Electrocoagulation as a pre-treatment for brewery effluent

Autor: Costa, Antony Murillo
Přispěvatelé: Freire, Flavio Bentes, Beninca, Cristina, Coral, Lucila Adriani de Almeida, Doll, Maria Magdalena Ribas
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
Popis: A indústria de bebidas, em especial a do setor de cervejas, tem papel expressivo na economia do país e do mundo, gerando empregos e renda para a população. Todavia, subprodutos e rejeitos são gerados em abundância no processo fabril, entre eles o efluente líquido, proveniente do rejeito líquido da fermentação e produção da bebida, e dos processos de limpeza e esterilização do maquinário. Estima-se que para cada litro de cerveja produzido geram-se de 3 a 10 litros de efluente, esse com elevada carga orgânica e de nutrientes (N e P), nocivos se lançados in natura no meio ambiente. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi investigar a viabilidade técnica e econômica do processo de eletrocoagulação como pré-tratamento do efluente cervejeiro. Foram utilizados eletrodos de ferro e alumínio, e após análise de eficiência, optou-se por aprofundar a pesquisa utilizando-se apenas eletrodos de alumínio, por alcançar índices de tratamento superiores, quando comparado ao ferro. Em uma segunda etapa, utilizando a técnica de planejamento fatorial experimental, investigou-se os fatores pH inicial, tempo de tratamento, diferença de potencial aplicada e quantidade de eletrólito adicionada. Foram monitorados os parâmetros: pH final, turbidez (TU), demanda química de oxigênio (DQO), açúcares totais (AT), fósforo (P), alumínio residual (ALR) e sólidos totais (ST). Foram atingidas, com eletrodos de alumínio, remoções de 61% da TU (pH0 7, 40 min, 12 V, 3 g/L de eletrólito), 35% da DQO (pH0 7, 40 min, 12 V, 0 g/L de eletrólito), 57% dos AT (pH0 5, 20 min, 6 V, 3 g/L de eletrólito) e 100% do P (múltiplos casos). Todavia, o processo promove aumento do pH0 e da quantidade de ST. Em uma terceira etapa, foi avaliada a redução do espaçamento intra-eletrodos, adotada para aumentar a densidade de corrente, sem alterar a tensão, além de incluir aeração no fundo do reator, para facilitar a flotação do lodo. Concluiu-se, neste caso, que a aeração não acrescentou ganhos significativos ao processo, contrariamente a redução do espaçamento. Porém, a aproximação excessiva dos eletrodos não gerou resultados satisfatórios. Com a otimização dos parâmetros de operação realizou-se ensaios cinético, elaborando-se curvas de comportamento dos parâmetros pH, corrente aplicada, condutividade, P, TU, ALR, DQO e AT. As taxas de remoção de P e TU estabilizaram a partir de 25 min de operação e as taxas de DQO e AT a partir de 3 min. Nos ensaios cinéticos, as taxas de remoção máximas obtidas foram de 59% da TU, 96% do P, 19% da DQO e 36% dos AT. O melhor custo/benefício de operação do reator foi alcançado aos 25 minutos, sendo de 0,836 R$/kgDQO removida e 0,146 R$/gP removido (0,208 US$/kgDQO e 0,036 US$/gP). Concluiu-se que o processo de eletrocoagulação é uma alternativa viável para pré-tratamento do efluente cervejeiro estudado, com excelente remoção de fósforo total, com custo de operação baixo, reduzindo, neste caso, a necessidade de tratamentos complexos posteriores. The beverage industry, especially the brewery sector, plays a significant role in the country’s and world’s economy, generating jobs and income for the population.However, byproducts and rejects are abundantly generated in the manufacturing process, including the liquid effluent, resulting from the liquid waste from fermentation and beverage production and from cleaning and sterilization process. It’s estimated that for each liter of beer produced from 3 to 10 liters of effluent is generated, which has a high organic and nutrient (N e P) content, harmful if released in natura into the environment. In this context, the aim of this study is investigate the technical and economical feasibility of electrocoagulation process as a pre-treatment for brewery effluent. Iron and aluminum electrodes were analyzed, and after efficiency analysis, it was decided to deepen the research that uses only aluminum electrodes, to achieve higher treatment rates, when compared to iron. In a second step, using the experimental factorial design technique, the factors initial pH, treatment time, potential difference applied and amount of electrolyte added were investigated. The parameters were monitored: final pH, turbidity (TU), chemical oxygen demand (COD), total sugars (ST), phosphorus (P), residual aluminum (RAL) and total solids (TS). Maximum removals of 61% for TU (pH0 7, 40 minutes, 12 V, 3 g/L of electrolyte), 35% for COD (pH0 7, 40 minutes, 12 V, 0 g/L of electrolyte), 57% for ST (pH0 5, 20 minutes, 6 V, 3 g/L of electrolyte) and 100% for phosphorus (multiple cases). However, the process promotes an increase in pH0 and the amount of TS. In a third step, the reduction of the intra-electrode spacing was tested, adopted to increase the current density, without changing the voltage, and including aeration at the bottom of the reactor, to facilitate the sludge flotation. It was concluded, in this case, that the aeration does not add significant gains to the process, while the reduction of spacing does. However, the excessive approach of the electrodes did not generate satisfactory results. With the optimization of the operating parameters, kinetic tests were performed, and behavioral curves of the parameters pH, applied current, conductivity, P, TU, RAL, COD and ST were elaborated. P and TU removal rates stabilized after 25 min of operation and COD and ST rates after 3 min. In kinetic tests, the maximum removal rates obtained were 59% of TU, 96% of P, 19% of COD and 36% of ST. The best cost/benefit of operating was reached at 25 minutes, with 0.836 R$/kgCOD removed and 0.146 R$/gP removed (0.208 US$/kgCOD and 0.036 US$/gP). It was concluded that the electrocoagulation process is a viable alternative for pretreating the studied brewing effluent, with excellent removal of total phosphorus, with low operating cost, reducing, in this case, the need for subsequent complex treatments.
Databáze: OpenAIRE
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