PT109331A - Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de uma solução concentrada de base forte - Google Patents
Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de uma solução concentrada de base forte Download PDFInfo
- Publication number
- PT109331A PT109331A PT109331A PT10933116A PT109331A PT 109331 A PT109331 A PT 109331A PT 109331 A PT109331 A PT 109331A PT 10933116 A PT10933116 A PT 10933116A PT 109331 A PT109331 A PT 109331A
- Authority
- PT
- Portugal
- Prior art keywords
- treatment
- vinasse
- sugarcane
- magnesium
- calcium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 72
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 title claims description 37
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 claims abstract description 64
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 claims abstract description 64
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 28
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 241000894007 species Species 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 144
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 12
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 8
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 claims 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 239000002585 base Substances 0.000 description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 11
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 10
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 8
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 7
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 6
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 6
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 5
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 5
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 5
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 5
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 4
- 241000219310 Beta vulgaris subsp. vulgaris Species 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000021536 Sugar beet Nutrition 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000009108 Chlorella vulgaris Species 0.000 description 2
- 235000007089 Chlorella vulgaris Nutrition 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 description 2
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 2
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 2
- 235000021537 Beetroot Nutrition 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 238000013494 PH determination Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 235000007244 Zea mays Nutrition 0.000 description 1
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002053 acidogenic effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002715 bioenergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- XGZRAKBCYZIBKP-UHFFFAOYSA-L disodium;dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Na+].[Na+] XGZRAKBCYZIBKP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 230000005183 environmental health Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003295 industrial effluent Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002414 normal-phase solid-phase extraction Methods 0.000 description 1
- 235000021049 nutrient content Nutrition 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 1
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 1
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000036515 potency Effects 0.000 description 1
- 238000012794 pre-harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000003531 protein hydrolysate Substances 0.000 description 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002881 soil fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- -1 specifically Substances 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001648 tannin Substances 0.000 description 1
- 229920001864 tannin Polymers 0.000 description 1
- 235000018553 tannin Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009280 upflow anaerobic sludge blanket technology Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
- C02F1/5209—Regulation methods for flocculation or precipitation
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Removal Of Specific Substances (AREA)
Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE VINHAÇA DE CANA-DE-AÇÚCAR. ESTE PROCESSO COMPREENDE A ADIÇÃO DA UMA SOLUÇÃO CONCENTRADA DE UMA BASE FORTE (1), À MATRIZ (2) DE VINHAÇA BRUTA DE CANA-DE-AÇÚCAR, EM CONDIÇÕES DE AGITAÇÃO DE 200 RPM A 700 RPM, A UMA TEMPERATURA VARIÁVEL DE 12ºC A 28ºC E COM AJUSTE DO DE PH ATÉ UM VALOR IGUAL OU SUPERIOR A 10. DESTE PASSO RESULTA A GERAÇÃO PRATICAMENTE IMEDIATA DE FLÓCULOS DE PARTÍCULAS OU ESPÉCIES INSOLÚVEIS, DESIGNADAMENTE HIDRÓXIDO E CARBONATO DE MAGNÉSIO, HIDRÓXIDO E CARBONATO DE CÁLCIO, QUE APRISIONAM E ARRASTAM E APRISIONAM AS PARTÍCULAS EM SUSPENSÃO E COLOIDAIS, COM A SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA DOS AGREGADOS FORMADOS NUM TEMPO INFERIOR OU IGUAL A 2 HORAS, OBTENDO-SE DOIS SUBPRODUTOS DISTINTOS (3): O SOBRENADANTE OU ÁGUA RESIDUAL PRÉ-TRATADA, E O PRECIPITADO OU LAMA RESIDUAL. O PROCESSO ASSIM CONDUZIDO PERMITE REDUZIR SIGNIFICATIVAMENTE A CONCENTRAÇÃO DE CÁLCIO (73-80%), MAGNÉSIO (27-64%), AZOTO (12-24%), POTÁSSIO (11-19%) E FÓSFORO (53-74%), ELIMINANDO TAMBÉM MATÉRIA ORGÂNICA, ABSORVÂNCIAS E DUREZA. O PRECIPITADO APRESENTA ELEVADO TEOR DE MATÉRIA ORGÂNICA E NUTRIENTES (CA, MG, NA, K E P). DESTA FORMA, O PRESENTE INVENTO INSERE-SE NO DOMÍNIO TÉCNICO DO TRATAMENTO DE EFLUENTES.
