O soro de leite ácido é um subproduto da produção de produtos lácteos à base de ácido, tais como quark, queijo creme ou iogurte. Ele difere do soro doce, que é produzido durante a coagulação do coalho, principalmente devido ao seu valor de pH ácido (4,0-4,6) e sua composição química específica. Devido ao seu alto conteúdo orgânico, alta concentração de ácido e os nutrientes que contém, o soro de leite ácido representa um desafio particular para o tratamento de águas residuais industriais. Ao mesmo tempo, oferece potencial para a utilização de poupança de recursos, por exemplo, através da produção de biogás ou da reciclagem de água.
Este artigo explica em pormenor as propriedades específicas que caracterizam o soro ácido, os desafios que coloca ao tratamento de águas residuais e as soluções inovadoras utilizadas na prática industrial.
Índice
Propriedades químicas e físicas do soro de leite ácido
O soro de leite ácido tem uma composição complexa que tem uma influência significativa no tratamento de águas residuais.
Principais componentes:
Substâncias orgânicas:
- Lactose: O principal açúcar, que representa cerca de 4-5% do peso total.
- Proteínas: Principalmente proteínas do soro de leite, como a albumina e a globulina.
- Lípidos: Presentes em menores quantidades, mas ainda assim relevantes para o tratamento de águas residuais.
Minerais:
- Elevado teor de cálcio, magnésio e fósforo.
- Sais como o potássio e o sódio, que contribuem para a condutividade.
Valor do pH:
- Tipicamente entre 4,0 e 4,6, o que influencia o tratamento químico e biológico.
Valor COD (carência química de oxigénio):
- Tipicamente entre 50.000 e 70.000 mg/l, o que representa uma carga orgânica elevada.
Gorduras e sólidos:
- Contém gorduras em suspensão e emulsionadas que podem provocar incrustações e bloqueios.
Desafios no tratamento do soro de leite ácido
O tratamento de águas residuais de soro de leite ácido é um desafio devido às suas propriedades específicas.
Elevada carga orgânica:
- A elevada CQO e CBO (carência biológica de oxigénio) conduzem a uma carga intensiva nas estações de tratamento biológico de águas residuais.
- As substâncias orgânicas, como a lactose, promovem o crescimento microbiano, mas também podem causar a formação de lamas e a deficiência de oxigénio.
Acidez:
- O baixo valor de pH impede os processos de degradação biológica e pode causar danos corrosivos nos componentes do sistema.
- Muitas vezes são necessários pré-tratamentos como a neutralização.
Desequilíbrio de nutrientes:
- Enquanto o carbono está presente em grandes quantidades, o azoto e o fósforo podem estar presentes em quantidades insuficientes para a biodegradação.
Composição flutuante:
- As variações na qualidade do soro de leite (por exemplo, diferenças sazonais) tornam o controlo do processo mais difícil.
Custos de eliminação:
- Sem tratamento ou utilização adequados, os custos de eliminação das águas residuais são elevados.
Tratamento de águas residuais de soro ácido
O tratamento biológico de águas residuais é um método comprovado para decompor os compostos orgânicos das águas residuais de soro de leite ácido. Aqui são utilizados processos aeróbicos e anaeróbicos, que são selecionados em função da carga de águas residuais e do objetivo do processo.
1. tratamento aeróbio
Descrição do processo:
Na degradação aeróbia, os microrganismos utilizam o oxigénio para oxidar os componentes orgânicos do soro de leite e convertê-los em CO₂, água e biomassa. Estes processos são particularmente eficientes com condensados de vapor e águas residuais diluídas.
Tecnologias:
Processo de lamas activadas:
Os microrganismos decompõem as substâncias orgânicas em reactores arejados.- Adequado para águas residuais com uma carga de CQO baixa a média.
- Elevada necessidade de energia devido à ventilação.
Sequencing Batch Reator (SBR):
Processos controlados no tempo num reator que permite fases aeróbias e anóxicas.
Vantagens do tratamento aeróbio:
- Taxas de degradação rápidas para substâncias orgânicas facilmente degradáveis.
- Produz águas residuais estáveis com baixa carga residual.
