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Sistema de lodos ativados para remoção de matéria orgânica e compostos recalcitrantes de efluente kraft

Resumo

Efluentes industriais de celulose e papel se mostram de uma grande complexidade, com presença de alta carga orgânica e diversos compostos recalcitrantes. Este trabalho teve como objetivo avaliar a remoção de matéria orgânica e compostos recalcitrantes do efluente Kraft em um sistema de lodos ativados em escala de bancada e investigar a presença de toxicidade aguda do efluente antes e depois do tratamento. O sistema foi operado por 40 dias, parâmetros como vazão e pH foram controlados diariamente. A COV aplicada foi de 1,2 kgDQO/m3.d e concentração do lodo inoculado de 2,5 g/L. Durante o tratamento, a remoção de parâmetros como DQO, DBO5, cor, compostos fenólicos totais e lignínicos foi avaliada. A toxicidade aguda do efluente foi investigada utilizando Daphnia magna. Quanto aos resultados, o tratamento removeu matéria orgânica, chegando a eficiência de 92% de DBO5 e 52% para DQO. Já em relação aos compostos fenólicos, ocorreu incremento destes durante o tratamento. A remoção de cor ficou em torno de 10% e para compostos derivados de lignina, a remoção chegou a 20% para lignínicos e aromáticos e 18% para lignossulfônicos. O efluente não apresentou toxicidade aguda, mas se faz necessário investigar os efeitos crônicos.

Introdução

As indústrias de papel e celulose representam uma importante base para a economia brasileira devido à grande disponibilidade de recursos florestais e a crescente demanda de produção. O Brasil ocupa o segundo lugar na produção mundial de celulose, no qual em 2017 chegou a produzir 19,5 milhões de toneladas. Em relação ao papel, a produção foi de 10,5 milhões de toneladas (IBÁ, 2018).

O alto consumo de água em seus processos é uma característica do setor de produção de celulose e papel, entretanto, processos de reaproveitamento e recirculação de efluente vem mudando este cenário. Segundo a Industria Brasileira de Árvores, o consumo de água neste setor diminuiu consideravelmente, passando de 200 m3 de água por tonelada produzida em 1970 para em torno de 40 m3/tonelada em 2015. Como consequência, tem-se a geração de efluentes mais concentrados e com elevado potencial de contaminação ambiental (FREITAS et al., 2009; KAMALI; KHODAPARAST, 2015; XAVIER et al., 2011).

As características do efluente gerado por meio da produção de celulose depende essencialmente dos tipos de matérias-primas utilizadas, tipos de tecnologia de processo aplicada, recirculação interna do efluente e práticas de gestão. A polpação a partir de processos químicos, especialmente o Kraft, é atualmente a tecnologia mais aplicada nas indústrias do setor. Tal processo tem como princípio a separação das fibras por meio da inserção de produtos químicos (hidróxido de sódio e sulfeto de sódio) e digestão da madeira (FRACARO, 2012; PIOTTO, 2003; SRIDHAR et al., 2011).

A partir da polpação pelo processo Kraft, tem-se a geração de efluentes com altas concentrações de matéria orgânica, cor e compostos fenólicos de alto peso molecular. Esse efluente, quando não tratado ou tratado inadequadamente, pode comprometer a qualidade da água dos corpos receptores, ocasionando danos à comunidade aquática (ORREGO et al., 2010; XAVIER et al., 2011).

Diversas tecnologias de tratamento são empregadas visando a remoção da matéria orgânica, da cor e da toxicidade do efluente Kraft. Dentre essas, pode-se citar sistemas físico-químicos como coagulação-floculação-sedimentação; e ainda os processos de filtração, adsorção, e processos avançados de oxidação, que geralmente apresentam eficácia na remoção de matéria orgânica e extrativos da madeira (HERMOSILLA et al., 2015; SRIDHAR et al., 2011). Entretanto, estes tratamentos geralmente são onerosos devido à necessidade de aplicação de produtos químicos e/ou alto consumo de energia, impasse que acaba inviabilizando sua aplicação (KAMALI; KHODAPARAST, 2015).

Dentre os tratamentos biológicos, o sistema de lodos ativados é um processo no qual o efluente e o lodo ativado são intimamente misturados, agitados e aerados (tanque de aeração) ocorrendo a decomposição da matéria orgânica pelo metabolismo dos microrganismos presentes. O sistema de lodos ativados é amplamente utilizado para o tratamento de efluentes domésticos e industriais, em situações em que são necessárias elevada qualidade do efluente e reduzidos requisitos de área (VON SPERLING, 2016). Diferentes modificações ou variantes neste processo têm sido desenvolvidas desde o experimento original de Arden e Lockett em 1914 em busca de economia e melhores resultados em menores tempo de tratamento (JORDÃO; PESSÔA, 2016).

Segundo Jordão e Pessoa (2016), este processo apresenta diversas vantagens a sua aplicação, como a alta eficiência no tratamento para efluentes domésticos (85-95% remoção de DBO5); maior flexibilidade de operação, menor área ocupada, em relação outros tratamentos biológicos como lagoas de estabilização. Entretanto, como desvantagens, tem-se operação mais delicada, exigindo mão de obra qualificada; sistema sensível a cargas muito tóxicas; além de custo de implantação e operação elevado, devido principalmente ao alto consumo de energia.

Para tratamento de efluentes de celulose e papel, sistemas de lodos ativados apresentam bons resultados na remoção de DQO e DBO5, em que estudos mostram remoções de 47-67% e 92% para DQO e DBO5 respectivamente (ASSUNÇÃO et al., 2015; XAVIER et al., 2011). Sistemas de lodos ativados modificados como reatores com biomassa fixada em material suporte (reatores de leito móvel ou fluidizado, por exemplo) apresentam diversas vantagens, visto que se tem uma configuração de sistemas mais compactos, capazes de enfrentar picos de variação de cargas orgânica e hidráulica, além de suportar compostos tipicamente mais difíceis de tratar (BELLO et al., 2017; PEITZ; XAVIER, 2017; VANZETTO, 2012).

Efluentes industriais de celulose e papel se mostram sempre de uma grande complexidade, com presença de diversos compostos recalcitrantes, como por exemplo compostos lignínicos e compostos fenólicos totais. A remoção desses compostos em sistemas biológicos se torna difícil devido à baixa biodegradabilidade destes, dificultando a ação dos microrganismos (XAVIER et al., 2011; CHAMORRO et al, 2009; PEITZ; XAVIER, 2017). Neste sentido, tem-se a necessidade de estudos relacionados ao tratamento desse tipo de efluente, visando a diminuição dos compostos que causam essa recalcitrância.

Autores: Ketinny Camargo de Castro, Jackeline Valendolf Nunes, Eduarda Roberta Bordin; e Claudia Regina Xavier.