Description
Descrição
Processo de precipitação química básica com adição de solução concentrada de base forte (NaOH) para tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar 1. Domínio Técnico da Invenção 0 presente invento diz respeito ao processo de precipitação química básica para tratamento de águas residuais provenientes da Indústria de Etanol a partir de cana-de-açúcar, designadas de vinhaça de cana-de-açúcar, com redução significativa de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo, bem como os subprodutos formados durante o processo mencionado - precipitado castanho claro a escuro, com sedimentação floculenta, propriedades básicas e rico em matéria orgânica e nutrientes; e sobrenadante básico rico em matéria orgânica e nutrientes. Este invento pode ser aplicado como pré-tratamento (vinhaça sem ter sido sujeita a qualquer tipo de processo prévio) ou como pós-tratamento (vinhaça sujeita a processos prévios de tratamento). 0 processo de produção de etanol a partir de cana-de-açúcar origina diferentes subprodutos, nomeadamente, a vinhaça que pode provocar vários problemas ambientais e de saúde pública. As águas residuais provenientes da Indústria de Etanol a partir de cana-de-açúcar apresentam um nível de contaminação cerca de 100 vezes o nível de contaminação das águas residuais domésticas. O nível de contaminação destas águas residuais deve-se ao teor em compostos orgânicos e ao conteúdo em nutrientes, como por exemplo, potássio, cloreto, cálcio, azoto, magnésio, sódio e fósforo. Quanto ao teor de matéria orgânica, avaliada pela carência química e bioquímica de oxigénio (CQO e CBO) pode apresentar valores no intervalo de 15000-45000 e 6500-25000 mg L-1, respetivamente. Desta forma, o índice de biodegradabilidade (rácio CBO5/CQO), genericamente, varia no intervalo de 0,40 a 0,60. O processo de tratamento proposto inicia-se com a adição, numa única etapa ou em várias etapas, à vinhaça de cana-de-açúcar de uma solução concentrada (6 N) de uma base forte, especificamente, hidróxido de sódio (NaOH) até atingir um pH igual ou superior a 10,0, especificamente no intervalo de 10,0 a 12,50. Este processo ocorre com a matriz (vinhaça de cana-de-açúcar) em agitação a uma velocidade especifica e à temperatura ambiente. Verifica-se a formação imediata de flóculos de partículas ou espécies insolúveis quando se adiciona a base forte à vinhaça a pH igual ou superior a 10,0. Após a obtenção das condições operacionais pré-estabelecidas (pH operacional), efetua-se a interrupção da agitação, e inicia-se a sedimentação floculenta pela ação da gravidade dos flóculos de partículas ou espécies insolúveis formadas durante a adição da base forte à vinhaça. A sedimentação destes aglomerados ocorre para tempos de sedimentação inferiores ou iguais a 2 horas, dependendo do pH operacional e das características iniciais da matriz. O processo de precipitação básica com NaOH leva à formação e separação distinta de dois subprodutos: um sólido ou precipitado denso que se deposita no fundo do reator, designando-se de lama; e um líquido, que se designa de sobrenadante ou efluente pré-tratado. Este processo proposto tem como objetivo principal reduzir cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo para valores compreendidos no intervalo de 73-80, 27-64, 12-24, 11-19, 53-74%, respetivamente. Este processo de precipitação permite ainda diminuir outros indicadores de contaminação, designadamente, absorvâncias características (2-33%), CQO (13-15%) e dureza total (45— 60%) na matriz bruta, minimizando significativamente o nível de contaminação da vinhaça de cana-de-açúcar. O sobrenadante apresenta matéria orgânica biodegradável e nutrientes como cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo. O precipitado gerado na precipitação básica com NaOH é rico em matéria orgânica, cálcio, magnésio, sódio, potássio e fósforo. 2. Técnica Anterior
Os Estados Unidos e o Brasil são os principais produtores de etanol. Geralmente, o etanol é produzido por processos de fermentação de açúcares por microrganismos específicos. A cana-de-açúcar é frequentemente utilizada como fonte de açúcares para a produção de etanol no Brasil, o qual é o principal produtor mundial de cana-de-açúcar [Barbosa, E. A., Arruda, F. B., Pires, R. C., Da Silva, T. J. , & Sakai, E. (2012). Cana-de-açúcar fertirrigada com vinhaça e adubos minerais via irrigação por gotejamento subsuperficial: Ciclo da cana-planta. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 16(9), 952-958]. O etanol constitui um combustível bastante importante devido a menor emissão de gases com efeito de estufa, comparativamente aos combustíveis tradicionais. No entanto, a produção de etanol origina subprodutos, designadamente, bagaço, cinzas e vinhaça (águas residuais resultantes). Estas águas residuais apresentam uma cor castanha clara e elevado conteúdo em sólidos suspensos totais, matéria orgânica e nutrientes. A vinhaça pode ser tratada por processos biológicos e fisico-químicos. Neste sentido, a degradação biológica por processos anaeróbios tem sido frequentemente aplicada para o tratamento de vinhaça [Souza, Μ. E., Fuzaro, G., & Polegato, A. R. (1992). Thermophilic anaerobic digestion of vinasse in pilot plant UASB reactor. Water Science and Technology, 25(7), 213-222; Wilkie, A. C., Riedesel, K. J. , & Owens, J. M. (2000). Stillage characterization and anaerobic treatment of ethanol stillage from conventional and cellulosic feedstocks. Biomass and Bioenergy, 19(2), 63-102; Moraes, B. S., Junqueira, T. L., Pavanello, L. G., Cavalett, 0., Mantelatto, P. E., Bonomi, A., & Zaiat, M. (2014) . Anaerobic digestion of vinasse from sugarcane biorefineries in Brazil from energy, environmental, and economic perspectives: Profit or expense?. Applied Energy, 113, 825-835; Mota, V. T., Araújo, T. A., & Amaral, M. C. S. (2015) . Comparison of Aerobic and Anaerobic Biodegradation of Sugarcane Vinasse. Applied biochemistry and biotechnology, 176(5), 1402-1412]. Os processos aeróbios também tem sido estudados e aplicados para o tratamento de vinhaça [Magalhães, N. C., Silva, A. L. D., 7\maral, M. C. S., Lange, L. C., & Neta, L. F. (2012). Treatment of Vinasse Employing Ultra filtration Combined with Aerobic Bioreactor with Membrane and Post-treatment with Nanofiltration Allowing it to Reuse. Procedia Engineering, 44, 1923-1924; Mota, V. T., Araújo, T. A., & Amaral, M. C. S. (2015). Comparison of Aerobic and Anaerobic Biodegradation of Sugarcane Vinasse. Applied biochemistry and biotechnology, 176(5), 1402-1412]. 