PT109804A - Processamento da vinhaça proveniente da indústria de etanol com sequestro químico de co2 atmosférico e produção simultânea de soluções nutritivas. - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE TRATAMENTO DA VINHAÇA PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE ETANOL (ARIE) POR RECURSO A UMA ETAPA DE PRECIPITAÇÃO COM SOLUÇÃO DE CAL HIDRATADA ATÉ À OBTENÇÃO DE UM PH DE TAMPONAMENTO E FORMAÇÃO DE CORRECTIVO ORGANO - MINERAL QUE APRESENTA SEDIMENTAÇÃO POR CAMADAS. O SOBRENADANTE É UMA SOLUÇÃO NUTRITIVA CLARIFICADA, BIODEGRADÁVEL, COM REDUZIDO TEOR DE SÓLIDOS EM SUSPENSÃO, TURVAÇÃO E FÓSFORO. ESTA SOLUÇÃO NUTRITIVA É ESTÁVEL AO ABRIGO DO AR AO LONGO DO TEMPO. QUANDO EXPOSTA À ATMOSFERA O PH DECRESCE ATÉ PRÓXIMO DA NEUTRALIDADE POR REACÇÃO DO CO2 ATMOSFÉRICO COM A ALCALINIDADE, PRECIPITANDO NA FORMA DE CARBONATO DE CÁLCIO E MAGNÉSIO. SIMULTANEAMENTE, DURANTE A ETAPA DE EXPOSIÇÃO AO AR, VERIFICA-SE A REMOÇÃO DA AMÓNIA, QUER POR VOLATILIZAÇÃO, QUER POR REACÇÃO COM O AR PARA A FORMAÇÃO DE COMPOSTOS DE AZOTO QUE PRECIPITAM.

Description

Descriç ο

Processamento da vinhaça proveniente da Indústria de Etanol com sequestro químico de CO2 atmosférico e produção simultânea de soluções nutritivas. 1. Domínio Técnico da Invenção 0 presente invento diz respeito ao Processamento da Água Residual da Indústria de Etanol (ARIE), conhecida como Vinhaça, por recurso a reacções de precipitação química (PQ) com cal realizadas à temperatura ambiente ou à temperatura de saída do processo, 95°C e a reacções de carbonatação com o CO2 atmosférico. Simultaneamente às reacções de carbonatação ocorre a reacção do amoníaco presente na água residual com o ar para a produção de compostos de azoto. A ARIE é caracterizada por se apresentar como um forte contaminante orgânico com valores médios de carência química e bioquímica de oxigénio ao quinto dia (CQO e C O5, respetivamente) de 31,2 e 15,5 g/L, respectivamente. 0 rácio C O5/CQO indica uma elevada biodegradabilidade, 0,4 -0,52. Além disso, apresenta propriedades ácidas (4,27-4,32), salinas ( ,21- ,56 mS/cm) e elevado valor de sólidos em suspensão, que normalmente ocupam um volume de 7,2 , relativamente ao volume total de vinhaça bruta. A sequência de tratamento inicia-se com uma etapa de precipitação química básica em que é adicionada, numa única etapa, à ARIE em agitação entre 200 a 400 rpm, uma solução de cal hidratada de 200 g/L, até se atingir um pH de tamponamento entre 12,0 e 12,5, durante um tempo de 1- 2 minutos. Esta solução provoca a precipitação instantânea dos iões presentes em solução e a consequente formação de um precipitado que sedimenta por camadas. Esta etapa permite a redução da carga orgânica, turvação, sólidos suspensos totais, azoto kjeldhal, fósforo, azoto amoniacal, bem como a obtenção de sobrenadantes com elevado índice de biodegradabilidade.

