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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS CÂMPUS GOIÂNIA DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADÊMICAS II - COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA Indústria de Cosmético – Aparecida de Goiânia Camylla Carneiro Rodrigues Kiaya Geomy C. Araújo Marília Gabriela Rocha Matheus Rodrigues Rhayane Andrade Goiânia 2019 Camylla Carneiro Rodrigues Kiaya Geomy C. Araújo Marília Gabriela Rocha Matheus Rodrigues Rhayane Andrade Indústria de Cosméticos – Aparecida de Goiânia Trabalho apresentado na disciplina de Tratamento de efluentes industriais do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária do Instituto Federal de Goiás – Campus Goiânia. Professor: Marlon Capanema Goiânia, 2019 Sumário 1.Pré projeto………………………………………………………………………… 1.1 Introdução …………………………………………………………………………. 1.2 Objetivo ……………………………………………………………………….. 1.2.1 Objetivos gerais…………………………………………………………….. 1.2.2 Objetivos específicos ……………………………………………………... 1.3 Caracterização do processo industrial …………………………………………. 1.4 Caracterização do esgoto industrial afluente à ETE…………………………… 1.4.1 Identificação das unidades geradoras de efluentes líquidos……….. 1.4.2 Parâmetros físicos, químicos e microbiológicos de interesse ………… 1.4.3 Concentração dos parâmetros de interesse …………………………. 1.4.4 Equivalência populacional ………………………………………... 1.5 Caracterização do corpo receptor ………………………………………………. 1.5.1 Nome, localização e classificação do rio……………………………… 1.5.2 Padrões de lançamento de efluentes e legislação correlata………….. 1.6 Identificação de potenciais tecnologias para o tratamento do esgoto industrial ….. 1.6.1 Processo de Tratamento de …………………………………………….. 1.6.2 Flotação……………………………………………………………….. 1.6.3 Floculação……………………………………………………………….. 1.6.4 Processo de Separação por Membrana………………………………... 1.6.5 Sedimentação …………………………………………………………... 1.6.6 Carvão ativado ………………………………………………………….. 2 Seleção da alternativa de tratamento, devidamente justificada com base em bibliografia técnica, científica e normativa ...................................................... 3 Memorial descritivo 3.1 Fluxograma do tratamento 3.2.2 Calha parshall 3.2.3 Tanque de equalização 3.2.4 Coagulação e floculação 3.2.5 Flotação 3.2.6 Tanque de aeração 3.2.7 Decantador 3.2.8 Filtro de carvão ativado 3.2.9 Lodo excedente 4 Memorial de cálculo 4.1 Gradeamento 4.3 Tanque de Equalização 4.4 Tanque de coagulação e floculação 4.5 Tanque de Flotação 4.6 Tanque de Aeração 4.7 Decantador 5 Perfil Hidráulico 6 Plantas 7 Estudo das Cargas Poluidoras no Ponto de Lançamento e Atendimento à Legislação 8 Conclusão 9 Referências 10 Anexos 1. PRÉ-PROJETO 1. INTRODUÇÃO O mundo da beleza está cada vez mais concorrido comercial e industrialmente. Com o crescimento do ramo, a concorrência viabiliza a necessidade de investimentos em novas ideias, novos produtos e tecnologias, trazendo para o empreendedor a necessidade de acompanhar a concorrência e as tendências diariamente. Com isso as indústrias de cosméticos vem tomando um grande avanço e uma grande importância na economia nacional, destacadas por empreendimentos de pequeno e médio porte. Graças a seu grande consumo de água durante seu processo de produção, um importante setor é o de tratamento e destinação de efluentes líquidos gerados, tendo como obrigação, prevista por lei, dar a destinação correta para estes resíduos. Portanto o lançamento de efluentes é regulamentado em legislação federal, para que a indústria tome os devidos cuidados seguindo a linha sustentável. 2. OBJETIVOS 1. OBJETIVOS GERAIS O objetivo deste trabalho é conhecer o processamento industrial de cosméticos, os resíduos gerados deste processo e os sistemas de tratamento de efluentes líquidos das indústrias dessa área. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Fornecer elementos técnicos de caracterização do esgoto industrial afluente à Estação de Tratamento de Esgoto – ETE; identificar as unidades geradoras de efluentes líquidos; identificar os parâmetros físicos, químicos; identificar as concentrações dos parâmetros de interesse; caracterizar o corpo receptor desse efluente e apresentar as principais tecnologias para o tratamento desse esgoto industrial. 3. CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO INDUSTRIAL Tratando-se da fabricação dos produtos de uma indústria de cosméticos deve-se realizar em ambientes que mantenham os produtos protegidos de possíveis contaminações pela presença de microorganismos ou agentes químicos, normalmente, presentes no ar, água e solo; e geralmente é construído da seguinte forma: a produção é realizada por batelada, baseando- se principalmente em operações unitárias de homogeneização, aquecimento e, ou resfriamento; exige uma grande variedade de matérias-primas e produtos auxiliares; utiliza um volume considerável de embalagens e, consome um grande volume de água e um nível médio de energia, visto que grande parte dos processos são realizados à temperatura ambiente ou, quando necessário aquecimento, adota-se temperatura máxima de 80°C, em função da característica da maioria das matérias-primas que se degradam quando expostas a temperaturas superiores (WILKINSON e MOORE, 1990). O fluxograma mostra as principais etapas de um processo industrial de cosméticos: Sendo cada etapa de produção enumerada a seguir (CETESB; ABIHPEC, 2005; ALVES, 2009): 1. Recebimento de matérias-primas: A chegada de materiais para produção deve seguir procedimentos estabelecidos, cada despacho deve ser registrado e verificada a sua conformidade. Os registros devem conter informação que permita a identificação do produto. Caso os materiais não estejam dentro dos padrões que foram definidos pelo INMETRO, os mesmos são devolvidos para o fornecedor. Nessa etapa também podem ser feitas verificações através de análises e amostragens. 