0 tratamento de vinhaça também tem sido conduzido através de processos de concentração, coagulação-floculação, membranas, oxidação e eletroquimicos. A patente US2933524 "Glutamic acid recovery" utiliza temperaturas elevadas e substâncias cáusticas fortes, como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio para hidrolisar precursores de ácido glutâmico em licores residuais de beterraba-sacarina selecionados (filtrado de Steffen e filtrado de bário) . A patente US2933524 refere ainda um processo de precipitação de cálcio mas com recurso a CO2. A presente proposta difere da patente US2933524, uma vez que utiliza uma solução concentrada (6 N) de hidróxido de sódio para conseguir a precipitação quimica básica de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo de vinhaça de cana-de-açúcar em agitação e à temperatura ambiente. A patente US2796434 "Recovery of glutamic acid values" refere a recuperação de ácido glutâmico a partir de resíduos de fermentação, tais como vinhaça e "schlempfe". A patente refere a utilização de NaOH para a hidrólise da vinhaça, diferindo da presente proposta que utiliza o NaOH como precipitante para tratamento de vinhaça com remoção de matéria orgânica e nutrientes. A patente US2929681 "Glutamic acid recovery" refere-se à recuperação de ácido glutâmico a partir de soluções aquosas impuras, tais como hidrolisado de proteina, filtrado de bário, vinhaça, "schlempe", etc. De acordo com a patente, o processo de recuperação consiste em manter em contato estas soluções aquosas impuras com uma solução aquosa de um hidróxido de metal alcalino (hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio) em um determinado rácio molar a um pH entre cerca de 12,4 e cerca de 13 e temperatura entre 60 e 100 °C. A presente proposta utiliza valores de pH entre 10,0 e 12,50 e temperatura ambiente, contrariamente à patente US2929681 que reivindica valores de pH entre 12,4 e 13,0 e temperaturas iguais ou acima de 60 °C. Além disso, o processo proposto pretende remover matéria orgânica e nutrientes de vinhaça de cana-de-açúcar e não recuperar ácido glutâmico. O artigo "Pande, Η. P. , Sinha, B. K. , Singh, G. B., & Solomon, S. (1995) . Use of distillery waste as a fertilizer. Sugarcane: agro-industrial alternatives, 401-413" menciona a aplicação de processos à vinhaça de cana-de-açúcar, nomeadamente, adição de cal e ácido fosfórico para precipitar biofertilizante, e dessalinização com H2SO4 e etanol e mistura do sedimento com fertilizantes convencionais. A presente proposta difere do artigo, pois gera o sobrenadante e o corretivo organomineral por precipitação em condições básicas por adição de apenas uma base forte, especificamente, hidróxido de sódio. O artigo "Caqueret, V., Bostyn, S., Porte, C., & Fauduet, H. (2008). Optimization of the operating conditions for the removal of alcoholic insoluble compounds contained in sugar beet vinasse. Chemical Engineering Journal, 145(2), 203-210" menciona a purificação de vinhaça de açúcar de beterraba através de precipitação com etanol para eliminação de compostos insolúveis com as seguintes condições ótimas: relação em peso de etanol:vinhaça = 4,6 e temperatura = 21 °C. Este artigo menciona a separação de matéria seca, proteínas e pectinas. A presente proposta difere deste artigo, uma vez que utiliza precipitação com NaOH para pHs iguais ou superiores a 10,0 para tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar com redução de matéria orgânica e nutrientes. 0 artigo "Ribas, Μ. Μ. F. , Cereda, Μ. Ρ., & Boas, R. L. V. (2010). Use of cassava wastewater treated anaerobically with alkaline agents as fertilizer for maize (Zea mays L.). Brazilian Archives of Biology and Technology, 53(1) , 55-62" utiliza NaOH como um agente estabilizador (pH = 7,0) da fase acidogénica de tratamento anaeróbio de água residual resultante do processamento de farinha de mandioca. A presente proposta apresenta um processo de tratamento que utiliza NaOH como precipitante e não como estabilizador. Além disso, este processo de precipitação destina-se ao tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, aplicando o NaOH para valores de pH iguais ou superiores a 10,0, diferente do artigo referido anteriormente que estabiliza o efluente para condições próximas da neutralidade. A tese de mestrado '''‘Bichara, A. (2014) . Tratamento de vinhaça por processos físico-químicos de precipitação química e f lotação e sua utilização como meio de cultivo para a microalga de potencial bioenergético, Chlorella vulgaris" refere a precipitação quimica via NaOH para um intervalo de pH de 8,0 a 9,5 com redução de fósforo (31,3%), amoniaco (7,8%) e potássio (9,7%). Além disso, o trabalho de tese referido aplica a precipitação após adição de polimero sintético, floculação, sedimentação e microfiltração. O trabalho de tese refere também um tempo de agitação de 60 e 90 minutos, uma agitação de 65 rpm e uma solução de NaOH de 1,43 N. A presente proposta reivindica a adição de NaOH para pH iguais ou superiores