Seguidamente, o sobrenadante alcalino obtido em resultado da etapa anterior, é exposto à atmosfera com uma área de exposição de 5 m2/m3. O pH estabiliza para valores na ordem dos 7, ao fim de aproximadamente 6 dias, em virtude das reações de carbonatação que ocorrem com o CO2 do ar por precipitação de carbonato de magnésio e de cálcio. Simultaneamente ao processo de carbonatação é removido aproximadamente 100 do Azoto amoniacal, através de

Descriç ο

Processamento da vinhaça proveniente da Indústria de Etanol com sequestro químico de CO2 atmosférico e produção simultânea de soluções nutritivas. 1. Domínio Técnico da Invenção 0 presente invento diz respeito ao Processamento da água Residual da Indústria de Etanol, Vinhaça (ARIE) por recurso a reacções de precipitação química com cal realizadas à temperatura ambiente ou à temperatura de saída do processo, 95°C e a reacções de carbonatação com o CO2 atmosférico. Simultaneamente às reacções de carbonatação ocorre a reacção do amoníaco presente na água residual com o ar para a produção de compostos de azoto. A ARIE é caracterizada por se apresentar como um forte contaminante orgânico com valores médios de carência química e biológica de oxigénio de 31,2 e 15,5 g/L, respectivamente. 0 rácio C O5/CQO indica uma elevada biodegradabilidade, 0,4 -0,52. Além disso, apresenta propriedades ácidas (4,27-4,32), salinas ( ,21- ,56 mS/cm) e elevado valor de sólidos em suspensão, que normalmente ocupam um volume de 7,2 , relativamente ao volume total de vinhaça bruta. A sequência de tratamento inicia-se com uma etapa de precipitação química básica em que é adicionada, numa única etapa, à ARIE em agitação entre 200 a 400 rpm, uma solução de cal hidratada de 200 g/L, até se atingir um pH de tamponamento entre 12,0 e 12,5, durante um tempo de 1- 2 minutos. Esta solução provoca a precipitação instantânea dos iões presentes em solução e a consequente formação de um precipitado que sedimenta por camadas. Esta etapa permite a redução da carga orgânica, turvação, sólidos suspensos totais, azoto kjeldhal, fósforo, azoto amoniacal, bem como a obtenção de sobrenadantes com elevado índice de biodegradabilidade.

Seguidamente, o sobrenadante alcalino obtido em resultado da etapa anterior, é exposto à atmosfera com uma área de exposição de 5 m2/m3. O pH estabiliza para valores na ordem dos 7, ao fim de aproximadamente 6 dias, em virtude das reações de carbonatação que ocorrem com o CO2 do ar por precipitação de carbonato de magnésio e de cálcio. Simultaneamente ao processo de carbonatação é removido aproximadamente 100 do Azoto amoniacal, através de reacções do ar com ο NH3 presente na solução onde são obtidos compostos de azoto no precipitado. reacções do ar com ο ΝΗ3 presente na solução onde são obtidos compostos de azoto no precipitado. 0 precipitado pode ser seco por secagem ao ar em filtros de areia. 2. Técnica anterior

Os tratamentos convencionais utilizados no tratamento da ARIE, vinhaça, baseiam-se em processos biológicos, principalmente anaeróbios, uma vez que permitem a redução da contaminação e a formação de produtos gasosos que podem ser valorizados. No entanto, na maioria dos casos estas tecnologias biológicas não permitem a obtenção de efluentes com valores compatíveis com os limites de descarga. Por outro lado, a elevada carga orgânica, conduz ao desequilíbrio entre a produção e o consumo de ácidos voláteis, tornando instável o funcionamento dos reactores anaeróbios. Adicionalmente, outras tecnologias têm vindo a ser aplicadas, nomeadamente a bio-concentração, com teor final de sólidos de 24 de matéria seca. 0 Processo para fixação de carbono e redução de turbidez de vinhaça de cana-de-açúcar, WO 201305632 Al refere um processo de tratamento para o subproduto da destilação do mosto fermentado do caldo de cana-de- açúcar durante a produção de álcool, visando a redução da sua turbidez para uso como meio de cultura para o cultivo de microrganismos, incluindo microalgas e cianobactérias. Além disso é um processo que pretende não ocasionar alterações significativas na composição do mosto fermentado do caldo de cana-de- açúcar. Além disso refere que a adição de cal não causou variações significativas (redução de ,1 na C O e 1,15 na CQO) , utiliza CO2 não atmosférico nos processos de carbonatação e não obtém remoção da amónia por reacção com o CO2 atmosférico e produção de compostos de azoto. A tese Silva, 2009, http ://base . repositorio.unesp.br/bitstream/handle/1144 9/ 2 97/silva vl me jabo.pdf?seguence=l&isAllowed=y estuda a adição de cal de 3,0 a 3,5 kg/m3 de vinhaça e de fósforo (200 ppm) elevando o pH a 11,0, decantação de 3 horas e forma-se lodo=7kg/m3 de vinhaça. O presente processo não adiciona fósforo e o tempo de decantação é mais curto.

