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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
JOÃO DE LIMA E SILVA
Desempenho do Reator Anaeróbio Horizontal com Chicanas no
tratamento da manipueira em fases separadas e estabilização do
pH com conchas de sururu
Maceió-AL
2009
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JOÃO DE LIMA E SILVA
Desempenho do Reator Anaeróbio Horizontal com Chicanas no
tratamento da manipueira em fases separadas e estabilização do
pH com conchas de sururu
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-Graduação em Recursos
Hídricos e Saneamento da Universidade
Federal de Alagoas em cumprimento a
requisito para obtenção de título de
mestre em Recursos Hídricos e
Saneamento.
Área de concentração: Saneamento
Orientador: Prof. Dr. Marcio Gomes Barboza
Co-orientador: Prof. Dr. Vicente Rodolfo Santos Cézar
Maceió-AL
2009
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Universidade Federal de Alagoas – UFAL
Centro de Tecnologia – CTEC
Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento – PPGRHS
Campus A. C. Simões, Av. Lourival de Melo Mota, s/n
Tabuleiro dos Martins – CEP: 57072-970 – Maceió, Alagoas
Tel/Fax: (82) 3214-1279 – e-mail: pp[email protected]
homepage://www.ctec.ufal.br/posgraduacao/ppgrhs
DESEMPENHO DO REATOR ANAERÓBIO HORIZONTAL COM CHICANAS NO
TRATAMENTO DA MANIPUEIRA EM FASES SEPARADAS E ESTABILIZAÇÃO DO
pH COM CONCHAS DE SURURU
JOÃO DE LIMA E SILVA
Dissertação apresentada à banca examinadora do Programa de Pós-Graduação em
Recursos Hídricos e Saneamento da Universidade Federal de Alagoas e aprovada
em 13 de julho do ano de 2009.
Banca Examinadora:
A minha querida mãe Maria Rosa de
Lima e Silva; a meu pai querido e
saudoso Manoel Raimundo da Silva; aos
meus irmãos e irmãs Genailda, Maria
Eva, Cícero e Rosalvo pela partilha,
apoio e unidade que se pode encontrar
em família;
A minha querida Noemia Bito,
companheira sempre presente e
atenciosa, por todo o amor,
compreensão e estímulo;
Dedico.
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Márcio Gomes Barboza, amigo e depois orientador, pela amizade,
confiança e orientação nestes três anos de muito aprendizado pessoal e técnico;
Ao amigo e Prof. Dr. Vicente Rodolfo Santos Cezar pela viabilização das visitas
técnicas e pelo auxílio na orientação do trabalho;
Ao Prof. Dr. Roberaldo Carvalho de Souza, sempre Tutor, pelo estímulo e conselhos
constantes;
Ao PET, Programa de Educação Tutorial, de Engenharia Civil da UFAL, onde me
iniciei pesquisador e engenheiro, onde tive aprendizado para além do conhecimento
acadêmico;
Ao PPGRHS: aos professores pelo conhecimento, aos técnicos e bolsistas pela
atenção e apoio;
Ao Laboratório de Saneamento Ambiental da UFAL onde usufruí de toda estrutura
para desenvolvimento dos experimentos;
Ao Laboratório de Saneamento Ambiental da UFPE onde fui acolhido e tive toda a
atenção para as determinações de nitrogênio total;
Ao Laboratório de Análise de Solos da Universidade Estadual Paulista – UNESP –
pela realização dos ensaios de minerais;
À Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas pela concessão de bolsa
de estudos;
À amiga Magaly Vieira Costa pela amizade, conversas sempre agradáveis e
frutíferas, uma pessoa digna e uma profissional notável;
À Janaina Braz, sempre amiga, pelas recomendações na condução do trabalho, pelo
apoio quando da visita ao LSA/UFPE, pela amizade incondicional;
Aos amigos do LSA/UFAL: Vitor, Eugênio, Viktor, Samuel, Giordano, Lívia e Igor
companheiros constantes na rotina de vidrarias e equipamentos;
Aos amigos engenheiros e arquitetos da Superintendência de Infraestrutura da
UFAL: Jaqueline, Herberth, Alexandre, Sebastião e Maurício;
Aos amigos Marquinhos, Flabel e Sidcley, sempre solícitos e atenciosos no cuidado
com os ambientes onde o trabalho acontecia.
A todos muitíssimo obrigado!
“Acho que vai certo método através das minhas incoerências. Creio que há uma
coerência que passa por todas as minhas incoerências assim como há na natureza
uma unidade que permeia as aparentes diversidades”.
Mahatma Gandhi.
RESUMO
SILVA, J. de L. e. Desempenho do Reator Anaeróbio Horizontal com Chicanas
no tratamento da manipueira em fases separadas e estabilização do pH com
conchas de sururu. 2009. 99f. Dissertação (Mestrado) – Centro de Tecnologia,
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2009.
O processamento industrial da mandioca gera diversos resíduos sólidos e líquidos
cujo impacto no meio ambiente pode ser bastante significativo se não houver um
tratamento adequado. A manipueira é um resíduo líquido gerado durante a
prensagem da mandioca triturada para produção de farinha ou na lavagem da
mandioca ralada para extração e purificação de fécula. Possui elevada concentração
de matéria orgânica, em torno de 70g.L
-1
, e efeito tóxico devido à presença de
cianeto que pode chegar a 400mg.L
-1
. É, por isso, o resíduo de maior impacto ao
meio biótico. Uma alternativa eficiente para o tratamento deste resíduo é a
biodigestão anaeróbia. O tratamento anaeróbio, embora necessite de mecanismos
para estabilização do pH em razão da rápida acidificação da manipueira, vem
ocupando espaço nas plantas industriais respaldado por pesquisas que confirmam
sua potencialidade para a redução de cargas orgânicas e cianeto e para a
otimização da conversão de matéria orgânica a biogás (gás carbônico, CO
2
, e
metano, CH
4
). Este predomínio tem sido possível devido ao desenvolvimento de
novas configurações de sistemas onde as unidades centrais são reatores
anaeróbios. Os reatores têm menor custo, são mais compactos, mais eficientes e
favorecem a produção e o aproveitamento de biogás, o qual pode ser introduzido no
processo de produção para suprir parte da demanda energética da planta industrial.
Este trabalho investiga o uso do Reator Anaeróbio Horizontal com Chicanas (RAHC)
em escala de bancada para o tratamento da manipueira com pH estabilizado através
de conchas de sururu. O RAHC foi concebido a partir de modificações no Reator
Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF), um reator tubular de alta taxa que
permite a permanência de uma grande massa de microrganismos imobilizada
aderida a uma matriz suporte fixa. O sistema utilizado foi constituído por dois
reatores em série para promoção da separação de fases. O substrato utilizado foi
produzido a partir de amostras coletadas em casa de farinha instalada na
Microrregião Produtora de Arapiraca, agreste do Estado de Alagoas, Brasil. Foram
desenvolvidas atividades de caracterização dos efluentes e monitoramento do
sistema durante 288 dias através de análises físico-químicas laboratoriais. A
avaliação do desempenho foi feita através de análises periódicas de DQO, ácidos
voláteis, alcalinidade total, pH, sólidos suspensos, nitrogênio e fósforo total para
manipueira diluída a 5%, 10% e 20%. A estabilização do pH foi realizada pela
formação de um leito fixo com conchas de sururu no reator acidogênico. Os
resultados confirmaram a adequação do RAHC ao tratamento da manipueira. O
sistema com 5% e 10% de manipueira obteve reduções de DQO máximas de 95%.
As conchas de sururu se mostraram adequadas para o controle do pH. Com o
sistema operando a 20% de manipueira, houve sobrecarga indicada por queda
significativa da eficiência e desestabilização do pH. Os resultados induzem a uma
alternativa promissora para o tratamento anaeróbio da manipueira com controle de
pH pelo aproveitamento das conchas de sururu.
Palavras-chave: Reatores anaeróbios, manipueira, conchas de sururu.
ABSTRACT
SILVA, J. de L. e. Performance of Anaerobic Horizontal Reactors with Chicanes
in the treatment of manipueira in separate phases and stabilize of the pH with
shells of sururu. 2009. 99f. Dissertação (Mestrado) – Centro de Tecnologia,
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2009.
The industrial processing of cassava generates various solid waste and wastewater
whose impact on the environment can be quite significant if no appropriate treatment.
The manipueira is a wastewater generated during the pressing of cassava for
production of flour or washing of cassava for starch extraction and purification. It has
high concentration of organic matter, around 70g.L
-1
, and toxic effect due to the
presence of cyanide that can reach 400mg.L
-1
. Therefore, it is the residue of greater
impact to the biota. An efficient alternative for the treatment of this waste is anaerobic
digestion. The anaerobic treatment, although it needs mechanisms to stabilize the pH
because the rapid acidification of manipueira, has been occupying space in the
industrial plants backed by research that confirms its potential to reduce COD and
cyanide and for optimization of the conversion of organic matter to biogas (carbon
dioxide, CO
2
, and methane, CH
4
). This predominance has been possible due to the
development of new configurations of systems where the central units are anaerobic
reactors. The reactors are cheap, more compact, more efficient and promote the
production and use of biogas which can be introduced in the production process to
supply the industrial energy demand. This work investigates the use of Anaerobic
Horizontal Reactors with Chicane (RAHC) at bench scale for the treatment of
manipueira with pH stabilized by shells of sururu. The RAHC was designed from
changes in the Anaerobic Horizontal Reactor of Fixed Bed (RAHLF), a tubular high-
rate reactor that allows the retention of a large immobilized mass of microorganisms
attached in a fixed support. The system used was composed of two reactors in series
to promote the separation of phases. The substrate used in the work was produced
from samples collected at home flour installed in Microregion Producer of Arapiraca,
Alagoas, Brazil. Were developed activities for characterization of effluents and
system monitoring during 288 days through physical-chemical laboratory analysis.
The performance was evaluated through periodic analysis of COD, volatile acids,
total alkalinity, pH, solids, total nitrogen and phosphorus to manipueira diluted to 5%,
10% and 20%. The stabilization of pH was conducted by formation of a fixed bed with
shells of sururu in the acidogenic reactor. The shells of sururu were adequate to the
pH control. The results confirmed the adequacy of RAHC to the manipueira
treatment. The system with 5% and 10% of manipueira obtained maximum COD
reduction of 95%. With the system operating at 20% of manipueira, was overload
indicated by a significant drop in efficiency and destabilization of the pH. The results
lead to a promising alternative for the manipueira anaerobic treatment with control of
pH by use of the shells of sururu.
Keywords: Anaerobic reactor, manipueira, shells of sururu.
SIGLAS
ATP: Fosfato de adenosina
AV/AT: Relação ácidos voláteis e alcalinidade total
CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente
COV: Carga orgânica volumétrica
DBO
5
: Demanda bioquímica de oxigênio para consumo de 5 dias a 20ºC
DQO: Demanda química de oxigênio
E5, E10, E20: Etapas de operação do sistema com manipueira diluída a 5%, 10% e 20%
IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
LSA: Laboratório de Saneamento Ambiental
LP: Lavoura permanente
LT: Lavoura temporária
MAPA: Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
RAHC: Reator Anaeróbio Horizontal com Chicanas
RAHLF: Reator Anaeróbio Horizontal do Leito Fixo
UASB: Reator Anaeróbio com Manta de Lodo (Upflow Anaerobic Sludge Bed)
SEBRAE: Serviço Brasileiro de Apoio a Micro e Pequena Empresa
UFPE: Universidade Federal de Pernambuco
UNESP: Universidade Estadual Paulista
TDH: Tempo de Detenção Hidráulica
TRC: Tempo de Retenção Celular
WHO: World Health Organization
TABELAS
Tabela 3.1. Produção brasileira de mandioca em 2007. ............................................. 18
Tabela 3.2. Produção de mandioca no Nordeste em 2007. ........................................ 19
Tabela 3.3. Principais produtos agrícolas de Alagoas. ................................................ 20
Tabela 3.4 - Composição da mandioca. ...................................................................... 22
Tabela 3.5 – Efeito das concentrações de cianeto para a saúde humana. ................. 33
Tabela 3.6 - Composição físico-química da manipueira segundo a literatura (mg.L
-1
).34
Tabela 3.7 - Composição química média da concha de sururu. .................................. 42
Tabela 4.1 - Métodos utilizados nas análises laboratoriais. ........................................ 53
Tabela 4.2. Parâmetros e periodicidade dos ensaios de monitoramento. ................... 56
Tabela 5.1 - Características físicas e químicas da manipueira gerada em farinheira. 58
Tabela 5.2. Composição mineral da manipueira (mg.L
-1
). ........................................... 59
Tabela 5.3 - pH observado para Etapa E5. ................................................................. 61
Tabela 5.4 - Ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para E5. ................................................. 65
Tabela 5.5 - Alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E5. .............................................. 66
Tabela 5.6 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para E5. .......................................................... 68
Tabela 5.7 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E5. ................................... 69
Tabela 5.8 - Variação de pH para E10. ....................................................................... 71
Tabela 5.9 - Ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para Etapa E10. ..................................... 73
Tabela 5.10 - Variação de alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10. ...................... 75
Tabela 5.11 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para E10. ...................................................... 77
Tabela 5.12 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E10. ............................... 78
Tabela 5.13 - Nitrogênio total para E10 (mgN.L
-1
). ...................................................... 80
Tabela 5.14 - Fósforo total para E10 (mgP.L
-1
). .......................................................... 81
Tabela 5.15 - pH para Etapa E20. ............................................................................... 82
Tabela 5.16 - Ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para E20. ............................................. 84
Tabela 5.17 - Alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E20. .......................................... 86
Tabela 5.18 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para E20. ...................................................... 87
Tabela 5.19 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para E20. ......................................... 88
Tabela 5.20 - Nitrogênio total (mgN.L
-1
) para E20. ...................................................... 89
Tabela 5.21 - Fósforo total (mgP.L
-1
) para E20. .......................................................... 90
Tabela 5.22. Relações AV/AT observadas no estudo. ................................................ 91
FIGURAS
Figura 3.1 - Histórico da produção alagoana de mandioca de 1998 a 2007. ............ 21
Figura 3.2 - Atividades para processamento da mandioca. (a) descascamento, (b)
trituração. ............................................................................................. 25
Figura 3.3 – Atividade de prensagem no processamento da mandioca. ................... 26
Figura 3.4 - Atividades para processamento da mandioca. (a) esfarelamento; (b)
torração. ............................................................................................... 26
Figura 3.5. Atividades para processamento da mandioca. (a) peneiramento; e (b)
ensacamento. ...................................................................................... 27
Figura 3.6. Processamento da mandioca para produção de farinha. ........................ 28
Figura 3.7. Processamento da mandioca para extração de fécula. ........................... 28
Figura 3.8 - Manipueira: (a) da extração de fécula; (b) da produção de farinha. ....... 31
Figura 3.9 - Cianogênese na mandioca a partir da linamarina. ................................. 32
Figura 3.10 - Deposição da manipueira em escavação, Girau do Ponciano, AL....... 35
Figura 3.11 - Lançamento da manipueira in natura no solo, Girau do Ponciano, AL. 35
Figura 3.12 - Sequência de processos na digestão anaeróbia de macro moléculas
complexas (os números se referem a porcentagens expressas como
DQO). Fonte: Campos (1999) .............................................................. 37
Figura 3.13 – Conchas de sururu. ............................................................................. 42
Figura 3.14 - Conchas em conteiner da limpeza municipal de Maceió/AL. Fonte:
Gomes et al. (2004). ............................................................................ 43
Figura 3.15 - Conchas depositadas às margens da lagoa Mundaú, Maceió/AL. Fonte:
Gomes et al. (2004). ............................................................................ 43
Figura 3.16 - Reator Anaeróbio com Chicanas. Adaptado: Barboza (2005). ............ 45
Figura 4.1 - Casa de Farinha. (a) Fachada; (b) Interior. ............................................ 47
Figura 4.2 - Layout da casa de farinha do fornecedor de manipueira. ...................... 48
Figura 4.3 - Esquema do sistema de tratamento. ...................................................... 49
Figura 4.4 - Instalação experimental do sistema de tratamento com RAHC. ............ 50
Figura 4.5 - Coleta do lodo para inoculação do sistema. .......................................... 51
Figura 4.6 - Espuma de poliuretano. (a) isenta; (b) impregnada com inóculo. .......... 52
Figura 5.1 - Variação espacial do pH no reator acidogênico para a Etapa E5. ......... 60
Figura 5.2 - pH observado para E5: (a) variação temporal; (b) box plot. ................... 62
Figura 5.3 - Variação espacial de ácidos voláteis para E5 no reator acidogênico..... 63
Figura 5.4 - Ácidos voláteis para E5: (a) variação temporal; (b) box plot. ................. 64
Figura 5.5 - Variação espacial da Alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E5. ........... 66
Figura 5.6 - Alcalinidade total para E5 (a) variação temporal; (b) box plot. ............... 67
Figura 5.7 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para Etapa E5. .............................................. 69
Figura 5.8 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E5. ................................. 70
Figura 5.9 - Variação espacial do pH para E10. ........................................................ 71
Figura 5.10 - Variação de pH para E10: (a) variação temporal; (b) box plot. ............ 72
Figura 5.11 - Variação espacial de ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10. .......... 73
Figura 5.12 – AV (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10: (a) variação temporal; (b) box plot. ....... 74
Figura 5.13 - Variação espacial da alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10. ....... 75
Figura 5.14 - Alcalinidade total para E10: (a) variação temporal; (b) box plot. .......... 76
Figura 5.15 - Variação de DQO (mg.L
-1
) no sistema para E10. ................................. 77
Figura 5.16 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E10. ............................. 79
Figura 5.17 - Nitrogênio total para Etapa E10. .......................................................... 80
Figura 5.18 - Fósforo total para Etapa E10. .............................................................. 81
Figura 5.19 - pH na Etapa E20: (a) variação temporal; (b) box plot. ......................... 83
Figura 5.20 - Variação temporal de ácidos voláteis para E20. .................................. 84
Figura 5.21 - Box plot de ácidos voláteis para E20. .................................................. 85
Figura 5.22 - Variação temporal da alcalinidade total para E20. ............................... 85
Figura 5.23 - Box plot da alcalinidade total para E20. ............................................... 86
Figura 5.24 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para Etapa E20. .......................................... 88
Figura 5.25 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para E20. ........................................ 89
Figura 5.26 - Eficiência no sistema na redução de DQO. ......................................... 92
SUMÁRIO
Capítulo 1 - INTRODUÇÃO ...................................................................................... 14
Capítulo 2 - OBJETIVOS ........................................................................................... 16
2.1. Geral ............................................................................................................... 16
2.2. Específicos .................................................................................................... 16
Capítulo 3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................. 17
3.1. A cultura da mandioca .................................................................................. 17
3.2. Produção de mandioca ................................................................................. 18
3.3. Composição da mandioca ............................................................................ 21
3.4. Consumo e mercado de mandioca e derivados ......................................... 23
3.5. Processamento da mandioca ...................................................................... 24
3.6. Subprodutos do processamento da mandioca .......................................... 27
3.7. Manipueira ..................................................................................................... 30
3.7.1.Manipueira em Alagoas ............................................................................ 34
3.7.2.Utilização da manipueira .......................................................................... 36
3.8. Tratamento anaeróbio da manipueira ......................................................... 37
3.9. Estabilização do pH no tratamento anaeróbio da manipueira .................. 41
3.10. Reator Anaeróbio com Chicanas (RAHC) ................................................... 43
Capítulo 4 - MATERIAL E MÉTODOS .................................................................... 46
4.1. Local de pesquisa ......................................................................................... 46
4.2. Substrato ....................................................................................................... 46
4.3. Sistema de tratamento .................................................................................. 49
4.4. Inóculo, matriz suporte e estabilização do pH ........................................... 50
4.4.1.Inóculo ........................................................................................................ 50
4.4.2.Conchas de sururu .................................................................................... 51
4.4.3.Espumas de poliuretano ........................................................................... 52
4.5. Procedimento experimental ......................................................................... 52
4.5.1.Métodos analíticos .................................................................................... 53
4.5.2.Caracterização da manipueira .................................................................. 54
4.5.3.Partida do sistema ..................................................................................... 54
4.5.4.Monitoramento do sistema de tratamento .............................................. 55
Capítulo 5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................... 57
5.1. Caracterização da manipueira ..................................................................... 57
5.2. Monitoramento do sistema .......................................................................... 59
5.2.1.Etapa E5 – Carga orgânica equivalente a 5% da manipueira ................ 60
5.2.1.1. pH ........................................................................................................ 60
5.2.1.2. Ácidos voláteis ................................................................................... 63
5.2.1.3. Alcalinidade total ................................................................................ 65
5.2.1.4. Demanda química de oxigênio .......................................................... 68
5.2.1.5. Sólidos suspensos totais .................................................................. 69
5.2.2.Etapa E10 – Carga orgânica equivalente a 10% da manipueira ............ 70
5.2.2.1. pH ........................................................................................................ 70
5.2.2.2. Ácidos voláteis ................................................................................... 72
5.2.2.3. Alcalinidade total ................................................................................ 74
5.2.2.4. Demanda química de oxigênio .......................................................... 76
5.2.2.5. Sólidos suspensos totais .................................................................. 78
5.2.2.6. Nitrogênio total e fósforo total .......................................................... 79
5.2.3.Etapa E20 – Carga orgânica equivalente a 20% da manipueira ............ 81
5.2.3.1. pH ........................................................................................................ 81
5.2.3.2. Ácidos voláteis ................................................................................... 83
5.2.3.3. Alcalinidade total ................................................................................ 85
5.2.3.4. Demanda química de oxigênio .......................................................... 87
5.2.3.5. Sólidos suspensos totais .................................................................. 88
5.2.3.6. Nitrogênio total e fósforo total .......................................................... 89
5.2.4.Considerações finais ................................................................................ 90
5.2.4.1. Relação ácidos voláteis/alcalinidade total ....................................... 90
5.2.4.2. Redução de DQO ................................................................................ 92
Capítulo 6 - CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES ................................................ 93
REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 96
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
A mandioca (monihot esculenta cranz) é o segundo produto agrícola de
maior abrangência nacional, sendo encontrada em todo o território brasileiro,
perdendo somente para a cultura do milho (IBGE, 2007).
