Uso da água na indústria canavieira

Workshop Sustainability of Sugarcane – CTBE
Uso e Reúso de Água na
Indústria Canavieira

2
Processo, Efluentes e Resíduos - Etanol
Abordagem
• Água utilizada no processo industrial
• Uso e Réusos de Água no Setor
• Usinas e bacias hidrográficas
• Efluentes
• Vinhaça

Processo Industrial
Fonte: folheto da Usina Santa Elisa
Recepção, Preparo e
Extração
Produção de
Energia
Preparo do Caldo
Fábrica de Açúcar
Destilação
de Álcool
Fermentação

Setor: Extração do Caldo
Efluente da
Lavagem
de Cana
Caldo da Clarificação (Decantação
p/ Etanol)
Água p/
Embebição
Caldo Primário p/
Decantação (p/
Açúcar)
Ácido Fosfórico
Caldo p/
Fermentação
Extração
Água p/
Lavagem
de Cana
Preparo
Recepção
Bagaçilho p/
Lodo
Eletro-Imã
cana
Picador 01
desfibrador
Picador02
Mesa 45 ° - cana inteira
caldo
primário
caldo
misto
Tq
Cana Inteira
Bagaço
Bagaço p/
Caldeiras
Caldo Misto p/
Decantação (p/ Etanol)
Peneira Rotativa
Caldo Filtrado
(retorno)
Regenerador de
calor
Cana
Picada
Peneiramento
Água Morna
Água Fria
Refrigeração de Óleo
Lubrificante
Refrigeração
Mancais
4
Figura 21 - Fluxograma dos setores de recepção, preparo da cana e extração do caldo.

Setor: Preparo do Caldo
Figura 29 - Fluxograma do tratamento de caldo, etapas: pré-aquecimento, sulfitação e caleação.
Água e Efluente de
Resfriamento
Caldo Caleado (p/ açúcar)
Caldo Primário da Extração
Sulfitação
Caleação
Leite de Cal
,
Enxofre Sólido
Vapor
Vegetal
Condensado Vegetal
Pré-aquecimento
Trocador de Calor
Forno de Enxofre
Coluna de Absorção de
Dióxido de Enxofre
(SO2)
Caldo Misto da Extração
Caldo Caleado (p/álcool)
,
Água
5

Setor: Tratamento do Caldo
Vapor de
Escape
Decantador
Caldo Clarificado p/
Açúcar
Distribuidor de
Polímero
Balão de Flash
Lodo
Decantação
Tq. de Caldo
Clarificado
Condensado Vegetal
Vapor
Vegetal
Condensado
para Caldeiras
Lodo
Caldo
Caleado
Distribuidor de
Caldo
Lodo
Lodo
Aquecimento
Trocadores de Calor
DecDaenctanotardor
Polímero
Concentrado
Caldo Clarificado
p/ Etanol
Decantador
Água diluição
MisturadorEstático
6
Figura 30 - Fluxograma do tratamento de caldo, etapas: aquecimento e decantação.

Setor: Filtros a Vácuo
Caldo Filtrado p/ retorno
Água p/
Lavagem da
Torta
Água e Efluente dos
Condensador
Barométrico
Lodo
Torta de Filtro
Filtragem
Moega p/ Torta
Filtros Rotativos a Vácuo Prensa Desaguadora
Tanque de Lodo
Torta de filtro
Bomba de Vácuo
Torta
Torta
Tq. de Caldo
Filtrado
Figura 31 - Fluxograma dos setores de tratamento de caldo (lavagem da torta).
7
Bagacilho
Preparo Pré-
Capa

Setor: Evaporação
Água Quente
Água Fria
Vapor Vegetal
para os Vácuos
Vapor de Escape
(ve)
Evaporador de Múltiplo Efeito
Pré-Evaporador
3º Efeito 4º Efeito
5º Efeito
Condensado
Vegetal (vv1)
2º Efeito
Xarope para
Cozimento
Evaporação do Caldo
Caldo Clarificado
Caixa
de
Xarope
Coluna
Barométrica
5º Efeito
Condensado p/ Caldeiras
(ve)
Figura 34 - Fluxograma do setor de evaporação do caldo da fábrica de açúcar.
8
Condensador/Multijato
vapor vegetal (vv1)
(vv2) (vv3) (vv4) (vv5)
Condensados Vegetal
(vv2, vv3 e vv4)