A figura 1 esquematiza a sequência de etapas do Processo.

Figura 1. Esquema do processo de Precipitação Química e Neutralização Natural. eja, 22 de Dezembro de 2016 3. Descriç o das figuras

Figura 1. Figura para Publicação. Precipitação química + Sedimentação + carbonatação com o CO2 atmosférico. 4. Descrição pormenorizada da invenção 0 presente invento diz respeito ao processo de produção de soluções nutritivas e correctivos organo-minerais a partir da vinhaça proveniente da Indústria de Etanol (ARIE) por recurso a reacções de precipitação química (PQ)com cal. Este processo recorre ao sequestro químico de CO2 para a neutralização natural do efluente através do CO2 atmosférico, verificando-se simultaneamente a remoção total da amónia por produção de compostos de azoto que precipitam.

As vantagens destes processos, em relação aos já existentes, são os seguintes: a) Efeitos benéficos - A etapa de precipitação química permite remover, com recurso a uma substância de baixo custo, a cal, simultaneamente matéria orgânica (51 de CQO e 35 C O5), azoto Kjeldahl (40-59 ),azoto amoniacal (12 ), fósforo total (97 ), 100 coliformes totais, utilizando o tempo de agitação de 1 a 3 minutos sem recurso à etapa de floculação. - A etapa de precipitação química pode ser realizada à temperatura ambiente ou à temperatura de saída do processo, cerca de 95°C. - A etapa de precipitação permite ainda a obtenção de um sobrenadante com elevada biodegradabilidade, como demonstra o rácio C O5/CQO =0,45-0,4 ; O precipitado apresenta características de correctivo organo - mineral; - O sobrenadante obtido por precipitação básica é físico-quimicamente estável se armazenado ao abrigo do ar. Quando colocado em contacto com a atmosfera ocorre de imediato a carbonatação natural por reação com o CO2 do ar e simultaneamente dá-se a precipitação de CaC03,* - O sobrenadante da precipitação química representa um volume de 70- 0 relativamente ao volume inicial de água, 0 precipitado pode ser seco por secagem ao ar em filtros de areia. 2. Técnica anterior

Os tratamentos convencionais utilizados no tratamento da ARIE, vinhaça, baseiam-se em processos biológicos, principalmente anaeróbios, uma vez que permitem a redução da contaminação e a formação de produtos gasosos que podem ser valorizados. No entanto, na maioria dos casos estas tecnologias biológicas não permitem a obtenção de efluentes com valores compatíveis com os limites de descarga. Por outro lado, a elevada carga orgânica, conduz ao desequilíbrio entre a produção e o consumo de ácidos voláteis, tornando instável o funcionamento dos reactores anaeróbios. Adicionalmente, outras tecnologias têm vindo a ser aplicadas, nomeadamente a bio-concentração, com teor final de sólidos de 24 de matéria seca. 0 Processo para fixação de carbono e redução de turbidez de vinhaça de cana-de-açúcar, WO 201305632 Al refere um processo de tratamento para o subproduto da destilação do mosto fermentado do caldo de cana-de- açúcar durante a produção de álcool, visando a redução da sua turbidez para uso como meio de cultura para o cultivo de microrganismos, incluindo microalgas e cianobactérias. Além disso é um processo que pretende não ocasionar alterações significativas na composição do mosto fermentado do caldo de cana-de- açúcar. Além disso refere que a adição de cal não causou variações significativas (redução de ,1 na D O e 1,15 na DQO) , utiliza CO2 não atmosférico nos processos de carbonatação e não obtém remoção da amónia por reacção com o CO2 atmosférico e produção de compostos de azoto. A tese Silva, 2009, http://base . repositorio.unesp.br/bitstream/handle/1144 9/ 2 97/silva vl me jabo.pdf?sequence=l&isAllowed=y estuda a adição de cal de 3,0 a 3,5 kg/m3 de vinhaça e de fósforo (200 ppm) elevando o pH a 11,0, decantação de 3 horas e forma-se lodo=7kg/m3 de vinhaça. O presente processo não adiciona fósforo e o tempo de decantação é mais curto. 3.Descriç o das figuras num tempo de sedimentação curto, ocorrendo a sedimentação por camadas; - Durante as reacções de carbonatação ocorre a mitigação do CO2 atmosférico por reacção deste com o cálcio existente em solução;