Em Alagoas é uma cultura subsidiária fortemente dispersa, mas presente
em todas as microrregiões do Estado. A safra de 2007 no Estado foi de
aproximadamente 222 mil toneladas, 16,2% menor que no ano anterior. Estima-se
que 89,4% desta produção provêm das microrregiões de Arapiraca, Palmeira dos
Índios, Serrana do Sertão Alagoano e São Miguel dos Campos. Em 2007 a
produtividade de Alagoas foi de 13,2t/ha, próxima à média nacional (14t/ha).
A conversão da mandioca a farinha ou a fécula dá origem a uma grande
massa de resíduos sólidos e líquidos que não são convenientemente destinados ou
tratados devido à falta de planos de manejo que considerem o tratamento ou o
reaproveitamento destes rejeitos. Consideram-se os resíduos líquidos os mais
agressivos ao meio ambiente. Cereda (1994) os classifica em três categorias
conforme o produto extraído e o potencial poluidor: (1) água de lavagem das raízes
que apresenta baixa DBO
5
; (2) manipueira resultante da prensagem da massa
ralada, com DBO
5
elevada; e (3) água de extração da fécula, resultante da
concentração do leite de amido.
A inexistência ou má operação de sistemas de tratamento tem levado à
deposição da manipueira bruta em corpos d’água ou no solo. Esta situação é a
mesma tanto para a maioria dos produtores de Alagoas quanto dos demais estados
da Federação que cultivam ou beneficiam a mandioca.
Capítulo 1 – Introdução
15
O tratamento da manipueira através da digestão anaeróbia em fases
separadas tem se firmado como uma alternativa adequada sobretudo devido a
possibilidade de utilização de reatores compactos, de fácil operação, mais eficientes
e com facilidade de captação de biogás (metano, CH
4
, e gás carbônico, CO
2
).
Embora os sistemas construídos mais comumente sejam lagoas de estabilização,
estudos recentes têm confirmado a viabilidade de sistemas mais modernos, onde os
reatores anaeróbios são as unidades principais.
No tratamento biológico da manipueira, ocorre uma grande formação de
ácidos com consequente queda de pH, decorrente da rápida fermentação do
resíduo. Cria-se, assim, a necessidade de mecanismos para mantê-lo numa faixa
adequada para os microrganismos metanogênicos no tratamento em duas fases.
Esta necessidade pode onerar o processo, devendo-se assim, buscar materiais de
custo menor que permitam este controle. É o caso das conchas de sururu, um
resíduo sólido rico em óxido de cálcio encontrado com abundância às margens dos
estuários do Estado de Alagoas.
Este trabalho propõe o uso de Reator Anaeróbio Horizontal com Chicanas
(RAHC) para o tratamento de manipueira em duas fases com estabilização do pH
através das conchas de sururu. O RAHC foi concebido a partir de modificações no
Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF), um reator de alta taxa que
permite a permanência de uma grande massa de microrganismos aderidos em
matriz fixa permitindo a redução do tempo de detenção hidráulica (TDH) da estrutura
de tratamento. O RAHC visa, através do uso de chicanas, a remoção de
biopartículas do leito suporte e a consequente redução da colmatagem.
Capítulo 2
OBJETIVOS
2.1. Geral
Avaliar uma alternativa para o tratamento anaeróbio, em duas fases, de águas
residuárias provenientes da indústria beneficiadora da mandioca a partir de
resíduo coletado em casa de farinha do Agreste Alagoano.
2.2. Específicos
a) Caracterizar a manipueira da indústria beneficiadora da mandioca do estado de
Alagoas;
b) Verificar o comportamento das conchas de sururu na estabilização do pH em
reator acidogênico;
c) Investigar a viabilidade do uso de reatores tipo RAHC no tratamento de
manipueira;
d) Avaliar as variações de DQO, alcalinidade, ácidos voláteis, pH, fósforo total,
nitrogênio total e sólidos fixos e voláteis para três diferentes cargas orgânicas
de entrada e tempo de detenção hidráulica (TDH) fixo.
Capítulo 3
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A produção de mandioca tem ampla presença no território brasileiro com
importância alimentar e econômica na agricultura familiar. Em Alagoas é o segundo
produto agrícola de maior importância. Neste capítulo se faz uma caracterização
deste produto no que se refere à produção, importância econômica e propriedades
físicas e químicas, com particular interesse na problemática da geração de resíduos
e nas alternativas disponíveis para resolvê-la.
3.1. A cultura da mandioca
A mandioca (monihot esculenta cranz) é uma raiz originária do continente
americano, tendo se espalhado pelos trópicos, sobretudo os asiáticos e africanos.
Plantada essencialmente em pequenas áreas, é típica de países em
desenvolvimento tendo papel importante na alimentação humana e animal, como
matéria-prima em inúmeros produtos industriais e artesanais e na geração de
emprego e renda. É uma cultura de subsistência tolerante à seca e a solos de baixa
fertilidade (MAPA, 2005).
O Nordeste é a maior região brasileira produtora de mandioca. No semi-
árido nordestino, seu cultivo se concentra no agreste, zona intermediária entre o
litoral e o sertão. O Nordeste também é a maior consumidora da mandioca
convertida em farinha. A produção de fécula na Região é limitada pela necessidade
de grande quantidade de água de boa qualidade, quase sempre indisponível nas
porções mais secas do semi-árido.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
18
Em Alagoas, a mandioca está presente em praticamente todo o território,
contudo, o cultivo é feito geralmente em consórcio com a produção do milho, fumo e
feijão. De acordo com SEBRAE (2005), é a mandioca uma importante fonte de renda
para muitas famílias do agreste alagoano.
3.2. Produção de mandioca
No Brasil, do total de 5.564 municípios, são 4.731 os que informam o plantio
da mandioca. É encontrada em todos os estados brasileiros (IBGE, 2007).
A produção brasileira de mandioca atingiu o máximo de 30 milhões de
toneladas no início da década de 70, se estabilizou em torno de 24 milhões de
toneladas no período de 1972 a 1987 e atingiu o mínimo de 20 milhões de toneladas
em 2000 (Cavalcanti, 2008). Desde então, a produção vem crescendo lentamente
até se estabilizar em 26,5 milhões de toneladas nos anos de 2006 e 2007, IBGE
(2007).
Na Tabela 3.1 é apresentada a produção nas grandes regiões brasileiras em
2007. A região Nordeste apresentou a maior produção, 9,7 milhões de toneladas
(36,7% da produção nacional), colhida numa área estimada em 945 mil hectares.
Tabela 3.1. Produção brasileira de mandioca em 2007.
Grandes
Regiões
Produção
Área
plantada
(1000ha)
Rend.
(t/ha)
Valor
(R$/t)
2007
(1000t)
(%)
Variação
(1)
(%)
Brasil
Nordeste 9.742 1,3% 36,7 945,3 10,8 135,2
Norte 7.559 3,5% 28,5 500,8 15,3 163,8
Sul 5.370 (-)6,6% 20,2 271,6 19,8 241,3
Sudeste 2.358 (-)5,4% 8,9 128,5 18,4 272,2
Centro-Oeste 1.511 2,2% 5,7 94,9 15,0 320,0
Brasil 26.541 (-)0,4% -- 1.941,1 14,0 187,5
(1)
Variação percentual da produção em relação ao ano de 2006.
Fonte: IBGE (2007).
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
19
Embora cultivada em todo o Território Nacional, a mandioca está
concentrada nos estados do Pará, Bahia e Paraná, onde se encontram
aproximadamente 50% da produção. O Pará é o principal produtor com 5,2 milhões
de toneladas (19,6% da produção nacional). A Bahia vem em seguida, com 4,5
milhões de toneladas (16,9%) e o Paraná com 3,3 milhões de toneladas (12,7%) é o
terceiro, IBGE (2007).
A produção da Bahia junto com a do Maranhão, quarto maior produtor do
Brasil, perfaz 63,6% da produção nordestina. Alagoas, no ano de 2007, teve a
menor safra no Nordeste. Na Tabela 3.2 é apresentada a produção de todos os
estados nordestinos.
Tabela 3.2. Produção de mandioca no Nordeste em 2007.
Produção
Área
plantada
(1000ha)
Rend.
(t/ha)
Valor
(R$/t)
2007
(1000t)
(%)
Variação
(1)
(%)
Nordeste
Bahia 4.481 (-)2,8% 46,0 377,1 13,2 116,1
Maranhão 1.766 15,4% 18,1 215,2 8,3 162,5
Ceará 749 (-)9,3% 7,7 99,7 7,5 161,4
Pernambuco 622 3,9% 6,4 58,7 10,6 158,4
R.G. do Norte 566 (-)18,8% 5,8 52,4 11,0 167,2
Piauí 550 44,6% 5,6 60,9 9,0 105,3
Sergipe 498 7,0% 5,1 33,7 14,8 145,5
Paraíba 286 6,4% 2,9 30,9 9,2 137,1
Alagoas 223 (-)16,5% 2,3 16,8 13,2 116,9
Nordeste 9.742 1,3% 100,0 954,0 10,8 135,2
(1)
Variação percentual da produção em relação ao ano de 2006.
Fonte: IBGE (2007).
A produção alagoana ganha relevância quando se consideram as condições
locais. Segundo IBGE (2007), embora a área plantada de mandioca ocupasse no
ano de 2007 apenas 2,5% da área plantada total do Estado, foi esta a segunda
maior safra agrícola de Alagoas, conforme se verifica na Tabela 3.3.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
20
Tabela 3.3. Principais produtos agrícolas de Alagoas.
Produção (1000t)
Área
plantada
(1000ha)
Rend.
(kg/ha)
Valor
(R$/t)
2007
Variação
(1)
(%)
1 Cana-de-açúcar LT 24.993,1 (-) 6 410,8 60.837 41,6
2 Mandioca LT 222,5 (-)16,5 16,8 13.250 116,9
3 Coco-da-baía LP 47,7 5 12,7 3.761 385,3
4 Banana LP 43,7 0 4,0 10.906 255,1
5 Feijão (em grão) LT 35,4 20 89,1 409 747,1
6 Milho (em grão) LT 34,1 13 73,2 496 328,9
7 Laranja LT 33,1 4 3,9 8.495 225,7
8 Batata-doce LT 18,8 (-)1 2,1 9.131 299,5
9 Arroz (em casca) LT 13,0 (-)2 13,0 1.015 966,9
10 Fumo (em folha) LP 11,9 (-)8 3,2 4.091 360,0
LP: Lavoura permanente. LT: Lavoura temporária
(1)
Variação percentual da produção em relação ao ano de 2006.
Fonte IBGE (2007).
A mandioca tem numerosos usos correntes e potenciais classificados,
segundo o tipo de raiz, em duas grandes categorias: mandioca de “mesa” (aipim ou
macaxeira) e mandioca para a indústria. A maior parte da mandioca de “mesa” é
comercializada na forma in natura. A mandioca para a indústria tem grande
variedade de usos dos quais, a farinha e a fécula são os mais importantes. A farinha
tem essencialmente uso alimentar, com elevada especificidade regional que, em
muitos casos, torna o produto cativo a mercados locais (MAPA, 2005).
Em Alagoas, a mandioca e a macaxeira são cultivadas em pequenas
plantações onde os métodos de cultivo são tradicionais e onde há pouca utilização
de insumos e equipamentos. O plantio se dá geralmente consorciado. Na área de
produção principal, a mandioca compartilha espaço com o fumo, o milho, o feijão e
com menor frequência com a batata. A mão-de-obra utilizada é essencialmente
familiar.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
21
A produção em Alagoas é fortemente dispersa, mas presente em todas as
microrregiões do Estado. Há predominância de quatro microrregiões: Arapiraca,
Palmeira dos Índios, Serrana do Sertão Alagoano e São Miguel dos Campos.
Juntas, essas microrregiões proporcionam 89,4% da produção do Estado. Arapiraca
se destaca como a quarta microrregião produtora do Nordeste com 76% da
produção alagoana e 3,08% da nordestina (SEBRAE, 2005).
A produção média alagoana nos últimos dez anos foi de 293 mil toneladas.
Observa-se na Figura 3.1 que a safra de 2007, aproximadamente 222 mil toneladas,
foi a terceira menor do período. A variabilidade na produção é uma característica da
cultura da mandioca no Nordeste devido à vulnerabilidade da agricultura à
instabilidade climática do sertão e agreste. Avalia-se que a produtividade alagoana
varia historicamente entre 8 e 18t/ha. Em 2007 a produtividade de Alagoas foi de
13,2t/ha, próxima à média nacional (14t/ha).
0
5
10
15
20
25
30
35
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Área (mil ha)
0
70
140
210
280
350
420
490
Produção (mil t)
Área plantada Área colhida Produção
Figura 3.1 - Histórico da produção alagoana de mandioca de 1998 a 2007.
3.3. Composição da mandioca
Cereda et al. (2001) sintetiza a mandioca como uma raiz amiláceas,
contendo menos de 1% de proteína, teores negligenciáveis de lipídeos, pobre em
minerais e vitaminas do grupo B e com teores apreciáveis de vitamina C quando
fresca.
A composição da mandioca apresentada na literatura é, em geral, bastante
variável dependendo do cultivar, das técnicas de cultivo, época de colheita,
metodologia de análise, entre outros fatores. Segundo Cereda et al. (2001), a
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
22
mandioca é eminentemente calórica, gerando cerca de 1.500cal.kg
-1
, a partir de
carboidratos (350g.kg
-1
). Os demais componentes somados, considerados pelos
valores médios, não ultrapassam 50g.kg
-1
. Quanto aos minerais, são mais altos os
teores de fósforo e cálcio, ocorrendo ferro em quantidade muito baixa. Nota-se na
Tabela 3.4 a diferença de composição quando se consideram as folhas que
concentram teores expressivos de proteína e baixos teores de carboidratos. Outra
caracteristica da mandioca que chama a atenção é o teor de umidade,
correspondente a mais de 64% do peso total.