Setor: Fábrica de Açúcar
Caixa de xarope
Cozimento-Cristalização
Ciclo da Massa A
VC - 03
180 HL
K-06 K-10
VC - 01
400 HL
VC - 06
450 HL
VC - 02
100 HL
VC - 04
100 HL
VC - 05
100 HL
Caixade Magma
Magma p/ Massa
A
Tq.s de xarope
Mel
rico
Mel
pobre
01 02
Mel
Rico
Mel
Pobre
Mel
Rico
Mel
Pobre
Cristalizador
Mel Final p/
Destilaria
Xarope
Vapor Vegetal
Águas Condensadores
Barométricos /Multijatos
Água p/ retardar
cozimento Condensados Vegetais
Água Quente
Vapor de Escape
Açúcar Cristal Úmido
Figura 37 - Fluxograma dos setores de cozimento, cristalização e centrifugação da fábrica de açúcar.
9
Méis
Massa B
Massa A
Água p/ Diluição
Centrifugação
Ciclo da Massa B
Centrifugação
Resfriamento

Setor: Secagem e Armazenamentos
Ar
Açúcar
Úmido
Açúcar
(expedição)
Calda p/
Retorno
Água
Captação de
Pó
Secador de açúcar
Elevador
Armazém de açúcar
Açúcar
Big Bag
1.200 Kg
Sacos de açúcar
50 Kg
de canecas Multiciclone
p/ pó
Figura 38 - Fluxograma do setor de secagem e ensaque do açúcar.
10

Setor: Fermentação
Água p/ diluição
Mel final
Caldo Misto
Clarificado
Ácido Sulfúrico
Leite de
Levedura
Preparo do Mosto
Mosto resfriado
Água de
Resfriamento
Tq. de Diluição
Tanque
H2SO4
Cuba
Tanque
de Mel
Caixa
de Mel
Mosto p/ Fermentação
Tratamento do Fermento
Leite de Levedura Tratado
Misturador
Trocador de Calor de
Placas
Resfriamento do Mosto
Água p/ Diluição do
Fermento
Figura 39 - Fluxograma das operações de preparo do mosto e tratamento do mosto para a fermentação.
11
Cuba Cuba Cuba

Setor: Fermentação
Mosto
Vinho para
Destilação
Leite de
Levedura
Gases (CO2)
Torres de
lavagem dos
gases
Fermentação
Tq.
Vinho
Bruto
02 03 04
01
Turbinas
Distribuidor de
Mosto
Dorna
Volante
Dorna
Volante
Água p/
Lavagem de
Gases
Turbinamento
Figura 40 - Fluxograma das operações da fermentação do mosto.
12
Água de
Resfriamento de
Dornas
Dorna (serpentina)
Dorna (serpentina)
Dorna (serpentina)
Dorna (trocador) Dorna (trocador)
Dorna (trocador)
Dorna (trocador)
Dorna (trocador) Dorna (trocador)

Setor: Destilação (Hidratado e Anidro)
Vinho
Óleo alto e Óleo
fúsel
Gases incondensáveis
(CO2, SO2, ...)
D
Álcool 2ª
Setor de Destilação
Etanol
Anidro
Tanques
Medidores
Tq
de Álcool
Tqs . Pulmão
Colunas de
Deionização
Água
Fria
Conden-
sadores
B C
R R E E1 E2
Água
Quente
Vapor de
escape
Vinhaça
P
H H1
I
O O
Flegmaça
Etanol
Hidratado
B C
P
Etanol
Anidro
K
N N
Tanques
Medidores
Tq. de Etanol
Etanol
Hidratado
‘
Ciclo-
hexano
R1
I1
A
Condensado
Figura 42 - Fluxograma das operações da destilação do etanol.
13