a 10 à vinhaça bruta sem qualquer tratamento prévio, com remoção de matéria orgânica, absorvâncias, dureza, cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo. Além disso, as eficiências de remoção de fósforo e potássio na presente proposta são significativamente mais elevadas devido as condições básicas extremas utilizadas. O presente processo difere também do mencionado no trabalho de tese nos seguintes aspetos: a formação de flóculos é imediata (não necessitando de tempos de agitação de 60 e 90 minutos), a velocidade de agitação é mais violenta (200 a 700 rpm, preferencialmente, 350 rpm), e utiliza uma solução mais concentrada de NaOH (6 N). A tese de mestrado "Lima, Η. H. D. S. (2013). Tratamento físico-químico da vinhaça por coagulação e adsorção em carvão ativado do bagaço da cana de açúcar" refere o tratamento de vinhaça por coagulação-floculação utilizando FeCl3, AI2SO4 e CaO, diferindo da presente proposta. A tese de mestrado "Lóio, D. A. (2013). Tratamento físico-químico de vinhaça por coagulação, floculação e sedimentação e seu aproveitamento no cultivo da microalga Chlorella vulgaris" refere a clarificação de vinhaça por processos de coagulação, floculação e sedimentação usando cloreto férrico, sulfato de alumínio, hidróxido de cálcio, tanino e polímeros sintéticos, diferindo da presente proposta que utiliza precipitação química com recurso a hidróxido de sódio. A tese de mestrado "Sapla, R. B. (2012). Tratamento físico químico da vinhaça de destilaria de etanol com biopolimero à base de cálcio" refere a aplicação à vinhaça de processos de coagulação, floculação e sedimentação utilizando coagulantes tais como sulfato ferroso, cloreto férrico, óxido de cálcio, e biopolimero de cálcio. 0 NaOH foi utilizado apenas para ajustar o pH para aplicação dos processos de tratamento. A presente proposta difere do trabalho de tese, uma vez que aplica apenas NaOH como precipitante à vinhaça de cana-de-açúcar para valores de pH iguais ou superiores a 10,0. O artigo "Fayas, T., Rómero, V., Salgado, L., Meraz, M. , & Morales, U. (2007). Applicability of coagulation/flocculation and electrochemical processes to the purification of biologically treated vinasse effluent. Separation and Purification Technology, 57(2), 270-276" utiliza soluções de NaOH (1 M) apenas para ajustar o pH para aplicar processos de tratamento à vinhaça, diferindo da presente proposta. 3. Descrição das Figuras
Figura 1. Remoção de absorvâncias (220, 254 e 410 nm) no tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de NaOH a diferentes pHs.
Figura 2. Remoção de fósforo, cálcio e magnésio no tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de NaOH a diferentes pHs.
Figura 3. Esquema da precipitação química básica com adição de NaOH para tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, com redução preferencialmente de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo. 1 - Solução concentrada (6 N) de base forte (NaOH); 2 - Adição de solução concentrada de NaOH à vinhaça bruta de cana-de-açúcar em agitação; 3 - Formação de sobrenadante e precipitado após sedimentação por ação da gravidade de forma floculenta de flóculos de particulas ou espécies insolúveis. 4. Descrição Pormenorizada da Invenção 0 presente evento refere-se a um processo inovador de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação quimica básica através da adição de uma solução concentrada (6 N) de uma base forte, particularmente, hidróxido de sódio, numa única etapa ou em várias etapas, até atingir valores de pH iguais ou superiores a 10,0, especificamente no intervalo de 10,0 a 12,5. Este processo tem como objetivo reduzir o nivel de contaminação em termos de cálcio, magnésio, azoto, potássio, fósforo, matéria orgânica (CQO), absorvâncias a diferentes comprimentos de onda (220, 254 e 410 nm) e dureza, de águas residuais provenientes da Indústria de Etanol (gerado a partir de cana-de-açúcar) com criação imediata de flóculos de particulas ou espécies quimicas insolúveis, as quais têm tendência a sedimentar por ação da gravidade de forma floculenta, originando dois subprodutos distintos: sobrenadante (água residual pré-tratada) e precipitado (lama residual). Os precipitados e sobrenadantes formados durante o processo inovador apresentam propriedades básicas, podendo ser valorizados por meio de processos biológicos e/ou físico-químicos. O processo exibe inúmeros benéficos relativamente aos processos tradicionais utilizados, nomeadamente: a) Efeitos benéficos - O processo de precipitação química básica com NaOH trata-se de um processo físico-químico, por isso o seu funcionamento não é posto em causa devido às alterações das características da matriz e volume de vinhaça formado durante o processo de produção de etanol. - O processo de precipitação química básica com NaOH não necessita de reatores complicados e dispendiosos, sendo facilmente aplicado e executado para o tratamento de efluentes brutos, sem necessidade de uma comunidade de microrganismos específica. - O processo de precipitação proposto pode ser aplicado à água residual bruta sem necessidade de um tratamento prévio, e em condições ambientais. - 0 processo apresenta aplicabilidade a uma grande variedade de efluentes agroindustriais e industriais. - 0 precipitante NaOH pode ser aplicado numa única etapa ou em várias etapas até que o pH ótimo seja alcançado. - A criação de flóculos de particulas ou espécies quimicas insolúveis é imediata, por isso a velocidade de reação é muito rápida. - 0 processo de precipitação leva à redução de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo entre 11 e 80%, diminuindo significativamente o nivel de contaminação da vinhaça de cana-de-açúcar. - O processo possibilita também a redução de matéria orgânica (CQO), absorvâncias caracteristicas e dureza total no intervalo de 2 a 60%. - Os subprodutos formados durante o processo de precipitação básica com NaOH são bastante estáveis, não sofrendo fenómenos de putrefação enquanto mantidos em condições básicas. A precipitação química básica produz um efluente biodegradável (CBOs/CQO * 0,50), podendo ser posteriormente processado por tecnologias biológicas, tais como, degradação aeróbia e anaeróbia, fermentação e zonas húmidas artificiais. - 0 efluente tratado pode ser afinado por processos físico-químicos, nomeadamente, coagulação-floculação com sais de alumínio e ferro, precipitação química ácida com ácidos fortes, e oxidação avançada, bem como reutilizado em plantas com tolerância moderada a elevada ao nível de salinidade. - O precipitado deposita-se no fundo do reator pela ação da gravidade sem necessidade de utilizar agentes químicos adicionais, tais como coagulantes e/ou floculantes. - O tempo de sedimentação para ocorrer a deposição total dos flóculos formados é relativamente curto, sucedendo entre 0 e 2 horas. - A quantidade de lama gerada no processo de precipitação corresponde a um volume no intervalo de 11 a 38%, dependendo das condições operacionais selecionadas. - 0 volume de lama pode ser reduzido por processos simples, designadamente, processos de filtração e utilização de centrífugas, obtendo-se um volume de lama de apenas de 3 a 6%. - As lamas da precipitação quimica básica com NaOH apresentam elevado conteúdo em matéria orgânica (valores b 57%), sendo também ricas em nutrientes (por ordem crescente): cálcio, magnésio, sódio, potássio e fósforo. - As lamas apresentam potencial de valorização na agricultura como corretivos organominerais em solos. b) Aplicação industrial 0 processo de precipitação básica com NaOH apresenta-se como uma alternativa promissora para o tratamento de águas residuais provenientes da Indústria de Etanol com diminuição do nível de contaminação em termos de cálcio, magnésio, azoto, potássio, fósforo, matéria orgânica (CQO), absorvâncias a diferentes comprimentos de onda (220, 254 e 410 nm) e dureza. Adicionalmente, os efluentes resultantes da precipitação química básica são estáveis quando mantidos nas condições de produção mas bastante suscetíveis ao afinamento através de diferentes processos biológicos e físico-químicos. Geralmente, os processos biológicos apresentam dificuldade para conseguir uma atividade microbiológica que permita eficiências aceitáveis devido a falta de alcalinidade. Assim, este processo de precipitação básica pode mitigar os problemas de instabilidade da atividade microbiológica dos reatores biológicos, aliado ao fato de o efluente pré-tratado por este processo apresentar rácio entre CBOs e CQO próximo de 0,5. Por outro lado, o processo de precipitação química básica com NaOH pode ser utilizado como pós-tratamento de efluentes biodegradados ou pré-tratados provenientes da Indústria de Etanol. O processo é muito versátil, podendo adaptar-se facilmente às variações nas características e nos caudais dos efluentes produzidos na Indústria de Etanol. A simplicidade do processo permite a sua fácil e rápida execução, podendo ser concretizado em reatores baratos e simples que necessitam apenas de agitar, durante um curto espaço de tempo, a vinhaça em condições ambientais. 0 processo não precisa de uma etapa prévia de preparação dos efluentes, nem da adição de agentes químicos complementares para aumentar a velocidade de reação ou sedimentação. 0 precipitante aplicado é bastante comum na indústria, mas com outros objetivos.
Os subprodutos formados (sobrenadante e precipitado) durante o tratamento de vinhaça por processo de precipitação química básica podem ser valorizados na agricultura como soluções nutritivas e corretivos organominerais devido à sua riqueza em matéria orgânica biodegradável e nutrientes. Assim, as empresas produtoras destes efluentes podem ter retorno económico no tratamento dos efluentes. A aplicação a vários efluentes provenientes da agroindústria e indústria constitui outra vantagem importante do processo de precipitação química básica com NaOH. 5. Produção e composição de vinhaça de cana-de-açúcar
As águas residuais provenientes da Indústria do Etanol podem provocar a depleção rápida de oxigénio nos recursos hídricos quando descarregadas sem qualquer tipo de tratamento ou valorização, o que causa efeitos negativos nas espécies. Este efeito deve-se ao elevado conteúdo de matéria orgânica presente na vinhaça de cana-de-açúcar. Além disso, as águas residuais provenientes da Indústria apresentam elevado nível de salinidade e sólidos em suspensão. Porém, a vinhaça de cana-de-açúcar constitui também um subproduto bastante interessante, pois apresenta um grande potencial para ser utilizado como fertilizante devido ao seu conteúdo em nutrientes, dos quais se pode destacar, potássio, cálcio, azoto, magnésio, fósforo, azoto, ferro, etc. A quantidade e a temperatura da vinhaça associada à produção de etanol são fatores bastante preocupantes, uma vez que a produção de 1 litro de etanol pode levar à produção de 15 L de vinhaça com uma temperatura que pode chegar a 110 °C à saída do processo de destilação.
As águas residuais provenientes da Indústria de Etanol a partir de cana-de-açúcar precisam de tecnologias e processos de tratamento que diminuam o teor de matéria orgânica e nutrientes. Estes efluentes apresentam elevada biodegradabilidade (CBOs/CQO * 0,5), o que torna a aplicação de processos biológicos bastante atrativa com eficiência elevada de eliminação de matéria orgânica. No entanto, o tratamento de vinhaça por processos biológicos apresenta várias desvantagens, designadamente, funcionamento instável dos reatores e produção de efluentes que excedem os limites de descarga.
