TRS), óxidos de nitrogênio e de enxofre (S0x, NOx), compostos orgânicos voláteis (VOC), e quando utilizados no branqueamento, cloro e dióxido de cloro. A seguir, são apresentadas as principais fontes, os tratamentos e formas de redução, o monitoramento e controle destas emissões. Caracterização dos Principais Poluentes e Fontes de Emissão Os principais poluentes aéreos produzidos na fabricação de polpa celulósica sulfato branqueada são listados a seguir. A Figura 1 apresenta as principais fontes geradoras. Material Particulado: São partículas cujos tamanhos estão entre 1 – 30 m. Estas partículas são consideradas poluentes pelo fato de causarem problemas à saúde das pessoas MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 32 expostas a elas. Tais partículas têm a capacidade de penetrar no sistema respiratório humano e causar danos à saúde. Além disso, dependendo da sua origem, podem possuir o caráter corrosivo e destruir bens móveis e imóveis. As principais fontes de material particulado nas fábricas são a caldeira de recuperação, caldeira de biomassa, forno de cal, tanque de dissolução de fundidos. Valores típicos de emissões de material particulado em fábricas de polpa celulósica kraft FONTE Taxa de emissão Fábrica moderna Fábrica antiga Nm3/t kg/t mg/t mg/t kg/t Caldeira de recuperação 10 000 1,0 100 1 000 10,0 Forno de cal 1 100 0,2 200 2 000 2,0 Tq. dissolução de fundidos 600 0,2 300 6 000 4,0 Caldeira auxiliar 10 000 1,0 100 1 000 10,0 Outros 0,5 5,0 Fonte: World Bank TRS: Os compostos de enxofre reduzido total, quais sejam, sulfeto de hidrogênio (H2S), metilmercaptana (CH3SH), dimetilsulfeto (CH3SCH3), dimetildissulfeto (CH3S2CH3), possuem um mal odor a concentrações bem pequenas (ppb), o que pode acarretar sérios problemas de desconforto as comunidades adjacentes às fábricas de polpa celulósica kraft. As principais fontes de geração dos TRS são o digestor, evaporadores e caldeira de recuperação. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 33 Emissões típicas de TRS – Enxofre total reduzido em fábricas de polpa celulósica kraft FONTE Vazões Emissões Fábricas antigas Fábricas modernas (Nm3/tsa) kg/t kg/t Área digestores - 0,80 0 Lavagem e depuração 2 500 0,30 0,10 Evaporação 10 2,00 0,05 Caldeira recuperação 10 000 5,00 0,05 Tq dissolv. fundidos 600 0,20 0,02 Forno de cal 1 100 0,20 0,07 Outros - 0,80 0,06 Fonte: World Bank Óxidos de Enxofre e Óxidos de Nitrogênio Os óxidos de enxofre estão normalmente na forma de SO2, e são liberados em todos os pontos onde há queima de enxofre. As principais fontes são o queimador de enxofre, o forno de cal, caldeira biomassa e caldeira de recuperação. A emissão de óxidos de nitrogênio é mais genérica, pois ácido nítrico é formado quando O2 e N2, presentes no ar, são expostos a altas temperaturas. A principal fonte é o forno de cal e a caldeira de biomassa. Evidentemente, tais emissões estão intimamente relacionadas com as condições operacionais da planta. Os efeitos ambientais relacionado com a emissão destes compostos são a saúde humana, corrosão e danos à vegetação. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 34 Emissões típicas de SOx and NOx em fábricas de polpa celulósica kraft (antes de sistemas de controle) FONTE Taxa de Emissão (kg/tsa) SO2 SO3 NOx (como NO2) Caldeira de recuperação Sem adição de combustível auxiliar 0–40 0–4 0.7–5 Com adição de combustível auxiliar 0–50 0–6 1–10 Forno de cal 0–2 - - Tq dissolvedor de fundidos 0–0,2 - 10–30 Caldeira auxiliar 6-20 Fonte: World Bank VOC: Compostos orgânicos voláteis são emitidos em diversos pontos no processo kraft. A fonte mais significativa são os gases não-condensáveis do digestor e da evaporação. Os principais compostos são considerados tóxicos ao ser humano, e podem reagir fotoquimicamente na atmosfera e produzir ozônio. Cl2 / ClO2 / Clorofórmio: As emissões de cloro, dióxido