Setor: Energia
Água quente
Água fria
Energia
elétrica
Fuligem Decantada
Gases de Combustão
Sobra de
Bagaço
Vapor de escape p/
processo
Água p/
dessuperaquecedor
água quente
Bagaço
Água p/
Lavagem de
Gases
Prensa de
fuligem
Água p/
Lavadores de
Gases
vapor direto
Turbogerador
CPFL
Lav.
de gases
Caldeira
Desaerador
Condensado
Recuperado
Unidade de Desaeração de água
Água p/ Limpeza
Cinzeiros
Cinzas
efluente quente
com cinzas
óleo
energia elétrica
Moendas
Picadores
Desfibrador
Turbinas
vapor de
escape
Água Tratada
(ETA)
Dessuper-
aquecedor
vapor de
escape
saturado
Figura 43 - Fluxograma das operações da área de produção de energia.
14
Trocador de calor

Usos médios de água:
Setor Finalidade Uso Específico Uso médio
[m3/t.cana] [%]
Alimentação
, preparo e
extração
(moendas e
difusores)
Lavagem de cana 2,200 m3/t.cana.total 2,200 9,9
Embebição 0,250 m3/t.cana.total 0,250 1,1
Resfriamento de mancais 0,035 m3/t.cana.total 0,035 0,2
Resfriamento óleo 0,130 m3/t.cana.total 0,130 0,6
Subtotal 2,615 11,8
Tratamento
de caldo
Resfriamento coluna sulfitação
(*1)
0,100 m3/t.cana.açúcar 0,050 0,2
Preparo de leite de cal 0,030 m3/t.cana.total 0,030 0,1
Preparo de polímero (*1) 0,015 m3/t.cana.açúcar 0,008 0,0
Aquecimento
do caldo
p/ açúcar (*1) 160 kg.vapor/t.cana.açúcar 0,080 0,4
p/ etanol (*2) e (*4) 50 kg.vapor/t.cana.etanol 0,025 0,1
Lavagem da torta 0,030 m3/ t.cana.total 0,030 0,1
Condensadores dos filtros 0,30 0 a 0,350
m3/t.cana.total
0,350 1,6
Subtotal 0,573 2,6
Obs. (*1) itens que não participam do processo do etanol;
(*2) os que não participam do processo de açúcar;
1(*53)os que participam apenas no caso de produção de energia excedente não sendo computado nas somas;
(*4) recuperando-se o calor do caldo para mosto.

16
[m3/t.cana] [%]
Fábrica de
açúcar (*1)
Vapor para evaporação 0,414 t/t.cana.açúcar 0,207 0,9
Condensadores/multijatos
evaporação
4 a 5 m3/t.cana.açúcar 2,250 10,2
Vapor para cozimento 0,170 t/t.cana.açúcar 0,085 0,4
Condensadores/multijatos
cozedores
8 a 15 m3/t.cana.açúcar 5,750 26,0
Diluição de méis e magas 0,050 m3/t.cana.açúcar 0,030 0,1
Retardamento do cozimento 0,020 m3/t.cana.açúcar 0,010 0,0
Lavagem de açúcar (1/3 água e
2/3 vapor)
0,030 m3/t.cana.açúcar 0,015 0,1
Retentor de pó de açúcar 0,040 m3/t.cana.açúcar 0,020 0,1
Subtotal 8,367 37,8
(*3) os que participam apenas no caso de produção de energia excedente não sendo computado nas somas;

17
[m3/t.cana] [%]
Fermentaçã
o (*2)
Preparo do mosto 0 a 10 m3/m3 etanol.residual 0,100 0,5
Resfriamento do Caldo 30 m3/m3etanol 1,250 5,6
Preparo do pé-de-cuba 0,010 m3/m3etanol 0,001 0,0
Lavagem gases CO2
fermentação
1,5 a 3,6 m3/m3etanol 0,015 0,1
Resfriamento de dornas 60 a 80 m3/m3etanol 3,000 13,6
Subtotal 4,366 19,7
Destilaria (*2) Aquecimento (vapor) 3,5 a 5 kg/m3etanol 0,360 1,6
Resfriamento dos
condensadores
80 a 120 m3/m3etanol 3,500 15,8
Subtotal 3,860 17,4