Tabela 3.4 - Composição da mandioca.
Componentes
(g.kg
-1
)
Raízes Folhas
Minerais
(mg.kg
-1
)
Raízes Folhas
Á
gua 621,0 772,0 Potássio 1,4 --
Fibra
(1)
12,5 25,4 Cálcio 57,5 206,0
Lipídios
(1)
6,5 13,1 Sódio 56,0 --
Carboidrato
(1)
341,8 10,3 Nitrogênio 2.000,0 1.100,0
Proteínas
(1)
4,3 161,5 Fósforo 84,3 95,0
Cinzas
(1)
12,0 17,7 Ferro 0,9 3,5
-- -- -- Cobre 8,4 --
-- -- -- Manganês 12,0 --
-- -- -- Boro 3,3 --
-- -- -- Zinco 24,0 --
-- -- -- Molibdênio 0,9
-- -- -- Aumínio 19,0
(1)
fração da matéria seca.
Fonte: Adaptado de Martelli (1951)
1
e Oke (1968)
2
apud Cereda et al. (2001).
A fração mais importante é, portanto, a dos carboidratos dos quais a maior
parte é constituída de amido. A fração não amilácea é de 3,10%, dos quais 1,97%
são de açúcares redutores (0,93% de glicose, 0,43% de frutose e maltose) e 1,71%
de não redutores (1,7 de sacarose e 0,01% de rafinose). O teor de amido, embora
variável, é considerado pelos autores como alcançando até 35% da matéria fresca.
1
MARTELLI, H. L. Mandioca – planta de valor. A Fazenda, v.46, p.40, 1951.
2
OKE, O. L. Cassava as food en Nigéria. World Review Nutritional Dietetics, v.96, p.227-50, 1968.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
23
3.4. Consumo e mercado de mandioca e derivados
A produção brasileira de mandioca é praticamente consumida no mercado
interno. Nas regiões Norte e Nordeste predomina a conversão a farinha. No Sul e
Sudeste, a maior parte da mandioca é destinada à indústria de fécula principalmente
nos estados do Paraná, São Paulo e Minas Gerais (MAPA, 2005).
Os dados publicados na mais recente Pesquisa de Orçamentos Familiares
(POF), realizada pelo IBGE em 2003, apontam para a supremacia do consumo per
capita de mandioca e derivados no Brasil nos estados do Amazonas (16,6kg.hab
-
1
.ano
-1
) e do Acre (7,9kg.hab
-1
.ano
-1
) ambos da Região Norte. A Região Nordeste é a
menor consumidora per capita de mandioca e a segunda maior de farinha
15,3kg.hab
-1
.ano
-1
; praticamente metade do consumo estimado para a Região Norte
(33,8kg.hab
-1
.ano
-1
). As Regiões Norte e Nordeste estão a frente das demais
também em relação ao consumo de fécula: 1,8 e 1,4kg.hab
-1
.ano
-1
, respectivamente.
A mesma Pesquisa demonstra que o consumo de mandioca nos estados
nordestinos é em geral baixo, cerca de 3,2kg.hab
-1
.ano
-1
para Pernambuco e
3,0kg.hab
-1
.ano
-1
para Alagoas. O Estado de Alagoas é o quinto maior consumidor
do produto convertido em farinha com 11,9kghab
-1
.ano
-1
; o Maranhão é o maior
consumidor com 19,2kg.hab
-1
.ano
-1
.
Para Lima (1982), o rendimento de farinha em relação às raízes consumidas
depende da variedade, idade da cultura e sistema de fabricação adotado. De
maneira geral, são produzidas de 0,25t a 0,35t de farinha por tonelada de mandioca.
Em relação à produção de fécula, Anrain (1983) afirma que o rendimento é de 0,25t
de fécula por tonelada de raiz processada.
De acordo com o SEBRAE (2009), das raízes produzidas nas lavouras
alagoanas, 72% são vendidas para casas de farinha dos estados de Pernambuco e
Sergipe, principalmente. O restante, 28%, são destinadas para a fabricação de
farinha em casas tradicionais e que produzem para o autoconsumo. Estima-se que
existam no território alagoano 1 fecularia e 587 casas de farinha, sendo 88
comunitárias (15%) e 499 particulares (85%).
A farinha das unidades de produção menores é comumente vendida aos
feirantes locais enquanto os intermediários assimilam a produção das casas maiores
a qual é destinada aos municípios circunvizinhos.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
24
O mercado alagoano se encontra tomado por farinha produzida em estados
vizinhos, principalmente Sergipe e Pernambuco. A matéria-prima para esta farinha é,
muitas vezes, oriunda das lavouras alagoanas.
De acordo com o SEBRAE (2005), em Arapiraca e São Miguel dos Campos,
encontram-se as maiores casas de farinha e as empresas responsáveis pelo
empacotamento e comercialização do produto. Em Palmeira dos Índios e na Serrana
do Sertão há um maior consumo da produção ainda pelos proprietários sendo
apenas o excedente comercializado.
Nas áreas de menor produção em Alagoas, predominam as casas de farinha
tradicionais onde a produção é realizada através de procedimentos artesanais e que
funcionam, em sua maioria, de modo intermitente, apenas quando um determinado
agricultor deseja converter sua produção. Nas áreas de maior produção, tanto são
encontradas unidades tradicionais como comerciais onde se percebe um razoável
nível de mecanização mais particularmente nas etapas de trituração, prensagem e
torração da farinha. Em todos os casos é comum o uso de madeira como
combustível para os fornos (SEBRAE, 2005).
As unidades comerciais operam de modo contínuo geralmente 5 ou 6 dias
por semana. A capacidade de processamento nas unidades tradicionais fica entre
0,3t.dia
-1
a 1,0t.dia
-1
. Nas casas comerciais maiores, a capacidade de produção
pode variar de 12t.dia
-1
a 80t.dia
-1
.
3.5. Processamento da mandioca
O processo de produção de farinha consiste basicamente na retirada do
excesso de água através da trituração da mandioca, prensagem e torrefação da
massa resultante. As atividades que constituem o beneficiamento da mandioca para
fabricação de farinha, conforme orientações do Manual de Referência para Casas de
Farinha elaborado pelo SEBRAE (2006), são detalhadas na Figura 3.2 à Figura 3.5:
a) Descascamento: representa o início do processamento da mandioca.
Pode ser feito mecanicamente, através do lavador/descascador ou
manualmente com o uso de pequenas facas. Nesta etapa é produzido
um resíduo sólido (cascas).
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
25
Figura 3.2 - Atividades para processamento da mandioca. (a) descascamento, (b)
trituração.
a) Lavagem: após o descascamento as raízes são lavadas para remoção
de restos de cascas e de materiais particulados provenientes do contato
das raízes com o solo. A água utilizada na lavagem resulta em um
efluente líquido com pequena concentração de manipueira.
b) Trituração: é composta de uma sequência de raladores que irão
transformar as raízes em uma massa. No passado, as raízes
descascadas eram cortadas e moídas com o uso de tração animal
aplicada a uma grande roda a qual transmitia o movimento ao rodete
responsável pela trituração da raiz. Atualmente, utiliza-se um moinho
elétrico denominado triturador.
c) Prensagem: depois de triturada, a massa resultante é prensada para
redução da umidade. São utilizadas prensas manuais ou hidráulicas. Nas
prensas hidráulicas, a massa é distribuída em camadas para facilitar a
remoção da umidade. É nesta etapa que é gerada a manipueira.
d) Esfarelamento: a massa prensada é levada ao esfarelador cujo objetivo
é desfazer a compactação produzida na etapa anterior. Este processo
pode ser mecânico ou manual. No esfarelamento manual, é utilizado um
ralador comum, enquanto no mecanizado se utilizam equipamentos
denominados trituradores.
a
b
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
26
Figura 3.3 – Atividade de prensagem no processamento da mandioca.
a) Torração (secagem): após o esfarelamento, a massa é levada ao forno
para secagem e eliminação dos resíduos de manipueira. A torração mais
tradicional consiste em um forno circular plano onde a massa é colocada
e virada periodicamente com uma pá de madeira. Pode-se, contudo,
dotar o forno de pás misturadoras mecanizadas. A secagem também
contribui para o clareamento do produto final. O inconveniente deste
processo é o uso de madeira como combustível. Uma alternativa que
vem sendo considerada é a substituição da madeira por bagaço de
cana-de-açúcar.
b) Peneiramento: é feito com a finalidade de obter uma uniformidade na
granulação da farinha. A malha da peneira é determinada de acordo com
o tamanho desejado para o grão.
Figura 3.4 - Atividades para processamento da mandioca. (a) esfarelamento; (b)
torração.
a
b
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
27
a) Ensacamento: é a atividade final do processamento da mandioca. Nesta
fase, a farinha é classificada, pesada e acondicionada em sacos de ráfia
com capacidade para 50kg ou em pacotes de 1kg.
Figura 3.5. Atividades para processamento da mandioca. (a) peneiramento; e (b)
ensacamento.
3.6. Subprodutos do processamento da mandioca
Os subprodutos da mandioca são partes da própria planta descartadas em
função do processo tecnológico de beneficiamento. Segundo Cereda et al. (2001),
os principais fatores que influenciam na qualidade e na quantidade dos subprodutos
são cultivar, idade da planta, tempo após a colheita, tipo e regulagem dos
equipamentos industriais.
Nas figuras 3.6 e 3.7, são mostrados os processos de produção de farinha e
extração de fécula com os respectivos subprodutos provenientes de cada etapa.
a
b
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
28
Figura 3.6. Processamento da mandioca para produção de farinha. Fonte: SEBRAE
(2006).
Alguns dos subprodutos sólidos são a casca marrom, entrecasca, crueira,
fibra, bagaço e varredura. São considerados despejos líquidos industriais a água de
lavagem das raízes, a água de extração de fécula e a manipueira.
Figura 3.7. Processamento da mandioca para extração de fécula. Adaptado de
Anrain (1983).
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
29
Os principais resíduos sólidos são apesentados a seguir:
a) Folhas: contêm elevados teores de minerais (cálcio, potássio, ferro), de
cianeto e de enzimas que auxiliam na retirada deste mesmo cianeto. O
processamento além de afetar a perda de vitaminas, intervém também na
eliminação do cianeto. Pequeno et al. (1994)
3
, apud Cereda et al. (2001)
obtiveram em média 2,42t/ha de folhas desidratadas. Os mesmos
autores verificaram um teor de umidade de 65% a 70% para as folhas
úmidas e de 23% a 25% para as folhas secas. A oferta de fibras nas
folhas foi de 43,15%.
b) Caule, maniva ou rama: possui 15,25% de proteína bruta com teor
considerável de carboidratos. Entre raiz, caule e cepa, a principal
diferença de composição se dá pelo teor crescente de amido e
decrescente de fibra. Cereda et al. (2001) menciona que no caule a
umidade é de 65,0%.
c) Casca: a casca marrom corresponde a periderme que representa entre
2% e 5% do peso total da mandioca. Constitui uma fina camada
celulósica, de cor marrom clara ou escura. As cascas, embora passíveis
de tratamento por digestão anaeróbia, podem ser empregadas com fins
mais nobres, como adubo ou alimentação animal.
d) Cepa: tem composição semelhante à mandioca sendo apenas mais
fibrosa. É proveniente da seleção da mandioca antes da trituração. A
umidade média é de 55% a 60%, enquanto o teor de amido chega a
aproximadamente 20%.
e) Massa, Farelo ou Bagaço: é composto pelo material fibroso da raiz,
contendo parte do amido que não foi extraído no processamento. É
gerado na extração da fécula e, por receber muita água, contém umidade
elevada de cerca de 75%. A característica principal do farelo, no entanto,
é o teor de amido residual que pode chegar a 70%.
f) Farinhão ou crueira: constituído de pedaços de raízes e entrecasca
separados por peneiramento antes da torração no processamento da
farinha. Tem baixa umidade, cerca de 11,7%, e predominância de amido,
68,5%, aproximadamente.
3
PEQUENO, M. G. et al. Avaliação de produção foliar e produtos desidratados em oito variedades no
município de Renascença. Francisco Beltrão, PR. 1994.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
30
g) Varredura: corresponde à mistura de farinha de mandioca e massa
ralada depositada no piso da unidade de produção em razão das
movimentações de matéria no decorrer do processamento.
As águas residuárias do processamento de mandioca recebem a seguinte
denominação:
h) Água de lavagem das raízes: é originária dos lavadores/descascadores.
Carrega em suspensão a terra e as cascas que podem ser separadas por
peneiramento e decantação; são geradas tanto em indústrias de farinha
quanto de fécula. Uma vez separados os sólidos suspensos, constitui-se
basicamente por água com baixo teor de matéria orgânica. Segundo
Feiden (2001), em fecularias, o volume de água gerado no lavador varia
entre 2,5m
3
e 5,0m
3
por tonelada de mandioca. Na produção de farinha,
em razão da escassez nas regiões produtoras, o volume de água
utilizado na lavagem é quase sempre menor.
i) Água de extração de fécula: é composta pela mistura de água e
manipueira. Apresenta, por esta razão, carga orgânica menor que a
manipueira. A DQO fica ao redor de 6g.L
-1
. Feiden (2001) menciona que
o volume de água gerado na etapa de extração de fécula se situa entre
2,0m
3
e 3,0m
3
por tonelada de mandioca processada.
j) Manipueira: é o liquido resultante da prensagem da mandioca triturada
para obtenção de farinha ou extração de fécula. As características deste
resíduo são apresentadas mais detidamente a seguir.
3.7. Manipueira
A manipueira é o principal efluente, em termos de agressão à natureza,
produzido no processo de beneficiamento da mandioca (CORDEIRO, 2006). É o
líquido resultante da prensagem da massa de mandioca triturada na produção de
farinha ou no processo de extração e purificação da fécula. Apresenta-se
fisicamente na forma de suspensão aquosa e, quimicamente, como uma miscelânea
de compostos: goma (5 a 7%), glicose e outros açúcares, proteínas, células
descamadas, linamarina e derivados cianogênicos (ácido cianídrico, cianetos e
aldeídos), substâncias diversas e diferentes sais minerais, muitos dos quais fontes
de macro e micronutrientes para as plantas (MAGALHÃES, 1993). Na Figura 3.8 é
apresentada a manipueira gerada na extração de fécula e na produção de farinha.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
31
Figura 3.8 - Manipueira: (a) da extração de fécula; (b) da produção de farinha.
Del Bianchi (1998) afirma que cada tonelada de mandioca convertida em
farinha gera de 0,2m
3
a 0,4m
3
de manipueira. Na extração de fécula é diluída
resultando em um volume maior, cerca de 2,0m
3
a 3,0m
3
por tonelada de raiz.
O grande potencial de poluição da manipueira provém da elevada
concentração de matéria orgânica. A demanda química de oxigênio (DQO) no
resíduo quando proveniente de casas de farinha se situa entre 60g.L
-1
e 100g.L
-1
. Na
extração de fécula, a diluição reduz significativamente a concentração de matéria
orgânica. Kuczman (2007) determinou concentrações de 6g.L
-1
a 15g.L
-1
.
Segundo Barana (2000), a maior parte da matéria orgânica da manipueira é
devida à presença de açúcares solúveis. A autora determinou os teores de açúcares
glicose e frutose em dez lotes de manipueira da Farinheira Plaza em Santa Maria da
Serra, SP. A manipueira apresentou cerca de 15g.L
-1
de glicose, correspondente a
29% da matéria orgânica presente e 22g.L
-1
de frutose, equivalente a 42% da
matéria orgânica. Por serem açúcares solúveis de fácil fermentação, degradam-se
rapidamente a ácidos orgânicos. Esta característica inviabiliza o tratamento do
resíduo por processos físicos.
Outra característica relevante que favorece ao forte impacto ambiental
negativo da manipueira é a presença de cianeto. Segundo Cereda et al. (2001), a
mandioca é uma planta cianogênica que acumula glicosídeos cianogênicos, dos
quais o principal é a linamarina, e por enzimas β-glicosidases como a linamarase,
autóctone da mandioca. Enquanto o tecido da mandioca está intacto, glicosídeos e
enzimas mantêm-se separados. Quando, no entanto, o tecido é dilacerado no
processamento, a linamarina é hidrolisada enzimaticamente pela linamarase dando
ab
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
32
início a cianogênese, havendo a produção de glicose e α-hidroxinitrila, passíveis de
dissociação. Esta reação se processa sob condições ótimas de 25ºC e pH entre 5,5
e 6,0. A hidrólise pode também ser realizada por enzimas microbianas
(COLARD,1978
4
; IKEDIONE e ONYIKE
5
, 1982 apud RIBAS, 2003) ou ainda por
agentes físicos e químicos (OKE,1968 apud CEREDA et al., 2001).
A α-hidroxinitrila pode sofrer a ação da hidroxinitrila-liase, e
espontaneamente gerar o ácido cianídrico (HCN) e as cetonas correspondentes
(CONN, 1994
6
apud RIBAS, 2003). Como conseqüência da ação enzimática ocorre
a redução do teor de linamarina, com liberação de HCN, que é tóxico. Na Figura 3.9
a produção de cianeto é ilustrada.
Figura 3.9 - Cianogênese na mandioca a partir da linamarina.
Fonte: Cereda et al. (2001).
A ação tóxica para animais é explicada pela afinidade entre cianeto e ferro,
resultando na combinação com a hemoglobina para formar a cianohemoglobina. Nas
plantas superiores e nos microrganismos, o cianeto interfere na fosforilação
oxidativa combinando-se com o citocromo oxidase e inibindo o transporte eletrônico,
e consequentemente, a formação de ATP (trifosfato de adenosina) (CEREDA et al.,
2001).