Durante as reacções de carbonatação ocorre simultaneamente a reacção da amónia com o ar onde esta é removida a 100 e formam-se compostos de azoto que precipitam. b) Aplicação Industrial O tratamento proposto permite transformar a indústria da produção de etanol num indústria de descarga zero por utilização de processos de tratamento de baixo custo, 24-100 g de cal/litro de água a tratar - dependendo do grau de depuração que se pretende atingir e das caracteristicas da solução nutritiva e lamas que se pretende obter. Após o tratamento a água poderá ser utilizada como solução nutritiva em fertirega ou hidroponia ou sofrer processos de afinação biológicos para posterior descarga no meio hídrico ou reutilização. - As características físico-químicas do sobrenadante da precipitação química, após neutralização, permitem a sua reutilização na agricultura. - O precipitado da carbonatação com o CO2 atmosférico é rico em compostos de azoto e pode ser usado como fertilizante. 5. Produção da água residual da Industria de etanol (ARIE) . A cana-de-açúcar constitui um dos principais produtos da agricultura no rasil, sendo utilizada principalmente para a produção de etanol e açúcar. Os impactes ambientais negativos do processamento da cana-de-açúcar resultam da produção de gases e resíduos sólidos e líquidos, tais como, bagaço, cinzas e vinhaça. A vinhaça, subproduto da indústria de produção de etanol, apresenta uma caracterização química bastante heterogénea dependendo de vários factores, dos quais se pode destacar o tipo de matéria-prima, processo de fermentação, método de destilação, microorganismo utilizado, temperatura e pH de fermentação, rendimento do processo, eficiência de consumo do substrato, etc. Assim, geralmente, apresenta propriedades ácidas, alto teor de matéria orgânica e niifri pnfps nnmn C.a . Μα. K ^ Ρ. 1 . Ptr

Figura para Publicação. Precipitação química + Sedimentação + carbonatação com o CO2 atmosférico. 4. Descrição pormenorizada da invenção 0 presente invento diz respeito ao processo de produção de soluções nutritivas e correctivos organo-minerais a partir da vinhaça proveniente da Indústria de Etanol (ARIE) por recurso a reacções de precipitação química com cal. Este processo recorre ao sequestro químico de CO2 para a neutralização natural do efluente através do CO2 atmosférico, verificando-se simultaneamente a remoção total da amónia por produção de compostos de azoto que precipitam.

As vantagens destes processos, em relação aos já existentes, são os seguintes: a) Efeitos benéficos - A etapa de precipitação química permite remover, com recurso a uma substância de baixo custo, a cal, simultaneamente matéria orgânica (51 de CQO e 35 C 05), azoto Kjeldahl (40-59 ),azoto amoniacal (12 ), fósforo total (97 ), 100 coliformes totais, utilizando o tempo de agitação de 1 a 3 minutos sem recurso à etapa de floculação. - A etapa de precipitação química pode ser realizada à temperatura ambiente ou à temperatura de saída do processo, cerca de 95°C. - A etapa de precipitação permite ainda a obtenção de um sobrenadante com elevada biodegradabilidade, como demonstra o rácio D O5/DQO =0,45-0,4 ; - O precipitado apresenta características de correctivo organo - mineral; - O sobrenadante obtido por precipitação básica é físico- quimicamente estável se armazenado ao abrigo do ar. Quando colocado em contacto com a atmosfera ocorre de imediato a carbonatação natural por reação com o CO2 do ar e simultaneamente dá-se a precipitação de CaCCp; - O sobrenadante da precipitação química representa um volume de 70- 0 relativamente ao volume inicial de água, num tempo de sedimentação curto, ocorrendo a sedimentação por camadas;

Por outro lado, o impacte ambiental da vinhaça também está associado à temperatura de saída no processo (90-110°C) e ao volume produzido, sendo cerca de 10000-13000 m3/m3 de álcool produzido. Neste contexto, estimou-se que a área coberta com cana-de-açúcar no rasil em 2007 excedeu 7 milhões de hectares Aproximadamente 54 da cana-de-açúcar produzida é destinada à produção de etanol, gerando um volume total de vinhaça de aproximadamente 3,3xl05 milhões de litros. A aplicação de vinhaça em solos como fertilizante constitui uma prática comum, quando realizada de forma controlada em termos de quantidades aplicadas pode beneficiar organicamente e nutricionalmente os solos.

