THOMAZ TASSINARI MONITORAMENTO DE CAIXA RETENTORA DE GORDURA COM AERAÇÃO OPCIONAL VISANDO À OBTENÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL - PDF
THOMAZ TASSINARI MONITORAMENTO DE CAIXA RETENTORA DE GORDURA COM AERAÇÃO OPCIONAL VISANDO À OBTENÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL
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Emanuel Domingues Vidal
1 THOMAZ TASSINARI MONITORAMENTO DE CAIXA RETENTORA DE GORDURA COM AERAÇÃO OPCIONAL VISANDO À OBTENÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL LAVRAS-MG 2014
2 THOMAZ TASSINARI MONITORAMENTO DE CAIXA RETENTORA DE GORDURA COM AERAÇÃO OPCIONAL VISANDO À OBTENÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas, área de concentração Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, para obtenção do título de Mestre. Orientador Dr. Cláudio Milton Montenegro Campos Coorientador Dr. Pedro Castro Neto LAVRAS MG 2014
3 Ficha Catalográfica Elaborada pela Coordenadoria de Produtos e Serviços da Biblioteca Universitária da UFLA Tassinari, Thomaz. Monitoramento de caixa retentora de gordura com aeração opcional visando a obtenção de óleos e gorduras para a produção de biodiesel / Thomaz Tassinari. Lavras : UFLA, p. : il. Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Lavras, Orientador: Cláudio Milton Montenegro Campos. Bibliografia. 1. Ésteres alquílicos. 2. Ácidos graxos livres. 3. Tratamento preliminar. 4. Esterificação. 5. Sólidos. I. Universidade Federal de Lavras. II. Título. CDD
4 THOMAZ TASSINARI MONITORAMENTO DE CAIXA RETENTORA DE GORDURA COM AERAÇÃO OPCIONAL VISANDO À OBTENÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas, área de concentração Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, para obtenção do título de Mestre. APROVADA em 6 de agosto de Dr. Cláudio Milton Montenegro Campos Dr. Diego Luiz Nunes Ventrella Dr. Pedro Castro Neto UFLA UFOP UFLA Dr. Cláudio Milton Montenegro Campos Orientador LAVRAS MG 2014
5 Aos meus pais, Luiz Fernando e Eunice pelo amor, exemplo de integridade e apoio nos momentos difíceis. À Laura, minha companheira, pelo amor, apoio e exemplo de dedicação à vida. Ao Diego, meu irmão, pela amizade fraterna e apoio fundamental nas questões acadêmicas. Ao Luiz Fernando, meu filho, pelo amor, compreensão e paciência que me possibilitaram dedicar com afinco à elaboração deste trabalho. DEDICO.
6 AGRADECIMENTOS À Universidade Federal de Lavras (UFLA), e ao Programa de Pós- Graduação em Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas pela oportunidade concedida para a realização deste trabalho. À Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de Minas Gerais (Fapemig) pela concessão da bolsa de estudos. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), à Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) e à Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel (RBTB), financiadores de diversos projetos que permitiram a existência do Laboratório de Plantas Oleaginosas, Óleos, Gorduras e Biodiesel da UFLA. Ao professor, Dr. Cláudio Milton Montenegro Campos, pela dedicação, sábios conselhos e orientação, fundamentais para a correta condução deste trabalho. Ao professor Dr. Pedro Castro Neto pela amizade, disponibilidade de seu tempo e exemplar estilo de trabalho. Ao professor Dr. Diego Luiz Nunes Ventrella por dispor de seu tempo aceitando fazer parte da banca avaliadora deste trabalho. Ao professor Dr. Antônio Carlos Fraga, pela amizade e enriquecimento das discussões no ambiente de trabalho. Ao professor Mário César Guerreiro pelas pertinentes elucidações e transferência de conhecimento sobre as questões físico-químicas envolvidas no trabalho. Ao Grupo de Pesquisas em Plantas Oleaginosas, Óleos Gorduras e Biodiesel da UFLA pelo suporte laboratorial, fundamental para a realização desta pesquisa.