18
[m3/t.cana] [%]
Geração de
Energia
Produção de vapor direto 400 a 600 kg/t.cana.total 0,500 2,3
Dessuperaquecimento 0,030 l/kg.vapor 0,015 0,1
Lavagem de gases da caldeira 2,0 m3/t.vapor 1,000 4,5
Limpeza dos cinzeiros 0,500 m3/t.vapor 0,250 1,1
Resfriamento óleo e ar dos
turbogeradores
15 l/kW 0,500 2,3
Água torres de condensação (*3) 38 m3/t.vapor 6,0 (*3) 27,1
Subtotal 2,265 10,2
Outros Limpeza pisos e equipamentos 0,050 m3/t.cana.total 0,050 0,2
Uso potável 70 l/funcionário.dia 0,030 0,1
Subtotal 0,080 0,4
Total 22,126 100

Usos médios de água: setoriais
Distribuição Média dos Usos Setoriais de Água na
Indústria Sucroenergética
19
Geração de
Energia; 10%
Outros; 0%
Fermentação;
20%
Fábrica de
açúcar ; 38%
Tratamento
Destilaria;
17%
Alimentação,
preparo e
extração; 12% de caldo; 3%
com destilaria
 Usinas
anexa usa cerca de 22
m3/t.cana
 “Mix” de produção de cerca
de 50% de cana para
açúcar e 50% para a
produção do álcool.
 Os volumes de água
para álcool e
se equivalem
usados
açúcar
(~38%)

Distribuição dos Usos e Reúsos da Água
Diretrizes: captação mínima e Lançamento zero
 Prática de redução e reuso de água
 Circuitos fechados
 Águas residuárias para
lavoura
Metas para gerenciamento
de águas para o setor
Captação (m3/t.cana) 1,0
Consumo (m3/t.cana) 1,0
Lançamento (m3/t.cana) zero
Uso médio = 22 m3/t.cana (usina)
Existem usinas que captam água com
taxas menores ainda de até 0,7 m3/tcana
Lavagemde
Gases
Caldeira
5%
DistribuiçãoMédiadosUsos Pontuaisde
Á
guanaIndústriaSucroenergética
Demais
14%
Resfriament
ode Dornas
e Caldo
19%
Condensador
es/Multijatos
Cozedores
26%
Condensador
es/Multijatos
Evaporação
10%
Lavagemde
Cana
10%
Resfriament
odos
Condensador
es
16%
20

Tendência: Captação de Água
Figura 63 - Curva da tendência de decréscimo da captação de água a indústria canavieira.
Curva de Tendência da Taxa de Captação de Água na
Indústria Canavieira
21
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1970 1980 1990 2000 2010 2020
Taxa
de
Captação
[m3/t.cana]

Balanço de Água
Figura 62 - Balanço médio global de água nas usinas sucroenergéticas.
Captação
Média = 2 m3/t.cana
Meta = 1 m3/t.cana
Água da Cana
Média = 0,7 m3/t.cana
Lançamento
Média = 0
Meta = 0 m3/t.cana
Reúso Agronômico
Meta = 1,1 m3/t.cana
Perdas
Meta = 0,9 m3/t.cana
Uso e reúso
22 m3/t.cana
Índice de reúso:
• 91% (meta 95%)
20 L/L
10 L/L
22
10 L/kg
5 L/kg
~ 18 L/kWh

Disponibilidade e Demanda
23
Em um passado recente o setor utilizava
água em abundância, chegando até cerca 15
m3/t.cana (ou mais ainda)
• circuitos abertos para a lavagem de cana e
resfriamento de águas
• tratamentos realizados em lagoas enormes, com
tempo de detenção que podiam chegar à cerca
de 2 a 3 meses
• problemas pontuais de lançamento de efluentes
com carga orgânica ou temperatura não
condizente com a capacidade de assimilação dos
corpos de água, sobretudo os com menores vazões.

Disponibilidade e Demanda
24
 Considerando a racionalização do uso de água, a
demanda média do setor é significativa quando
comparada com os outros setores.
• Apesar do grande crescimento nas duas últimas décadas
(125 % de 1990 a 2007 no ESP), a demanda proporcional
de água diminuiu quase que pela metade (de 13% em
1990, para 7 % em 2007).
• Considerando a média de 1,83 m3/t.cana de água, na
safra, o setor demandaria 31,4 m3/s, ou seja, 7 % da
demanda estadual de todos os setores,
• Em relação à demanda industrial, estima-se que o setor
sucroalcooleiro seja responsável por cerca de 23 % da
demanda estadual por água (quase ¼ das capptadas
pelas demais industrias).