de cloro e clorofórmio são gerados no branqueamento quando o cloro ou compostos clorados são utilizados como agentes de branqueamento. Os efeitos ambientais são a toxicidade, provocam corrosão e são particularmente perigosos à saúde humana. Limites típicos de emissões de fábricas de polpa celulósica kraft (médias mensais) Material particulado (mg/m3) SO2 (mg/m3) H2S (mg/m3) Enxofre total (KgS/tsa) Caldeira de recuperação 100–150 800–1,000 8–10 - Caldeira auxiliar 100–200 500–800 - - Forno de cal 150–300 - 10–50 - Fábricas kraft - - - 1.5–2.5 fonte: Pulp and paper international 1991 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 35 CONTROLE DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS Equipamentos de Controle Existem diversas formas de se controlar as emissões atmosféricas nos diversos pontos de emissão, e diversos tipos de equipamentos de controle e remoção de poluentes são utilizados na indústria. A seguir, apresenta-se uma breve descrição de alguns dos equipamentos mais comuns utilizados na indústria de polpa celulósica e papel. Material particulado Precipitadores eletrostáticos Consistem de equipamentos que carregam eletricamente negativamente as partículas do gás e atraindo-as através de eletrodos de placa carregados positivamente. As partículas são coletadas na parte inferior do precipitador. Estes equipamentos são muito eficientes atingindo remoções acima de 99% do material particulado presente no gás. Entretanto, são também os de maior custo de instalação e operação. Precipitadores eletrostáticos são geralmente utilizados nas caldeiras de recuperação, caldeira de biomassa e formo de cal. Ciclones Separadores inerciais ou ciclones são equipamentos que utilizam a força centrífuga para separar as partículasmais pesadas do gás. A eficiência destes equipamentos é relativamente baixa comparado aos precipitadores eletrostáticos, mas o seu custo é muito inferior. Caldeiras de biomassa são normalmente dotadas destes equipamentos para remoção de partículas maiores e mais pesadas. Scrubbers (lavadores de gases) Lavadores de gases ou “scrubbers” utilizam o princípio de separação dos ciclones adicionados à lavagem dos gases utilizando dispersores de água. Existem diversos tipos de lavadores de gás, mas lavadores Venturi e ciclones múltiplos são os mais utilizados nos MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 36 tanques de dissolução de fundidos e caldeiras de biomassa. Eficiência de remoção de até 98% pode ser alcançada através destes equipamentos. TRS Existem diversas formas de lidar com as emissões de gases contendo TRS. Normalmente coleta-se os gases com alta concentração e baixo volume dos digestores e evaporadores separadamente, e encaminha-os para serem incinerados no forno de cal ou em alguma unidade de incineração separada. Os gases com baixa concentração e grandes volumes das áreas de lavagem da massa escura e tanque de dissolução são também encaminhados para incineração no forno de cal, caldeira de biomassa e às vezes para caldeira de recuperação. Cl2, ClO2 Atualmente as plantas de branqueamento que utilizam o cloro ou compostos clorados são equipados com lavadores de gases (scrubbers). Este sistema é bastante eficiente para remoção destes compostos. SOx, NOx Os óxidos de enxofre e nitrogênio são normalmente controlados através de condições operacionais específicas. Métodos de Medição e Monitoramento Dois tipos de monitoramento das emissões atmosféricas são normalmente necessários ao controle ambiental das fábricas de polpa celulósica. Monitoramento da qualidade do ar e monitoramento das emissões nas fontes estacionárias (chaminés). O monitoramento nas fontes estacionárias pode ser feito continuamente para certos parâmetros como TRS, SO2, NOx, e eventualmente para parâmetros como material particulado. Normalmente, opacidade também é medida continuamente, e pode dar, indiretamente, uma estimativa das emissões de material particulado. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 37 Monitoramento da qualidade do ar É conveniente manter estações de qualidade do ar nas adjacências da fábrica. Poeira total em suspensão pode ser medida em equipamentos amostradores HI-VOL, “high volume sampler”, que consiste de uma bomba a vácuo e filtro de papel. O princípio básico é pesar o filtro antes da amostragem, e após 24 horas de amostragem, onde o volume de ar que passa pelo filtro é continuamente medido. Medidores de SO2 são também normalmente requeridos. Vários amostradores de SO2 são disponíveis no mercado. É também conveniente manter uma estação meteorológica nas proximidades da fábrica que possua anemógrafo (medir a direção e velocidade dos ventos), termômetro, pluviômetro. Monitoramento das Emissões nas Fontes Estacionárias Normalmente e monitoramento contínuo das emissões são efetuados conforme apresentado no Quadro 1. Quadro 1 Pontos de amostragem Parâmetros Caldeira de recuperação TRS, SO2, opacidade Caldeira de biomassa SO2, opacidade, TRS Forno cal SO2, opacidade, TRS Tanque fundido TRS Queimados enxofre SO2 O monitoramento do material particulado nas chaminés deverá obedecer a uma freqüência pré-estabelecida. A coleta de amostras é feita através de um trem de amostragem, cuja operação é complexa e demanda muito tempo. Some-se a isto, a dificuldade de levar e instalar o equipamento no topo das chaminés, onde os pontos de coletas e plataformas devem ter sido previamente previstos. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 38 Cl2 e ClO2 são medidos na planta de branqueamento. Legislação Os limites de lançamento das emissões atmosféricas são normalmente regulados por cada fonte específica, e varia conforme a localização da fábrica. Consultar: CONAMA nº 5 -/1989 – Cria o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar (PRONAR) CONAMA nº 3/1990 – padrões de qualidade do ar CONAMA nº 08/1990 – padrão de emissão MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 39 UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL ENF 483 CONTROLE DA POLUIÇÃO NOS PROCESSOS INDUSTRIAIS Apostila de aulas Elaborada por: Prof. Cláudio Mudado Silva (Coordenador) Ismarley Lage Horta Morais VIÇOSA MINAS GERAIS MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 40 Indústria Sucroalcooleira 1. Descrição do processo Historicamente a cana de açúcar é um dos principais produtos agrícolas do Brasil, sendo cultivada desde a época da colonização. Do seu processo de industrialização obtêm-se como produtos o açúcar, o álcool, o vinhoto e o bagaço. Ao contrário dos outros produtos, o bagaço normalmente não é comercializado, mas utilizado na própria indústria para a geração de energia. O bagaço representa cerca de 30% em peso da cana moída e pode ser queimado em caldeiras para a produção de energia para o acionamento de picadores, desfibradores, moendas etc. A Figura 1 apresenta um fluxograma esquemático do processo de produção de álcool e açúcar. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 41 Figura 1 - Fluxograma esquemático da indústria sucroalcoleira. 1.1. Colheita e preparação O sistema de colheita mais utilizado no país é o sistema manual realizado por mão-de-obra braçal. Normalmente é precedido da queima que visa eliminar o excesso de palha para melhorar o rendimento do corte. Observa-se, sobretudo por motivos ambientais, um aumento da colheita mecanizada que evita o uso de queimadas. Simultaneamente ou após o corte pode ser feito a operação de desponte, que objetiva eliminar a ponta da cana que apresenta menor teor de sacarose. Em seguida a cana é transportada até a indústria onde pode permanecer em estoque ou ser enviada diretamente para as moendas. