Potencial contaminante e energético da vinhaça: riscos de contaminação ao solo e recursos hídricos e recuperação de energia a partir da digestão anaeróbica
Lucas Tadeu Fuess
Dissertação de Mestrado: Pós-Graduação em Geociências e Meio Ambiente, Instituto de Geociências e Ciências Exatas, UNESP, 2013, 161 f
RESUMO
A vinhaça caracteriza-se como a principal água residuária do processo produtivo do etanol, gerada especificamente na etapa de destilação da mistura alcoólica obtida na fermentação. Independentemente do tipo de matéria-prima, a vinhaça apresenta elevadas concentrações de matéria orgânica, bem como características ácidas e corrosivas. Somam-se a essas características elevadas concentrações de potássio e sulfato, além de teores apreciáveis de fósforo, nitrogênio e outros macro e micronutrientes. Atualmente praticamente todo o volume de vinhaca gerado nas destilarias brasileiras (≈13 L/LEtOH) é direcionado à ferti-irrigação das lavouras, devido ao seu caráter fertilizante. Contudo, o potencial poluente/contaminante da vinhaça caracteriza sua disposição no solo como problemática, tendo em vista prováveis impactos negativos no solo e nos recursos hídricos no caso da aplicação de dosagens inadequadas. Possíveis casos de contaminação por metais tóxicos também podem estar associados ao descarte da vinhaça. Desta forma, este trabalho teve por objetivo caracterizar o real potencial poluente/contaminante da vinhaça resultante do processamento da cana-deacucar, e as implicacoes de sua disposicao inadequada no solo e/ou despejo em corpos d’agua. Considerando a elevada concentração de matéria orgânica verificada na vinhaça, neste trabalho também avaliou-se o potencial energético, isto é, a capacidade de recuperação de energia da digestão anaeróbia aplicada ao seu tratamento. As análises foram baseadas em procedimentos experimentais e em dados obtidos na literatura. Com relação à ferti-irrigação, os principais empecilhos ao reaproveitamento da vinhaça in natura englobaram os riscos [i] de salinização do solo, devido aos elevados valores de condutividade elétrica (>6,0 dS/m) e sólidos dissolvidos totais (>4.000 mg/L) determinados nas amostras analisadas; [ii] da obstrução dos poros e redução da atividade microbiana no meio, além do consumo de oxigenio dissolvido em corpos d’agua, devido a elevada demanda bioquimica de oxigênio (>14.000 mg/L); [iii] da contaminação por nitratos e eutrofização; [iv] da possível desestabilização da estrutura do solo devido às elevadas concentrações de potássio (>1.000 mg/L); e, [v] da possível alteração permanente do pH do meio, considerando a elevada acidez dos efluentes analisados (pH≈4,5). Quanto à presença de metais tóxicos, foram observadosteores acima dos limites recomendados nas instruções normativas para cádmio, chumbo, cobre, cromo e níquel (poluentes prioritários), potencializando riscos à saúde humana (p.ex. potencial carcinogênico) e às culturas agrícolas (p.ex. perda de produtividade). Considerando alguns aspectos energéticos, embora o incremento estimado no balanço de energia do etanol a partir da inserção do potencial energético do metano não tenha resultado em valores tão altos como os reportados na literatura (4-11% vs. 35-40%), pode-se obter cadeias produtivas autossuficientes apenas com o reaproveitamento energético dos resíduos. Os melhores cenários foram verificados para a associação entre a digestão anaeróbia da vinhaça e a combustão do bagaço. Neste caso, o consumo de combustíveis fósseis nas destilarias poderia ser completamente cessado e a capacidade de recuperação de energia do metano poderia atingir valores na faixa de 145 a 890%. Baseando-se em aspectos financeiros, a energia produzida a partir do metano poderia resultar em uma economia superior a R$ 20 milhões ao ano às destilarias, permitindo associar aspectos ambientais, energéticos e também econômicos para caracterizar a viabilidade da aplicação da digestão anaeróbia ao tratamento da vinhaça.
Palavras-chave: Etanol, vinhaça, ferti-irrigação, potencial poluente/contaminante, digestão anaeróbia, recuperação de energia.
ABSTRACT
Stillage is characterized as the main wastewater from ethanol production, generated specifically in the step of distillation of the alcoholic media resulting from fermentation. Regardless of the feedstock, stillage contains high concentrations of organic matter, as well as acidic and corrosive characteristics. Added to these characteristics high concentrations of potassium and sulfate are present on stillage, as well as substantial levels of phosphorus, nitrogen and other macro and micronutrients. Currently almost the entire volume of stillage generated in Brazilian distilleries (13 L/LEtOH) is directed to the fertigation of the fields, due to its fertilizer character. However, the polluting/contaminant potential of stillage characterizes its land disposal as problematic, considering probable negative impacts over the soil and water resources in case of excessive dosages. Possible cases of contamination by toxic metals may also be associated to the disposal of stillage. Thus, this study aimed to characterize the real polluting/contaminant potential of sugarcane stillage, and the implications of its improper land disposal and/or discharge into water bodies. Considering the high concentration of organic matter found in stillage, in this study the energetic potential, i.e., the energy recovery capacity of anaerobic digestion applied to its treatment was also assessed. Analyses were based on experimental procedures and on data from the literature. With respect to fertigation, the main obstacles to reuse stillage in natura included risks of [i] soil salinization, due to the high electrical conductivity values (>6,0 dS/m) and high total dissolved solids content (>4000 mg/L) observed in the analyzed samples; [ii] clogging of pores and reduction in the microbial activity, in addition to the consumption of the dissolved oxygen in water bodies, due to the high biochemical oxygen demand (>14000 mg/L); [iii] contamination per nitrates and eutrophication; [iv] possible soil structure destabilization due to the high levels of potassium (> 1000 mg/L); and, [v] possible permanent change in the soil pH, considering the high acidity of the analyzed effluents (pH≈4,5). Regarding to the presence of toxic metals, levels above the recommended limits in normative instructions were observed for cadmium, lead, copper, chromium and nickel (priority pollutants), increasing risks to human health (e.g. carcinogenic potential) and to crops (e.g. productivity loss). Considering some energetic aspects, though the increase estimated in the energy balance of ethanol by inserting the energetic potential of methane could not reach values as high as the ones reported in literature (4-11% vs. 35-40%), it is possible to obtain self-sustaining production chains only with the energetic recovery of the residues. The best sceneries were verified for the association between anaerobic digestion of stillage and combustion of bagasse. In this case, the fossil fuels consumption in distilleries could be fully ceased and the energy recovery capacity of methane could reach values ranging from 145.22 to 892.34%. Based on financial aspects, the energy produced from methane could result in savings of more than R$ 20 million per year to distilleries, allowing to associate environmental, energetic and also economical aspects to characterize the feasibility of the application of anaerobic digestion to the treatment of stillage.
Keywords: Ethanol, stillage, fertigation, polluting/contaminant potential, anaerobic digestion, energy recovery.
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