7 Às colegas Bárbara, Daniela e Marcela pela atenção e paciência ao transmitir seus conhecimentos sobre análises de óleo e produção de biodiesel. Aos bolsistas Hederson, Marcelo, Mayara, Pâmela e Raquel que contribuíram com seu trabalho e prontidão, sendo peças-chave na realização deste estudo. Ao Wesley e Alex, e ao Laboratório de Análises de Água da Universidade Federal de Lavras pela dedicação ao trabalho e suporte oferecido, peças-chave para a viabilidade deste trabalho. Aos professores e colegas do setor de Hidráulica do Departamento de Engenharia da UFLA, pela agradável convivência e acessibilidade.
8 RESUMO Foi realizado um monitoramento na Caixa Retentora de Gordura (CRG) do Restaurante Universitário da Universidade Federal de Lavras, a fim de verificar a alteração das concentrações de sólidos totais, fixos e voláteis, sólidos suspensos totais, sólidos dissolvidos totais, sólidos sedimentáveis, óleos e graxas e detergentes do efluente após a passagem pela unidade com e sem o acionamento do sistema de flotação por ar disperso instalado no local. Foram monitorados o potencial hidrogeniônico, vazão, temperatura, e concentração de oxigênio dissolvido na entrada e saída da caixa. Coletou-se amostras de óleos e gorduras removidos e acumulados pela CRG, que foram analisadas quanto aos índices de acidez, peróxidos, saponificação e refração. Os resultados das análises foram relacionados com a utilização antecedente de processos de fritura por imersão no restaurante e um ensaio em escala laboratorial de produção de biodiesel em duas etapas foi conduzido. A unidade foi eficiente na remoção dos seguintes parâmetros: óleos e graxas (74,3% de remoção), sólidos totais (26,8%), sólidos voláteis (33,2%), sólidos dissolvidos totais (30,7%) e sólidos sedimentáveis (53,22%). A utilização de métodos de fritura por imersão nos dias anteriores à coleta causou variações dos índices de acidez e peróxidos com elevações de 37,% e 23,6%, respectivamente. Pelos resultados, conclui-se que a unidade promove um tratamento preliminar substancial no efluente do restaurante reduzindo as cargas à jusante. Pela qualidade do material lipídico recolhido e analisado, pode-se concluir que sua potencialidade para produção de biodiesel por processos tradicionais como a transesterificação alcalina depende de etapas antecedentes de purificação como, por exemplo, a esterificação dos ácidos graxos livres com catálise ácida e secagem. [G1] Comentário:, sendo conduzido em duas etapas. Palavras-chave: Caixa Retentora de Gordura (CRG). Tratamento preliminar. Sólidos. Biodiesel. Esterificação. Ácidos graxos livres.
9 ABSTRACT A monitoring was carried out at the grease trap of the Federal University of Lavras restaurant, in order to verify the changes caused by the passage of the effluent trough the unity in some water quality parameters such as total, fixed and volatile solids, total dissolved solids, total suspended solids, settleable solids, oils and greases and surfactants. Temperature, ph values and dissolved oxygen concentrations before, during and after the treatment, were evaluated as well. Samples of the removed floated material were taken and it's acid, saponification, peroxide and refraction values were analyzed on this work. The results were used to verify the relation between deep frying procedures carried at the restaurant kitchen and the quality of the lipid residue taken of the grease trap. Yet, some laboratory scale tests of biodiesel production by two step catalysis have also been performed. The unit showed efficiency in the removal of the following parameters: oils and greases (74,3% removal), total solids, (26,8%), volatile solids (33,2%) total dissolved solids (30,7%) and settleable solids (53,2%). The deep frying procedures, when carried out on the day before sampling, caused significant impact on acid and peroxide values with elevations of 37,8% and 23,6%, respectively. These results bring the conclusion that the unity promotes a substantial preliminary level treatment of the effluent reducing it's pollutant loads downstream. The quality of the oils and greases collected indicates that pretreatments procedures like drying and free fatty acids removal by neutralization or acid esterification are necessary to perform biodiesel production using the alkali transesterification traditional method. Keywords: Grease trap. Preliminary treatment. Solids. Biodiesel. Esterification. Free fatty acids.