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 42 1.1.1. Extração do caldo da cana Primeiramente, é feita a lavagem nas mesas alimentadoras para a retirada de impurezas como terra, areia, etc. Esta lavagem nunca é feita com a cana picada, pois provocaria um arraste grande da sacarose pela água. Em seguida, a cana é picada e alimenta a moenda onde ocorre a extração do caldo e a separação da fibra (bagaço). 1.1.2. Tratamento físico do caldo O caldo de cana obtido no processo de extração apresenta uma quantidade variável de impurezas, que podem ser solúveis ou insolúveis e são removidas por processos físicos como peneiramento ou decantação. 1.1.3. Tratamento químico do caldo Após o tratamento físico, o caldo de cana pode conter ainda impurezas menores que podem ser solúveis, coloidais ou insolúveis. Dessa forma, o tratamento químico visa a coagulação, floculaçãoe precipitação dessas impurezas, que são eliminadas por sedimentação. É necessário, ainda, fazer a correção do pH para evitar inversão e decomposição da sacarose. O caldo tratado pode ser enviado à fabricação de açúcar ou de álcool. No segundo caso, a etapa de sulfitação, descrita a seguir, não é obrigatória. 1.1.4. Sulfitação do caldo Consiste na injeção de SO2 gasoso no caldo, baixando seu pH original para cerca de 4,0 a 4,4. O SO2 gasoso é produzido na usina através da queima do enxofre na presença de ar, em fornos especiais. A sulfitação tem como objetivos principais: Inibir reações que causam formação de cor; Coagulação de colóides solúveis; MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 43 Formação de precipitado CaSO3 (sulfito de cálcio); Diminuir a viscosidade do caldo facilitando as operações de evaporação e cozimento. 1.1.5. Calagem Trata-se da adição de hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] ao caldo para elevação de seu pH a valores da ordem de 6,8 a 7,2. Esta neutralização de pH tem por objetivo a eliminação de corantes do caldo, a neutralização de ácidos orgânicos e a formação de sulfito e fosfato de cálcio que, ao sedimentar, arrastam consigo impurezas presentes no meio líquido. 1.1.6. Aquecimento O caldo de cana é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 105 oC, visando facilitar a coagulação e floculação de colóides e não-açúcares protéicos, emulsificar graxas e ceras, ou seja, aumentando a eficiência da decantação, além de possibilitar a degasagem do caldo. 1.1.7. Sedimentação O caldo passa por um decantador para remoção das impurezas floculadas nas etapas anteriores. O caldo purificado é retirado na parte superior e enviado ao setor de evaporação para concentração. As impurezas sedimentadas (lodo) são retiradas pelo fundo do decantador e enviado ao setor de filtração para recuperação do açúcar nele contido. 1.1.8. Filtração Esta filtração tem como objetivo recuperar o açúcar contido no lodo, fazendo com que este retorne ao processo na forma de caldo filtrado. O material retido no filtro recebe o nome de torta e é enviado à lavoura para ser utilizado como adubo. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 44 É importante controlar a perda de açúcar na torta, que não deve ser superior a 1%. 1.2. Produção de açúcar Um fluxograma esquemático da produção de açúcar é apresentado na Figura 2. Figura 2 - Fluxograma esquemático da produção de açúcar. 1.2.1. Evaporação O caldo clarificado obtido nos decantadores é submetido a um processo de aquecimento para eliminação de água. Este torna-se então mais concentrado e passa a ser chamado de xarope. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 45 1.2.2. Cristalização do açúcar O xarope é enviado a outra etapa de concentração, onde ocorrerá a formação de cristais de açúcar, em decorrência da precipitação da sacarose que estava dissolvida na água. Há dois tipos de cristalização: cristalização evaporativa ou cozimento e cristalização por resfriamento. 