Os tratamentos convencionais de vinhaça baseiam-se em processos biológicos, principalmente anaeróbios, uma vez que permitem a redução da contaminação e a formação de produtos gasosos que podem ser valorizados. No entanto, na maioria dos casos estas tecnologias biológicas não permitem a obtenção de efluentes com valores compatíveis com os limites de descarga. Por outro lado, a elevada carga orgânica, conduz ao desequilíbrio entre a produção e o consumo de ácidos voláteis, tornando instável o funcionamento dos reactores anaeróbios, consequentemente tratamentos adequados e eficientes são necessários. Adicionalmente, outras tecnologias têm vindo a ser aplicadas, nomeadamente a bio-concentração, com teor final de sólidos de 24 de matéria seca.

Assim, o desenvolvimento e aplicação de tratamentos físico-químicos constituem um desafio, de forma a minimizar os impactes da aplicação direta no solo de vinhaça e por outro lado para fazer frente a instabilidade de operação dos processos biológicos. A aplicação de processos de precipitação constitui uma opção viável na eliminação de matéria orgânica, sólidos suspensos, e nutrientes, uma vez que os transforma em produtos aplicáveis na agricultura.

5.1. Caracterização da ARIE A caracterização da vinhaça bruta estudada apresenta-se na tabela 1. Este subproduto resultante da produção de etanol a partir de cana-de-açúcar constitui um forte contaminante orgânico com valores médios de carência química e biológica de oxigénio de 31,2 e 15,5 g/L, respectivamente. 0 rácio C O5/CQO indica uma elevada biodegradabilidade com valores compreendidos no intervalo 0,4 -0,52.

Além disso, apresenta propriedades ácidas (4,27-4,32) e salinas ( ,21- ,56 mS/cm) e elevado valor de sólidos em suspensão, que ocupam um volume de 7,2 , relativamente ao - Durante as reacções de carbonatação ocorre a mitigação do CO2 atmosférico por reacção deste com o cálcio existente em solução;

Durante as reacções de carbonatação ocorre simultaneamente a reacção da amónia com o ar onde esta é removida a 100 e formam-se compostos de azoto que precipitam. b) Aplicação Industrial O tratamento proposto permite transformar a indústria da produção de etanol num indústria de descarga zero por utilização de processos de tratamento de baixo custo, 24-100 g de cal/litro de água a tratar - dependendo do grau de depuração que se pretende atingir e das caracteristicas da solução nutritiva e lamas que se pretende obter. Após o tratamento a água poderá ser utilizada como solução nutritiva em fertirega ou hidroponia ou sofrer processos de afinação biológicos para posterior descarga no meio hídrico ou reutilização. - As caracteristicas físico-químicas do sobrenadante da precipitação química, após neutralização, permitem a sua reutilização na agricultura. - O precipitado da carbonatação com o CO2 atmosférico é rico em compostos de azoto e pode ser usado como fertilizante. 5. Produção da água residual da Industria de etanol (ARIE) . A cana-de-açúcar constitui um dos principais produtos da agricultura no rasil, sendo utilizada principalmente para a produção de etanol e açúcar. Os impactes ambientais negativos do processamento da cana-de-açúcar resultam da produção de gases e resíduos sólidos e líquidos, tais como, bagaço, cinzas e vinhaça A vinhaça, subproduto da indústria de produção de etanol, apresenta uma caracterização química bastante heterogénea dependendo de vários factores, dos quais se pode destacar o tipo de matéria-prima, processo de fermentação, método de destilação, microorganismo utilizado, temperatura e pH de fermentação, rendimento do processo, eficiência de consumo do substrato, etc. Assim, geralmente, apresenta propriedades ácidas, alto teor de matéria orgânica e nutrientes como Ca, Mg, K e Cl, etc.