2. Armazenagem: Os materiais, bem como o produto acabado, devem ser armazenados em condições apropriadas que depende de cada tipo de produto, de forma a garantir uma identificação eficiente do lote, como também uma correta rotação. Deve existir um sistema que evite o uso de material rejeitado, bem como do material que não tenha sido analisado. Pode haver separação de produtos, por razões de compatibilidade, bem como necessidade de condições especiais de conservação, como, por exemplo, refrigeração. 3. Pesagem e separação de matérias-primas para produção do lote: As matérias-primas são separadas e pesadas antecipadamente, de acordo com as quantidades necessárias, conforme a fórmula do produto que irá ser fabricado.Devem ser pesadas em recipientes limpos, balanças aferidas conforme o peso, bem como é preciso tomar precauções que evitem a contaminação, e guardar os recipientes de matéria-prima para se evitar que as mesmas possam ser modificadas. Somente depois disso elas são encaminhadas à produção. 4. Produção: Como existe uma grande diversidade de produtos e diferentes formas nos seus processos produtivos, geralmente divide-se a produção por famílias, que geralmente são: sistemas emulsionados ou emulsões; sistemas de baixa tensão superficial ou tensoativos; sistemas solúveis ou soluções; sistemas coloidais ou colóides e sistemas anidros. Nessa etapa acontece a limpeza e sanitização dos reatores,adição das matérias-primas pesadas e de água purificada aos reatores e o aquecimento ou resfriamento dos reatores com agitação, conforme as necessidades de cada produto, que depende da família. 5. Análises: Depois de se finalizar, o lote produzido é amostrado e levado a análises físico-químicas e microbiológicas (quando aplicável), e, após se obter um resultado positivo, este é levado para envase/embalagem. Nos casos em que o produto acabado não está de acordo com os padrões estabelecidos, o lote poderá ser reprocessado a fim de atender às exigências/padrão de qualidade e reaproveitado na fabricação de outros produtos ou descartado. 6. Envase/Embalagem: Quando se comprova que o produto está adequado o mesmo é colocado em recipientes apropriados e identificados. Esta etapa envolve o acondicionamento de produtos em frascos (plásticos ou de vidro), sacos, bisnagas ou o empacotamento. Depois de embalado, o produto é identificado por rótulo ou impressão. 7. Armazenamento de produtos acabados: O produto, já acondicionado em embalagem para comercialização, é encaminhado para a área de armazenamento, onde permanece até que seja enviado ao cliente. 8. Expedição: Ponto de saída dos produtos acabados para o comércio. 4. CARACTERIZAÇÃO DO ESGOTO INDUSTRIAL AFLUENTE À ETE A geração de efluentes líquidos nas indústrias de cosméticos depende, basicamente, da maneira e frequência em que ocorrem as operações de lavagem de equipamentos. Como medida para redução do consumo de água e, consequentemente, da geração de efluentes líquidos, é recomendada e adotada em algumas indústrias de cosméticos a remoção mecânica ou por sistemas à vácuo do resíduo aderido à parede interna dos reatores e demais equipamentos das linhas de produção e envase, antes do início do processo de lavagem propriamente dito (CETESB; ABIHPEC, 2005). Em relação à sua composição, os efluentes do setor variam significativamente em função do tipo de produto elaborado, mas apresentam normalmente elevada DQO e concentrações de compostos orgânicos de reduzida biodegradabilidade, como conservantes, misturas de surfactantes, óleos e graxas, corantes e fragrâncias (BAUTISTA et al., 2007; EL-GOHARY et al., 2010; PERDIGÓN-MELÓN et al., 2010; MELO et al., 2013). 1. IDENTIFICAÇÃO DAS UNIDADES GERADORAS DE EFLUENTES LÍQUIDOS Os efluentes líquidos sanitários e industriais são tratados separadamente. Os efluentes industriais são provenientes das atividades de produção, como lavagem dos reatores, setor de envase e laboratórios, juntamente com as matérias-primas e produtos vencidos, além do volume gerado pela purga dos compressores e das soluções empregadas no processo de regeneração das colunas catiônicas e aniônicas, do processo de deionização da água incorporada aos produtos. A tabela 1 resume a classificação dos principais resíduos líquidos produzidos nas indústrias de cosméticos. Tabela 1 – Classificação dos resíduos líquidos e correlação com as operações que os geram – Indústria de Cosmético Tipologia Resíduo Líquido Periculosidade Operação Geradora Pesagem e separação da matéria-prima Não perigoso Limpeza dos equipamentos Produção Não perigoso Lavagem dos reatores Análises Não perigoso Produtos vencidos Envase/Embalagem Não perigoso Limpeza dos equipamentos 2. PARÂMETROS FÍSICOS, QUÍMICOS E MICROBIOLÓGICOS DE INTERESSE Os efluentes produzidos nas indústrias de cosméticos apresentam características muito próprias, pois dependem do tipo de cosmético que está sendo produzido. São gerados em grandes quantidades e praticamente ao longo de todo o processo industrial. Nessas indústrias, assim como em vários tipos de indústria, o alto consumo de água acarreta grandes volumes de efluentes - 80 a 95% da água consumida é descarregada como efluente líquido. Segundo a resolução do CONAMA 430, é preciso analizar alguns parâmetros específicos nos efluentes industriais, dentre esses parâmetros existem aqueles que são de suma importância em uma indústria de cosméticos, levando em consideração o processo produtivo, que são eles: pH, temperatura, DBO, DQO, fósforo, nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato, sólidos totais, oxigênio dissolvido, óleos e graxas . 