Outras tecnologias tem sido utilizadas para a gestão de vinhaça de cana-de-açúcar, designadamente, concentração, combustão, incineração, deposição no solo, etc. A deposição de vinhaça no solo tem sido frequentemente reportada [de Resende, A. S., Xavier, R. P., de Oliveira, O. C., Urquiaga, 5., Alves, B. J., & Boddey, R. M. (2006). Long-term effects of pre-harvest burning and nitrogen and vinasse applications on yield of sugar cane and soil carbon and nitrogen stocks on a plantation in Pernambuco, NE Brazil. Plant and soil, 281(1-2), 339-351; Tasso Júnior, L. C., Marques, M. 0., Franco, A., Nogueira, G. D. A., Nobile, F. 0. D., Camilotti, F. , & Silva, A. R. D. (2007). Yield and quality of sugar cane cultivated in sewage sludge, vinasse and mineral fertilization supplied soil. Engenharia Agrícola, 27(1), 276-283; Lourencetti, C., de March!, M. R. R., & Ribeiro, M. L. (2008). Determination of sugar cane herbicides in soil and soil treated with sugar cane vinasse by solid-phase extraction and HPLC-UV. Talanta, 77(2), 701-709; Mariano, A. P., Crivelaro, S. H. R., Angelis, D. D. F. D., & Bonotto, D. M. (2009) . The use of vinasse as an amendment to ex-situ bioremediation of soil and groundwater contaminated with diesel oil. Brazilian Archives of Biology and Technology, 52(4), 1043-1055] , podendo melhorar as caracteristicas fisico-quimicas do solo e a produtividade das culturas. No entanto, esta deposição no solo pode gerar problemas ambientais graves, tais como, contaminação de águas subterrâneas e salinização do solo.
Devido às caracteristicas e ao volume produzido de vinhaça durante o fabrico de etanol, torna-se necessário a investigação de novas soluções para a gestão destas águas residuais. 5.1. Composição físico-química de vinhaça bruta de cana-de-açúcar A Tabela 1 mostra a composição físico-química de vinhaça bruta de cana-de-açúcar.
Tabela 1. Composição físico-química de vinhaça de cana-de-açúcar .
CQO - Carência química de oxigénio. CBOs - Carência bioquímica de oxigénio. CBO5/CQO - Biodegradabilidade.
Geralmente, a vinhaça de cana-de açúcar exibe propriedades ácidas (pH = 4,29+0,03), forte odores, sólidos sedimentáveis e elevado nivel de salinidade (8,43+0,19 dS m_1). Esta matriz mostrou um valor médio de potencial redox de 37,1 mV. O teor de matéria orgânica constitui um dos indicadores de contaminação mais preocupantes da vinhaça de cana-de-açúcar, apresentando um valor médio de 31170 mg L_1 para o parâmetro CQO e 15467 mg L_1 para o parâmetro CBOs. Adicionalmente, exibe um indice de biodegradabilidade (0,50+0,02) que permite a aplicação de processos biológicos. O teor de sólidos voláteis representa cerca de 65%. A vinhaça trata-se de um efluente rico em nutrientes como potássio (¾ 2,5 g L_1) , cloreto (* 2,3 g L_1) , cálcio (¾ 0,6 g L-1) , azoto (~ 0,5 g L_1) , magnésio (* 0,4 g L_1) , etc. 6. Precipitação química básica para redução de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo de vinhaça de cana-de-açúcar 6.1. Precipitação química básica por adição de base forte
Os ensaios de precipitação química básica foram realizados utilizando vinhaça de cana-de-açúcar bruta em agitação constante de 200 a 700 rpm, preferencialmente, 350 rpm, e em contato com a atmosfera e à temperatura ambiente. O processo de precipitação química básica ocorre por adição de uma solução concentrada (6 N) de uma base forte, desigualmente, hidróxido de sódio (NaOH) para valores de pH iguais ou superiores a 10,0, mais especificamente, para um intervalo de pH de 10,0 a 12,50. Para a obtenção do pH de operação, adicionou-se uma concentração de reagente entre 5,8 e 9,1 g L-1 de vinhaça. A adição da solução concentrada de base forte à vinhaça bruta em agitação leva ao aumento da alcalinidade da água (pH) com geração imediata de flóculos de partículas ou espécies insolúveis (hidróxido e carbonato de magnésio, hidróxido e carbonato de cálcio), que permitem o arraste das partículas em suspensão e coloidais com eliminação da contaminação presente na vinhaça. Os flóculos formados com as partículas em suspensão e coloidais aprisionadas sedimentam de forma floculenta pela ação da gravidade para tempos inferiores ou iguais a 2 horas. 0 processo de precipitação química básica leva à formação de um efluente tratado e um precipitado. 0 efeito da utilização da precipitação química básica para o tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar monitorizou-se através da avaliação de pH, condutividade elétrica, potencial redox, aborvâncias características (nos comprimentos de onda de 220, 254 e 410 nm) , CQO, CBOs, dureza total, cálcio, magnésio, azoto Kjeldahl, potássio, fósforo, sódio, sólidos totais, sólidos voláteis, e sólidos fixos.
