Controle de poluição da industria de alimentos

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Curso sobre tratamento de efluentes
industriais
Características físico-quimicas
Prof. Marcelo Hemkemeier
Prof. Paulo Roberto Koetz
Prof. Vandré Barbosa Brião
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Resíduos
Resíduos Sólidos
Líquidos
Sólidos
Miscíveis
Imiscíveis
Emulsionados
Solúveis
Particulados
Gases
2
Resíduos
Resíduos Líquidos
Líquidos
Sólidos
Gases
•Miscíveis
•Imiscíveis
•Emulsionados
•Solúveis
•Particulados
•Dissolvidos
•Dispersos
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Efluentes da Indústria. 1
Principais componentes
Água
Vapor
Carboidratos
Matéria Prima
Orgânica
Proteínas
Lipídios
Sais - Ácidos
Insumos
Sais
Ácidos
4
Efluentes da Indústria. 2
Principais componentes
Água
Vapor
Metais
Matéria Prima
Inorgânica
Não metais
Sais – Ácidos
Recalcitrantes
Sais
Insumos
Ácidos
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Parâmetros dos Efluentes
• A matéria prima da agroindústria é de origem
agrícola e pecuária.
• Proteínas, carboidratos e lipídios.
• A agroindústria não transforma quimicamente
 Indústria de fermentações.
 Hidrólise por aquecimento e acidez.
 Degradação da matéria prima.
• Nos efluentes estas substâncias estão em
pequenas concentrações e em início de degradação
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Parâmetros físicos
•Odor
•Cor
•Temperatura
•Viscosidade
•Espumas
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Parâmetros físico-quimicos
pH
Sólidos totais fixos e voláteis
Sólidos suspensos fixos e
voláteis
Sólidos dissolvidos fixos e
voláteis
Sólidos decantáveis
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Parâmetros químicos orgânicos
•DBO
•DQO
•COT
•Óleos e gorduras
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Parâmetros químicos inorgânicos
Alcalinidade
Nitrogênio amoniacal
Nitratos (NO3 )+ Nitritos (NO2) (NOx)
Fósforo
Sulfetos
Sulfatos
Metais: Fe, Al, Sn, Co, Li
Metais pesados: Cd, Mo, Pb, Hg
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Determinação. Parâmetros físicos. 1
•Temperatura
•Medida com termômetros químicos ou
eletrônicos.
•Cor
•Não é determinada quantitativamente no Brasil.
•O efluente não deve ter uma coloração que
altere o aspecto visual do corpo receptor.
•Odor
•Não é determinado quantitativamente como
odor
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Determinação. Parâmetros físicos. 2
Espuma
Visual.
Espumas pemanentes
 detergentes não biodegradáveis
Espumas desfeitas
Presença de proteína solúvel.
Turbidez
Matéria em suspensão, terra, matéria orgânica
finamente dividida e microorganismos
Turbidímetro.
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Dúvida
• Espuma
– Emulsão de ar em água.
– Escuma
• A gordura e as proteínas que flotam.
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Determinação. Parâmetros físicos. 3
•Sólidos totais (ST)
•Uma alíquota da amostra é secada a uma temperatura de
103-105ºC, até peso constante
•A matéria orgânica ou mineral pode se volatilizar, o que é
causa de erros.
•Sólidos suspensos totais (SST)
•Uma alíquota da amostra é filtrada em lã de vidro ou em
membrana de fibra de vidro, de 4,7 mm de diâmetro e 0,4 m
de porosidade (Millipore AP 40)
•O material é secado à 103-105º C.
•Sólidos dissolvidos totais (SDT)
• SDT = ST - SST
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Determinação. Parâmetros físicos. 4
Sólidos fixos totais (SFT)
Calcinação à 550ºC
 Resíduo pesado até peso constante
 Pode haver perda de peso por volatilização parcial ou
aumento de peso por formação de óxidos.
Sólidos voláteis totais (SVT)
Cálculo direto
O teste dá uma boa indicação da quantidade de matéria
orgânica constituinte de uma água residuária
SVT = ST - SFT
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Determinação. Parâmetros físicos. 5
Sólidos sedimentáveis
Volume de sólidos que
sedimentam após uma hora.