3. CONCENTRAÇÕES DOS PARÂMETROS DE INTERESSE Seguem alguns dados de cargas e concentrações de parâmetros nos efluentes líquidos de indústrias de cosméticos na tabela 2 abaixo. Tabela 2 – concentrações médias de parâmetros físico-químicos em uma indústria anônima Parâmetro (unidade) Cosmético pH 5,6 Temperatura (°C) 23,4 DBO (mg/L) 408 DQO (mg/L) 680 Fósforo(mg/L) 4,28 Nitrogênio Amoniacal (mg/L) 9 Nitritos (mg/L) 0,98 Nitratos (mg/L) 0,47 Sólidos totais (mg/L) 335 Oxigênio Dissolvido (mg/L) 3,1 4. EQUIVALENTE POPULACIONAL O Equivalente populacional (E.P.) traduz a equivalência entre potencial poluidor de uma indústria (comumente em termos de matéria orgânica) e uma determinada população a qual produz essa mesma carga poluidora. O cálculo do Equivalente populacional se dá pela seguinte fórmula: E.P. = Carga (kg/d) / Contribuição per capita de DBO (kg/hab.d) A indústria de cosméticos em questão possui os seguintes dados de operação: • Concentração de DBO: 408 mg/L (tabela 2, valor médio); • Vazão industrial: 0,005 m³/s ou seja 4.32 m³/dia O valor de contribuição per capita de DBO frequentemente utilizado é de 54gDBO/hab.d (NBR 12.209/1992). Assim, temos: Carga (kg/d) = 432.000 L/dia x 408.10-6kg/L = 176,256 Kg/dia E.P. = 176,256 kg/ DBO /dia ÷ 0,054 kg/ DBO /pessoa.dia = 3.264 pessoas A indústria possui, portanto, uma carga de DBO do efluente industrial equivalente à carga gerada pelo esgoto bruto de uma população aproximada de 3.264 habitantes. 5. CARACTERIZAÇÃO DO CORPO RECEPTOR 1. NOME, LOCALIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DO RIO O empreendimento em questão se trata de uma indústria de cosméticos, que se encontra instalada na Av. Maria Elias Lisboa Santos - Av. Guaranis - Parque Industrial, Aparecida de Goiânia – GO, com as coordenadas geográficas 16°49'8.85"S 49°12'47.74"O. A figura 1 apresenta a localização do empreendimento, juntamente com o curso hídrico receptor do efluente. Figura 1. Localização do empreendimento O corpo receptor será o Córrego da Lagoa, um corpo hídrico de classe ll. As suas características Físico- Químicos. São apresentadas Abaixo: • Totais de Sólidos Dissolvidos (ppm) = 48 • pH = 7,57 • Temperatura (T°C) = 22,2 • Condutividade Elétrica – CE (µS) = 94 • Vazão do Rio = 400 L/s A análise de pH caracteriza possíveis alterações no equilíbrio ácido- básico das águas. As medições de Condutividade Elétrica referem-se à potencialidade de aportes de compostos solúveis em geral, indicando o grau de condução elétrica relacionado a sua concentração iônica. O parâmetro de Sólidos Totais Dissolvidos está relacionado aos teores de material particulado e solúvel. 2. PADRÕES DE LANÇAMENTO DE EFLUENTES E LEGISLAÇÃO CORRELATA Segundo RESOLUÇÃO CONAMA 430, DE 13 DE MAIO DE 2011 que dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA. Seção II Das Condições e Padrões de Lançamento de Efluentes Art. 16. Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados diretamente no corpo receptor desde que obedeçam às condições e padrões previstos neste artigo, resguardadas outras exigências cabíveis: 1 - Condições de lançamento de efluentes: a. pH entre 5 a 9; b. temperatura:inferior a 40°C, sendo que a variação de temperatura do corpo receptor não deverá exceder a 3°C no limite da zona de mistura; d) regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vez a vazão média do período de atividade diária do agente poluidor, exceto nos casos permitidos pela autoridade competente; e) óleos e graxas: 1. óleos minerais: até 20 mg/L; 2. óleos vegetais e gorduras animais: até 50 mg/L; Art. 17. O órgão ambiental competente poderá definir padrões específicos para o parâmetro fósforo no caso de lançamento de efluentes em corpos receptores com registro histórico de floração de cianobactérias, em trechos onde ocorra a captação para abastecimento público. Art. 18. O efluente não deverá causar ou possuir potencial para causar efeitos tóxicos aos organismos aquáticos no corpo receptor, de acordo com os critérios de ecotoxicidade estabelecidos pelo órgão ambiental competente. § 2o Cabe ao órgão ambiental competente a especificação das vazões de referência do efluente e do corpo receptor a serem consideradas no cálculo da Concentração do Efluente no Corpo Receptor-CECR, além dos organismos e dos métodos de ensaio a serem utilizados, bem como a frequência de eventual monitoramento. Art. 28. O responsável por fonte potencial ou efetivamente poluidora dos recursos hídricos deve apresentar ao órgão ambiental competente, até o dia 31 de março de cada ano, Declaração de Carga Poluidora, referente ao ano anterior. Segundo DECRETO Nº 1.745, DE 06 DE DEZEMBRO DE 1979 que aprova o regulamento da Lei nº 8.544, de 17 de outubro de 1978, que dispõe sobre a prevenção e o controle da poluição do meio ambiente.0 Art. 11 - Nas águas de classe 2 não poderão ser lançados afluentes, mesmo tratados, que prejudiquem sua qualidade pela alteração dos seguintes parâmetros ou valores: I - virtualmente ausentes: d) substâncias potencialmente prejudiciais até os limites máximos abaixo relacionados: 14 - Nitrato - 10,0 mg/1 de N (dez miligramas de Nitrogênio por litro); 15 - Nitritos - 1,0 mg/1 de N (um miligrama de Nitrogênio por litro); III - Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) em 5 (cinco) dias, a 20°C (vinte graus CELSIUS) em qualquer amostra, até 5,0 mg/1 (cinco miligramas por litro); IV - Oxigênio dissolvido (OD), em qualquer amostra, não inferior a 5,0 mg/1 (cinco miligramas por litro). 