Por outro lado, o impacte ambiental da vinhaça também está associado à temperatura de saída no processo (90-110°C) e „„„1 _____ 1 innnn i^nnn „3 /„3 , A elevada salinidade do efluente estudado deve-se principalmente ao teor de potássio e cloretos que podem atingir valores médios de 2,5 e 2,3 g/L, respetivamente. Neste contexto, pode-se também referir a sua riqueza nutricional devido à presença de cálcio (605,0 mg/L), magnésio (444,1 mg/L) e fósforo (51,0 mg/L).

Tabela 1. Caracterização de vinhaça bruta resultante da produção de etanol a partir de cana-de-açúcar.

álcool produzido. Neste contexto, estimou-se que a área coberta com cana-de-açúcar no rasil em 2007 excedeu 7 milhões de hectares Aproximadamente 54 da cana-de-açúcar produzida é destinada à produção de etanol, gerando um volume total de vinhaça de aproximadamente 3,3xl05 milhões de litros. A aplicação de vinhaça em solos como fertilizante constitui uma prática comum, quando realizada de forma controlada em termos de quantidades aplicadas pode beneficiar organicamente e nutricionalmente os solos.

Os tratamentos convencionais de vinhaça baseiam-se em processos biológicos, principalmente anaeróbios, uma vez que permitem a redução da contaminação e a formação de produtos gasosos que podem ser valorizados. No entanto, na maioria dos casos estas tecnologias biológicas não permitem a obtenção de efluentes com valores compatíveis com os limites de descarga. Por outro lado, a elevada carga orgânica, conduz ao desequilíbrio entre a produção e o consumo de ácidos voláteis, tornando instável o funcionamento dos reactores anaeróbios, consequentemente tratamentos adequados e eficientes são necessários. Adicionalmente, outras tecnologias têm vindo a ser aplicadas, nomeadamente a bio-concentração, com teor final de sólidos de 24 de matéria seca.

Assim, o desenvolvimento e aplicação de tratamentos físico-químicos constituem um desafio, de forma a minimizar os impactes da aplicação direta no solo de vinhaça e por outro lado para fazer frente a instabilidade de operação dos processos biológicos. A aplicação de processos de precipitação constitui uma opção viável na eliminação de matéria orgânica, sólidos suspensos, e nutrientes, uma vez que os transforma em produtos aplicáveis na agricultura.

5.1. Caracterização da ARIE A caracterização da vinhaça bruta estudada apresenta-se na tabela 1. Este subproduto resultante da produção de etanol a partir de cana-de-açúcar constitui um forte contaminante orgânico com valores médios de carência química e biológica de oxigénio de 31,2 e 15,5 g/L, respectivamente. O rácio C O5/CQO indica uma elevada biodegradabilidade com valores compreendidos no intervalo 0,4 -0,52.

Além disso, apresenta propriedades ácidas (4,27-4,32) e salinas ( ,21- ,56 mS/cm) e elevado valor de sólidos em suspensão, que ocupam um volume de 7,2 , relativamente ao volume total de vinhaça bruta (ver Figura 1). 6. Processo de Precipitação Química ásica (PQ ) e carbonatação com o CO2 atmosférico 6.1. Processos de Precipitação química básica

Os ensaios de PQ foram realizados em copos do teste de jarros de 1 L de capacidade e um volume de amostra de 00 mL com agitação constante de 200 a 400 rpm durante 1 minuto. A adição de uma solução de cal hidratada de 200 g/L ocorreu até à obtenção de pH de tamponamento, no intervalo compreendido entre 12,0 - 12,5. A subida de pH por adição de cal hidratada à ARIE leva à formação de espécies insolúveis (carbonato de cálcio, carbonato e hidróxido de magnésio e fosfatos), que aprisionam e arrastam as partículas em suspensão e coloidais, aumentando a sua densidade e a consequente sedimentação por camadas e por ação da gravidade. Além disso, visualmente observa-se a obtenção de um sobrenadante clarificado isento de partículas em suspensão. A seleção das condições ótimas foi determinada por monitorização dos seguintes parâmetros: carga orgânica, avaliada por CQO e C O5, pH, potencial redox, turvação e sólidos suspensos totais. A aplicação do processo de precipitação no intervalo de pH estudado permitiu remoção de carga orgânica, para o parâmetro de CQO entre 30-49 e C O5 entre 36-95 . Em relação à clarificação, obteve-se remoção de turvação entre 99-100 . O pH de tamponamento, 12 -12,5, maximiza a eliminação dos parâmetros estudados. As quantidades de cal necessárias para a obtenção do pH ótimo variam de 24 a 100 g/L, dependendo do pH de tamponamento da água.