10 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Fachada da CRG e restaurante universitário ao fundo Figura 2 Tubulação de saída da CRG com registro para amostragem (a) e recipientes plásticos utilizados para armazenamento das amostras compostas (b) Figura 3 Unidade automática de raspagem de escuma e painel para automação Figura 4 Procedimento da raspagem manual da escuma acumulada na CRG Figura 5 Calha Parshall (a) e régua de leitura graduada em L.s-1(b) Figura 6 Leituras dos valores da concentração de OD (a) e ph (b) Figura 7 Fases da escuma separadas por gravidade no recipiente de coleta (a) e separação dos dois extratos para análises (b) Figura 8 Amostras antes da desemulsificação/secagem (a) e amostra do Extrato 2 após a desemulsificação com duas fases distintas (b) Figura 9 Hidrograma de vazões médias medidas de hora em hora para os dois processos de operação (anaeróbio e aeróbio) Figura 10 Curva de variação da temperatura ao longo do dia para os dois processos de operação na entrada da CRG Figura 11 Curva de variação da temperatura ao longo do dia para os dois processos de operação na saída da CRG Figura 12 Formação de espuma na entrada da CRG (a) e na entrada da calha Parshall (b) Figura 13 Extrato 1 após secagem (vermelho) e gordura liberada com a desemulsificação do Extrato 2, liquefeita devido ao aquecimento (azul), borra removida da emulsão (amarelo) Figura 14 Curvas de decaimento do IA ao longo do tempo de reação... 69
11 Figura 15 Aspecto do produto da esterificação no reator antes da adição do catalisador (a), com 30 min de reação (b) com 2 h de reação (c) e com 4 h de reação (d) Figura 16 Separação das fases após transesterificação e presença de sabões na interface ésteres-glicerina... 72
12 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Parâmetros avaliados, locais das amostragens e métodos utilizados.. 40 Tabela 2 Parâmetros avaliados das amostras de OGR e métodos utilizados Tabela 3 Valores médios dos parâmetros avaliados e resultados dos testes estatísticos empregados Tabela 4 Desdobramento da análise de variância das concentrações de OD dentro do tratamento Aeróbio para os três pontos verificados Tabela 5 Desdobramento da análise de variância das concentrações de OD dentro do tratamento Anaeróbio para os três pontos verificados Tabela 6 Concentração de O&G na entrada e saída da CRG ao longo de todo período do monitoramento Tabela 7 Concentração de O&G na entrada e saída da CRG durante o processo aeróbio Tabela 8 Concentração de O&G na entrada e saída da CRG durante o processo anaeróbio Tabela 9 Parâmetros do lodo amostrado na CRG nos três tratamentos: aeróbio (com soprador ligado e desligado) e anaeróbio Tabela 10 Índices de acidez das amostras Tabela 11 Médias, desvios e resultados do teste Scott Knot (1974) para os índices de saponificação das amostras Tabela 12 Índices de refração das amostras Tabela 13 Índices de peróxidos das amostras Tabela 14 Teores de água dos dois extratos de OGR obtidos pelo método gravimétrico em estufa a 105 C Tabela 15 Índices de acidez dos extratos 1 e 2 da escuma da CRG separados gravitacionalmente... 67
13 Tabela 16 Resultado da análise de composição da borra obtida após desemulsificação dos OGR por aquecimento e métodos analíticos empregados nas análises... 68
14 LISTA DE SIGLAS, SÍMBOLOS E ABREVIATURAS (não é obrigatório pela biblioteca, fica a critério do autor)
15 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REFERENCIAL TEÓRICO Impactos causados por óleos e gorduras dispostos de forma inadequada Impactos nas estações de tratamento de esgoto Tratamento de efluentes de cozinhas industriais e comerciais Flotação Caixas retentoras de gordura: princípios de funcionamento A Caixa Retentora de Gordura CRG do restaurante universitário da UFLA Biodiesel: conceitos e vantagens Utilização de óleos e gorduras residuais na produção de biodiesel Caracterização de óleos e gorduras residuais de cozinhas Purificação de óleos e gorduras residuais Rotas alternativas para produção de biodiesel com matériasprimas de baixa qualidade MATERIAL E MÉTODOS Caracterização da Caixa Retentora de Gordura (CRG/UFLA) Regime de amostragens Afluente e efluente Escuma Quantificação da escuma recolhida Lodo Monitoramento das condições de operação Temperaturas... 38
16 3.3.2 Vazão Oxigênio dissolvido Potencial hidrogeniônico - ph Caracterização do afluente e efluente da caixa Caracterização e purificação da gordura recolhida na CRG Caracterização analítica Separação dos extratos Teor de água Desemulsificação e caracterização da borra Ensaios de produção Esterificação ácida Transesterificação alcalina Análises estatísticas RESULTADOS E DISCUSSÃO Vazão Temperatura Temperatura da água residual afluente Temperatura da água residual efluente Oxigênio dissolvido Potencial hidrogeniônico ph Sólidos Sólidos dissolvidos totais Sólidos suspensos totais (SST) Sólidos sedimentáveis Sólidos totais, fixos e voláteis Totais Fixos Voláteis... 55