6. IDENTIFICAÇÃO DE POTENCIAIS TECNOLOGIAS PARA O TRATAMENTO DO ESGOTO INDUSTRIAL O Tratamento para efluentes são caracterizados em processo químicos, físicos e biológicos, e usado em diferentes formas. Nas operações físicas unitárias predominam a atuação de forças físicas, e podem ser citados como exemplos o gradeamento, a floculação, sedimentação, flotação e a filtração, onde ambos são usados para remoção de sólidos grosseiros, sólidos em suspensão sedimentáveis, materiais flutuantes e parte da matéria orgânica em suspensão. Nesses processos, as substâncias contaminantes não são destruídas, apenas transferidas de fase. Nos processos químicos unitários, a adição de produtos químicos ou atuação de reações químicas levam à redução ou conversão dos contaminantes, podendo ser citados como exemplos a coagulação, processos oxidativos avançados, adsorção e desinfecção. Muitas vezes há uma combinação de processos físicos e químicos, ocorrendo simultaneamente em uma única unidade de tratamento. Em indústrias de cosméticos de pequeno porte os processos mais comuns para o tratamento de efluente são os físico-químico de coagulação e floculação. Tal técnica é utilizada quando é identificado que o processo de sedimentação não é viável, devido à presença de pequenas partículas, quais inviabilizam demais processos. Quanto ao processo de coagulação o mesmo realiza desestabilização química das partículas coloidais e em suspensão, pela adição de agentes coagulantes e, ou polímeros. É um processo rápido, que ocorre nas unidades de mistura rápido, com elevado gradiente de velocidade. Desta forma a coagulação permite que materiais de pequenas partículas se unam, tornando o agregados maiores para etapa de floculação. E estes serão removidos de melhor forma no processo sólido/líquido, etapa da fase de sedimentação ou flotação. O primeiro passo para essa etapa é a coagulação, seguida da flotação com a função de formar flocos com as partículas desestabilizadas. 1.6.1 PROCESSO DE TRATAMENTO DA ETE A primeira etapa antes da análise de um tratamento de efluentes eficaz por uma indústria, é verificar a possibilidade de reduzir ou até mesmo evitar as perdas que são origem a esse efluente. Manutenção preventiva, cuidado nos processos de limpeza, remoção de resíduos na sua forma sólida ou semi-sólida são exemplos de medidas para reduzir a quantidade de efluente a ser tratado. Após essa possível otimização por parte da empresa, o processo de tratamento de um efluente precisa ser dimensionado e pensado para atender as legislações ambientais vigentes e/ou normas da própria empresa (Menezes, 2005). Dependendo das condições das águas receptoras e da eficiência dos processos, o tratamento de águas residuais nos seguintes níveis ou fases, os graus de tratamento de efluentes podem ser classificados conforme apresentado a seguir. - Tratamento Preliminar Remove apenas sólidos muito grosseiros, flutuantes e materiais minerais sedimentáveis através de processos puramente físicos, com o intuito de preparar o efluente bruto para as etapas subsequentes. Os processos de tratamento preliminar são os seguintes: • grades; • caixas de areia; • caixas de retenção de óleo e gordura; • peneira. - Tratamento Primário Remove matéria orgânica em suspensão e a demanda bioquímica de oxigênio (DBO) é removida parcialmente através de processos físico-químicos. • Decantação primária ou simples; • Precipitação química com baixa eficiência; • Flotação; • Neutralização. O efluente da indústria de cosméticos é caracterizado pela grande quantidade de material inorgânico e orgânico (como essências, óleos e graxas). E, um tratamento primário muito utilizado nesse rejeito é a adição de coagulantes/floculantes. A coagulação/floculação e a coagulação/flotação consistem basicamente na adição de produtos químicos que provocam a desestabilização de partículas coloidais ou a formação de precipitado, que durante a sua formação ou deposição, arrasta também as espécies indesejadas, sendo esses “flocos” posteriormente retirados por algum processo físico. - Tratamento Secundário Remove matéria orgânica dissolvida e em suspensão. A DBO é removida quase que totalmente. Dependendo do sistema adotado, as eficiências de remoção são altas. Os processos de tratamento secundários são os seguintes: • processos de lodos ativados; • lagoas de estabilização; • sistemas anaeróbios com alta eficiência; • lagoas aeradas; • filtros biológicos; • precipitação química com alta eficiência. - Tratamento Terciário ou Avançado É aplicado quando se pretende obter um efluente de alta qualidade ou a remoção de outras substâncias ainda contidas nas águas residuais. Alguns exemplos de processos de tratamento terciários são os seguintes: • adsorção em carvão ativado; • osmose inversa; • eletrodiálise; • troca iônica; • remoção de organismos patogênicos; • processos oxidativos avançados. Os processos oxidativos avançados, sistemas que se baseiam na oxidação da matéria orgânica presente na água, junto com os outros tratamentos avançados, vem se destacando nos últimos anos no processo de tratamento de águas e sua desinfecção (Vargas, 2012). Quando se trata dos efluentes da indústria de cosméticos, alguns trabalhos, como os de Boroskiet al. (2009) e Bautistaet al. (2007, 2010), atestam a eficiência dos processos oxidativos para esse efluente, sendo alcançada reduções relevantes na demanda química de oxigênio (DQO) e no carbono orgânico total (COT) (Melo, 2012). 