Na mandioca, a concentração de cianeto é bastante variável dependendo,
principalmente, do cultivar. A maioria das variedades contém de 15 a 400mg de
4
COLARD, P.P. Species of Corynebacterium isolated from fermented cassava roots. Journal of
Applied Bacteriology, v.26, p.115-116. 1978.
5
IKEDIONE, C. O., ONYIKE, E. The use of Linamarase in “gari” production. Process biochemistry,
n.17, p.2-5, 1982.
6
CONN, E.E. Acta Horticulturae. v.31, p.375, 1994.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
33
cianeto por quilograma de raiz. Algumas, no entanto, podem apresentar
concentrações situadas entre 1.300 e 2.000 mg.kg
-1
. Nas folhas, o cianeto pode
variar de 1.000 a 2.000mg.kg
-1
(WHO, 2004).
As consequências do cianeto para a saúde humana dependem não apenas
da concentração, mas também do tempo de exposição, conforme Tabela 3.5.
Tabela 3.5 – Efeito das concentrações de cianeto para a saúde humana.
Concentração (µg.L
-
1
) Exposição (t, min.) Efeito
50 a 60 20 a 60 Sem efeitos
60 a 150 30 a 60 Pode ocorrer morte
150 a 200 > 30 Fatal
200 a 300 > 10 Fatal
> 300 Instantânea Fatal
Fonte: (WHO, 2004).
Cereda et al. (2001) citam que o teor de cianeto total na manipueira se situa
ao redor de 400mg.L
-1
, com 50% do cianeto livre. Segundo a Resolução n.º 397/2008
do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), os efluentes de qualquer
natureza deverão apresentar teor limite máximo de cianeto total igual a 1,0mg.L
-1
.
A composição físico-química da manipueira é bastante variável em relação às
concentrações de matéria orgânica e de cianeto. Segundo Fernandes Jr. (1995), esta
diferença decorre do tipo de raiz, tecnologia e processo produtivo. Na Tabela 3.6 é
apresentada a composição média da manipueira coletada em casas de farinha e
fecularias relatada por alguns autores. Pode-se verificar a presença de alguns dos
macro e micronutrientes desejados na agricultura, com predominância do potássio.
As concentrações de matéria orgânica, expressa em DQO, e de cianeto são,
conforme se mencionou, expressivas. Em relação às características físicas observa-
se a predominância de sólidos totais, que são compostos de material em solução
(sólidos dissolvidos), material coloidal (sólidos coloidais) e material em suspensão
(sólidos em suspensão).
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
34
Tabela 3.6 - Composição físico-química da manipueira segundo a literatura (mg.L
-1
).
Parâmetro Farinheiras Fecularias
Sólidos totais ST 6,4 7,1
Sólidos voláteis SV 5,0 5,4
Sólidos fixos ST 3,4 --
DQO
(1)
-- 64,9 8,8
pH -- 5,1 5,5
Ácidos voláteis AV 3281,1 --
Alcalinidade total AT 2245,1 --
Nitrogênio N 2894,5 271,5
Carbono C 29582,5 2604,0
Fósforo P 264,6 49,0
Cianeto livre CN
-
86,7 10,0
Cianeto total HCN 224,3 19,0
Potássio K 2503,9 1215,0
Cálcio Ca 418,9 --
Magnésio Mg 425,3 --
Enxofre S 142 9,0
Ferro Fe 9,9 --
Zinco Zn 11,2 --
Cobre Cu 1,7 --
Manganês Mn 3,1 --
(1)
Unidade: g.L
-1
Fonte: Cereda (1994); Barana (2000); Fernandes Jr. (1995); Arain (1983); Feiden
(2001).
3.7.1. Manipueira em Alagoas
Em Alagoas, é comum o lançamento da manipueira em terrenos próximos às
casas de farinha onde é depositada em escavações abertas com a finalidade de
acumular tais efluentes e evitar que se espalhem indiscriminadamente no solo.
Quando, no entanto, é excedido o volume da escavação escoam sobre a superfície
e, a partir daí, para alguma reserva de água ou lavoura.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
35
As escavações são as iniciativas mais próximas de um sistema de
tratamento que se pode encontrar nas unidades de produção alagoanas. Não
existem registros de sistema de tratamento em operação no Estado. Na Figura 3.10
e na Figura 3.11 são mostrados alguns dos destinos da manipueira.
Figura 3.10 - Deposição da manipueira em escavação, Girau do Ponciano, AL.
Figura 3.11 - Lançamento da manipueira in natura no solo, Girau do Ponciano, AL.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
36
3.7.2. Utilização da manipueira
Segundo Cereda et al. (2001), as características da manipueira e o enorme
volume gerado nas unidades de produção fortalecem a necessidade de reaproveitá-
la. A depender da região brasileira, da necessidade e do grau de tecnologia
disponível para o aproveitamento, a manipueira pode ser utilizada na produção de
biogás e álcool, nas funções de pesticida e fertilizante ou mesmo na culinária.
Os mesmos autores afirmam que a presença de cianeto confere à
manipueira ações inseticidas, enquanto o enxofre, presente em larga quantidade
(cerca de 200mg.L
-1
), lhe garante eficiência como fungicida. Quando investida nas
funções de pesticida, é empregada na forma bruta.
Sendo a mandioca um produto presente na alimentação indígena, a
manipueira constitui ingrediente de alguns pratos que são heranças da culinária
destes povos. No Estado do Pará, por exemplo, a manipueira é aproveitada em
molhos de pimenta e de tucupi. No Maranhão, é utilizada na fabricação da tiquira,
bebida alcoólica de consumo praticamente limitado ao Estado.
Na função de fertilizante, a manipueira é utilizada pura ou diluída, seja em
adubação convencional (aplicação no solo), seja por via foliar, em razão dos teores
expressivos de nutrientes.
A elevada concentração de matéria orgânica permite o uso da manipueira
para a produção de álcool ou de biogás. Segundo Leonel e Cabello (2001), a
produção de etanol passa por duas fases: a hidrólise e a fermentação. Na
fermentação, o processo pode ocorrer simultâneo à etapa de sacarificação ou então
se fermenta o extrato obtido após a hidrólise do amido, o que ocasiona composição
de açúcares variável a depender da eficiência do processo de hidrólise ou de
sacarificação. O biogás é resultado da degradação de compostos orgânicos por
ação bacteriana nos processos de digestão anaeróbia. A composição, em sua
maioria metano e gás carbônico, é função da proporção de matéria biodegradável do
resíduo. A elevada concentração de matéria biodegradável na manipueira permite
aos sistemas de tratamento biológico elevada conversão a biogás.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
37
3.8. Tratamento anaeróbio da manipueira
A digestão anaeróbia é um processo bioquímico complexo, composto por
várias reações sequenciais, cada uma com sua população bacteriana específica.
Trata-se, de forma simplificada, de um processo bioquímico que utiliza ação de
bactérias e archeas para fracionar compostos complexos e produzir o biogás,
composto basicamente por metano (CH
4
) e dióxido de carbono (CO
2
) (VOGELS et
al. 1988 apud FEIDEN, 2001). Para Campos (1999), na digestão anaeróbia de
material orgânico complexo, como proteínas, carboidratos e lipídios, podem-se
distinguir quatro etapas diferentes na reação global da conversão denominadas
hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese, conforme Figura 3.12.
Figura 3.12 - Sequência de processos na digestão anaeróbia de macro moléculas
complexas (os números se referem a porcentagens expressas como DQO). Fonte:
Campos (1999)
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
38
Em tratamentos biológicos, o material orgânico presente na água residuária
é convertido principalmente pela ação bactérias heterotróficas. A utilização do
material orgânico pelas bactérias, também chamada de metabolismo bacteriano, se
dá por dois mecanismos distintos chamados de anabolismo e catabolismo.
Os microrganismos responsáveis pelo processo de estabilização da matéria
orgânica via digestão anaeróbia podem ser divididos, de uma maneira bastante
simplificada, em bactérias fermentativas, acetogênicas e arqueas metanogênicas.
As bactérias produtoras de ácidos ou acetogênicas crescem muito mais
rapidamente do que aquelas produtoras de metano ou metanogênicas, possuindo
um tempo de duplicação da população de algumas horas, enquanto as bactérias
produtoras de metano necessitam de alguns dias.
Na biodigestão anaeróbia, há remoção do material orgânico da fase líquida
por meio da sua transferência para a fase gasosa. A degradação de carboidratos,
por exemplo, pode produzir quantidades equivalentes de CH
4
e CO
2
, enquanto a
degradação de substratos protéicos e substâncias graxas podem gerar frações de
75% de CH
4
e 25% de CO
2
. Como grande parte dos produtos da digestão anaeróbia
é constituída por gases, estes se desprendem da água residuária, formando uma
fase gasosa, o biogás.
Nos sistemas de tratamento anaeróbio procura-se acelerar o processo da
digestão, criando-se condições favoráveis. Essas condições se referem ao projeto e
às condições operacionais do sistema de tratamento. Em relação ao projeto dos
sistemas de tratamento têm-se duas prerrogativas básicas: (a) o sistema deve
manter grande massa de bactérias ativas que atue no processo de digestão
anaeróbia e (b) é necessário que haja contato intenso entre o material orgânico
presente no afluente e a massa bacteriana do sistema. Quanto às condições
operacionais, os fatores que mais influem são a temperatura, o pH, a presença de
nutrientes e a ausência de materiais tóxicos no afluente.
Desequilíbrios nos sistemas de tratamento podem ocorrer basicamente por
variações nas condições ambientais, falhas no projeto e na operação dos reatores e
falta de maior conhecimento das relações complexas que ocorrem entre os
microrganismos.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
39
Com o objetivo de minimizar os desequilíbrios do processo de tratamento e
consequentemente otimizá-lo, Hammer e Borchard (1969)
7
e Pohland e Gosh
(1971)
8
apud Barboza (2002) propuseram o sistema anaeróbio com separação em
duas fases. A nova concepção consistiu na separação entre as fases ácida e
metanogênica, adotando-se dois reatores em série. A separação física proporciona
as seguintes vantagens: possibilidade de ajustes nas condições ambientais na
interfase, resultando em altas taxas de conversão e aumento da estabilidade do
processo; controle de cargas orgânicas; recirculação individual em cada reator e
descarte do lodo acidogênico, sem ocorrer perdas dos microrganismos
metanogênicos cujas taxas de crescimento são inferiores.
Apesar das vantagens descritas, os sistemas em duas fases podem
apresentar duas desvantagens no que se refere a transferência de hidrogênio
gasoso (H
2
) entre espécies e o baixo pH do reator acidogênico.
De acordo com Pawlowsky (1991), os efluentes da industrialização da
mandioca apresentam boas características para a realização de tratamento
biológico, porém há dois problemas: a toxicidade do ácido cianídrico, que se
volatiliza facilmente com o calor, e uma pequena falta de fósforo. Para Campos
(1999), em geral, admite-se que a relação DQO:N:P de 500:5:1 é suficiente para
atender as necessidades de macronutrientes e micronutrientes dos microrganismos
anaeróbios.
Entre os processos anaeróbios em uso para o tratamento de águas
residuárias do processamento de mandioca, estão as lagoas anaeróbias. Segundo
Silva (1977), as lagoas anaeróbias têm como desvantagem a possibilidade de
emanação de maus odores, causados pelo gás sulfídrico, além da própria emissão
do gás carbônico e do metano para a atmosfera.
Uma forma mais moderna de tratamento são os reatores anaeróbios que
têm como vantagem principal, além da remoção da carga orgânica, a captação do
metano na forma do biogás. Esta opção tem sido objeto de diversos estudos, tanto
em laboratório quanto em unidades piloto. Anrain (1983), por exemplo, utilizou um
reator tipo UASB (reator anaeróbio de fluxo ascendente com leito de lodo), de fase
7
HAMMER, M. J.; BORCHARDT, J. A. Dialyisis Separation of Sewage Sludge Digestion. Journal of
the Sanitary Engineering Division (ASCE). 1969. v.95, 907-28.
8
POHLAND, F. G.; GHOSH, S. (1971). Development in Anaerobic Stabilization of Organics Wastes –
The Two Phases Concept. Environmental Letters. 1971. v.1(4), p.255-66.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
40
única, em escala piloto, com 6,5m
3
de volume útil. Este reator foi operado com
controle de temperatura e correção de pH do afluente. O autor obteve como
resultados a remoção de carga orgânica de 87%, no primeiro ano de operação, e de
92% nos dois anos seguintes. A conversão de DQO em biogás foi de 0,44m
3
de gás
por quilograma de DQO introduzida, enquanto a produção de biogás por tonelada de
mandioca processada foi de 16,24m
3
.
Lacerda (1991) operou um sistema anaeróbio com separação de fases para
o tratamento da manipueira, utilizando na fase acidogênica um reator em batelada
com capacidade de 2,0L e, na metanogênica, uma coluna de fluxo ascendente com
leito fixo constituído de anéis de PVC rígidos, com um volume útil de 9,3L. Foi obtida
remoção máxima de 80,0% da DQO para um TDH de três dias e carga orgânica
volumétrica (COV) de 3,88g.DQO.L
-1
.d
-1
. Para um TDH de cinco dias, foi obtida
eficiência máxima 91,5% com uma carga de 4,21g.DQO.L
-1
.d
-1
.
Sampaio (1996) estudou um reator de bancada com separação de fases
com um TDH de um dia para a acidogênese e quatro para a metanogênese, obtendo
uma eficiência de 90% na redução da DQO da manipueira com COV variando de 3 a
6g.DQO.L
-1
.d
-1
.
Feiden (2001) utilizando um sistema com separação de fases em escala
piloto para uma indústria de fécula de mandioca, com ambas as fases em reatores
de fluxo ascendente de volumes 1.000L e 3.000L para os reatores acidogênico e
metanogênico, respectivamente, obteve uma eficiência média de 77,2% na remoção
de matéria orgânica com um TDH de 4,4 dias e uma COV de 2,49g.DQO.L
-1
d
-1
.
Del Bianchi et al. (2009) avaliaram o desempenho de um reator anaeróbio
compartimentado para o tratamento da manipueira. O reator, operado a 35ºC, foi
dividido em quatro compartimentos com volume de 1L cada. A DQO no tanque de
alimentação variou de 2,0 a 7,0mg.L
-1
. Avaliou-se o TDH para o melhor desempenho
do reator. O sistema apresentou capacidade tamponante conforme a concentração
de ácidos voláteis decrescia ao longo dos compartimentos ao passo que a
alcalinidade e o pH aumentavam. Houve retenção do material particulado e a
remoção da DQO variou de 83% a 92% para o TDH de 3,5 dias, considerado o mais
adequado para operação do reator.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
41
3.9. Estabilização do pH no tratamento anaeróbio da manipueira
O tratamento anaeróbio de resíduos orgânicos gerados no processamento
da mandioca traz algumas dificuldades, principalmente devido à acidificação do
reator, tornando o processo oneroso pela necessidade de constante correção do pH
(BARANA, 2000). A manipueira fermenta de forma rápida com consequente queda
de pH, situação que inibe a eficiência da fase metanogênica.
Tem-se então, a necessidade de adição de metais alcalinos como Na, K, Ca
ou Mg para estabilização do pH de forma que seja mantido entre 6 e 7. O custo
destes produtos na forma comercial, quando se consideram a quantidade e a
periodicidade necessárias para estabilização em tratamentos de grande escala,
pode comprometer a implantação e operação dos sistemas, sobretudo daqueles
implantados em casas de farinha de pequeno porte. Assim, a utilização de materiais
alternativos, de baixo ou de nenhum custo se torna ainda mais relevante.
A viabilidade econômica do tratamento pode então depender da utilização de
materiais que compatibilizem a atividade de controle do pH com baixo custo. Neste
sentido, utilizaram-se neste trabalho as conchas de sururu.
O sururu Mytella falcata, é um molusco lamelibrânquio da família Mytilidae
amplamente distribuído na América Latina encontrado no litoral do Atlântico e do
Pacífico. Serve de alimento para peixes, aves e populações humanas que exploram
o recurso como fonte de renda e alimentação.
No Nordeste Brasileiro, o sururu tem como um dos habitats a lagoa Mundaú,
que forma com o mar a restinga onde se edificou a cidade de Maceió, estado de
Alagoas, Brasil (GOMES et al., 2004). Prolifera nas partes mais rasas da lagoa em
colônias numerosas.
A sobrevivência do molusco está intimamente relacionada à salinidade da
água que deve, segundo Granja (2005) se manter entre 5 e 15‰. Para Macedo et al.
(1987), salinidade abaixo de 5‰ no período chuvoso ocasiona acentuada
mortalidade dos espécimes, podendo chegar à dizimação total se o período for
superior a 10 dias em teores de 2‰. Salinidade superior a 20‰ pode retardar o
crescimento e provocar mortalidade nos bancos naturais. Em casos extremos (25 a
30‰) também há mortalidade. Em Alagoas, somente as águas da lagoa Mundaú
oferecem condições para preservação do sururu. Na Figura 3.13 são mostradas as
conchas nos tamanhos mais comuns.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
42
Figura 3.13 – Conchas de sururu.
A composição química das conchas de sururu determinadas por GOMES et
al. (2004) é apresentada na Tabela 3.7.
Tabela 3.7 - Composição química média da concha de sururu.
Substância (%)
Perda ao Rubro: 47,36
Óxido de Silício (SiO
2
): 0,80
Resíduo Insolúvel: 0,34
Óxido de Ferro (Fe
2
O
3
): Traços
(Al
2
O
3
) Óxido de Alumínio: 2,43
Óxido de Cálcio (CaO): 43,12
Óxido de Magnésio (MgO): 3,52
Óxido de Sódio (Na
2
O): 0,47
Óxido de Potássio (K
2
O): 0,02
Fonte: Gomes et al. (2004).