17 4.6 Óleos e graxas Detergentes Lodo Qualidade dos óleos e gorduras e viabilidade da produção de biodiesel Índice de acidez Índice de saponificação Índice de refração Índice de peróxidos Quantificação dos OGR Presença de emulsões e desemulsificação Caracterização dos extratos Teor de água Índice de acidez Análises de composição da borra Ensaios de produção Esterificação ácida Transesterificação alcalina CONCLUSÕES RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS... 76
18 17 1 INTRODUÇÃO Efluentes com altas concentrações de óleos e gorduras, como os descartados por restaurantes e lanchonetes, necessitam ser previamente tratados in situ, para que a maior quantidade possível desses compostos seja removida antes de atingirem as redes de esgoto. Quando o tratamento não é realizado, ou é feito de forma inadequada, os óleos e gorduras contidos no efluente contribuem para a formação de depósitos dentro das tubulações, diminuindo suas seções transversais, podendo levar a entupimentos com sérias consequências para a população e para o meio ambiente. A unidade de tratamento preliminar de efluentes responsável pela separação de óleos e gorduras da água residual é a Caixa Retentora de Gordura (CRG) e normalmente está associada às cozinhas, domésticas e industriais, ou a outras unidades processadoras de alimento. Dependendo do nível de automação empregado na concepção da CRG, esta necessita ser limpa periodicamente para que o excesso de material removido pela flotação e acumulado não cause entupimento, transbordamento e mau cheiro. Da operação de limpeza da caixa, é obtido um resíduo potencialmente poluente que, de maneira geral vai para o lixo comum e é depositado nos aterros sanitários ou lixões, dependendo da política local de coleta e disposição final de resíduos sólidos. Diante de um cenário global de elevação dos preços dos derivados de petróleo e redução das reservas desse mineral, o biodiesel entra em cena como um substituto parcial ou total do diesel mineral para todos os processos em que este é utilizado, com a grande vantagem de ser produzido a partir de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais e residuais. Embora seja ampla a variedade de matérias-primas passiveis de serem convertidas a ésteres alquílicos de ácidos graxos, os elevados custos dos óleos vegetais refinados,
19 18 principal matéria-prima utilizada no Brasil, representam um entrave à competitividade mercadológica do biodiesel. Frente a isso, as matérias-primas de baixa qualidade têm atraído atenção de pesquisadores e empresários, interessados na obtenção de matérias-primas que tornem a produção de biodiesel mais rentável e competitiva. Uma opção de grande potencial devido à ampla disponibilidade de oferta e baixíssimo valor de mercado é o resíduo gorduroso acumulado em caixas de gorduras de restaurantes e lanchonetes. Os óleos e gorduras, durante os processos de cozimento, são submetidos a elevadas temperaturas e à exposição ao ar e à umidade dos alimentos preparados, o que confere ao resíduo gorduroso destes processos, elevados níveis de degradação. A qualidade deste material representa desafios à sua utilização na produção de biodiesel, e faz com que etapas prévias de purificação sejam necessárias antes da sua conversão a ésteres alquílicos de ácidos graxos. Objetivou-se neste trabalho avaliar a eficiência da Caixa Retentora de Gordura (CRG) do Restaurante Universitário da Universidade Federal de Lavras (RU/UFLA) na remoção de poluentes provenientes do efluente do RU e monitorar os demais parâmetros como vazão, temperatura, ph e concentração de oxigênio dissolvido, visando dar suporte aos resultados obtidos nas análises físico-químicas. O estudo deu continuidade ao trabalho conduzido por Junqueira (2014), atuando na mesma unidade quando o RU funcionava apenas no turno do almoço. O lodo formado no fundo da CRG foi analisado em relação à distribuição de suas frações sólidas e a escuma acumulada na superfície líquida foi avaliada, tendo em vista a definição de rotas de purificação para viabilizar seu uso como matéria-prima para a produção de biodiesel. Ao final foram realizados dois ensaios de produção de biodiesel via transesterificação alcalina
20 19 com tratamento prévio por esterificação com catálise ácida dos ácidos graxos livres (AGL).