Desvantagens:
- Elevado consumo de energia devido à ventilação.
- Aumento da formação de lamas que requerem pós-tratamento.
Foto: Tanque de arejamento com desnitrificação e nitrificação para águas residuais da indústria alimentar (processo: ALMA BHU BIO)
2. tratamento anaeróbio
Descrição do processo:
Durante a decomposição anaeróbia, os microrganismos decompõem as substâncias orgânicas num ambiente sem oxigénio. Os produtos finais são o metano (CH₄) e o dióxido de carbono (CO₂), que podem ser utilizados como biogás. Este processo é ideal para águas residuais altamente contaminadas, como o soro de leite ácido.
Tecnologias:
1º reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
- Como funciona:
As águas residuais fluem de baixo para cima através de uma camada de biomassa granulada. A matéria orgânica é decomposta e o biogás resultante sobe para o topo. - Vantagens:
- Design compacto.
- Elevada eficiência para águas residuais com cargas médias a elevadas.
2º reator EGSB (leito de lamas granulares expandidas)
- Funcionalidade:
Semelhante ao reator UASB, mas com uma mistura hidráulica melhorada e uma maior capacidade de fluxo. - Vantagens:
- Adequado para águas residuais muito contaminadas.
- Maior rendimento de biogás devido a tempos de contacto mais intensos.
Rendimento do biogás
A produção de biogás é um fator decisivo para a eficiência económica do tratamento anaeróbio de águas residuais. Depende da composição das águas residuais e das condições do processo.
Factores que influenciam o rendimento do biogás:
Carga orgânica (COD):
- Um valor elevado de CQO está correlacionado com um maior rendimento de biogás.
- Típico: 1 kg de CQO degradada produz 0,35-0,50 m³ de biogás.
Tipo de águas residuais:
- Águas residuais ricas em gorduras, proteínas e hidratos de carbono: Elevado rendimento de biogás, uma vez que estas substâncias são ricas em energia.
- Substâncias pouco degradáveis: menor rendimento de biogás, uma vez que é necessária mais energia para a degradação.
Temperatura do processo:
- Condições mesófilas (30-40 °C): Comum e económico.
- Condições termofílicas (50-60 °C): Taxas de degradação mais elevadas, mas custos energéticos mais elevados.
Valor do pH:
- Gama óptima: 6,5-7,5.
- Os desvios levam à inibição da metanogénese.
Tempo de espera:
- É necessário um tempo de retenção hidráulica suficiente (10-30 dias) para completar o processo de degradação.
Rendimento típico de biogás:
- Águas residuais de soro de leite: 0,4-0,6 m³ de biogás por kg de CQO.
- Águas residuais da indústria alimentar: 0,3-0,5 m³ de biogás por kg de CQO.
Vantagens do tratamento anaeróbio
Produção de energia:
O biogás produzido durante a metanogénese pode ser utilizado para produzir energia, o que reduz os custos de funcionamento da instalação.Elevada eficiência de degradação:
Degradação de 70-90 % da carga orgânica (medida como carência química de oxigénio, CQO).Baixa formação de lamas:
Em comparação com os processos aeróbios, apenas cerca de 10-20 % da biomassa é formada, o que reduz os custos de eliminação.Sustentabilidade:
O rendimento do biogás substitui os combustíveis fósseis e reduz as emissões de gases com efeito de estufa.
Foto: A nossa central de biogás ALMA BHU GMR para a fermentação das águas residuais das fábricas de transformação de leite
Reciclagem da água por meio de biofiltração
Biofiltração como pós-tratamento:
Após o pré-tratamento biológico, os resíduos e nutrientes restantes podem ser removidos numa instalação de biofiltração removidos numa instalação de biofiltração. Este método é particularmente eficaz para condensados de vapor ou águas residuais de soro de leite pré-tratadas.
Etapas do processo:
Descarga de águas residuais:
As águas residuais pré-tratadas (por exemplo, de uma instalação de flotação ou anaeróbia) são canalizadas através de um leito filtrante de materiais argilosos preparados.Atividade de biofilme:
- Os microorganismos presentes no material filtrante decompõem as substâncias orgânicas e os nutrientes.