Teste simples, que pode ser feito
junto à planta
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
O mais antigo dos testes de caracterização das
cargas poluidoras orgânicas ainda em uso
Quantidade de oxigênio consumida por uma
alíquota de amostra de efluente, diluída com água
saturada de oxigênio dissolvido (O.D), nutrientes e
tampões
Inoculada de microorganismos, sob condições
especiais
O teste padrão do “Standard Methods” determina
uma incubação a 20 ºC por 5 d
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
Vantagens
A melhor aproximação com o fenômeno que ocorre na
natureza
Décadas de emprego deste parâmetro, servem como
valores comparativos e orientativos
Desvantagens
Ele não determina a totalidade da matéria oxidável.
Possibilidade da presença de inibidores.
Presença de redutores (sulfetos e íons ferrosos).
Erros de diluição ou de escolha do inoculo.
Testes na 2ª feira ou 3ª feira terminam no sábado ou domingo.
Frascos de incubação e capacidade de estufa a 20ºC.
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
•Quantidade de matéria orgânica numa água residuária que é
oxidada pelo dicromato de potássio (K2Cr2O7) em meio ácido sob
refluxo. O teste é de fácil execução, mas deve ser realizado com
cuidado.
Cr2O7-2
Cr+3
Dicromato
Cromico
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
•Compostos orgânicos se oxidam em mais
de 95% a 100%
•Os orgânicos volatéis reagem de acordo
com o seu contato com o oxidante
•Compostos alifáticos de cadeia reta são
oxidados mais efetivamente em presença
de sulfato de prata
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
Os cloretos são os principais
interferentes.
Precipitam a prata e inativam o
íon prata.
Também formam íon crômico
reagindo com o dicromato
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
•Redução da interferência dos cloretos
•Complexação dos cloretos com HgSO4.
•1 g de HgSO4 para 50 mL da amostra se Cl < 2.000
mg.L-1
•A relação HgSO4/Cl-1 deve ser 10:1.
•Se Cl-1 > 2 000 mg.L-1 use a técnica específica do
SMWW.
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Determinação. Parâmetros químicos. DBO
•Interferências
•Ferro ferroso, sulfetos, manganoso, são
oxidados quantitativamente
•Nitritos consomem 1,1 m/m O2/N-NO2
•A amônia e seus derivados não dão DQO
•Os haletos interferem, mas são raros em
efluentes
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Carbono orgânico total (COT)
Quantidade de CO2 produzida pela oxidação catalítica
a 900ºC da matéria orgânica
 O teste não determina substâncias não orgânicas
(sulfitos ou compostos nitrogenados) que dão
“demanda de oxigênio”
Vantagens
O método é fácil e reprodutível
. Ideal quando a água residuária contém matéria
orgânica como componente principal
Desvantagens
O aparelho é caro e exige manutenção especializada.
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Determinação. Parâmetros químicos. Nitrogênio
Nitrogênio total kjeldahl
Fepam
Nitrogênio amoniacal total
Conama
Amônia
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Determinação do NTK
Digestão ácida da amostra
Ácido sulfúrico (H2SO4)
O nitrogênio orgânico em inorgânico.
A amostra digerida é destilada por arraste de
vapor, sob a forma de nitrogênio amoniacal, obtida
por deslocamento com hidróxido de sódio.
A amônia recolhida em solução fraca de ácido
bórico, é titulada com solução de ácido sulfúrico, o
que determina a quantidade de nitrogênio total da
amostra.
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Determinação do NTK
Norg + N-NH3 + H2SO4  (NH4)2SO4
(NH4)2SO4 + 2 NaOH  2 NH4OH + Na2SO4
2 NH4OH + H2SO4  (NH4)2SO4 + 2 H2O
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Determinação do N-NH3
N-NH3 + H2O  NH4OH
NH4OH + H2SO4  (NH4)2SO4 + 2 H2O
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Determinação. Parâmetros químicos. P
Fósforo
Fosfatos, ortofosfatos, polifosfatos orgânicos ou minerais.
Proliferação de algas
 que prejudicam e encarecem os tratamentos de água
potável.
Determinação
Colorimetria.
Método do metavanadato
Método do ácido ascórbico
Método do ácido fenoldissulfônico
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Determinação de sulfatos e sulfetos
Sulfatos
Turbidimetria. Todos os íons sulfato
reagem com BaCl2.
Eles se reduzem a sulfetos..