21 20 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Impactos causados por óleos e gorduras dispostos de forma inadequada Óleos e gorduras depois de serem utilizados em restaurantes tornam-se resíduos com poucas possibilidades de reutilização. Em alguns casos, são aproveitados na produção de sabões, mas, de modo geral, vão ser lançados no esgoto (COSTA NETO, 1996) formando depósitos que constituem um grave problema por causar entupimentos que resultam em danos ao meio ambiente e riscos à saúde humana (WILLIAMS et al., 2012), além de dificultarem os processos biológicos em estações de tratamento de efluentes. Os resíduos gordurosos de restaurantes e de outras cozinhas comerciais são, provavelmente, os mais negligenciados em relação ao tratamento, embora seu gerenciamento seja de fundamental importância, especialmente em países em desenvolvimento (STOLL, 1997). O despejo de águas residuais na natureza, com altos níveis de óleos e graxas (O&G) causa sérias interferências na vida aquática e pode causar acúmulos de material flotante e formar filmes nas superfícies dos corpos hídricos (TCHOBANOGULUS; BURTON, 1991) Impactos nas estações de tratamento de esgoto Óleos e gorduras causam impactos negativos nas redes de esgoto e nos sistemas de tratamento devido aos depósitos nas tubulações que podem levar entupimentos e refluxos com consequências potencialmente graves para a saúde da população. Pesquisas recentes sugerem que as reações de saponificação podem estar envolvidas nos mecanismos de formação dos depósitos de óleos e gorduras
22 21 residuais nas redes de esgoto, possivelmente mediadas por reações entre produtos de limpeza alcalinos utilizados em cozinhas com os ácidos graxos livres. Esses mecanismos são também mediados pela biodegradação associada à transformação dos perfis de ácidos graxos insaturados para saturados (WILLIAMS ET AL., 2012). Efluentes brutos de restaurantes e de outros estabelecimentos que processam esses compostos apresentam altos teores de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), óleos e graxas (O&G) e sólidos suspensos totais (SST), que geram sobrecarga às estações de tratamento de esgotos (HAO; YUEFENG; YEN-CHIH, 2012). Isso leva, geralmente, a onerosas modificações, tais quais: a inclusão de processos físico-químicos como flotação, sedimentação, floculação e filtragem por membrana (NAKHLA et al., 2003). Na digestão anaeróbia de efluentes contendo altos teores de óleos e graxas, a maior parte dos compostos orgânicos a ser degradada é constituída de ácidos graxos de cadeia longa, que se encontram esterificados com glicerol formando triglicerídeos (KOSTER; CRAMER, 1987) ou não esterificados como é o caso dos ácidos graxos livres. Koster e Cramer (1987) trabalhando com diferentes concentrações de cinco diferentes ácidos graxos de cadeia longa verificaram acentuado declínio da atividade metanogênica de bactérias em reatores anaeróbios e concluíram que esses compostos são potenciais inibidores da formação microbiana metanogênica, corroborando com os resultados de Angelidaki e Ahring (1992) que também concluíram que óleos e graxas são inibidores do crescimento bacteriano em processos anaeróbios. Henderson (1973 citado por ANGELIDAKI; AHRING, 1992) atribuiu a causa do efeito tóxico dos ácidos graxos livres de cadeia longa nos processos anaeróbios à adesão à superfície da parede celular bacteriana, o que causa impedimento à passagem de nutrientes essenciais.