Brasil: Usinas e Destilarias
25
Regiões
Brasileiras
% Produção
de cana
Norte 0,2
Sul 8,2
Centro-Oeste 10,3
Nordeste 12,4
Sudeste 68,9
Unidades no Brasil
• 281 Centro-Sul
• 75 Norte-Nordeste unida
Fonte: UNICA, 2008
Fonte: UNICA, 2009

BE
Workshop Sustainability of Sugarcane – CT
São Paulo: Usinas e Destilarias
São Paulo
• 196 unidades industriais
• 22,1 % do território (cana)

Zoneamento Agroambiental (SP)
 Resolução SMA 88 (19/12/2008): estabelece diretrizes para
licenciamento ambiental de empreendimentos novos do setor no Est. SP
1 m3/ t cana
Limite máximo
0,7 m3/t cana
Áreas com Restrições Ambientais
27

Reuso e Tratamento dos Efluentes Líquidos
28
Controle Externo (corretivo)
• decantação da água de lavagem de cana
• lagoas de estabilização da água de lavagem de
cana (circuito aberto)
• torres de resfriamento
• tanques aspersores
• decantador/flotador de água de lavagem de
gases da chaminé

 Efluente da lavagem da cana :
• Médio potencial poluidor em termos de matéria orgânica (180 a 500mg/ de
DBO5) e alta concentração de sólidos.
• Evolução: Limpeza da cana a seco =>Eliminação da lavagem (em cana
picada a perda de açúcar é muito grande e não é feito lavagem). Com a
eliminação da queimada se terá cana colhida com máquina (picada).
Tratamento: Água de Lavagem de Cana
Obs. CMAI, Controle Mutuo Agroindutrial do CTC
Impurezas Minerais na Cana - Matéria Prima
(Controle Mútuo Industrial - Centro-Sul - Anual 2008/2009, CTC)
0,5
1
1,5
2
2,5
0
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
%
em
peso
de
cana
M. Ponderada
Máximo
Mínimo
Linear (M. Ponderada)
Taxa de Água de Lavagem de Cana - Recepção e Preparo
(Controle Mútuo Industrial - Centro-Sul - Anual 2008/2009, CTC)
1
2
3
4
5
8
7
6
3,5 9
3
0
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Taxa
de
Á
gu
a
de
L
avag
em
d
e
Cana
[m
3/t.cana]
M. Ponderada
Máximo
Mínimo
Linear (M. Ponderada)
29

Sistemas: Tratamento de Água de Lavagem
de Cana
Decantador circular de água de
lavagem de cana
30
Caixas de areia p/ água de
lavagem de cana

Tratamento de Água de Resfriamento da
Destilaria
31
Águas de resfriamento de dornas e de
condensadores de álcool
• Sem potencial poluidor em termos de matéria
orgânica, porém com alta temperatura (~50°C).
• O tratamento visando diminuir a temperatura
consiste de torres de resfriamentos (ou não
convencional: tanques aspersores) para retorno
(circuito fechado).

Tratamentos: Resfriamento de Água da
Fábrica e Destilaria
Torres de resfriamento de águas
Aspersores para resfriamento de águas multijatos
32

Tratamento dos Despejos da Lavagem de
Gases da Chaminé
33
Retentores Via Úmida
Operam por lavagem com água
Vazão de água 0,7 a 1,0 litro/Nm³
Pressão de água 1,5 kgf/cm²
Atende a escala Ringelmann 1
Requer sistema de decantação

Tratamento dos Despejos da Lavagem de
Gases da Chaminé
34
Decantadores/Flotadores
Água do circuito de lavador de gases e cinzas das
caldeiras
• Baixo potencial poluidor em termos de matéria
orgânica (100 a 150mg/ de DBO5), alta concentração
de sólidos e alta temperatura (80°C).
• O tratamento consiste em decantação ou flotação
e o reuso do tratado se dá pela recirculação.
• O RS formado pelo lodo é enviado para a lavoura
(aplicação com a torta de filtro)