6.1.1. Caracterização do sobrenadante obtido no processo de PQ

Para a caracterização do sobrenadante do processo de precipitação conduziu-se uma série de ensaios nas condições de operação ótimas encontrados e procedeu-se à avaliação dos valores médios de remoção de matéria orgânica (30-50 de CQO e C 05) , turvação (99,5 ), azoto Kjeldahl (55 ); fósforo total (97 ). Na tabela 2 apresenta-se a caracterização do sobrenadante obtido. A elevada salinidade do efluente estudado deve-se principalmente ao teor de potássio e cloretos que podem atingir valores médios de 2,5 e 2,3 g/L, respetivamente. Neste contexto, pode-se também referir a sua riqueza nutricional devido à presença de cálcio (605,0 mg/L), magnésio (444,1 mg/L) e fósforo (51,0 mg/L).

Tabela 1. Caracterização de vinhaça bruta resultante da produção de etanol a partir de cana-de-açúcar.

6. Processo de Precipitação Química ásica (PQ ) e carbonatação com o CO2 atmosférico

Tabela 2. Caracterização do sobrenadante obtido no processo de PQ.

6.1.2. Caracterização do precipitado obtido no processo de PQ A tabela 3 mostra a caracterização fisico-quimica do precipitado obtido após precipitação química básica. 0 precipitado obtido é um precipitado alcalino (pH % 9,6), rico em matéria orgânica (40 ) , azoto, fósforo, cálcio, magnésio e potássio.

Table 3. Caraterização do precipitado obtido após precipitação química básica.

6.1. Processos de Precipitação química básica

Os ensaios de PQ foram realizados em copos de jar-test de 1 L de capacidade e um volume de amostra de 0 0 mL com agitação constante de 200 a 400 rpm durante 1 minuto. A adição de uma solução de cal hidratada de 200 g/L ocorreu até à obtenção de pH de tamponamento, no intervalo compreendido entre 12,0 - 12,5. A subida de pH por adição de cal hidratada à ARIE leva à formação de espécies insolúveis (carbonato de cálcio, carbonato e hidróxido de magnésio e fosfatos), que aprisionam e arrastam as partículas em suspensão e coloidais, aumentando a sua densidade e a consequente sedimentação por camadas e por ação da gravidade. Além disso, visualmente observa-se a obtenção de um sobrenadante clarificado isento de partículas em suspensão. A seleção das condições ótimas foi determinada por monitorização dos seguintes parâmetros: carga orgânica, avaliada por CQO e C 05, pH, potencial redox, turvação e sólidos suspensos totais. A aplicação do processo de precipitação no intervalo de pH estudado permitiu remoção de carga orgânica, para o parâmetro de CQO entre 30-49 e C O5 entre 36-95 . Em relação à clarificação, obteve-se remoção de turvação entre 99-100 . O pH de tamponamento, 12 -12,5, maximiza a eliminação dos parâmetros estudados. As quantidades de cal necessárias para a obtenção do pH ótimo variam de 24 a 100 g/L, dependendo do pH de tamponamento da água.

6.1.1. Caracterização do sobrenadante obtido no processo de PQ

Para a caracterização do sobrenadante do processo de precipitação conduziu-se uma série de ensaios nas condições de operação ótimas encontrados e procedeu-se à avaliação dos valores médios de remoção de matéria orgânica (30-50 de CQO e C O5) , turvação (99,5 ), azoto Kjeldahl (55 ); fósforo total (97 ). Na tabela 2 apresenta-se a caracterização do sobrenadante obtido.

Tabela 2. Caracterização do sobrenadante obtido no processo de PQ. 6.2. Carbonataçâo natural da água pré - tratada

De modo a evitar o uso de reagentes químicos para o abaixamento de pH é possível obter um abaixamento natural do pH.