- Para além de reduzir a carência química de oxigénio (CQO) e a carência biológica de oxigénio (CBO), os compostos interferentes, como as gorduras, os óleos e os hidratos de carbono, são também decompostos.
- Também é possível com a nitrificação e a desnitrificação.
Filtração de partículas:
Para além da sua atividade biológica, a biofiltração funciona também como um sistema de filtragem física que remove os sólidos em suspensão das águas residuais.Qualidade da água à saída:
O filtrado tem valores significativamente mais baixos de CQO e CBO, bem como concentrações reduzidas de fósforo e azoto.
Integração da biofiltração no processo de reciclagem da água
A biofiltração é frequentemente uma etapa intermédia numa estação de tratamento de águas com várias fases. Prepara as águas residuais para outros processos, como a osmose inversa (OR), que permite uma maior purificação e desmineralização.
1. pré-tratamento antes da biofiltração
As águas residuais devem ser pré-tratadas antes da biofiltração para não sobrecarregar o sistema de filtragem. Os processos típicos são
- Flotação: Remoção de gorduras e sólidos.
- Tratamento anaeróbio: redução das cargas orgânicas e produção de biogás.
- Tratamento aeróbio: Redução da carga orgânica.
2. pós-tratamento por osmose inversa
Após a biofiltração, as águas residuais podem ser ainda purificadas por um sistema de osmose inversa, a fim de:
- Remover os sais e minerais dissolvidos.
- Para filtrar as substâncias orgânicas residuais e os micropoluentes.
- Para reduzir a condutividade da água a um nível que permita a sua reutilização.
Melhorias típicas de qualidade devido à combinação:
- CSB: < 10 mg/l nach der Umkehrosmose.
- Condutividade: 10 - 200 µS/cm, consoante a aplicação.
- Bactérias e vírus: completamente retidos pelas membranas.
Vantagens da reciclagem de água com biofiltração e osmose inversa
1. sustentabilidade:
- Redução do consumo de água doce e conservação dos recursos naturais.
- Minimização do volume de águas residuais e da sua descarga nos colectores públicos ou nas águas de superfície.
2. melhoria da qualidade da água:
- A biofiltração elimina eficazmente as substâncias orgânicas indesejadas, minimizando as incrustações e a bioincrustação na osmose inversa.
- A osmose inversa assegura a remoção quase completa de sais, nutrientes e micropoluentes.
3. eficiência económica:
- Redução dos custos de funcionamento através da reutilização da água.
- Redução dos custos de eliminação de águas residuais e de tratamento de água doce.
4. adaptabilidade:
- A combinação de biofiltração e osmose inversa tem um design modular e pode ser adaptada a diferentes composições de águas residuais.
Foto: O nosso sistema de biofiltração ALMA BioFil Compact para o tratamento de condensados de vapor e de águas residuais pré-tratadas da indústria alimentar
Pré-tratamento de águas residuais de soro de leite ácido utilizando sistemas de flotação
A flotação é uma tecnologia comprovada para o pré-tratamento de águas residuais altamente contaminadas, como acontece no processamento de leite e no tratamento de águas residuais de soro de leite ácido. A dosagem direcionada de precipitantes e floculantes remove substâncias orgânicas dissolvidas e coloidais, gorduras e sólidos das águas residuais. Este pré-tratamento reduz significativamente a carga orgânica e inorgânica e prepara de forma óptima as águas residuais para processos biológicos ou físico-químicos a jusante, como a biofiltração.
Como funciona a flotação
A flotação baseia-se no princípio de que as partículas são transportadas para a superfície da água pela acumulação de bolhas de gás (normalmente ar). As partículas formam uma espuma que é removida da superfície do reator. O pré-tratamento químico com precipitantes e floculantes é crucial para a separação eficiente das substâncias.
Etapas do processo de tratamento por flotação
1. pré-tratamento químico
O pré-tratamento é efectuado através da adição de precipitantes e floculantes especificamente adaptados à composição das águas residuais de soro ácido.
Precipitante:
- Objetivo: Conversão de substâncias dissolvidas em compostos pouco solúveis que são mais fáceis de separar.
- Precipitantes típicos: sulfato de alumínio, cloreto férrico ou cloreto de polialumínio.