1.6.2 Flotação A flotação é um processo para a separação de sólidos ou de líquidos de baixa densidade de partículas a partir de uma fase líquida, onde a separação é provocada pela introdução de bolhas de gás nessa fase. O processo de flotação convencional consiste das seguintes etapas: geração das bolhas de gás (normalmente utiliza-se ar atmosférico) no interior do efluente; colisão entre as bolhas de gás e as partículas em suspensão, sólidas ou oleosas; adesão das bolhas de gás nas partículas e ascensão dos agregados partículas/bolhas até a superfície, onde são removidas.Os processos de flotação podem ser classificados de acordo com o método de geração de bolhas, sendo a flotação por ar dissolvido (FAD) um dos métodos convencionais. O processo de flotação pode ser classificado de acordo com o método de produção das bolhas, como exemplo a eletroflotação, a flotação por ar disperso e a flotação por ar dissolvido. 1.6.3 Floculação A floculação é a aglomeração das partículas por meio do transporte de fluido, formando partículas maiores para que possam sedimentar. Assim, após a floculação é necessário realizar a sedimentação, a fim de maximizar a separação sólido-líquido, clarificando o sobrenadante tratado. O princípio da sedimentação é a separação gravitacional de partículas cuja densidade é superior à da água (METCALF, 2003). O efluente ficará em repouso até que haja a desagregação das fases líquida e sólida. Segundo Vaz (2009), o mecanismo de coagulação/floculação é sensível a diversos fatores como: tipo e dosagem de coagulante, pH do efluente, natureza das substâncias produtoras de cor e turbidez, entre outros. O tipo e a dosagem ideal da quantidade de coagulante são definidos em função, principalmente, da viabilidade econômica e características do efluente. O sulfato de alumínio é o coagulante mais utilizado, devido à excelente formação do floco, seu baixo custo e facilidade de transporte e de manuseio (CARVALHO, 2008). Os flocos resultantes apresentam um lodo gelatinoso e volumoso e são basicamente de natureza inorgânica, assim sendo, o lodo não entra em decomposição biológica, isto é, não é biodegradável, dificultando sua disposição final (SANTOS FILHO; RITA, 2002). Após o ajuste do pH do efluente ocorre a coagulação, que é um processo que visa à remoção de substâncias coloidais, como sólidos em suspensão e/ou dissolvidos (VAZ, 2009). A coagulação anula as forças de repulsão entre as partículas coloidais, por meio de mecanismos de ligação e adsorção na superfície da partícula coloidal, pela adição de agentes químicos, denominados de eletrólitos (DI BERNARDO & DANTAS, 2005), conforme mostrado na Figura 2: Figura 2: Representação do mecanismo de coagulação. Os coágulos formados são compostos de hidróxidos insolúveis, capazes de precipitar. Eles interagem entre si, formando uma rede de hidróxidos carregando consigo partículas em suspensão. Na sequência da separação das fases, a porção clarificada passa por uma filtração e o lodo sedimentado deve ser encaminhado para tanque de armazenamento de lodo. O processo de filtração do clarificado consiste na passagem do efluente através de leito de material granular para a remoção de sólidos, geralmente realizada em filtros de areia. Já o lodo pode ser desidratado em um filtro prensa, e encaminhado para a destinação correta (incineração ou aterro), conforme classificação da NBR 10.004/2004. A etapa de floculação/coagulação para o tratamento de efluentes geralmente ocorrem no tratamento primário. A etapa busca preparar a matéria (efluente) para as próximas etapas do tratamento do efluente em questão. 1.6.4 Processo de Separação por Membrana Os PSMs incluem membranas de microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) e osmose inversa (OI) e podem ser classificados de diferentes formas, baseando-se no tipo de material utilizado na fabricação das membranas, natureza da força motriz, mecanismo de separação e tamanho dos poros. Porém, o processo não depende somente das características da membrana, mas também da temperatura, pressão, velocidade e concentração do efluente a ser tratado.(SCHNEIDER; TSUTIYA, 2001). Um problema associado ao PSM é o declínio do fluxo através da membrana, conhecido como incrustação. Para seu controle ou minimização pode ser realizado o pré-tratamento dos efluentes, a retrolavagem (limpeza física) e a limpeza química das membranas. Devido às diferentes características dos mais variados tipos de efluentes, é recomendada a realização de estudos em escala piloto para o emprego dessa técnica e seleção do melhor tipo de membrana para determinada aplicação(METCALF; EDDY, 2003). 1.6.5 Sedimentação A sedimentação é o processo no qual ocorre a remoção de partículas em suspensão pela ação da gravidade. Portanto, essas partículas devem ter peso específico maior que do líquido. A sedimentação ocorre de formas distintas, dependendo das características das partículas em suspensão e também de sua concentração.Os tanques de sedimentação podem ser circulares ou retangulares. O efluente flui vagarosamente através dos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão, que apresentam densidade maior do que a do líquido circundante, sedimentem gradualmente no fundo. Essa massa de sólidos, denominada lodo primário bruto, pode ser adensada no poço de lodo do decantador e enviada diretamente para a digestão ou ser enviada para os adensadores. 