Assim o sobrenadante obtido por precipitação química se armazenado ao abrigo do ar mantém-se físico-quimicamente estável ao longo do tempo. No entanto, se exposto à atmosfera ocorre de imediato a carbonataçâo natural, observando-se o abaixamento gradual do pH e a simultânea precipitação de CaC03 até se estabelecer o equilíbrio entre o precipitado e a solução. Este Processo ocorre segundo as seguintes equações químicas:

A constante de velocidade kia é 500 M_1 s_1 a 25 °C, enquanto que a constante de velocidade da reação lb é instantânea. De acordo com as constantes do produto de solubilidade (6. x 10“9 para o Mg e 3-6 x 10“6 M2 e Ca) a precipitação de carbonatos é favorecida.

Durante este processo a concentração de matéria orgânica permanece praticamente inalterada. A carbonataçâo natural permite também obter um efluente com menor condutividade que o efluente inicial, principalmente devido ao abaixamento da concentração de cálcio na solução. Os resultados obtidos encontram-se resumidos na tabela 4.

6.1.2. Caracterização do precipitado obtido no processo de PQ A tabela 2 mostra a caracterização físico-química do precipitado obtido após precipitação química básica. 0 precipitado obtido é um precipitado alcalino (pH * 9,6), rico em matéria orgânica (40 ) , azoto, fósforo, cálcio, magnésio e potássio.

Table 3. Caraterização do precipitado obtido após precipitação química básica.

6.2. Carbonatação natural da água pré - tratada

Tabela 4. Caraterização do sobrenadante da carbonatação com o CO2 Atmosférico

A Figura 1 esquematiza a sequência de etapas do Processo.

Figura 1. Esquema do processo de Precipitação Química e Neutralização Natural. eja, 22 de Dezembro de 2016

De modo a evitar o uso de reagentes químicos para o abaixamento de pH é possível obter um abaixamento natural do pH.

Assim o sobrenadante obtido por precipitação química se armazenado ao abrigo do ar mantém-se físico-quimicamente estável ao longo do tempo. No entanto, se exposto à atmosfera ocorre de imediato a carbonatação natural, observando-se o abaixamento gradual do pH e a simultânea precipitação de CaC03 até se estabelecer o equilíbrio entre o precipitado e a solução. Este Processo ocorre segundo as seguintes equações químicas:

A constante de velocidade kia é 500 M_1 s’1 a 25 °C, enquanto que a constante de velocidade da reação lb é instantânea. De acordo com as constantes do produto de solubilidade (6. x 10~9 para o Mg e 3-6 x 10~6 M2 e Ca)a precipitação de carbonatos é favorecida.

Durante este processo a concentração de matéria orgânica permanece praticamente inalterada. A carbonatação natural permite também obter um efluente com menor condutividade que o efluente inicial, principalmente devido ao abaixamento da concentração de cálcio na solução. Os resultados obtidos encontram-se resumidos na tabela 4.

Tabela 4. Caraterização do sobrenadante da carbonatação com o CO2 Atmosférico

Claims (5)

1. Reivindicaç es 1) Processo de tratamento da Vinhaça proveniente da Indústria de Etanol, caracterizado por: a) Precipitação química básica a pH de tamponamento de 12,0 a 12,5, através da adição lenta de uma solução concentrada de cal hidratada, 200 g/L, à água residual da indústria de etanol, em agitação a 150 rpm; b) Sedimentação por camadas do precipitado obtido em l)a) num tempo de duas horas; c) Exposição do sobrenadante obtido em l)b) ao ar para a realização de reacções de carbonatação com o CO2 atmosférico e da precipitação do CaCCb e MgCCb formado; d) Exposição do sobrenadante obtido em l)b) ao ar para o sequestro simultâneo da amónia e produção de compostos de azoto que precipitam.;
2. 2. Processo de Tratamento de Águas Residuais da Indústria de Etanol, descrito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se obter precipitado na gama de pH de 10,0 a 12,5.
3. 3. Processo de Tratamento de Águas Residuais da Indústria de Etanol, descrito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser válido para efluentes à temperatura de saída do processo, 90 a 100°C, ou à temperatura ambiente.
4. 4. Processo de Tratamento de Águas Residuais da Indústria de Etanol, descrito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por produzir um sobrenadante com elevado índice de iodegradabilidade, C O5/CQO = 0,45-0,4 .
5. 5. Processo de Tratamento de Águas Residuais da Indústria de Etanol, descrito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por produzir um precipitado com características de correctivo organomineral. 22 de Dezembro de 2016