No aproveitamento do sururu na culinária local, a concha é descartada,
gerando uma volumosa massa de entulhos. De acordo com estimativa da
Superintendência Municipal de Limpeza Urbana de Maceió – SLUM –, são coletadas
e destinadas diariamente ao Vazadouro Municipal em torno de 20 toneladas de
conchas (GOMES et al., 2004). Nas figuras 3.14 e 3.15 estão ilustrações do volume
e do impacto ambiental produzido pelo descarte das conchas de sururu.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
43
Figura 3.14 - Conchas em conteiner da limpeza municipal de Maceió/AL. Fonte:
Gomes et al. (2004).
Figura 3.15 - Conchas depositadas às margens da lagoa Mundaú, Maceió/AL. Fonte:
Gomes et al. (2004).
3.10. Reator Anaeróbio com Chicanas (RAHC)
As descobertas das técnicas de imobilização de microrganismos a partir do
filtro anaeróbio contribuíram fortemente para o avanço das novas concepções de
reatores anaeróbios. Entretanto, novos conceitos, que antes não eram considerados
nos projetos, passaram a ter grande importância. O estudo dos fenômenos de
transferência de massa passou a ser imprescindível no projeto e operação dos
sistemas que utilizam células imobilizadas, sejam na forma de grânulos, biofilmes ou
flocos. A limitação à transferência de massa tem influência direta sobre os
parâmetros cinéticos e com isso seu estudo deve ser considerado para otimização
dos sistemas.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
44
Barboza (2002) afirma que motivados pela importância do estudo dos
fenômenos de transferência de massa, os pesquisadores Foresti et al. (1995)
9
e
Zaiat et al. (1996)
10
desenvolveram uma nova concepção de reator, o Reator
Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF). Fundamentalmente, este novo reator é
de alta taxa, opera em regime plug-flow e utiliza a técnica de imobilização de
biomassa em espuma de poliuretano.
O RAHLF surgiu como um sistema alternativo para o tratamento de águas
residuárias e oferece grande potencial para operação em escala real considerando-
se o bom desempenho verificado em escala de bancada no tratamento de efluentes
de uma indústria papeleira, de substrato à base de glicose e na degradação de
substâncias tóxicas, como fenol, benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos e
formaldeído (ZAIAT et al., 2005).
Os reatores de alta taxa, caracterizam-se por promover alta retenção de
biomassa em seu interior, distinguindo-se dos sistemas clássicos (baixa taxa) pela
razão entre o tempo de residência celular e o tempo de detenção hidráulica
(TRC/TDH).
As espumas de poliuretano vêm sendo estudadas há alguns anos com
resultados promissores como meio de aderência para microrganismos no RAHLF.
No entanto, embora proporcionem um ambiente adequado para a adesão de um
consórcio de microrganismos anaeróbios, são um material compressível em cujo
acúmulo de sólidos ou substâncias poliméricas nos interstícios pode ocasionar
obstruções ao fluxo no reator.
Zaiat et al. (2005) detectaram problemas hidrodinâmicos no reator
preenchido com espuma de poliuretano apenas 15 semanas após o início da
operação para o tratamento do esgoto sanitário a 25ºC e 2kg.m
-3
.dia
-1
. O
entupimento parcial do reator não trouxe problemas ao desempenho, devido a
aplicação de um fluxo inverso. No entanto, a longo prazo, estas obstruções podem
comprometer o funcionamento, o desempenho e a estabilidade do processo
anaeróbio.
9
FORESTI, E.; ZAIAT, M.; CABRAL, A. K. A.; DEL NERY. Horizontal-Flow Anaerobic Sludge (HAIS)
Reactor for Paper Industry Wastewater Treatment. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 1995.
V.12, n.4, p.235-9.
10
ZAIAT, M. Desenvolvimento de Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) para
Tratamento de Águas Residuárias. São Carlos, SP. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São
Carlos, Universidade de São Paulo. 1996.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica
45
Observando a necessidade de minimizar estes problemas operacionais,
Barboza et al (2005) propuseram modificações na concepção do reator através do
uso de chicanas e redução da quantidade de biopartículas do leito suporte, visando
a redução de obstruções ou colmatagem. A nova concepção foi denominada Reator
Anaeróbio Horizontal com Chicanas (RAHC). Na Figura 3.16, é mostrado o projeto
simplificado do RAHC.
Figura 3.16 - Reator Anaeróbio com Chicanas. Adaptado: Barboza (2005).
A configuração do RAHC em regime plug-flow permite a hipótese de
desenvolvimento de espécies de microrganismos especializadas para as diferentes
etapas do tratamento anaeróbio ao longo do comprimento do reator. Assim, espera-
se que os diferentes compostos inibidores gerados durante a degradação biológica
sejam consumidos antes de chegar a um determinado grupo de microrganismos
mais suscetíveis aos mesmos.
A primeira avaliação operacional do RAHC foi relatada por Barboza et al
(2005) que o utilizaram no tratamento de esgoto sanitário sintético. Os resultados
obtidos confirmaram o curto período de partida do sistema e a redução da
colmatagem. A eficiência média de remoção de DQO foi de 77,9%. O reator
minimizou o fenômeno de colmatagem do leito suporte e operou durante 151 dias
sem exigir procedimento de limpeza do leito.
Capítulo 4
MATERIAL E MÉTODOS
4.1. Local de pesquisa
O experimento foi realizado em um sistema anaeróbio de bancada, instalado
no anexo do Laboratório de Saneamento Ambiental do Centro de Tecnologia situado
no Campus A. C. Simões, Maceió, Alagoas, da Universidade Federal de Alagoas.
4.2. Substrato
A manipueira administrada no decorrer do experimento foi proveniente de
uma casa de farinha típica do Agreste alagoano situada no município de Girau do
Ponciano nas coordenadas de latitude 9°48'31,03''S e longitude 36°47'31,92''O,
distante aproximadamente 115km do município de Maceió. A casa de farinha é
mostrada na Figura 4.1, sendo o layout apresentado na Figura 4.2.
A casa de farinha é de pequeno porte com capacidade de processamento de
cerca de 500kg de mandioca ao dia e tecnologia mista (artesanal e mecanizada)
onde as etapas de lavagem, descascamento e corte das raízes são manuais e as
demais, mecânicas.
As coletas de manipueira foram realizadas nos meses de maio, agosto e
dezembro de 2007 e março de 2008. A manipueira coletada em recipiente da prensa
era acondicionada em galões de 30L ou 50L para transporte. No Laboratório, o
substrato era transferido para garrafas PET (polietileno tereftalato) ou plásticas com
volume de 2L e armazenadas em câmara fria à temperatura de -15±2ºC, a fim de
que fossem preservadas as características físicas e químicas iniciais do substrato.
Capítulo 4 – Material e métodos
47
Figura 4.1 - Casa de Farinha. (a) Fachada; (b) Interior.
Para utilização, a manipueira era deixada em repouso até atingir a
temperatura ambiente, período em que ocorria também a sedimentação do excesso
de amido. Era então diluída em água de abastecimento até a carga orgânica
desejada.
Pode-se afirmar, embora a coleta tenha se concentrado em um único
fornecedor, que o resíduo adquirido foi representativo do agreste alagoano em razão
da mandioca processada ser proveniente de diversos cultivares da Microrregião de
Arapiraca ou mesmo de microrregiões circunvizinhas.
a
b
Capítulo 4 – Material e métodos
48
Figura 4.2 - Layout da casa de farinha do fornecedor de manipueira.
Capítulo 4 – Material e métodos
49
4.3. Sistema de tratamento
Nas figuras 4.3 e 4.4, são mostrados, respectivamente, o esquema e as
instalações do sistema de tratamento. O sistema foi constituído por dois reatores
tubulares em escala de laboratório, dispostos em série, fabricados em acrílico com
104cm de comprimento, 5,0cm de diâmetro interno, volume útil de 2,3L cada e
operados em fases separadas (acidogênica e metanogênica). Foram fixadas
chicanas semicirculares perpendicularmente ao eixo longitudinal de cada reator,
separadas por espaçamento de 10cm. A finalidade das chicanas foi melhorar as
condições hidráulicas do reator através da redução de caminhos preferenciais e do
acúmulo de microrganismos no sistema com consequente minimização da
colmatagem.
No início do oitavo mês de operação, devido ao acúmulo de amido na
entrada do reator acidogênico e à perda da capacidade de estabilização do pH pelo
sistema, foi inserido na entrada um decantador em formato retangular de
10x20x30cm e volume útil de 3L. O decantador foi utilizado para avaliar a influência
da remoção dos sólidos sedimentáveis na estabilidade e eficiência do tratamento.
Não houve influência significativa. Fez-se então uma nova tentativa mediante adição
de 68g de conchas de sururu no decantador e a inclusão de filtro tubular com 5cm
de diâmetro e altura de 18cm (V=0,235L) na saída do reator acidogênico. O leito
deste filtro era formado por 53g de conchas de sururu. O sistema apresentou ganho
de pH e alcalinidade, mas o efeito sobre a concentração de ácidos voláteis e a
eficiência foi novamente pouco significativo.
Figura 4.3 - Esquema do sistema de tratamento.
Capítulo 4 – Material e métodos
50
O resíduo diluído era retirado do reservatório, com volume aproximado de
10L, através de bomba peristáltica, com potência de 10W, e fornecido à entrada do
reator acidogênico. Por gravidade, era transferido do reator acidogêncio para o
metanogênico de onde era descartado.
Figura 4.4 - Instalação experimental do sistema de tratamento com RAHC.
4.4. Inóculo, matriz suporte e estabilização do pH
4.4.1. Inóculo
O inóculo inserido nos reatores foi proveniente de uma lagoa de deposição
de manipueira situada próxima à casa de farinha onde era coletado o resíduo. Na
Figura 4.5 é mostrado o trabalho de coleta do lodo para partida dos reatores. O
procedimento de inoculação é descrito o subitem 4.5.3.
Ambos os reatores foram parcialmente preenchidos com materiais utilizados
para formação de leito suporte. No reator acidogênico, foram utilizadas conchas de
sururu com as funções de leito suporte e de estabilizar o pH. No reator
metanogênico, foram adicionados cubos de espuma de poliuretano que serviram
apenas de meio suporte para os microrganismos.
Capítulo 4 – Material e métodos
51
Figura 4.5 - Coleta do lodo para inoculação do sistema.
4.4.2. Conchas de sururu
Neste trabalho, resolveu-se pela utilização das conchas de sururu para a
estabilização do pH no tratamento anaeróbio da manipueira. A escolha foi motivada
pela grande quantidade do material disponível e descartada no litoral do Estado de
Alagoas e por sua composição química a qual apresenta cerca de 43% de óxido de
cálcio (CaO). O desempenho do material no tratamento do resíduo foi acompanhado
através de determinações quinzenais de perfis de pH, ácidos voláteis e alcalinidade
total e do monitoramento da eficiência na remoção de DQO do reator acidogênico.
Para este acompanhamento, eram recolhidas amostras em 6 pontos distintos no
comprimento do reator acidogênico: entrada, P
20
, P
40
, P
60
, P
80
, e saída situados,
respectivamente, a 0 (entrada), 20, 40, 60, 80 e 104cm (saída). Estes pontos são
mostrados na Figura 4.3.
A estabilização foi possível pela inserção no biodigestor acidogênico de
400g de conchas de sururu íntegras, com densidade de 2,52g.L
-1
e tamanho médio
de 1,2cm, previamente secas em estufa a 105±2ºC por duas horas.
Capítulo 4 – Material e métodos
52
4.4.3. Espumas de poliuretano
O reator metanogênico recebeu 12g de espumas de poliuretano em cubos
com cerca de 5mm de aresta, densidade de 23g.L
-1
e porosidade entre 92% e 96%.
A espuma ocupou aproximadamente 30% do volume útil do reator. O material isento
e impregnado com lodo é ilustrado na Figura 4.6.
Figura 4.6 - Espuma de poliuretano. (a) isenta; (b) impregnada com inóculo.
Segundo Zaiat et al. (2005), o uso de espuma de poliuretano como suporte
de imobilização de biomassa deve-se a sua flexibilidade, as suas propriedades
físicas (densidade e tamanho de partícula), alta porosidade interna, estabilidade à
hidrólise, difícil degradação biológica e potencial capacidade de confinamento de
microrganismos.
Os autores afirmam que o biofilme aderido à espuma é constituído por
diferentes populações microbianas que coexistem no mesmo ambiente, por meio de
interações metabólicas e/ou competindo na utilização de substratos e pela digestão
anaeróbia da matéria orgânica presente no afluente.
4.5. Procedimento experimental
O trabalho experimental envolveu a caracterização do resíduo, a partida e o
monitoramento do sistema de tratamento.
a
b
Capítulo 4 – Material e métodos
53
4.5.1. Métodos analíticos
Os métodos empregados nas determinações dos parâmetros físicos e
químicos do sistema de tratamento são apresentados na Tabela 4.1. As
determinações de alcalinidade total, ácidos voláteis, pH, DQO, condutividade
elétrica, turbidez, cor aparente, nitrogênio total, fósforo total e sólidos suspensos,
seguiram procedimentos descritos no Standard methods for the examination of water
and wastewater (APHA, 1999). As análises de minerais tais como carbono, cálcio,
sódio, magnésio e potássio foram realizadas conforme metodologias do Laboratório
Nacional de Referência Vegetal (LANARV, 1983).
Tabela 4.1 - Métodos utilizados nas análises laboratoriais.
Parâmetro Unidade Método
Alcalinidade total mg.CaCO
3
.L
-1
Titulométrico
Ácidos voláteis mg.CaCO
3
.L
-1
Titulométrico
pH --- Potenciométrico
DQO mg.L
-1
Espectrofotométrico
Sólidos suspensos mg.L
-1
Gravimétrico
Sólidos sedimentáveis mL.L
-1
Instrumental
Turbidez UNT Instrumental
Condutividade µS.cm
-1
Potenciométrico
Nitrogênio total mgN.L
-1
Titulométrico
Fósforo total mgP.L
-1
Espectrofotométrico
Carbono, cálcio, sódio,
magnésio e potássio
mg.L
-1
Espectrofotométrico
As determinações de biogás e de cianeto, embora relevantes para uma
maior precisão na interpretação do desempenho, mostraram-se inviáveis durante a
operação do sistema. O monitoramento do biogás foi prejudicado pelas pequenas
dimensões do reator que o tornaram sujeito a frequentes obstruções nas saídas de
gás provocadas por lodo que lá se acumulava. Quanto ao cianeto, a impossibilidade
de determinação se deveu a inexistência de condições nos laboratórios disponíveis
para o estudo.
Capítulo 4 – Material e métodos
54
4.5.2. Caracterização da manipueira
A caracterização procurou determinar as propriedades físicas e químicas do
resíduo com o objetivo de definir previamente as condições e as precauções a
serem tomadas durante o tratamento. Os parâmetros que delimitaram as
características da manipueira foram sólidos suspensos, pH, alcalinidade total, ácidos
voláteis, DQO, condutividade elétrica, turbidez, nitrogênio total, fósforo total e alguns
micronutrientes tais como carbono, cálcio, sódio, magnésio e potássio.
As análises de caracterização ocorriam a cada coleta da manipueira em
visita de campo. Após o transporte, o resíduo era acondicionado em garrafas PET
com volume útil de 2L para congelamento em freezer a uma temperatura média de -
15±2ºC. Três destas garrafas eram selecionadas aleatoriamente e mantidas apenas
refrigeradas à temperatura de 4±2ºC para caracterização. Uma alíquota de cada lote
era reservada para a determinação de minerais no Laboratório de Análise de Solos
da UNESP. A partir da caracterização, definia-se a diluição necessária à obtenção
da carga orgânica adequada à etapa em que se desenvolvia o trabalho.
Os ensaios de caracterização foram realizados no Laboratório de
Saneamento Ambiental da UFAL, a exceção das determinações de micronutrientes
e de nitrogênio total que foram realizadas no Laboratório de Análise de Solos da
Universidade Estadual Paulista – UNESP
11
– Botucatu e no Laboratório de
Saneamento Ambiental da UFPE
12
, respectivamente.
4.5.3. Partida do sistema
Inicialmente, foi deixado em operação apenas o módulo acidogênico do
sistema de tratamento. O reator previamente preenchido com conchas de sururu
recebeu 900mL do inóculo e posteriormente o substrato diluído a 5% (1:20) até o
enchimento de aproximadamente 75% da seção transversal. O conjunto (reator,
inóculo e substrato) foi deixado em repouso por cerca de 24 horas quando passou-se
a alimentá-lo continuamente com substrato nas mesmas características daquele
utilizado na partida, obedecendo-se a um TDH (tempo de detenção hidráulica) de 24
horas.
11
Universidade Estadual Paulista
12
Universidade Federal de Pernambuco
Capítulo 4 – Material e métodos
55
A partida do sistema se deu num período de quinze dias até que fosse
verificada a estabilidade ante as condições adotadas. Neste período, confirmou-se o
não desenvolvimento da fase metanogênica do tratamento anaeróbio e decidiu-se
pela separação de fases mediante a instalação do segundo reator no sistema. O
procedimento de partida deste segundo reator foi semelhante ao do primeiro sendo
diferente apenas pela matriz de preenchimento e pelo substrato que, neste, foram
espuma de poliuretano e o efluente do reator acidogênico, respectivamente.
4.5.4. Monitoramento do sistema de tratamento
O sistema foi operado continuamente durante 288 dias (9 meses e 18 dias) a
temperatura ambiente de 26±3ºC. O TDH médio global foi definido, com base em
experiências relatadas na literatura para o tratamento da manipueira, em 48 horas;
24 horas para cada reator. A operação foi dividida em 3 etapas, com média de 3
meses de duração cada, cuja finalidade foi avaliar o comportamento do sistema
consumindo diferentes concentrações do substrato. As etapas foram identificadas
por E5, E10 e E20 correspondentes a diluição da manipueira bruta administrada no
sistema de 5%, 10% e 20%, respectivamente.