As eficiências de eliminação de cada parâmetro avaliado dependem das condições de funcionamento, especificamente do pH de operação. As absorvâncias estudadas (220, 254 e 410 nm) apresentaram uma redução no intervalo de 2-33% (Figura D .
Figura 1. Remoção de absorvâncias (220, 254 e 410 nm) no tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de NaOH a diferentes pHs. A eliminação máxima de cerca de 15% da matéria orgânica (CQO) foi verificada para pH próximo de 12,5. O processo mostrou-se bastante eficiente para redução de fósforo (53-74%), cálcio (73-80%) e magnésio (27-64%) (Figura 2) , dependendo das condições de operação. O processo também permitiu obter eficiências de eliminação significativas de azoto (12-24%) e potássio (11-19%).
Figura 2. Remoção de fósforo, cálcio e magnésio no tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de NaOH a diferentes pHs. 6.2. Composição físico-química de efluentes tratados por precipitação química básica 0 efluente tratado através de precipitação química básica de vinhaça de cana-de-açúcar foi caracterizado com determinação de pH, condutividade elétrica, potencial redox, aborvâncias características (nos comprimentos de onda de 220, 254 e 410 nm) , CQO, CBOs, dureza total, cálcio, magnésio, azoto Kjeldahl, potássio, fósforo, sódio, sólidos totais, sólidos voláteis, e sólidos fixos. A Tabela 2 apresenta as propriedades de efluentes tratados pelo processo proposto a diferentes pHs de operação. Os efluentes tratados demonstram propriedades básicas com valores de pH no intervalo de 10,0-12,3. Os efluentes tratados mostram potências redox negativos (-440,6-(-637,6 mV)) e valores de matéria orgânica (CQO) compreendidos entre 24748 e 29262 mg L_1 com um índice de biodegradabilidade de aproximadamente 0,5, potencializando a aplicação de pós-tratamento por processos biológicos. Além disso, os efluentes tratados apresentam na sua composição nutrientes, tais como, cálcio, magnésio, azoto Kjeldahl, potássio, fósforo e sódio.
Tabela 2. Composição fisico-quimica de efluentes tratados por precipitação química básica com adição de NaOH a diferentes pHs.
CQO - Carência química de oxigénio. aValores de absorvância após diluição de vinhaça tratada com água destilada numa relação de 1/50. 6.3. Composição físico-química de precipitados resultantes da precipitação química básica O processo de precipitação química básica com adição de solução concentrada (6 N) de NaOH à vinhaça em agitação, para valores de pH iguais ou superiores a 10,0, permite a formação imediata de flóculos de partículas ou espécies insolúveis, designadamente hidróxido e carbonato de magnésio, hidróxido e carbonato de cálcio, que aprisionam e arrastam partículas em suspensão e coloidais. Após a interrupção da agitação, observa-se a sedimentação imediata dos agregados de flóculos formados pela ação da gravidade de forma floculenta, originando um sólido (precipitado ou lama) para um tempo de sedimentação inferior ou igual a 2 horas. A composição fisico-química de precipitados gerados durante o processo de precipitação quimica básica aplicado à vinhaça bruta encontra-se na Tabela 3. 0 volume de precipitado formado varia entre 11 e 38% em relação ao volume inicial de água residual, variando com as condições de operação. 0 volume de precipitado pode ser reduzido para valores de 30 a 55 mL L_1 de vinhaça, quando se aplica processos de centrifugação à lama obtida. O precipitado apresenta propriedades básicas, sendo rico em matéria orgânica (573-680 g kg-1) . Além disso, este precipitado apresenta elevado teor em nutrientes, tais como, cálcio, magnésio, sódio, potássio e fósforo. Desta forma, o precipitado obtido apresenta grande potencialidade como corretivo e fertilizante de solos.
Tabela 3. Composição fisico-quimica de precipitados gerados na precipitação quimica básica com adição de NaOH a diferentes pHs.
A Figura 3 ilustra a precipitação quimica básica com adição de solução concentrada (6 N) de base forte, especificamente, NaOH (1) para tratamento de vinhaça bruta de cana-de-açúcar em agitação (2) , com redução preferencialmente de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo no sobrenadante obtido e formação de precipitado (3) rico em matéria orgânica e nutrientes.
Figura 3. Esquema da precipitação química básica com adição de NaOH para tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, com redução preferencialmente de cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo. 1 - Solução concentrada (6 N) de base forte (NaOH); 2 - Adição de solução concentrada de NaOH à vinhaça bruta de cana-de-açúcar em agitação; 3 - Formação de sobrenadante e precipitado após sedimentação por ação da gravidade de forma floculenta de flóculos de partículas ou espécies insolúveis.
Claims (10)
- Reivindicações 1) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar caracterizado por compreender: a) precipitação química básica por adição de uma solução concentrada (6 N) de uma base forte, especificamente, hidróxido de sódio (NaOH), à matriz sem qualquer tratamento prévio, em agitação e à temperatura ambiente; b) geração imediata de flóculos de partículas ou espécies insolúveis (hidróxido e carbonato de magnésio, hidróxido e carbonato de cálcio); c) aprisionamento e arrastamento de partículas em suspensão e coloidais formando aglomerados densos; d) sedimentação floculenta dos aglomerados gerados em lc) num tempo inferior ou igual a duas horas; e) geração e deposição de um precipitado castanho; f) formação de dois subprodutos distintos: sobrenadante e precipitado.
- 2) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por funcionar para valores de pH superiores a 10,0.