23 Tratamento de efluentes de cozinhas industriais e comerciais Efluentes de restaurantes devem ser tratados in situ, antes de serem descartados. Embora os outros compostos orgânicos presentes nesses efluentes sejam altamente biodegradáveis, águas residuais com altos teores de óleos e graxas são difíceis de serem tratadas com processos biológicos (YANG; CHEN; CHEN, 2012). As unidades que descartam significativas quantidades de óleos e gorduras, através de efluentes líquidos geralmente contam com caixas de gordura para simplesmente interceptar boa parte desses compostos de modo a prevenir entupimentos à jusante (WAKELIN; FORSTER, 1998). A caracterização dos sólidos presentes à montante e jusante é de fundamental importância na avaliação da eficiência de uma unidade como forma de tratamento preliminar. Os sólidos podem ser classificados quanto ao tamanho e ao estado (dissolvidos ou em suspensão), características químicas (fixos ou voláteis) e quanto à sua decantabilidade (sedimentáveis e não sedimentáveis) (SPERLING, 1996). Os efluentes de cozinhas, normalmente estão associados à significativa quantidade de substâncias ativas de superfície, ou surfactantes. Esses compostos, formados por grandes moléculas orgânicas são parcialmente solúveis em água e levam à formação de espuma tanto nas unidades de tratamento como na superfície dos corpos hídricos em que são lançados, tendendo a se acumular na interface ar-água (TCHOBANOGULUS; BURTON, 1991). Os surfactantes são encontrados em detergentes utilizados nos processos de limpeza em geral. A redução das concentrações de sólidos totais, óleos e graxas e surfactantes do efluente, tornam os processos físicos, químicos e biológicos
24 23 conduzidos nas Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs), menos onerosos e concomitantemente, com maior eficiência Flotação Óleos e gorduras podem estar dispersos, emulsificados ou dissolvidos na água em concentrações de até 1000 ppm. A presença de partículas agregadas e emulsificadas com dimensões em torno de 50 µm causa problemas quando técnicas convencionais de separação são utilizadas, como a simples separação gravitacional. Com isso, a separação desses compostos orgânicos da água por meio da flotação, tem sido utilizada de várias maneiras por décadas (RUBIO; SOUZA; SMITH, 2002). A flotação, fundamentalmente, se trata de um processo em que uma fase flutuante é utilizada para remover partículas dispersas em uma solução (SOLARI; GOCHIN, 1992). Essa operação é utilizada em unidades de tratamento preliminar, objetivando separar partículas sólidas ou líquidas da fase aquosa dos efluentes com as finalidades de evitar obstruções dos coletores, evitar aderência nas peças especiais como registros, válvulas e bombas, evitar acúmulo de materiais gordurosos, pois estes provocam odores desagradáveis e evitar problemas no funcionamento das Estações Elevatórias de Esgotos (EEEs) e Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs). A separação é promovida pela introdução de pequenas bolhas de gás, normalmente ar, na massa líquida. Na flotação, bolhas aderem ao material particulado e a baixa densidade relativa da combinação das bolhas de gás com as partículas faz com que estas subam à superfície, acelerando a ascensão de compostos menos densos que a água, como é o caso dos óleos e gorduras. Uma vez que as partículas tenham subido para a superfície, pode-se recolher a escuma acumulada (TCHOBANOGULUS; BURTON, 1991).
25 24 Um método particular de flotação é a flotação por ar disperso ou induzido. Nesse caso, bolhas com diâmetros variáveis entre 40 e 1500 µm são formadas com a introdução de ar diretamente na massa líquida por meio de difusores (RUBIO; SOUZA; SMITH, 2002). Esse procedimento foi implantado e é utilizado na CRG do RU/UFLA. A referida unidade de tratamento preliminar foi alvo do monitoramento descrito neste trabalho Caixas retentoras de gordura: princípios de funcionamento Restaurantes tipicamente descartam grandes quantidades de sólidos, óleos e gorduras que causam redução da capacidade das redes de esgoto ao longo do tempo. O tratamento tradicional para esse efluente, antes de conduzi-lo à rede de esgotamento público consiste em uma Caixa Retentora de Gordura (CRG) que promove a separação das frações flotantes e sedimentáveis (WONG; LAW; LAI, 2007). As CRG são comumente utilizadas por estabelecimentos que processam óleos e gorduras para impedir que parte desses compostos adentre as redes e sistemas de tratamento de efluentes. São normalmente constituídas por reservatórios e instaladas na parte externa dos estabelecimentos. Elas permitem que o efluente proveniente dessas unidades esfrie, e que óleos e gorduras ascendam e flutuem à superfície onde ficam acumulados até que as CRGs sejam limpas (HAO; YUEFENG; YEN-CHIH, 2012). Atualmente, embora normalmente haja pelo menos uma CRG em cada restaurante, de maneira geral, verifica-se problemas como odores desagradáveis e até mesmo bloqueios de fluxo do efluente devido à falta de manutenção dessas unidades (KWIATKOWSKI et al., 2013). [G2] Comentário: geralmente