1.6.6 Carvão Ativado A adsorção é um fenômeno de transferência de massa a partir da adesão de substâncias presentes na fase líquida ou gasosa em uma fase sólida. Através do contato sólido/líquido ou sólido/gás, as moléculas presentes na fase fluida são atraídas para a zona interfacial em função de forças atrativas não compensadas na superfície do adsorvente, causando uma transferência de massa da fase fluida para a superfície do adsorvente. Os CAs, vegetais e/ou minerais, são sólidos porosos com grande capacidade de adsorção, se comparados com outros sólidos porosos. Estes materiais possuem alta área superficial específica (300 a 2500 m2 /g) e grande volume de poros. Se o material tiver como objetivo catalisar reações químicas, adsorver impurezas de líquidos e gases, e até mesmo promover a adsorção seletiva de moléculas de tamanho específico, o CA é o material mais indicado. Carvões ativados são materiais carbonosos porosos que apresentam uma forma microcristalina, não grafítica, que sofreram um processamento para aumentar a porosidade interna. Uma vez ativado, o carvão apresenta uma porosidade interna comparável a uma rede de túneis que se bifurcam em canais menores e assim sucessivamente. Esta porosidade diferenciada é classificada segundo o tamanho em macro, meso e microporosos. (CLAUDINO e MINOZZO, 2000). O processo de tratamento por meio de carvão ativado é origem de um processo tecnológico onde o mesmo busca minimizar a razão custo/benefício desses materiais barato, viabilizando não só o tratamento como também fins econômicos. O carvão ativado (CA) é utilizado em tratamento de águas na eliminação de cor, turbidez, odor, sabor, pesticidas e outros poluentes, bem como na descloração de águas com alto teor de cloro. 2. SELEÇÃO DA ALTERNATIVA DE TRATAMENTO, DEVIDAMENTE JUSTIFICADA COM BASE EM BIBLIOGRAFIA TÉCNICA, CIENTÍFICA E NORMATIVA As indústrias de cosméticos possuem grandes quantidades de material inorgânico, como corantes e compostos inorgânicos, e orgânicos, como óleos e graxas e essências, sendo comum um tratamento físico-químico.Avaliando as alternativas de tratamento existentes, foi selecionado o sistema mais adequado para a indústria cosmética, assim como a melhor solução para disposição final o efluente tratado e lodo. Tendo em vista as características dos efluentes da indústria o tratamento a ser utilizado para a retirada dos compostos é a adição de coagulantes/floculantes e correção do ph, seguido de separação dos flocos por flotação, após isso, o efluente industrial se junta ao sanitário passando por um tratamento aeróbio (tanque de aeração) e em seguida pelo decantador secundário. 3 MEMORIAL DESCRITIVO 3.1 FLUXOGRAMA DO TRATAMENTO O fluxograma do tratamento está ilustrado na figura 5, na qual mostra as unidades de tratamento com suas respectivas ordens: Filtro de Carvão Ativado Figura 3: Fluxograma do tratamento 3.2 CARACTERIZAÇÃO DAS UNIDADES DE TRATAMENTO 3.2.1 GRADEAMENTO Tem como objetivo reter materiais grosseiros em suspensão, evitando obstruções e danos aos equipamentos eletromecânicos. São constituídos de barras paralelas de ferro ou aço carbono, posicionada transversalmente no canal de chegada do efluente, com ângulos de 45° a 90°. Podendo ser classificadas como finas, médias e grosseiras. Com espessura e espaçamento entre grades dependendo das características do efluente. Sendo sua limpeza realizada manualmente. 3.2.2 CALHA PARSHALL Equipamento utilizado para medição contínua de vazão, através do estrangulamento e ressaltos estabelecem uma relação entre vazão do fluxo e a lâmina d’água naquela seção, garantindo uma velocidade constante. 3.2.3 TANQUE DE EQUALIZAÇÃO Sua função é homogeneizar o pH e a vazão que está chegando de efluente a ser tratado. O Tanque de Equalização comporta-se como um “pulmão”, onde as vazões internas de líquido variam de acordo com a entrada e tem a função de manter a mesma vazão de saída para garantir o funcionamento adequado do sistema de tratamento. 3.2.4 COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO A coagulação consiste no processo de desestabilização química das partículas coloidais e em suspensão, pela adição de agentes coagulantes e, ou polímeros. É um processo rápido, que ocorre nas unidades de mistura rápida, ou seja, com elevado gradiente de velocidade. A coagulação permite que partículas de pequenas dimensões se combinem formando agregados maiores, na etapa de floculação. Esses agregados são então mais facilmente removidos em processos de separação sólido-líquido, como a sedimentação ou flotação. 3.2.5 FLOTAÇÃO Um método para separação dos flocos gerados na etapa anterior é a flotação, que é empregada para separar partículas suspensas ou materiais oleosos de uma fase líquida pela introdução de pequenas bolhas de gás, normalmente o ar. Essas bolhas se aderem à superfície das partículas, resultando em um agregado cuja densidade é menor que a do líquido e, portanto, sobe à superfície do mesmo, podendo ser coletada em operação de raspagem superficial (VARGAS, 2004). Nesse caso usaremos a flotação por ar dissolvido, onde as bolhas são produzidas pela supersaturação do líquido pelo ar, que é injetado na entrada de uma câmara de saturação. Quando o líquido é exposto a condições atmosféricas, ocorre a redução da pressão, provocando o desprendimento do ar na forma de minúsculas bolhas, que se aderem às partículas em suspensão, carreando-as para a superfície. 