- Reação: Os precipitantes reagem com substâncias orgânicas e inorgânicas dissolvidas, por exemplo, fosfatos, e formam flocos.
Floculante:
- Objetivo: Alargamento e estabilização dos flocos resultantes.
- Floculantes típicos: Polímeros de elevado peso molecular (aniónicos, catiónicos ou não iónicos).
- Efeito: As cadeias poliméricas ligam transversalmente as partículas mais pequenas e os flocos para formar flocos maiores, sedimentáveis ou flutuáveis.
2. zona de contacto e injeção de gás
Na zona de contacto da instalação de flotação, as águas residuais pré-tratadas quimicamente são misturadas com bolhas de ar muito finas. Isto é normalmente conseguido através de
Flotação por ar dissolvido:
A água é saturada com ar sob pressão. Quando a pressão cai, formam-se bolhas de ar muito finas (microbolhas) que se fixam nos flocos.Injectores ou difusores de ar:
Introdução direta de ar ou outros gases na zona de flotação.
Os flocos resultantes com bolhas de ar têm uma densidade inferior à da água e sobem à superfície.
3. desnatação da camada de lama
As substâncias acumuladas à superfície formam uma camada de lama que é desnatada de forma contínua ou descontínua. As lamas desnatadas são altamente concentradas e podem ser desidratadas ou tratadas num digestor anaeróbio.
4. saída de água limpa
A água limpa restante é descarregada da zona inferior da instalação de flotação e pode ser tratada biologicamente ou, dependendo da sua qualidade, utilizada para o processo interno de reciclagem de água.
Vantagens do pré-tratamento por flotação
A flotação com pré-tratamento químico oferece várias vantagens:
Remoção eficiente de gorduras, óleos e sólidos:
A flotação assegura uma redução significativa dos valores de CQO e CBO, particularmente com águas residuais de soro de leite, que contêm elevados níveis de gorduras e proteínas.Redução da carga orgânica:
A precipitação da lactose e das proteínas alivia o processo de biodegradação a jusante.Flexibilidade:
A dosagem de precipitantes e floculantes pode ser adaptada a diferentes cargas e águas residuais.Design compacto:os sistemas de flotação
requerem pouco espaço e podem ser integrados em processos existentes.
Foto: O nosso sistema de flotação ALMA NeoDAF com dosagem proporcional à carga de precipitantes e floculantes e sistema patenteado de saturação de ar
Desafios e soluções
1. Elevado valor de CQO e CBO:
As águas residuais de soro de leite ácido requerem processos biológicos de elevado desempenho devido ao seu elevado teor orgânico.
- Solução: Combinação de pré-tratamento anaeróbio e pós-tratamento aeróbio para uma mineralização completa.
2. Flutuação da carga de águas residuais:
A composição das águas residuais de soro ácido varia em função dos processos de produção e de limpeza.
- Solução: Utilização de tecnologias flexíveis, como SBR ou instalações de flotação, que podem reagir a flutuações de carga.
3. Necessidade de energia:
Os processos aeróbios têm um elevado consumo de energia.
- Solução: Integração de sistemas anaeróbios para a produção de energia a partir do biogás.
4. Reciclagem de água:
A reutilização de água purificada exige uma elevada qualidade.
- Solução: Utilização de biofiltração e de processos de membrana, como a osmose inversa.
Conclusão
O tratamento de águas residuais de soro de leite ácido e condensados de vapor coloca grandes exigências à tecnologia de águas residuais, mas também oferece inúmeras oportunidades para a recuperação de recursos. Ao combinar processos biológicos aeróbicos e anaeróbicos, as cargas orgânicas podem ser eficientemente reduzidas e o biogás pode ser utilizado como fonte de energia ao mesmo tempo. As tecnologias a jusante, como a biofiltração, permitem que a água seja reutilizada em ciclos fechados, contribuindo assim para a sustentabilidade e a eficiência económica dos processos. Com instalações e processos modernos, os desafios podem ser superados com sucesso, minimizando ao mesmo tempo o impacto ambiental.
Para mais informações sobre os nossos produtos, não hesite em contactar-nos a qualquer momento!