Sulfetos
Iodometria. Os sulfetos são responsáveis
pelo mau cheiro em processos
anaeróbios.
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Determinação de nitratos e nitritos
Nitratos e nitritos
•Nitritos
•Análises colorimétrica
•Nitratos
•Redução de nitratos com Cádmio
metálico e análise colorimétrica de
nitritos.
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Determinação de Óleos e Graxas
•Análise gravimétrica.
•Complexidade das
moléculas envolvidas
•Amostragem
•Tomada de alíquotas.
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Óleos e gorduras
Óleos e graxas
Óleos
Óleos e graxas
Gorduras
Óleos
Livre (insolúvel)
Gorduras
Ceras
Livre (insolúvel)
Emulsionado
Ceras
Ácidos graxos
livres
Emulsionado
Dissolvido
+2
Sabões
de
Ca
Ácidos
graxos e
+2
Mg
livres
Dissolvido
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Determinação. Parâmetros químicos
•Substâncias minerais
•A presença de substâncias minerais é importante
desde que a água que receba os efluentes seja usada
para o abastecimento doméstico
•Na agroindústria, o principal componente mineral é o
sódio das salmouras, das salgas e de detergentes.
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Determinação.Parâmetros
Parâmetrosquímicos
químicos
Determinação.
•Acidez e alcalinidade
•A acidez e a alcalinidade são devidos à presença de
ácidos orgânicos e minerais, sais de ácidos ou bases
fracas e substâncias alcalinas.
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Determinação. Parâmetros químicos
Surfactantes
Substancias tenso ativas dos sabões e detergentes
sintéticos
Provocam espuma nos corpos receptores, criando
problemas estéticos
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Determinação. Parâmetros químicos
Compostos tóxicos
Importância limitada como parâmetros de poluição na
indústria de alimentos
Importância relativa para outras indústrias
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Características físico-químicas dos efluentes
Matéria-prima
Aspargo
Ervilha
Milho
Pepino
Morango
Pêssego
Pêssego
Pelagem
Abacaxi
Consumo de
água/MP
DBO
S.S
L.kg-1
mg.L-1
mg.L-1
5,5
7,1
11,5
10,4
3,4
8,7
530
452
540
375
1.046
4.000
279
101
112
501
263
232
4,6
4,3
3,5
5,8
4,2
10,8
1,49
8.467
5840
11,2
1,7
2.313
451
4,4
pH
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Características físico-químicas dos efluentes
•A referência padrão para as análises físicoquímicas de efluentes
•“Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater¨
•APHA.
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Características físico-químicas dos efluentes
SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS
PARÂMETROS
Alcalinidade
Efeito tampão e sabor
Alumínio
Não tóxico. Sedimentação nas tubulações.
Antimônio
Perigoso se >0,01 mg.L-1. Só é menos tóxico
que o arsênio
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SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS
Arsênio
Presente normalmente no corpo humano
Sistêmico
Cumulativo nos peixes - náuseas, vômito, diarréia, dores
abdominais, coma, morte.
Bário
Estimulante muscular (coração). 1 mg.L-1.
Dose fatal 550 mg.L-1 a 600 mg.L-1.
Berilio
11,0 mg.L-1 em águas não duras.
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SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS
•BCP
•Bifenil policlorados
•Bi
•Prejudica os dentes. Sem limites.
•Boro
•Borismo - Em grande quantidade afeta o
sistema nervoso central. Não tem limites.
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SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS
•Cádmio
•Altamente tóxico - Causa mortes em seres humanos 0,010 mg.L-1.
•Provoca mudanças histológicas em várias partes do
corpo.
•Calcio
•Só provoca dureza na água.
•Chumbo Pb
•0,1 mg.L-1. Cumulativo. Neurológicos mentais. SNC,
anemia.
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SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS
Cianeto - 0,2 mg.L-1.
Selênio - Discutível. Essencial ao
metabolismo dos recém nascidos.
Citado como carcinogênico.
CN-1 - Pode ocorrer até 0,2 mg.L-1 em
águas naturais. Age direto na
hemoglobina do sangue.
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SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS
Cianeto
0,2 mg.L-1.
Selênio
Discutível. Essencial ao metabolismo dos
recém nascidos. Citado como carcinogênico.
CN-1
Pode ocorrer até 0,2 mg.L-1 em águas naturais.
Age direto na hemoglobina do sangue.
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