Nas 3 primeiras semanas, o sistema trabalhou com TDH de 24 horas e um
único reator cujo monitoramento revelou o desenvolvimento apenas da fase
acidogênica do tratamento anaeróbio. Os valores de pH, as concentrações de ácidos
voláteis e alcalinidade total e a eficiência na redução de DQO foram insatisfatórios
no efluente tratado. Optou-se então pela introdução de um segundo reator no
sistema, em série com o primeiro, para desenvolvimento exclusivo da fase
metanogênica. Portanto, a partir da quarta semana, o sistema passou a operar em
fases fisicamente separadas, configuração que foi mantida no restante da Etapa E5
e nas etapas seguintes do estudo.
A alimentação ocorria em média a cada 3 dias quando eram fornecidos
aproximadamente 9L de substrato ao sistema. Esta periodicidade foi adotada por se
terem verificado nela alterações pouco significativas nas características do resíduo
diluído.
A duplicação da carga de entrada acontecia quando, decorridos os 3 meses
do sistema operando em uma certa condição, verificava-se a estabilidade mediante
a avaliação dos parâmetros de monitoramento apresentados na Tabela 4.2. As
Capítulo 4 – Material e métodos
56
amostras para análise eram coletadas na entrada e na saída do reator acidogênico e
na saída do reator metanogênico. No segundo e no terceiro meses da Etapa E20,
além destes pontos, era amostrado também um quarto ponto que antecedia o
decantador.
Tabela 4.2. Parâmetros e periodicidade dos ensaios de monitoramento.
Parâmetro Unidade Periodicidade
Alcalinidade total mg.CaCO
3
.L
-1
2 por semana
Ácidos voláteis mg.CaCO
3
.L
-1
2 por semana
pH -- 2 por semana
DQO mg.L
-1
2 por semana
Sólidos suspensos mg.L
-1
Semanal
Nitrogênio total mgN.L
-1
Mensal
Fósforo total mgP.L
-1
Mensal
Os ensaios de monitoramento seguiram planejamento, periodicidade e
parâmetros recomendados por Chernicharo (1997) para sistemas de tratamento
anaeróbios.
De acordo com o resumo da Tabela 4.2, foram previstas duas
determinações por semana de pH, ácidos voláteis, alcalinidade total e DQO;
determinações semanais de sólidos totais, fixos e voláteis; e mensais de fósforo (P)
e nitrogênio total (N). A avaliação da eficiência do RAHC considerou, sobretudo, a
redução de DQO e das concentrações de N e P.
Os problemas verificados durante a operação, no entanto, impediram o
cumprimento integral do planejamento adotado havendo a necessidade de
adaptações. As maiores divergências ocorreram com as análises de sólidos,
nitrogênio e fósforo total que foram realizadas em quantidades inferiores às
previstas.
Capítulo 5
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados apresentados neste Capítulo se referem à caracterização da
manipueira, aos perfis de pH, ácidos voláteis e alcalinidade total e ao desempenho
do reator horizontal com chicanas no tratamento anaeróbio da manipueira. O
substrato empregado em todas as determinações foi manipueira gerada no
processamento da mandioca para a produção de farinha. Nas determinações dos
perfis e na avaliação do sistema de tratamento, o resíduo foi diluído a 5%, 10% e
20%.
5.1. Caracterização da manipueira
As composições física e química da manipueira são apresentadas nas
Tabelas 5.1 e 5.2. Os dados compreendem as análises de quatro lotes, com
exceção da determinação de minerais que foi realizada apenas para o lote de agosto
de 2007. Segundo Fernandes Jr. (1995), a composição da manipueira é bastante
variável, sobretudo no que diz respeito à matéria orgânica e ao teor de cianeto.
Lacerda (1991) afirma que a DQO da manipueira gerada na fabricação de farinha
varia de 30 a 70g.L
-1
enquanto os valores de cianeto total se situam entre 112 e
444mg.L
-1
.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
58
Tabela 5.1 - Características físicas e químicas da manipueira gerada em farinheira.
Parâmetro 16/mar/07 17/ago/07 19/dez/07 16/fev/08 Média Literatura
(1)
Á
cidos voláteis
(mgCaCO
3
.L
-1
)
-- 3.942 6.480 8.755 6.392 3.281
A
lcalinidade total
(mgCaCO
3
.L
-1
)
-- 3.411 -- -- 3.411 2.245
DQO (mg.L
-
1
) 40.686 66.118 74.234 77.495 64.633 64.900
pH 4,4 5,7 4,3 4,0 4,6(±1,1) 5,1
Condutividade
(µS.cm
-1
)
6,0 6,6 5,3 4,6 5,7 --
Turbidez (UNT) -- 1.022 3.944 3.942 2.969 --
Sólidos totais (g.L
-
1
) 62,8 52,3 60,8 56,2 58,0 56,7
Sólidos fixos (g.L
-
1
) -- 13,7 20,4 6,6 13,6 8,0
Sólidos voláteis (g.L
-
1
) --- 38,6 40,4 49,6 42,9 48,7
Sólidos
sedimentáveis (g.L
-1
)
-- -- 4,1 7,0 5,5 --
(1)
Média dos valores de Cereda (1994), Barana (2000), Barana (1996) e Fernandes
Jr. (1995).
A concentração média de matéria orgânica no resíduo expressa em DQO foi
de 64,6g.L
-1
. Este valor está coerente com a média de valores relatada por alguns
autores para a produção de farinha. O pH das amostras avaliadas foi de 4,6±1,1, a
concentração de ácidos voláteis ficou em torno de 6,4gCaCO
3
.L
-1
. Segundo
Fernandes Jr. (1995), na caracterização da manipueira, a concentração de ácidos
voláteis apresenta grande variação, visto que aumenta rapidamente no período
decorrido entre a coleta e a análise em laboratório. Trata-se de um parâmetro de
extrema importância para o tratamento anaeróbio considerando-se que em
concentrações elevadas provoca distúrbios no processo de tratamento. Outro
parâmetro relevante para o tratamento anaeróbio, a alcalinidade total, apresentou
valor de 3,4gCaCO
3
.L
-1
.
Em relação aos parâmetros físicos, merece atenção a elevada presença de
amido que conferiu ao resíduo concentração média de sólidos totais de 58,0g.L
-1
constituídos majoritariamente por sólidos voláteis, 42,9g.L
-1
(74%).
A manipueira é rica em minerais. Na caracterização, foram encontrados
valores elevados para nitrogênio total, fósforo total, sódio, potássio e carbono
orgânico total.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
59
Tabela 5.2. Composição mineral da manipueira (mg.L
-1
).
Parâmetro 17/08/07 Literatura
(1)
Fósforo total 700 264,6
Nitrogênio total 1.730 2.894,5
Carbono 28.900 29.582,5
Relação C:N 17:1 10:1
Enxofre 130 142
Potássio 3.910 2.503,9
Cálcio 260 418,9
Magnésio 710 425,3
(1)
Média dos valores de Cereda (1994), Barana (2000), Barana (1996), Fernandes
Jr. (1995).
5.2. Monitoramento do sistema
Os resultados do monitoramento são disponibilizados a seguir. Para as
etapas com cargas orgânicas equivalentes a 5% e 10% de manipueira bruta, as
análises comprovaram a viabilidade do sistema de tratamento para o resíduo nestas
condições. Para o sistema operando com 20% de manipueira, os resultados foram
insatisfatórios.
Os dados de acompanhamento refletem as etapas E5, E10 e E20. Nas
etapas E5 e E10, o monitoramento foi realizado também através da determinação
dos perfis de pH, ácidos voláteis e alcalinidade total no reator acidogênico. Na Etapa
E20, decidiu-se pela não determinação destes perfis em razão da instabilidade do
reator e da queda de eficiência verificada em toda esta etapa.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
60
5.2.1. Etapa E5 – Carga orgânica equivalente a 5% da manipueira
A Etapa E5 foi o início do monitoramento do sistema de tratamento. A
primeira análise ocorreu em 27 de julho de 2007. A Etapa foi concluída em 9 de
outubro de 2007, tendo cumprido um período total de 77 dias. A concentração média
de matéria orgânica representada por DQO foi 2.202mg.L
-1
. Os resultados de
monitoramento são relatados a seguir.
5.2.1.1. pH
A variação espacial do pH no reator acidogênico foi de 4,6±0,6 na entrada
para 6,7±0,5 na saída, conforme apresentado na Figura 5.1. Este valor é adequado
para afluentes de reatores metanogênicos que devem situar-se, normalmente, entre
6,0 e 8,0. Os resultados demonstraram a viabilidade das conchas de sururu no
controle do pH. A estabilização do pH foi possível pela presença de cerca de 43% de
óxido de cálcio (CaO) nas conchas.
Observa-se que a estabilidade do pH no sistema ocorreu a 40cm da entrada,
correspondente a 10 horas de contato do substrato com o leito suporte formado por
conchas de sururu.
Entrada P20 P40 P60 P80
Saída
Ponto amostrado
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
pH
1/ago
25/ago
12/set
24/set
9/out
Figura 5.1 - Variação espacial do pH no reator acidogênico para a Etapa E5.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
61
Na Tabela 5.3 e na Figura 5.2 é ilustrada a variação de pH no início do
monitoramento do sistema. O pH do afluente na Etapa E5 foi de 4,3±0,6. O módulo
acidogênico permitiu a elevação do parâmetro para 6,5±1,0.
Tabela 5.3 - pH observado para Etapa E5.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
3 3,63 5,54
N.D.
6 3,85 5,95
N.D.
8 3,97 6,18
N.D.
10 3,79 6,16
N.D.
17 3,93 6,30
N.D.
25 3,87 7,91
N.D.
28 4,03 6,32 7,18
32 4,02 6,90 7,76
50 5,21 6,29 7,29
55 4,66 6,72 7,39
62 4,90 6,76 7,43
65 4,42 5,56 7,48
74 4,75 6,77 7,69
77 4,65 7,16 7,59
Variação 4,3±0,6 6,5±1,0 7,5±0,4
N.D.: não determinado.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
62
3 6810 17 2528 32 50 55 6265 7477
Operação (dias)
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
pH
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Ponto amostrado
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
pH
Média Média±SE Média±SD
Outliers Ex t r e mo
Figura 5.2 - pH observado para E5: (a) variação temporal; (b) box plot.
(b)
(a)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
63
5.2.1.2. Ácidos voláteis
A variação espacial na concentração de ácidos voláteis no reator acidogênico
ocorreu conforme Figura 5.3. A oscilação maior de ácidos voláteis ocorreu nas 10
primeiras horas de contato do substrato com o leito de sururu, quando se tornou
baixa desde o ponto situado a 40cm da entrada do reator.
Entrada P20 P40 P60 P80
Saída
Ponto amostrado
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
mg.CaCO
3
.L
-1
1/ago
25/ago
12/set
24/set
9/out
Figura 5.3 - Variação espacial de ácidos voláteis para E5 no reator acidogênico.
Na Figura 5.4 e na Tabela 5.4, são apresentados os valores de ácidos
voláteis no sistema com carga orgânica equivalente a 5% da manipueira bruta. O
resíduo apresentou forte oscilação dos ácidos voláteis com limites de 74mgCaCO
3
.L
-
1
e 542mgCaCO
3
.L
-1
. O valor médio foi 296mgCaCO
3
.L
-1
. O módulo acidogênico
acompanhou estas variações permitindo um efluente em torno de 224mgCaCO
3
.L
-1
.
O módulo metanogênico, conforme esperado, apresentou elevado consumo de
ácidos sobretudo nas duas últimas semanas quando a concentração de ácidos
voláteis chegou ao valor mínimo de 18mgCaCO
3
.L
-1
.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
64
3 6810 17 2528 32 50 55 6265 7477
Operação (dias)
0
100
200
300
400
500
600
mgCaCO
3
.L
-1
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
En tr a d a
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Ponto amostrado
0
100
200
300
400
500
600
mg. CaCO
3
Média Média±SE Média±SD
Outliers Ex t r emo
Figura 5.4 - Ácidos voláteis para E5: (a) variação temporal; (b) box plot.
(b)
(a)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
65
Tabela 5.4 - Ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para E5.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
3 107 94
N.D.
6 94 127
N.D.
8 74 114
N.D.
10 107 87
N.D.
17 114 181
N.D.
25 336 281
N.D.
28 380 243 323
32 386 271 152
50 317 304 138
55 511 386 82
62 312 349 71
65 543 331 51
74 396 189 18
77 469 184 18
Médio
296 224 107
D. Padrão
166 99 100
N.D.: não determinado.
5.2.1.3. Alcalinidade total
Os valores de Alcalinidade total no comprimento do reator acidogênico na
Etapa E5 são apresentados na Figura 5.5. O reator teve aumento de alcalinidade
com variação média de 562mgCaCO
3
.L
-1
na entrada para 1.325mgCaCO
3
.L
-1
na
saída. A exemplo da concentração de ácidos voláteis, a variação mais significativa
ocorreu nos primeiros 40cm do reator, tendendo a estabilidade a partir deste ponto.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
66
En t r a d a P2 0 P4 0 P6 0 P8 0
Saída
Pontos amostrados
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
mg.CaCO
3
.L
-1
1/ago
25/ago
12/set
24/set
9/out
Figura 5.5 - Variação espacial da Alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E5.
Na Tabela 5.5 e na Figura 5.6, é apresentada a alcalinidade total na Etapa
E5. A alcalinidade máxima na entrada foi de 805mg.CaCO
3
.L
-1
. Em média,
apresentou-se com valor de 434mg.CaCO
3
.L
-1
. Essa queda em relação à
alcalinidade da manipueira bruta se deveu à diluição do resíduo. Na saída, tanto do
módulo acidogênico quanto do metanogênico, a presença de radicais alcalinos foi
alta desde a estabilização do sistema. Os valores médios foram de
1.067mg.CaCO
3
.L
-1
para o acidogênico e de 1.456mg.CaCO
3
.L
-1
para o
metanogênico.
Tabela 5.5 - Alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E5.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
3 N.D. 438 N.D.
6 N.D. 438 N.D.
8 N.D. 851 N.D.
10 N.D. 782 N.D.
17 N.D. 1.196 N.D.
25 N.D. 1.311 N.D.
28 N.D. 1.288 1.840
32 N.D. 1.633 1.771
50 644 1.035 1.495
continua.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
67
continuação.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
55 529 1.771 1.725
62 805 1.771 2.323
65 174 792 828
74 216 684 780
77 236 946 887
Médio 434 1.067 1.456
D.Padrão 263 447 567
N.D.: não detectado.
3 6 810 17 25 28 32 50 55 62 65 74 77
Operação (dias)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
mgCaCO
3
.L
-1
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Ponto amostrado
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
mgCaCO
3
.L
-1
Média Média±SE Média ±SD
Outliers Ex t r e mo
Figura 5.6 - Alcalinidade total para E5 (a) variação temporal; (b) box plot.
(a)
(b)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
68
5.2.1.4. Demanda química de oxigênio
A DQO foi o parâmetro que determinou a eficiência do sistema no
tratamento da manipueira. A partir da introdução do reator metanogênico na quarta
semana da Etapa E5, a eficiência global do sistema sustentou um aumento
significativo chegando a 91%, com média de 77%. A carga orgânica volumétrica
média na entrada do sistema foi de 1,93kg.m
-3
.dia
-1
. A DQO média na entrada foi
2,2g.L
-1
. Na Tabela 5.6 e na Figura 5.7, são apresentadas as cargas orgânicas
administradas com as respectivas eficiências observadas no período.
Tabela 5.6 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para E5.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
COV
(kg.m
-3
.dia
-1
)
Eficiência
(%)
Bruta Filtrada Bruta Filtrada Bruta Filtrada
3 1.913 -- 1.754 1.569 -- -- 1,91 8
6 1.862 -- 1.722 1.166 -- -- 1,86 8
8 1.642 -- 1.303 792 -- -- 1,64 21
10 1.913 -- 1.531 1.107 -- -- 1,91 20
17 1.889 -- 1.707 1.145 -- -- 1,89 10
25 1.878 -- 1.428 1.332 -- -- 1,88 24
28 2.257 -- 1.479 972 1.222 907 1,13 46
32 3.048 -- 1.531 -- 781 -- 1,52 74
50 2.024 -- 1.068 -- 549 -- 1,01 73
55 2.237 1.729 1.443 1.362 483 185 1,12 78
62 2.832 1.987 1.369 1.171 263 285 1,42 91
65 3.163 2.296 1.110 1.487 435 285 1,58 86
74 1.972 1.476 803 656 207 71 0,99 90
Média 2.202 1.872 1.404 1.160 563 347 1,53 77
D.Padrão 494 351 278 278 347 325 0,36 --
Capítulo 5 – Resultados e discussão
69
3 6 8 10172528325055626574
Operação (dias)
0
500
803
1068
1303
1569
2000
2500
3000
3500
DQO (mg.L
-1
)
Entrada
Saida Acidogênico
Saida metanogênico.
Figura 5.7 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para Etapa E5.
5.2.1.5. Sólidos suspensos totais
Os sólidos determinados no afluente e no efluente foram essencialmente
constituídos por sólidos voláteis em decorrência da alta concentração de amido na
manipueira. Esta particularidade havia sido percebida na caracterização do resíduo.
A remoção média global esteve em torno de 54% para esta Etapa E5. O reator
acidogênico teve desempenho melhor que o metanogênico permitindo uma remoção
de 39%, sendo de 25% a do metanogênico. Na Tabela 5.7 e na Figura 5.8, são
apresentadas todas as variações observadas durante o monitoramento.
Tabela 5.7 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E5.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
SST SSF SSV SST SSF SSV SST SSF SSV
10 198 22 176 110 28 82 -- -- --
50 83 10 73 56 3 53 55 4 51
77 83 10 73 56 3 53 56 3 53
Média 121 14 107 74 11 62 55 3 52
Redução média de SST: 54%
SST: sólidos suspensos totais; SSF: sólidos suspensos fixos; SSV:
sólidos suspensos voláteis.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
70
10 50 77
Operação (dias)
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
SST (mg.L
-1
)
Entrada
Saída Acidogênico
Saída Metanogênico
Figura 5.8 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E5.
