O soro de leite doce é um subproduto da produção de queijo que é produzido durante a coagulação do leite com coalho. Ao contrário do soro de leite ácido, o soro de leite doce tem um valor de pH mais elevado (6,0-7,0) e uma composição química diferente, o que o torna um fluxo de material versátil, mas difícil, no tratamento de águas residuais industriais. Devido ao seu elevado conteúdo orgânico e componentes valiosos, como a lactose e as proteínas, o soro de leite doce oferece tanto riscos ambientais potenciais como oportunidades de utilização sustentável.
Este artigo fornece uma descrição abrangente das propriedades químicas do soro de leite doce, os desafios no tratamento de águas residuais e as tecnologias modernas para utilização e tratamento. É dada especial atenção aos processos biológicos, às instalações de flotação e às tecnologias de reciclagem de água.
Índice
Propriedades do soro de leite doce
O soro de leite doce tem uma composição complexa que influencia o seu tratamento e utilização na prática industrial.
Parâmetros químicos e físicos:
Substâncias orgânicas:
- Lactose: O principal componente do soro de leite doce, cerca de 4-5%, torna-o uma substância facilmente biodegradável.
- Proteínas do soro de leite: globulinas e albuminas, que são nutrientes valiosos mas podem levar à formação de lamas no tratamento de águas residuais.
- Lípidos: Pequenas quantidades de gorduras que podem causar bioincrustação.
Minerais:
- Contém cálcio, magnésio, fósforo, bem como sais de potássio e de sódio. Estes sais influenciam a condutividade e o tratamento químico.
Valor do pH:
- Neutro a ligeiramente alcalino (6,0-7,0). Isto facilita os processos biológicos, mas reduz a eficiência da precipitação química.
CQO (carência química de oxigénio):
- Tipicamente 40.000-60.000 mg/l, o que indica uma carga orgânica elevada.
CBO (carência biológica de oxigénio):
- Normalmente 30.000-50.000 mg/l, o que indica uma elevada biodegradabilidade.
Desafios no tratamento do soro de leite doce
O tratamento do soro de leite doce apresenta desafios específicos devido à carga orgânica e à sua composição flutuante.
Elevada carga orgânica:
- Os elevados valores de CQO e CBO conduzem a uma carga intensiva nas estações de tratamento biológico de águas residuais.
- O aumento da formação de lamas é frequentemente um problema, especialmente em sistemas aeróbios.
Disponibilidade de nutrientes:
- Embora o soro de leite doce seja rico em carbono, o azoto e o fósforo estão presentes em quantidades que suportam um crescimento microbiano equilibrado.
Teor de gordura e de proteínas:
- Estes componentes podem levar a bloqueios, bioincrustações e a um maior esforço de limpeza.
Volatilidade:
- Os volumes e composições flutuantes das águas residuais, por exemplo, devido aos ciclos de limpeza, tornam o controlo do processo mais difícil.
Custos de eliminação:
- A eliminação direta do soro de leite doce não tratado é proibida e dispendiosa devido ao impacto ambiental.
Tratamento de águas residuais de soro de leite doce
O tratamento biológico das águas residuais é um método comprovado para decompor os compostos orgânicos das águas residuais do soro de leite doce. 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 doce.
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 doce utilizando sistemas de flotação
A flotação é uma tecnologia comprovada para o pré-tratamento de águas residuais altamente contaminadas, como ocorre no processamento de leite e no tratamento de águas residuais de soro de leite doce. 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 e a utilização de águas residuais de soro de leite doce é um desafio complexo mas solucionável no tratamento de águas industriais. Ao combinar processos químicos, biológicos e físicos, é possível não só cumprir os requisitos legais, mas também recuperar recursos valiosos como a água, a energia e os nutrientes. As tecnologias modernas, como as instalações de biofiltração e de flotação, permitem tratar eficazmente as águas residuais e reutilizar uma parte delas em ciclos, o que oferece benefícios ecológicos e económicos. As águas residuais do soro de leite doce podem assim ser transformadas de um fardo num recurso que contribui para uma gestão sustentável da água.
Para mais informações sobre os nossos produtos, não hesite em contactar-nos a qualquer momento!