Sistema: Tratamento dos Despejos da
Lavagem de Chaminé
Decantador/ /flotador de fuligem
Retentor de fuligem caldeiras
35

Água Residuárias (diluindo ou não a
vinhaça/fertirrigação).
• Constituídas pelos efluentes de lavagem
de piso e equipamentos, purgas dos
circuitos fechados e efluentes diversos.
• Quantidade: depende do índice de reuso
na usina, podendo chegar com o
fechamentos dos principais circuitos, em
torno de 1 m3 de água captada/t.cana.
36
Tratamento: Águas Residuárias

Água Residuárias (diluindo ou não a
vinhaça/fertirrigação).
• Assim uma dosagem de vinhaça pura que tem
uma lâmina de água pequena (15 a 30 mm/ano)
pode ter esta lâmina aumentada para 80 a 120
mm/ano, com a mistura com água residuária.
• Caracterização: com médio teor de matéria
orgânica (1.500 mg DBO em média) e sólidos.
Podem conter OG no caso das águas de oficinas
e das moendas não passarem por caixa de óleo.
37
Tratamento: Águas Residuárias

36
(*) Fonte: Rosenfeld, U. Irrigação e Fertirrigação nas Sub egiões de SP e CO. Palestra; Simpósio de Tcnologia de
Produção de Cana-de-Açúcar, GAPE/FEALQ, Piracicaba, 04/07/2003
 Deficiência de água - irrigação de salvamento (*):
• Para cana planta 80 a 120 mm (4º ao 8º mês em 2 aplicações)
• Para cana soca 40 a 60 mm (15 dias após o corte em aplicação única)
Sistema: Irrigação e Fertirrigação
Ganhos médios de produtividade (*):
Cana planta de 12 a 20 %
Cana soca de 6 a 12 %
Reuso: diminui a necessidae de novas captação para irrigação.

RS: Vinhaça
39
 Definição (N.Cetesb P4.231):
• Vinhaça: líquido derivado da destilação do vinho, que é
resultante da fermentação do caldo da cana de açúcar ou melaço.
 Conhecida conforme a região como:
• vinhaça, vinhoto, restilo,..
 Resíduo Sólido Não Inerte (ABNT 10.004): pelo fato de
não ter tratamento convencional que possibilite o
lançamento

Vinhaça: Caracterização média
40
 Caracterização média da vinhaça
• PH
• Temperatura (sem rec. de calor)
• Vazão de vinhaça
• DBO5
• DQO
• Relação DBO/DQO
• Sólidos Totais
• Potássio
4
90°C
11,5 l/l.álcool
14.833 mg/l
23.801 mg/l
~60 %
3,3 %
2,2 kg.K/m3
Carga orgânica 274 g DQO/l.álcool

Vinhaça: Impactos – Potencial Poluidor
41
 Resíduo com alto potencial poluidor
• Alto teor de matéria orgânica, impossibilitando o tratamento e
lançamento em corpos de água
• Concentrações de sais (potássio, nitrogênio e outros) que
podem ser lixiviados e contaminar as águas subterrâneas
• Cheiro objetável no armazenamento e disposição no solo
(matéria orgânica e enxofre, formando mercaptanas)
• A produção de 500 m3 álcool/dia (1.000.000 t.cana/safra)
equivale a poluição orgânica de uma cidade com 1.700.000
habitantes (durante a safra)

44
Evolução do manuseio da vinhaça
VINHAÇA
Lançamento em Rios
Áreas de Sacrifício
Fertirrigação
Uso Racional
Futuro
(adubo + energia + água)
Transporte
Canais - impermeabilizações
Sistemas rolão
Aplicação – Aspersão
Área de sacrifício
Travessias de rios

Source: Penatti et alii – Vinasse a liquid fertilizer. Proceedings of ISCCT Congress, Guatemala, 2005
 Fertirrigação Racionalmente Aplicada
Vinhaça: Benefícios Agronômicos
43
Ganhos médios de 10 t.cana/ha com dosagens de 300 m3.vinha/ha (cerca de 10 % de aumento
de produdividade)

Uso da água na indústria canavieira

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