5.2.2. Etapa E10 – Carga orgânica equivalente a 10% da manipueira
A Etapa E10 foi iniciada no dia 17 de outubro de 2007 e concluída em 10 de
janeiro de 2008, cumprindo um período total de 96 dias. A concentração média de
matéria orgânica representada por DQO no período foi 5,87g.L
-1
. Os resultados do
monitoramento nesta Etapa E10 estão descritos a seguir.
5.2.2.1. pH
No perfil para Etapa E10, o pH na entrada do sistema foi de 3,6±0,2; na
saída foi verificado valor de 7,2±0,2. O reator não mostrou comportamento diferente
daquele observado na etapa anterior. Também nesta condição, as conchas de
sururu se mostraram adequadas para estabilização do pH, conforme Figura 5.9.
Verifica-se também na Figura 5.9 que a estabilidade do pH nesta etapa
ocorreu a 60cm da entrada, correspondente a 16 horas de contato do substrato com
as conchas de sururu.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
71
Entrada P20 P40 P60 P80
Saída
Ponto amostrado
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
pH
26/out
28/dez
Figura 5.9 - Variação espacial do pH para E10.
O pH no afluente do sistema após duplicação da DQO de entrada foi de
4,4±1,1. No módulo acidogênico, o pH ficou em torno de 7,4±0,6 enquanto no
metanogênico o pH de saída foi 7,7±0,3. Em ambos os reatores, verificou-se baixa
vulnerabilidade do pH a incrementos nas concentrações de ácidos voláteis devido ao
alto valor de alcalinidade. Na Tabela 5.8 e na Figura 5.10 são ilustradas as variações
de pH após elevação da carga orgânica de entrada para 10% da DQO bruta da
manipueira.
Tabela 5.8 - Variação de pH para E10.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
85 4,35 7,27 7,63
92 3,84 7,57 7,85
94 4,94 7,23 7,46
129 4,74 6,81 7,88
132 4,78 7,18 7,91
163 3,29 7,41 7,98
165 3,29 7,41 7,98
168 3,34 6,88 7,48
170 3,53 6,84 7,75
Variação 4,0±1,1 7,2±0,6 7,8±0,3
Capítulo 5 – Resultados e discussão
72
85
92
94
129
132
163
165
168
170
Operação (dias)
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
pH
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
En tr a da
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Ponto amostrado
3
4
5
6
7
8
9
pH
Mean Mean±SE Mean±SD Outliers
Extremes
Figura 5.10 - Variação de pH para E10: (a) variação temporal; (b) box plot.
5.2.2.2. Ácidos voláteis
A variação espacial na concentração de ácidos voláteis no reator acidogênico
ocorreu, nesta Etapa E10, conforme Figura 5.11. Os perfis traçados apresentaram
comportamentos semelhantes. Nas primeiras 4 horas do substrato no reator, houve
aumento dos ácidos que, em todo o tempo seguinte, eram reduzidos até um valor
mínimo na saída.
(a)
(b)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
73
Entrada P20 P40 P60 P80
Saída
Ponto amostrado
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
mg.CaCO
3
.L
-1
26/out
28/dez
Figura 5.11 - Variação espacial de ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10.
As determinações de ácidos voláteis com 10% de manipueira no sistema
são apresentadas na Tabela 5.9 e na Figura 5.12. Os valores de entrada nesta
etapa foram sensivelmente superiores aos da etapa anterior. O reator acidogênico,
no entanto, não foi afetado por este acréscimo mantendo-se com valores próximos a
307mgCaCO
3
.L
-1
. O módulo metanogênico se manteve com taxa de consumo
próxima as últimas semanas da segunda etapa do trabalho.
Tabela 5.9 - Ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para Etapa E10.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
85
1.051 234 82
92
1.435 69 28
94
840 156 37
129
984 202 14
132
804 101 14
163
768 420 48
165
768 576
48
168
816 504 36
170
648 504 48
Médio 902 307 39
D.Padrão 233 194 21
Capítulo 5 – Resultados e discussão
74
85
92
94
129
132
163
165
168
170
Operação (dias)
0
200
400
600
768
984
1200
1400
1600
mgCaCO
3.
L
-1
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
mgCaCO
3.
L
-1
Média Méda±SE Méda±SD
Outliers
Figura 5.12 – AV (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10: (a) variação temporal; (b) box plot.
5.2.2.3. Alcalinidade total
A variação espacial da alcalinidade total no reator acidogênico para E10 é
apresentada na Figura 5.13. Não foi verificada nesta etapa alcalinidade na entrada
do reator em razão do baixo valor de pH no substrato. Após as primeiras 4 horas,
houve ganho constante de alcalinidade. A concentração média na saída foi de
1.536mgCaCO
3
.L
-1
para os perfis traçados.
(a)
(b)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
75
En tr a da P2 0 P4 0 P6 0 P8 0
Saída
Pontos amostrados
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
mg.CaCO
3
.L
-1
26/out
28/dez
Figura 5.13 - Variação espacial da alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10.
Os dados de alcalinidade para 10% de manipueira são apresentados na
Tabela 5.10 e na Figura 5.14. A alcalinidade máxima na entrada foi de
611mgCaCO
3
.L
-1
e o valor médio 402mgCaCO
3
.L
-1
. A saída dos módulos
acidogênico e metanogênico apresentou altas concentrações de radicais alcalinos.
Os valores médios foram de 1.451mgCaCO
3
.L
-1
para o reator acidogênico e de
1.563mgCaCO
3
.L
-1
para o metanogênico.
Tabela 5.10 - Variação de alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E10.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
85
296 1.812 1.852
92
-- 2.088 1.872
94
611 1.497 1.635
129
591 1.182 1.576
32
512 1.359 1.379
163 --
1.458 1.615
165 --
1.261 1.300
168 --
1.221 1.458
170 --
1.182 1.379
Médio 402
1.451 1.563
D.Padrão 257
312 204
Capítulo 5 – Resultados e discussão
76
85
92
94
129
132
163
165
168
170
Período (dias)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
mgCaCO
3
.L
-1
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Entrada
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Ponto amostrado
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
mgCaCO
3
.L
-1
Média Média±SE
Média±SD Outliers
Figura 5.14 - Alcalinidade total para E10: (a) variação temporal; (b) box plot.
5.2.2.4. Demanda química de oxigênio
A duplicação da carga orgânica afluente não produziu alteração no
comportamento do sistema. A eficiência se manteve elevada em toda esta etapa
indicando estabilidade também na remoção de DQO. A COV teve, de forma
semelhante, pouca variação sendo em média de 2,93kg.m
-3
.dia
-1
. A eficiência média
na remoção de DQO foi de 89%. O comportamento do sistema neste período é
apresentado na Tabela 5.11 e Figura 5.15.
(a)
(b)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
77
Tabela 5.11 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para E10.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênica
Saída
Metanogênica
COV
(kg.m
-3
.dia
-1
)
Eficiência
(%)
Bruta Filtrada Bruta Filtrada Bruta Filtrada
85 6.312 5.503 1.753 1.503 715 428 3,16 89
92 5.547 4.635 1.253 636 783 307 2,77 86
94 5.973 -- 1.965 -- 1.003 -- 2,99 83
129 5.735 5.068 2.372 2.126 564 266 2,87 90
132 6.141 5.228 1.242 1.112 538 377 3,07 91
163 6.257 5.677 2.112 1.851 532 459 3,13 92
165 5.503 4.170 2.938 2.764 610 336 2,75 89
168 6.199 5.749 2.749 2.445 575 272 3,10 91
170 5.155 4.213 2.807 2.445 556 272 2,58 89
Média 5.869 5.030 2.132 1.860 653 340 2,93 89
D.Padrão 381 588 604 685 148 70 0,20 --
85
92
94
129
132
163
165
168
170
Período de operação (dias)
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Carga DQO (mg.L
-1
)
Entrada
Saída Acidogênico
Saída Metanogênico
Figura 5.15 - Variação de DQO (mg.L
-1
) no sistema para E10.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
78
5.2.2.5. Sólidos suspensos totais
Os sólidos determinados na Etapa E10 são apresentados na Tabela 5.12 e
na Figura 5.16. A redução média de sólidos suspensos totais no sistema ficou em
42%, pouco menor que na etapa anterior. Isto pode ser
j
ustificado pelo aporte maio
r
de sólidos no afluente desta etapa. Observe-se que a concentração de sólidos no
substrato era predominantemente constituída de sólidos voláteis conforme se
verificou também na Etapa E5. O reator acidogênico, diferentemente do que ocorreu
na etapa anterior, ofereceu uma menor redução de sólidos, 20%, enquanto o
metanogênico apresentou remoção final de 28%. A potencialidade de redução do
reator metanogênico para esta etapa foi bastante próxima a da Etapa E5, indicando
que o reator atingiu seu limite na assimilação de sólidos.
Tabela 5.12 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E10.
Operação
(dias)
Entrada Saída Acidogênico Saída Metanogênico
SST SSF SSV SST SSF SSV SST SSF SSV
77 168 4 164 163 37 126 68 5 63
85 222 7 215 104 8 96 149 9 140
102 143 34 109 87 10 77 78 18 60
111 160 41 119 143 38 105 83 -- 83
129 145 -- 145 118 33 95 72 9 63
132 151 -- 151 172 33 139 119 29 90
Média 165 14 150 131 26 106 94 12 83
Redução média de SST: 42%
SST: sólidos suspensos totais; SSF: sólidos suspensos fixos; SSV: sólidos
suspensos voláteis.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
79
85
102
111
129
132
163
Operação (dias)
0
40
80
120
160
200
240
280
mg.L
-1
Entrada
Saída Acidogênico
Saída Metanogênico
Figura 5.16 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para Etapa E10.
5.2.2.6. Nitrogênio total e fósforo total
Nitrogênio e fósforo são os nutrientes essenciais para todos os processos
biológicos. Segundo Campos (1999), as quantidades de N e P, em relação a
quantidade de matéria orgânica presente no mesmo sistema dependem da
capacidade dos microrganismos em obter energia para síntese a partir das reações
bioquímicas de oxidação do substrato orgânico. Para o autor, a relação DQO:N:P de
500:5:1 é suficiente para atender às necessidades de macro e micronutrientes dos
microrganismos anaeróbios.
O sistema demonstrou baixa eficiência na remoção de macronutrientes. Este
comportamento é comum em sistemas de tratamento anaeróbios e, em particular, no
tratamento da manipueira.
A
capacidade de remoção média para nitrogênio total na
Etapa E10, conforme Tabela 5.13 e Figura 5.17, foi de 47%. A redução de nitrogênio
esteve acima daquela observada na redução de fósforo total a qual fixou média de
23%, de acordo com Tabela 5.14 e Figura 5.18, e pode ter ocorrido em razão da
assimilação de P pela biomassa celular.
Nas duas primeiras análises, constatou-se uma concentração de nitrogênio
total na entrada do sistema superior a saída. Isto pode estar relacionado a uma
maior liberação de biomassa (SSV) a qual retém ambos os nutrientes.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
80
Tabela 5.13 - Nitrogênio total para E10 (mgN.L
-1
).
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
Redução (%)
Acidogênico Metanogênico Global
78 70 92 94 -- -- --
85 60 104 79 -- 24 --
97 88 90 83 -- 8 6
127 68 28 20 58 30 71
134 54 35 26 35 26 52
138 51 36 20 28 46 61
Média 65 64 53,6 40 27 47
97 127 138
Operação (dias)
0
10
20
30
40
50
60
70
P (mg.L
-1
)
Entrada
Saída Acidogênico
Saída Metanogênico
Figura 5.17 - Nitrogênio total para Etapa E10.
Nesta Etapa E10, a relação DQO:N:P foi de 108:1,2:1. Percebe-se uma alta
concentração de nutrientes no resíduo com a concentração de fósforo próxima a de
nitrogênio. Esta condição torna a assimilação de N e de P pelo sistema insuficiente
para o descarte do efluente final em corpos receptores. Segundo von Sperling
(1996), a concentração limite máxima de P para lançamento de efluentes deverá ser
inferior a 1,0mg.L
-1
. Já a Resolução CONAMA n.º 397/2008 estabele um limite
máximo de 20,0mg.L
-1
para nitrogênio amoniacal total, a forma predominante em
poluentes recentes. A Resolução não menciona um limite máximo para nitrogênio
total, contudo, adotando-se este valor de 20,0mg.L
-1
como referência, conclui-se
pela necessidade de um pós-tratamento do efluente final do sistema estudado.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
81
Tabela 5.14 - Fósforo total para E10 (mgP.L
-1
).
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
Redução (%)
Acidogênico Metanogênico Total
97 69 57 51 18 10 27
127 38 33 30 14 7 20
138 56 51 44 9 13 22
Média 54 47 42 14 10 23
97 127 138
Operação (dias)
0
10
20
30
40
50
60
70
P (mg.L
-1
)
Entrada
Saída Acidogênico
Saída Metanogênico
Eficiência
Figura 5.18 - Fósforo total para Etapa E10.
5.2.3. Etapa E20 – Carga orgânica equivalente a 20% da manipueira
A Etapa E20 foi iniciada no dia 16 de janeiro e concluída em 07 de maio de
2008, sendo realizada num período total de 112 dias. A concentração média de
matéria orgânica em DQO foi 12,38g.L
-1
no período. Os resultados de
monitoramento na Etapa são apresentados a seguir.
5.2.3.1. pH
O pH na Etapa E20 sofreu queda significativa, conforme Tabela 5.15 e
Figura 5.19. Isto se deveu a elevação da concentração de ácidos orgânicos do
substrato que não foi suficientemente consumida pelos microrganismos
metanogênicos e pela atividade das conchas de sururu devido ao desgaste natural
destas no reator acidogênico.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
82
O desgaste foi constado mediante observação da ausência dos
componentes rígidos em amostras de conchas recolhidas do interior do reator.
Nestas amostras, restavam apenas a película externa que envolve as conchas
indicando que toda a reserva de cálcio havia sido consumida.
Para corrigir esta perda, promoveu-se a estabilização do pH através do
contato entre as conchas de sururu e o substrato antes da entrada de cada reator
com a utilização do decantador e do filtro. Estas modificações permitiram um ganho
de pH no último mês desta Etapa E20. O pH observado na entrada foi de 3,4±0,3; na
saída se manteve na faixa de 5,7±1,2.
Tabela 5.15 - pH para Etapa E20.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Decantador
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
176 3,51 -- 5,41 6,41
181 3,28 -- 5,28 6,21
184 3,53 -- 5,44 5,36
188 3,48 -- 5,04 7,49
196 3,32 -- 5,39 5,72
205 3,38 3,42 4,96 5,25
232 3,37 3,34 5,08 5,09
239 3,30 3,32 5,33 5,09
245 3,30 3,37 4,92 5,28
251 3,35 4,77 5,49 5,54
260 3,60 4,64 5,15 6,18
270 3,44 4,51 5,59 6,02
288 3,93 5,45 5,86 6,35
Variação 3,4±0,3 4,1±1,1 5,3±0,5 5,7±1,2
Capítulo 5 – Resultados e discussão
83
176
181
184
188
196
205
232
239
245
251
260
270
288
Operação (dias)
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
Entrada
Saída Decantador
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Entrada
Saída Decantador
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
Média Média±SE Méd ia±SD
Outliers Ex t r e mo
Figura 5.19 - pH na Etapa E20: (a) variação temporal; (b) box plot.
5.2.3.2. Ácidos voláteis
A concentração de ácidos voláteis na Etapa E20 mostrou comportamento
diferente daqueles observados nas etapas anteriores. O sistema não se mostrou em
condições de consumir a elevada produção dos ácidos do substrato nesta etapa,
sendo predominante a acidificação em ambos os reatores. Esta manifestação afetou
significativamente o funcionamento do módulo metanogênico e, por consequência,
todo o funcionamento do sistema. Em média, a concentração de ácidos cresceu de
1.613mgCaCO
3
.L
-1
na entrada para 2.261mgCaCO
3
.L
-1
na saída. Na Tabela 5.16 e
nas figuras 5.20 e 5.21, são apresentados os valores de ácidos voláteis para E20.
(a)
(b)
Capítulo 5 – Resultados e discussão
84
Tabela 5.16 - Ácidos voláteis (mgCaCO
3
.L
-1
) para E20.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Decantador
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
176
N.D. 864 840 792
181
N.D. 1.344 1.800 1.627
184
N.D. 984 1.302 1.733
188
N.D. 1.368 1.608 560
196
N.D. 1.656 1.872 1.800
205
1.368 1.344 1.488 1.584
232
1.519 1.813 2.009 2.156
239
1.862 1.911 2.597 2.597
245
1.225 1.127 1.617 1.666
251
1.862 2.205 2.303 2.597
260
1.519 1.470 1.862 1.911
270
2.241 2.294 2.450 2.606
288
1.311 1.224 2.055 2.186
Médio 1.613 1.507 1.831 2.261
D.Padrão 346 444 479 407
N.D.: não detectado.
176
181
184
188
196
205
232
239
245
251
260
270
288
Período (dias)
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
mgCaCO
3
.L
-1
Ent r ada
Saída Decantador
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Figura 5.20 - Variação temporal de ácidos voláteis para E20.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
85
Entrada
Saída Decantador
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
mgCaCO
3
.L
-1
Méd ia Média±SE Média±SD
Outliers Extremes
Figura 5.21 - Box plot de ácidos voláteis para E20.
5.2.3.3. Alcalinidade total
A alcalinidade total na alimentação do sistema com manipueira diluída a
20%, conforme figuras 5.22 e 5.23 e Tabela 5.17, teve aumento significativo.