3.2.6 TANQUE DE AERAÇÃO Nessa etapa ocorrerá o processo de degradação da matéria orgânica por microorganismos aeróbios, aqui será inserido, juntamente com o efluente proveniente do flotador, o efluente sanitário vindo das instalações industriais, que nesse caso além de ser tratado também ajudará na eficiência do tratamento como um todo. O tanque possui aeradores que vão promover o oxigênio necessário para tais organismos agirem. 3.2.7 DECANTADOR O efluente do tanque de aeração é submetido à decantação (decantador secundário), onde o lodo ativado (biomassa sedimentada) é separado, voltando para o tanque de aeração. O retorno do lodo é necessário para suprir o tanque de aeração com uma quantidade suficiente de microrganismos e manter uma relação alimento/ microrganismo capaz de decompor com maior eficiência o material orgânico. 3.2.8 FILTRO DE CARVÃO ATIVADO Após o decantador o efluente passa pelo filtro, que é dotado de uma camada suporte de brita e de um leito de carvão, para retenção dos sólidos e remoção de outras impurezas indesejáveis que, porventura, forem arrastadas, garantindo a eficiência do tratamento. Finalmente, o líquido tratado estará pronto para ser dirigido ao corpo receptor para o seu descarte. 3.2.9 LODO EXCEDENTE Para manter o equilíbrio das unidades de tratamento é sempre retirado uma quantidade de lodo do sistema, assim não terá excesso de lodo ativado no tanque de aeração. Esse lodo excedente (já estabilizado) passará por adensador mecânico, desidratação, e será encaminhado ao aterro sanitário regional. 4 MEMORIAL DE CÁLCULO 4.1 GRADEAMENTO Vazão: 0,005m³/s = 432m³/dia 8 horas de funcionamento 54m³/h = 0,015m³/s Grade fina Tipo de barra: barras retangulares Espaçamento entre barras: a =0,0125m Seção transversal da barra: 0,64 cm x 3,81 cm Limpeza: manual Inclinação da barra: 45º Espessura da barra: t =0,0064 m Velocidade de passagem: v = 0,6 m/s Gradeamento fino: 50 L/1000m³ Largura: B = 0,2 m (aproximado por questão de construção) • Área útil (Au) Au=Q/V Au = 0,015 m³/s / 0,6 m/s = 0,025 m² = 250 cm² • Eficiência da grade (E) E = a/(a+t) = 0,0125 m/(0,0125 m+0,0064 m) = 0,661 35 E = 66,1 % • Seção do canal junto à grade (S) S = Au/E S = 0,025 m²/0,661 = 0,038 m² = 380 cm² • Perda de carga (hf) hf = 1,43.[(v²-vo²)/2g] g = aceleração da gravidade (9,8 m/s²) vo = Q/S vo = 0,015 m³/s / 0,038m² = 0,39 m/s hf = 1,43.{[(0,6 m/s)²-(0,39 m/s)²]/2(9,8 m/s²)} hf = 0,015 m • Número de barras (Nb) B = [(Nb +1).a] + [Nb.t] 0,20 m = [(Nb + 1) x 0,015 m] + [Nb x 0,0064 m] [0,015m.Nb + 0,015m] + [0,0064 m.Nb] = 0,20 m 0,0214.Nb = 0,20 - 0,015 Nb = 9,9 Adotou-se 10 barras • Número de espaçamentos (Ne) Ne = Nb + 1 = 10 + 1 = 11 espaçamentos. 4.2TANQUE DE EQUALIZAÇÃO Dados: Vazão de entrada (Qe) = 15 l/s = 54 m3/h Altura (H) = 2,0 m Densidade de potência do agitador (Dp) = 10 w/m3 (Valor adotado) ⮚ Vazão de saída (Qs) Qs = (54 m3/h)/(8h/24h) = 6,7 m3/h ⮚ Volume de equalização (Veq) Veq = (Qe – Qs)*tfuncionamento = (54 – 6,7)*8 = 378,4 m3 ⮚ Tempo de Detenção Hidráulica (t) t = Veq/Qe = (378,4 m3)/(54 m3/h) = 7 horas ⮚ Dimensões do tanque L (largura = comprimento) L2 = Veq/H = (378,4 m3)/(2 m) L = 13,7 m ⮚ Volume mínimo do tanque (Vmín) Vmín = (13,7 m)²* (1,0m) = 187,7 m³ ⮚ Volume total do tanque (Vt) Vt = Veq + Vmín = 378,4 + 187,7 = 566,1 m³ ⮚ Área do tanque (A) A = 13,7 *13,7 = 187,7 m2 ⮚ Potência do agitador (P) P = Dp*Vt/745 = (10 w/m3)*( 566,1 m3)/745 = 7,6 HP 4.4 TANQUE DE COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO ➢ Tanque de Coagulação • Adotar tempo de coagulação (Tc) = 40 min • Profundidade útil (Pf)= 3,5 m • Diâmetro do tanque (Lf)= 4,5m • Diâmetro do rotor (Df)= 1,5m, obedecendo a relação 2,0 < Lf/Df < 6,6 • Distância do rotor ao fundo (hf)= 1,1m ➢ Tanque de Floculação • Adotar tempo de Floculação (Tf) = 30 min • Profundidade útil (Pf)= 3,5 m • Diâmetro do tanque (Lf)= 4,5m • Diâmetro do rotor (Df)= 1,5m, obedecendo a relação 2,0 < Lf/Df < 6,6 • Distância do rotor ao fundo (hf)= 1,1m • 2 linhas de floculação com 3 câmaras em série. ➢ Tempo de Detenção Td=Tf/nn:número de câmaras Td=30/6 Td=5 • Volume de 1 câmara V=Q’xTd Q’ = Q/(nº de linhas) V= 0,0075x5 Q’=0,015/2 V=0,0375 m³/s Q’=0,0075 m³/s 4.5 TANQUE DE FLOTAÇÃO • A/S = 0,05 mg ar/ mg SST • 1,3 = densidade do ar (1,3 mg/ml) • Sa = solubilidade do ar na água á P atm • 18,7 ml/l a 20°C • f = 0,6 • P = 3,5 • Xa = 335 A/S = Qr/Q x [ 1,3 x Sa( f x P-1)/Xa 0,05 = Qr/15 x [1,3 x 18,7(0,6 x 3,5- 1)/335 Qr = 0,75/0,079 Qr = 9,49 l/s Qr/Q = 9,49/15 Qr/Q = 0,63 4.6 TANQUE DE AERAÇÃO • População = 1324 habitantes • Vazão afluente (Qe) = 15 L/s = 54 m³/d • DBO5 efluente ao decantador = 335 mg/L (Considerando eficiência de remoção de 35%) • Temperatura média do líquido no mês mais frio = 21°C • Temperatura do líquido = 25°C • Altura adotada (H) = 2,0 m • K20 = 0,7 d-1 • Relação comprimento/largura – L/B = 2 • Taxa de Acúmulo do Lodo = 0,05 m³/hab.ano • Sólidos em Suspensão (SS) efluente ao decantador = 180 mg/L (Considerando 70% de remoção) • Área requerida = 1,25*Alíquida • ᶿ = 1,05 • Carga de DBO (L) L = Qe*DBO5 = (54 m³/d)*( 0,335 kg/m³) = 18,1 kg/d • Área líquida (Al) Al = L/Ls = (18,1 kg/d)/(350 kg/ha.d) = 0,05 ha ou 500 m² • Volume da lagoa (V) V = A*H = (500 m²)*( 3 m) = 1500 m³ • Tempo de Detenção Hidráulica (t) t = V/Qe = (1500 m³)/(54 m³/d) = 28 dias • Coeficiente de remoção de DBO a 23°C Kt = K20* ᶿ(T-20) = 0,35*(1,05)*(25-20) = 0,447 d-1 • Estimativa da DBO solúvel efluente (S) S = So/(1+K.t) = 335/(1+0,45*28) = 24,6 mg/L • Estimativa da DBO particulada efluente DBOparticulada = 0,35*SS = 0,35*1,80 =0,63 mg/L • DBO total efluente DBO total = DBO solúvel + DBO particulada = 24,6 + 0,63 = 25,2 mg/L • Eficiência de remoção da DBO (E) E = (335 – 24,6)*100/335 = 92,4% • Dimensões da lagoa facultativa L (comprimento) e B (largura) A = L*B = *B² B² = A/2 = 500/2 B = 15,8 m L = 31,62 m • Área Total (At) At = 1,25*Al = 1,25*500 = 625 m² • Acumulação do lodo (Ac) Ac = (0,05 m³/hab.ano)*(1324hab) = 66,2 m³/ano Hlodo = Vol/A = 66,2/500 = 0,2 m ou 20 cm/ano 4.7 DECANTADOR 4.1.1 DECANTADOR PRIMÁRIO Dados: Taxa de vazão superficial (adotada) = 25m3/m2.d Altura (H) = 3,5 m Inclinação do fundo = 10% Borda livre = 0.20 m Qmáx = 432 m³/dia = 54,00 m³/h Qmed = 316 m³/dia = 39,5 m³/h ⮚ Área Superficial (A) A = 𝑄 𝑇𝐴𝑆 = 17,3 m2 ⮚ Diâmetro (D) A = π*D2/4 D = 4,2 m ⮚ Altura do centro até o pé da parede (h) h = 0,1* R h = 0,2 m ⮚ Volume da parte cilíndrica (V1) V1 = A * H V1 = 60,55 m3 ⮚ Volume da parte cônica (V2) V2 = (π*R2*h)/3 V2 = 1,17 m3 ⮚ Volume Total (Vt) Vt = V1 + V2 Vt = 61,7 m3 ⮚ Tempo de detenção hidráulica na Qméd (TDH) TDH = Vt/Qméd TDH = 1,56h ⮚ Tempo de detenção hidráulica na Qmáx (TDH) TDH = Vt/Qmáx TDH = 1,14 h ⮚ Verificação da taxa de escoamento no vertedor de saída (Te) Te = Qméd/π*D Te = 23,2 m3/m.d 5. PERFIL HIDRÁULICO 6. PLANTAS 7. ESTUDO DAS CARGAS POLUIDORAS NO PONTO DE LANÇAMENTO E ATENDIMENTO À LEGISLAÇÃO Para de determinar a eficiência de uma estação de tratamento de efluentes industriais por meio de parâmetros físico-químicos, que visam atender as resoluções ambientais, foi realizado o cálculo da eficiência de remoção da DBO. A Resolução CONAMA nº430/2011 exige que a remoção mínima seja de 60%, através dos dados obtidos a partir dos cálculos, a eficiência de remoção da DBO é de 92,4%, dessa forma a mesma atende a resolução. Quanto ao decreto nº1745/79 de Goiás a remoção mínima é de 80%. Contudo, a concentração está maior que o limite estabelecido. A legislação estadual diz que deve-se ter ou concentração de até 5 mg/L ou a porcentagem de remoção maior que 80%, para este caso o qual satisfaz seria o parâmetro de porcentagem. • Concentração de DBO Cm = ((Qr*Cr)+(Qe*Ce)) / (Qr+Qe) Cm = ((400*4)+(15*24,6)) / (400+15) Cm = 4,74 mg/L • Carga poluidora para a DBO: Carga = Cm * Qe / 1000 Carga = 4,74 * 432 / 1000 Carga = 2,05 kg/dia • Concentração de Sólidos: Cm = ((400*1)+(15*2,05)) / (400+15) Cm = 1,0 mg/L • Carga poluidora Sólidos: Carga = Cm*Qe / 1000 Carga = 1,0*408 / 1000 Carga = 0,43 Kg/dia As atuais legislações vigentes, tanto a Resolução nº430/2011 quanto ao decreto nº1745/79 de Goiás exigem que a concentração seja igual a ou não ultrapasse 1 mg/L. De acordo com os cálculos apresentados a mesma atende as legislações descritas. 8. CONCLUSÃO O levantamento realizado sobre as indústrias de cosméticos indica a importância econômica do setor. Através do estudo desenvolvido foi possível analisar que a indústria de cosméticos quando não operada dentro das legislações ambientais possui um grande potencial poluidor devido ao seu nível tóxico dos produtos utilizados no processo de produção. Dessa forma a ETE instalada dentro da empresa foi de extrema importância para que o efluente injetado no corpo receptor seja de qualidade aproximada com a mesma retirada. Foi possível analisar que industrias dessa tipologia tem em sua características a geração de com elevados teores de matéria orgânica e óleos e graxas. A tratabilidade dos efluentes líquidos provenientes da indústria de cosméticos em questão foi avaliada por processos físico-químicos e biológicos de tratamento. Os coagulantes utilizados no tratamento tiveram sua eficiência constatada para o tratamento do efluente. O efluente tratado lançado no rio atendeu os parâmetros exigidos pela legislação ambiental tanto nacional, quanto a do estado de Goiás. Sendo assim os meios de tratamentos utilizados para essa ETE foi de grande valia e de grande eficiência para o parâmetro final de 92,4% de eficiência de remoção dos sólidos e seus poluentes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE INDÚSTRIAS DO SETOR DE HIGIENE PESSOAL, PERFUMARIA E COSMÉTICOS (ABIHPEC). Anuário 2009 – Caderno de tendências do setor. São Paulo, 2009. Disponível em: http://www.abihpec.org.br/conteudo/ANUARIO _ABIHPEC _2009_BOOK.pdf. Acesso em: 20. nov. 2010. BAUTISTA, P.; MOHEDANO, A. F.; GILARRANZ, M.A.; CASAS, J.A.; RODRIGUEZ, J.J. Application of Fenton oxidation to cosmetic wastewaters treatment. Journal of Hazardous Materials, v. 143, p. 128–134, 2007. BRASIL. CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (CONAMA). Resolução Nº 430, de 13 de maio de 2011. Dispõe sobre as condições e padrões de lançamentos de efluentes, complementa e altera a Resolução nº 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA. Diário Oficial da União, Brasília, 2011. 8p. BRITO, A. F. F. Caracterização Qualitativa e Quantitativa dos Efluentes Industriais Existentes no Sistema de Drenagem das Estações de Tratamento de Águas Residuais de Campo e Ermesinde. Curso de Engenharia do Ambiente, Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente – 2009/2010, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2010. CETESB, ABIHPEC. Guia Técnico Ambiental da Indústria de Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos: Por uma Produção mais Limpa. São Paulo, 2005. Disponível em: Acesso em 31 de agosto de 2013. WILKINSON, J.B e MOORE, R.J. Cosmetología de Harry. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, 1990. 1022p. 10. ANEXOS
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