26 A Caixa Retentora de Gordura CRG do restaurante universitário da UFLA Ainda que as CRGs sejam eficientemente projetadas e bem dimensionadas em relação às cargas a que serão submetidas, há uma necessidade de manutenção periódica que consiste na remoção e disposição adequada do material retido durante um determinado período de atividades. Além disso, o tipo convencional de Caixa Retentora de Gordura (CRG), baseado na separação física por gravidade não é eficiente na remoção de partículas finas de óleo em água, menores que 10 µm, e que ficam em suspensão coloidal e aquelas menores que 20 µm em efluentes que contém surfactantes (KWIATKOWSKI et al., 2013), como é o caso da água residuária proveniente da cozinha do RU/UFLA. Dentro desse contexto foi concebida na Universidade Federal de Lavras uma CRG, especialmente para os efluentes líquidos da cozinha industrial do Restaurante Universitário da Universidade Federal de Lavras (RU/UFLA), objetivando a retenção, flotação e remoção de compostos gordurosos e ainda do material decantado, presentes no efluente (Figura 1).
27 26 Figura 1 Fachada da CRG e restaurante universitário ao fundo 2.3 Biodiesel: conceitos e vantagens Nossa sociedade é altamente dependente de petróleo embora este mineral seja proveniente de uma fonte finita (FEDDERN et al., 2011). Países em desenvolvimento, não produtores de petróleo utilizam grande parte dos recursos adquiridos na importação de produtos derivados do petróleo. A origem renovável e espacialmente variável do biodiesel representa uma alternativa para qual grande atenção tem sido voltada nos últimos anos, principalmente devido à elevação dos preços dos derivados da matéria-prima de origem fóssil. O biodiesel denominado de alquil éster de ácido graxo, é produzido a partir da transesterificação de triacilgliceróis ou da esterificação de ácidos graxos livres. É um substituto direto do diesel de origem mineral, podendo também ser adicionado a este último em quaisquer proporções sem a
28 27 necessidade de alterações das máquinas abastecidas com as misturas (QI et al., 2010). A utilização do biodiesel em motores de combustão interna, especialmente nos de ignição por compressão (ciclo diesel) representa uma excelente opção do ponto de vista ecológico (ENCINAR et al., 2011), devido à natureza renovável ou residual das matérias-primas utilizadas na sua produção e das características dos compostos emitidos pelos motores abastecidos com esse biocombustível, em relação ao diesel de origem mineral. A combustão do biodiesel gera níveis mais baixos de emissões dos principais gases de exaustão, com exceção dos óxidos de nitrogênio (KNOTHE et al., 2006). Ainda apresenta números de cetano, hidrocarboneto parafínico (alcano) de fórmula química CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 (C 16 H 34 ), usado como padrão na avaliação das propriedades ignitoras, mais altos que o diesel mineral, é biodegradável e atóxico (ATADASHI et al., 2012). O biodiesel possui um alto ponto de fulgor, que aumenta a segurança do seu manuseio e armazenamento, além de conferir lubricidade ao diesel mineral de baixo enxofre quando adicionado a este em pequenas proporções (1 a 2%), característica que é perdida no processo de produção dessa classe de dieseis (KNOTHE et al., 2006). Avaliando comparativamente o desempenho do motor de um trator com 78 cv de potência abastecido com diesel, biodiesel e mistura desses combustíveis, Barbosa et al. (2008) mostraram que a eficiência térmica foi em média 4 % maior quando utilizaram biodiesel puro em relação ao diesel mineral. A potência observada foi igual ou superior quando utilizaram blendas com 5 e 10 % de biodiesel adicionados ao diesel, embora os valores de torque tenham sido cerca de 7 % maiores para o diesel mineral. A maior quantidade de oxigênio no biodiesel resulta em melhor combustão e aumenta a temperatura da câmara de combustão dos motores.