Contribuíram para este aumento, a promoção da estabilização do pH antes da
entrada do sistema e antes da entrada do reator metanogênico. Os valores médios
de alcalinidade para todos os pontos amostrados se situaram sempre acima
daqueles observados nas etapas anteriores, sendo de 1.381mgCaCO
3
.L
-1
e
2.032mgCaCO
3
.L
-1
na entrada e na saída, respectivamente.
176
181
184
188
196
205
232
239
245
251
260
270
288
Operação (dias)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
mgCaCO
3
.L
-1
Saída Decantador
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Figura 5.22 - Variação temporal da alcalinidade total para E20.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
86
Saída Decantador
Saída Acidogênica
Saída Metanogênica
Ponto amostrado
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
mgCaCO
3
.L
-1
Média Média±SE Média±SD
Outliers
Figura 5.23 - Box plot da alcalinidade total para E20.
Tabela 5.17 - Alcalinidade total (mgCaCO
3
.L
-1
) para E20.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Decantador
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
176 N.D. -- 867 1.103
181 N.D.
--
1.734 1.931
184 N.D.
--
1.684 1.600
188 N.D.
--
1.347 227
196 N.D.
--
1.852 1.979
205 N.D.
--
1.221 1.558
232 N.D.
--
1.684 2.147
239 N.D.
--
2.610 1.431
245 N.D.
--
1.305 1.600
251 N.D. 1.621 2.779 2.526
260 N.D. 822 1.747 2.518
270 N.D. 1.387 2.980 2.980
288 N.D. 1.696 2.569 2.775
Médio -- 1.381 1.875 2.032
D.Padrão -- 395 659 565
N.D.: não detectado.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
87
5.2.3.4. Demanda química de oxigênio
O novo aumento na carga de entrada para 20% de manipueira provocou
uma queda significativa na eficiência do sistema a partir do 176º dia de operação,
conforme se observa na Tabela 5.18 e na Figura 5.24. Para esta etapa de operação,
a eficiência média foi de 17%, com COV média na entrada em torno de
6,2kgDQO.m
-3
.dia
-1
.
A queda na eficiência se deveu, possivelmente, a instabilidade do sistema
em razão de sobrecarga orgânica. Este comportamento se manteve em toda a
Etapa E20, mesmo após a recuperação do pH afluente do reator metanogênico.
Tabela 5.18 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para E20.
Operação
(dias)
Entrada
Saída
Acidogênico
Saída
Metanogênico
COV
(kg.m
-3
.dia
-1
)
Eficiência
(%)
Bruta Filtrada Bruta Filtrada Bruta Filtrada
176 15.823 13.504 -- -- 12.997 12.127 7,91 35
196 12.707 11.402 -- -- 11.257 10.352 6,35 27
205 10.297 8.775 9.319 8.612 9.319 8.395 5,15 23
239 15.352 13.558 15.297 13.558 13.341 12.743 7,68 17
245 10.080 9.428 8.993 8.558 9.102 8.721 5,04 15
251 15.134 13.884 13.721 13.178 12.580 11.873 7,57 17
260 10.297 9.917 10.080 9.591 10.352 9.536 5,15 --
270 14.645 13.776 14.428 13.287 12.254 12.743 7,32 16
288 7.091 7.145 7.960 7.199 8.178 7.688 3,55 2
Média
12.381 11.266 11.042 10.464 10.108 9.830 6,19 17
D.Padrão
3.071 2.545 1.884 1.970 2.126 2.010 1,54
--
Capítulo 5 – Resultados e discussão
88
176
196
205
232
237
245
251
260
270
Operação (dias)
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
DQO (mg.O
2
.L
-1
)
Entrada
Saída Acidogênico
Saída Metanogênico
Figura 5.24 - DQO (mg.L
-1
) no sistema para Etapa E20.
5.2.3.5. Sólidos suspensos totais
A redução média global de sólidos suspensos totais na Etapa E20 ficou em
79%, superior às etapas anteriores. Ao contrário do que se supunha, não foi o
decantador a unidade com maior efeito sobre esta redução (18%), foi o reator
acidogênico (42%). Isto ocorreu devido ao acúmulo de sólidos na entrada deste
reator o que possivelmente contribuiu para o aumento da formação de ácidos
orgânicos. Esta constatação leva a acreditar que a redução sólidos não representou
um benefício considerando-se que a eficiência, o pH, os ácidos voláteis e a
alcalinidade total indicaram má operação do sistema. Na Tabela 5.19 e na Figura
5.25 são apresentados os valores de sólidos suspensos para E20.
Tabela 5.19 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para E20.
Dias
Entrada Saída Decantador Saída Acidogênico Saída Metanogênico
SST SSF SSV SST SSF SSV SST SSF SSV SST SSF SSV
188 657 48 610 -- -- -- 342 30 312 201 30 171
232 435 65 371 543 40 503 238 28 210 188 16 172
239 953 47 907 890 50 840 176 22 154 104 8 96
245 803 20 783 177 0 177 212 34 178 96 8 88
258 274 28 246 256 32 224 244 22 222 122 16 106
Média 617 40 577 467 31 436 218 27 191 128 12 116
Redução média de SST: 79%
SST: sólidos suspensos totais; SSF: sólidos suspensos fixos; SSV: sólidos suspensos voláteis.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
89
188 232 239 245 258
Operação (dias)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
SST (mg.L
-1
)
Entrada
Saída Decantador
Saída Acidogênico
Saida Metanogênico
Figura 5.25 - Sólidos suspensos totais (mg.L
-1
) para E20.
5.2.3.6. Nitrogênio total e fósforo total
O sistema, nesta Etapa E20, demonstrou baixa eficiência na remoção de
macronutrientes. Foram analisadas apenas duas amostras em razão das indicações
de mau funcionamento dos reatores. A remoção de nitrogênio total foi de 64%
(Tabela 5.20). Este valor deve, contudo, ser apreciado apenas como ilustrativo da
redução de nitrogênio no sistema, considerando-se a pequena quantidade de
análises.
Tabela 5.20 - Nitrogênio total (mgN.L
-1
) para E20.
Operação
(dias)
Entrada Acidogênico Metanogênico
Redução (%)
Acidogênico Metanogênico Global
230 132 227 153 -- -- --
236 141 -- 50 -- -- 64
A redução média de fósforo total para esta etapa foi de 24% (Tabela 5.21).
Este valor foi próximo àquele verificado na Etapa E10. A relação DQO:N:P foi de
129:1,4:1. Também nesta etapa, verificaram-se altas concentrações de nitrogênio e
de fósforo total com valores próximos entre si. Os resultados levam novamente a
necessidade de um pós-tratamento do efluente final.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
90
Tabela 5.21 - Fósforo total (mgP.L
-1
) para E20.
Operação
(dias)
Entrada Acidogênico Metanogênico
Redução (%)
Acidogênico Metanogênico Total
230 95 82 71 14 13 25
258 97 98 74 -- 25 24
Média 96 90 72 -- 19 25
5.2.4. Considerações finais
5.2.4.1. Relação ácidos voláteis/alcalinidade total
A relação ácidos voláteis/alcalinidade total (AV/AT) é utilizada como uma
estimativa do desempenho do processo de digestão anaeróbio. Segundo Ribas
(2003), as concentrações de ácidos voláteis e de alcalinidade total no substrato são
os principais valores mensuráveis do processo de digestão. A autora relata que
enquanto a relação AV/AT variar entre 0,1 e 0,5, o sistema está estável.
Para Campos (1999), o sistema está estável se a relação variar entre 0,1 e
0,3, indicando algum distúrbio ou sobrecarga do processo de tratamento quando
ultrapassa 0,5. O autor menciona que estes valores se referem especificamente ao
reator metanogênico. Para o reator acidogênico, a relação AV/AT serve apenas para
acompanhamento da acidificação, que deve ocorrer de forma mais eficiente
possível.
Neste trabalho, pôde-se verificar a influência da relação AV/AT na eficiência
de ambos os reatores. Sempre que esta relação esteve nos limites citados
anteriormente, tanto no reator acidogênico quanto no metanogênico, houve
crescimento na redução global de DQO até os limites máximos de 89% para a Etapa
E5 e de 92% para a Etapa E10. Na Etapa E20, a relação subiu além dos valores
limite; a eficiência caiu consideravelmente.
Os valores da relação AV/AT nas três etapas do estudo são apresentados
na Tabela 5.22. Na Etapa E5, a relação AV/AT máxima da fase acidogênica ficou em
0,42, com média de 0,22. O reator metanogênico apresentou estabilidade com
valores de AV/AT predominantemente abaixo de 0,1, sem que houvesse nenhum
comprometimento da eficiência do sistema.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
91
O sistema na Etapa E10 permitiu uma relação AV/AT abaixo de 0,5 para o
reator acidogênico e inferior a 0,1 para o metanogênico. Novamente, mesmo com o
valor abaixo do limite mínimo estabelecido, não houve qualquer comprometimento
da eficiência.
Com o sistema na Etapa E20, observaram-se valores médios para a relação
AV/AT de 1,0 no reator acidogênico e de 0,9 no metanogênico. Desta forma, a partir
dos limites considerados, pôde-se concluir que a carga orgânica equivalente a 20%
de manipueira trouxe distúrbios para o processo de tratamento, levando ao colapso
do reator metanogênico.
Tabela 5.22. Relações AV/AT observadas no estudo.
Etapa E5 Etapa E10 Etapa E20
Operação
(dias)
R. A. R. M.
Operação
(dias)
R. A. R. M.
Operação
(dias)
R. A. R. M.
3 0,21 N.D. 85 0,13 0,04 176 0,97 0,72
6 0,29 N.D. 92 0,03 0,01 181 1,04 0,84
8 0,13 N.D. 94 0,10 0,02 184 0,77 1,08
10 0,11 N.D. 129 0,17 0,01 188 1,19 0,25
17 0,15 N.D. 132 0,07 0,01 196 1,01 0,91
25 0,21 N.D. 163 0,29 0,03 205 1,22 1,02
28 0,19 0,18 165 0,46 0,04 232 1,19 1,00
32 0,17 0,09 168 0,41 0,02 239 0,99 1,81
50 0,29 0,09 170 0,43 0,03 245 1,24 1,04
55 0,22 0,05 -- -- -- 251 0,83 1,03
62 0,20 0,03 -- -- -- 260 1,07 0,76
65 0,42 0,06 -- -- -- 270 0,82 0,87
74 0,28 0,02 -- -- -- 288 0,80 0,79
77 0,19 0,02 -- -- -- -- -- --
Média
0,22
0,07
--
0,23 0,02
--
1,01 0,93
R. A.: reator acidogênico; R. M.: reator metanogênico; N.D.: não determinado.
Capítulo 5 – Resultados e discussão
92
5.2.4.2. Redução de DQO
A variação na eficiência do sistema em todo o período do estudo é ilustrada
na Figura 5.26. O reator acidogênico teve crescimento na eficiência após a partida
até o limite de 58% no final da Etapa E5. A eficiência na Etapa E10 continuou neste
patamar se situando na média de 63%, embora viesse decaindo a partir da sexta
semana de operação. Na última etapa do estudo, a eficiência do reator acidogênico
caiu e não apresentou sinais de recuperação.
3 10 28 55 74 94 163 170 196 239 260
Operação (dias)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%
Acidogênico
Metanogênic o
Globa l
E5
E10 E20
Figura 5.26 - Eficiência no sistema na redução de DQO.
O reator metanogênico, na primeira etapa do estudo, teve comportamento
semelhante ao do acidogênico. A eficiência média foi de 57% com tendência de
crescimento. Na Etapa E10, a eficiência manteve a tendência de crescimento com
redução de DQO em torno de 80% nas duas últimas semanas. Na Etapa E20, a
eficiência caiu, apresentando-se próxima a 17%.
Observa-se que as maiores eficiências no sistema foram alcançadas entre o
55º e o 170º dias, correspondentes às três últimas semanas da Etapa E5 e a toda a
Etapa E10. A Etapa E10 foi aquela em que o sistema esteve mais estável com baixa
variação na eficiência entre 83% e 92%. No gráfico, é nítida a queda acentuada na
eficiência quando da introdução da alimentação com 20% de manipueira no sistema.
Os reatores, devido a esta sobrecarga orgânica imposta aos microrganismos, não
mais se recuperaram e apresentaram sinais de colapso.
Capítulo 6
CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES
O trabalho experimental desenvolvido neste estudo se estruturou em
experiências relatadas na literatura para tratamento biológico anaeróbio da
manipueira. Procurou-se desenvolver uma alternativa de tratamento em fases
separadas com resíduo coletado em casa de farinha do Agreste Alagoano. Os pré-
requisitos do sistema aqui considerados foram a facilidade de operação, baixo custo
e eficiência na remoção de carga orgânica e cianeto.
O sistema de tratamento se mostrou adequado para o resíduo, tendo
desempenho bastante satisfatório sob as condições pré-definidas. Operando nas
etapas E5 e E10 durante um período de aproximadamente seis meses, se manteve
estável quanto ao pH, ácidos voláteis e alcalinidade. A eficiência, por conseqüência,
foi bastante satisfatória.
Os ensaios no reator acidogênico, onde foram traçados perfis de pH,
alcalinidade e ácidos voláteis para avaliação do desempenho das conchas de sururu
na estabilização do sistema, demonstraram bons resultados. Foi verificado
crescimento de pH na ordem de duas a três unidades para as etapas E5 e E10 do
estudo. Houve ganho de alcalinidade e consumo de ácidos orgânicos satisfatórios
em razão da elevada concentração de óxido de cálcio nas conchas, próxima a 43%
da constituição. Na Etapa E20, não foram traçados perfis devido a sobrecarga
orgânica nos reatores.
Atribui-se o ganho de pH especificamente no efluente acidogênico nas
etapas E5 e E10, ao contato do resíduo com as conchas de sururu. As conchas
permitiram a produção de um efluente acidogênico apropriado para o reator
metanogênico, o que se manifestou positivamente no desempenho do sistema,
tendo efeito preponderante sobre a eficiência na redução de DQO.
Capítulo 6 – Conclusão e recomendações
94
A relação AV/AT nas etapas E5 e E10 se conservou abaixo de 0,5 por
praticamente todo o período de monitoramento. As remoções de carga orgânica
foram de 77% e 89%, respectivamente, para as etapas E5 e E10. Quanto à
eficiência na remoção de nutrientes, o sistema não se mostrou adequado, a exemplo
de outros biodigestores anaeróbios. A capacidade de redução média para nitrogênio
total foi 47% enquanto a redução de fósforo total foi de 23%. Há, desta forma, a
necessidade de pós-tratamento que poderá ser a disposição do efluente tratado em
lavouras onde sirva como biofertilizante.
Na Etapa E20, a carga orgânica trouxe problemas a estabilidade. O pH na
saída do reator acidogênico ficou em 5,3, no reator metanogênico, o valor médio foi
5,7. Embora tenha havido ganho de pH após ajustes no sistema, em torno de duas
unidades, as condições do efluente não foram suficientes para preservação e
desenvolvimento dos microrganismos metanogênicos. O sistema apresentou
elevados valores de ácidos voláteis e queda de pH no reator metanogênico, sendo
estes indícios de colapso. Isto pode ter decorrido de diversos fatores além da
sobrecarga no sistema dentre os quais, aumento no volume de sólidos solúveis
afluentes e perda da capacidade de preservação do pH pelo desgaste das conchas
de sururu. Nestas condições, o sistema apresentou baixa eficiência na remoção de
DQO, 17% em média. As concentrações de nitrogênio e fósforo total no efluente final
demonstraram novamente a necessidade de pós-tratamento.
Previam-se no trabalho ensaios de determinação de cianeto e
monitoramento de biogás. As determinações de cianeto não foram realizadas em
decorrência da indisponibilidade de condições nos laboratórios onde o trabalho foi
desenvolvido. Quanto o monitoramento de biogás, as pequenas dimensões do reator
não permitiram que fossem realizadas.
Embora a indisponibilidade destes dados de cianeto e biogás não permitam
uma quantificação da eficiência do sistema na redução de cianeto e na conversão de
matéria orgânica a biogás, experiências relatadas por Lacerda (1991), Feiden (2001)
e Cereda et al. (2001), por exemplo, para sistemas de tratamento anaeróbio, onde
as reduções de DQO estavam relacionadas à redução satisfatória de cianeto e a
produção eficiente de biogás, é plausível supor que o sistema aqui estudado possui
desempenho satisfatório para ambos os parâmetros. Isto, contudo, dependerá de
confirmação mediante a realização dos ensaios referidos.
Capítulo 6 – Conclusão e recomendações
95
De forma geral, conclui-se pela viabilidade da alternativa aqui trabalhada
para o tratamento da manipueira. No entanto, é necessária a resolução dos
inconvenientes verificados no trabalho e relatados neste texto. Recomenda-se, por
exemplo, a realização de ensaios que definam o tempo ótimo de uso das conchas
de sururu bem como a quantidade mais adequada a ser inserida no reator
acidogênico.
Outro inconveniente, o elevado consumo d’água necessária a diluição do
substrato, é um fator limitante do tratamento, considerando-se a escassez na
maioria das regiões produtoras de farinha. Estudos deverão ser desenvolvidos no
sentido de otimizar este consumo ou mesmo a substituição por esgoto doméstico
e/ou água de lavagem das raízes gerados nas casas de farinha. A redução do
consumo de água pode ainda ser possível através da redução da vazão afluente que
se reflete no aumento do TDH e na diminuição da COV.
O aumento na escala do sistema é um próximo e necessário passo para a
disponibilização da tecnologia de tratamento aos produtores. É necessária a
adequação do sistema aos ambientes de produção de farinha e/ou extração de
fécula. Assim, a construção de um sistema piloto próximo às casas de farinha é uma
alternativa que deverá ser considerada inclusive com o desenvolvimento de
estruturas que permitam o armazenamento e fornecimento de biogás para
atendimento da demanda energética das unidades de produção.
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Nacional do Meio Ambiente n.º 357, de 2005, que dispõe sobre a classificação dos
corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como
estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. Resoluções vigentes
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