- 3) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por funcionar, preferencialmente, para um intervalo de pH de 10,0 a 12,50.
- 4) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por funcionar com uma agitação contante da matriz entre 200 e 700 rpm.
- 5) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por funcionar, preferencialmente, com uma agitação de 350 rpm.
- 6) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizado por funcionar para um intervalo de temperatura de 12 a 28 °C.
- 7) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizado por reduzir o nível de contaminação da matriz, diminuindo preferencialmente, cálcio, magnésio, azoto, potássio e fósforo no intervalo de 11-80%.
- 8) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizado por reduzir matéria orgânica, absorvâncias caracteristicas, e dureza total.
- 9) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8, caracterizado por gerar água residual biodegradável (com indice de biodegradabilidade correspondendo ao rácio entre carência bioquímica e química de oxigénio (CB05/CQ0) % 0,5), e rica em matéria orgânica e nutrientes.
- 10) Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar, descrito de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, caracterizado por gerar um precipitado com propriedades básicas e rico em matéria orgânica, cálcio, magnésio, sódio, potássio e fósforo.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PT109331A PT109331B (pt) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de uma solução concentrada de base forte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PT109331A PT109331B (pt) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de uma solução concentrada de base forte |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PT109331A true PT109331A (pt) | 2017-10-19 |
| PT109331B PT109331B (pt) | 2020-05-07 |
Family
ID=60510755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PT109331A PT109331B (pt) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de uma solução concentrada de base forte |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PT (1) | PT109331B (pt) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2529568A1 (fr) * | 1982-07-05 | 1984-01-06 | Sulzer Ag | Procede de clarification des vinasses |
| US20120021075A1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-01-26 | Ida Umanskaya | Dual-chamber packaging systems for cannabis-infused products systems |
| WO2013008796A1 (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-17 | 株式会社 エヌ・ティ・ティ・ドコモ | 移動端末及び連続移動検知方法 |
-
2016
- 2016-04-19 PT PT109331A patent/PT109331B/pt active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2529568A1 (fr) * | 1982-07-05 | 1984-01-06 | Sulzer Ag | Procede de clarification des vinasses |
| US20120021075A1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-01-26 | Ida Umanskaya | Dual-chamber packaging systems for cannabis-infused products systems |
| WO2013008796A1 (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-17 | 株式会社 エヌ・ティ・ティ・ドコモ | 移動端末及び連続移動検知方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BICHARRA, A. "TRATAMENTO DE VINHAÇA POR PROCESSOS FÍSICO- QUÍMICOS DE PRECIPITAÇÃO QUÍMICA E FLOTAÇÃO E SUA UTILIZAÇÃO COMO MEIO D: "2014", UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. RETIRADO DA INTERNET EM, 10 January 2017 (2017-01-10) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PT109331B (pt) | 2020-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beuckels et al. | Influence of organic matter on flocculation of Chlorella vulgaris by calcium phosphate precipitation | |
| Anbalagan et al. | Influence of hydraulic retention time on indigenous microalgae and activated sludge process | |
| CN101549938B (zh) | 一种有机硅高浓度废水的处理方法 | |
| WO2022179146A1 (zh) | 一种以潮间带沉积物为接种体系的高盐废水纯膜mbbr启动方法 | |
| Asharuddin et al. | Performance assessment of cassava peel starch and alum as dual coagulant for turbidity removal in dam water | |
| CN104986916A (zh) | 一种造纸涂布废水处理工艺 | |
| CN204874205U (zh) | 餐厨垃圾废水处理系统 | |
| CN105110557B (zh) | 一种絮凝气浮-产油微生物处理餐厨废水的方法 | |
| CN102092829B (zh) | 一种利用剩余污泥生产生物絮凝剂的工艺 | |
| CN1785839A (zh) | 一种对城镇污水同时进行除硫除磷处理的方法 | |
| CN105502852B (zh) | 一种快速处理垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的方法 | |
| CN103523917A (zh) | 一种利用粉煤灰合成沸石提高沼液sbr处理工艺效率的方法 | |
| CN104531783A (zh) | 硫酸铜联合碱性pH促进剩余污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的方法 | |
| CN103466791B (zh) | 一种改进的柠檬酸废水预酸化处理工艺 | |
| CN102994565A (zh) | 一种促进藻类废液厌氧发酵产沼气的方法 | |
| CN103864226B (zh) | 一种用于处理渗滤液的颗粒状污泥的培养及驯化方法 | |
| CN102173532A (zh) | 利用生物技术去除糖蜜酒精废液色素的方法 | |
| CN104129886A (zh) | 一种用于维生素制药废水处理的膜生物反应器工艺 | |
| CN103173497A (zh) | 一种微生物絮凝剂的制备方法 | |
| CN219752089U (zh) | 一种基于能源小球藻净化沼液的资源化连续处理系统 | |
| PT109331A (pt) | Processo de tratamento de vinhaça de cana-de-açúcar por precipitação química básica com adição de uma solução concentrada de base forte | |
| CN112520911A (zh) | 一种垃圾渗滤液浓水处理方法 | |
| CN107827322B (zh) | 一种实现大豆蛋白废水厌氧反应器污泥增长的污水处理工艺 | |
| CN113444845B (zh) | 一种糖蜜精制脱毒及发酵生产丙酮、丁醇的方法 | |
| CN113578919B (zh) | 一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 20160906 |
|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 20181204 |
|
| FG3A | Patent granted, date of granting |
Effective date: 20200504 |