1.2.3. Cozimento É realizada em equipamentos denominados tachos que trabalham individualmente sob vácuo, de forma contínua ou descontínua. A evaporação da água dá origem a uma mistura de 50% de cristais envolvidos em mel (solução açucarada) que recebe o nome de massa cozida. A massa cozida é descarregada nos chamados cristalizadores (tanques em forma de U, dotados de agitadores), onde irá ocorrer o resfriamento lento. Esta operação visa recuperar parte da sacarose ainda dissolvida no mel, pois pelo resfriamento haverá deposição da sacarose nos cristais existentes, aumentando o tamanho dos mesmos. 1.2.4. Centrifugação do açúcar A massa cozida resfriada é descarregada em centrífugas. Estas consistem em um cesto perfurado, fixo a um eixo e acionado por um motor que o gira a alta velocidade. A ação da força centrífuga faz com que o mel atravesse as perfurações da tela do cesto, ficando retidos em seu interior somente os cristais de sacarose. O processo se completa com a lavagem do açúcar com água e vapor, ainda no interior do cesto. O mel removido é coletado em um tanque e retorna aos cozedores para recuperação do açúcar dissolvido ainda presente, até que se atinja um esgotamento do mesmo. A partir deste ponto, o mel passa a ser denominado melaço e é enviado para a fabricação de álcool. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 46 1.2.5. Secagem Ao deixar o secador, com uma temperatura entre 35 e 40 oC e umidade na faixa de 0,03 a 0,04%, o açúcar está pronto para ser enviado ao ensaque. 1.2.6. Ensaque, pesagem e armazenamento do açúcar Depois da secagem, o açúcar é recolhido em sacos fechados por máquinas industriais e está pronto para ser armazenado e comercializado. 1.3. Produção de álcool As primeiras etapas do processo de produção de álcool são as mesmas descritas para a produção de açúcar (até o item 1.9.). No entanto, na etapa de colheita da cana não é necessário a realização da operação de desponte. Um fluxograma esquemático da produção de álcool é mostrado na Figura 3. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 47 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 48 Figura 3 - Fluxograma da produção de álcool. O álcool é produzido após fermentação do caldo ou de uma mistura de melaço e caldo, por meio de um processo bioquímico. Todavia, antes de ser enviado ao processo fermentativo, este caldo deve receber um tratamento de purificação. 1.3.1. Tratamento do caldo para destilaria Após o tratamento primário, o caldo deverá sofrer pasteurização: aquecimento e resfriamento imediato. Um tratamento mais completo do caldo implica adição de cal, aquecimento e posterior decantação, tratamento semelhante àquele utilizado na fabricação de açúcar. Livre de impurezas e devidamente esterilizado, o caldo está pronto para ser encaminhado à destilaria. 1.3.2. Fermentação MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 36571-000 – VIÇOSA – MG – BRASIL 49 1.3.2.1. Preparação do mosto O mosto nada mais é do que uma solução de açúcar cuja concentração foi ajustada de forma a facilitar a sua fermentação. 1.3.2.2. Preparo do fermento O processo de fermentação mais comumente utilizado nas destilarias do Brasil é o Melle-Boinot, cuja característica principal é a recuperação de leveduras por meio da centrifugação do vinho. Esta levedura recuperada, antes de retornar ao processo fermentativo, recebe um tratamento severo que consiste na diluição com água e adição de ácido sulfúrico até, normalmente, pH 2,5, ou mais baixo no caso de haver infecção bacteriana. Esta suspensão de fermento diluído e acidificação, conhecido como pé-de- cuba, permanece em agitação por 1 a 3 horas, antes de retornar à dorna de fermentação. 1.3.2.3. Fermentação propriamente dita É nesta fase que os açúcares são transformados em álcool. As reações ocorrem em tanques denominados dornas de fermentação, onde se misturam o mosto e o pé-de-cuba
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