Dissolved air and ozone flotation in the treatment of milk industry wastewater

A indústria de leite e derivados é um dos setores mais importantes para a economia do Brasil e de muitos países. Contudo também é um dos setores que mais gera impactos ambientais devido ao grande volume de resíduos gerados e sua elevada carga poluidora. O objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência de um sistema de flotação por ozônio dissolvido (FAOD) como uma alternativa tecnológica à flotação por ar dissolvido (FAD) para o tratamento do efluente das indústrias lácteas (EL). No experimento foram feitos ensaios em batelada utilizando um sistema de bancada composto por um compressor de ar, uma válvula reguladora de pressão, uma câmara de saturação e uma coluna de flotação. Os ensaios para avaliação da FOAD e FAD foram feitos em meio ácido e básico para melhor compreensão do processo e dos efeitos dos fatores avaliados. Primeiramente foi feita a otimização operacional da FAD e posteriormente os testes e avaliação da FAOD com base nos resultados anteriormente obtidos. Para o estudo da FAD e otimização do processo foi utilizado um planejamento experimental em duas etapas com um efluente sintético: Na primeira etapa foi utilizado um delineamento fatorial fracionado (FF), onde foram avaliados os fatores pressão de saturação (4-10 bar), a razão de recirculação (20-100%), o pH (3-12), doses do coagulante sulfato ferroso (0- 1000 mg L -1 ) e do polímero orgânico catiônico TanFloc (0-50 mg L -1 ); na segunda etapa foi feito um delineamento composto central (DCC) para a otimização do processo e determinação do melhor tratamento. Para as inferências foram utilizados o gráfico de Pareto, os modelos gerados e respectivos parâmetros estatísticos, superfícies de resposta e a função otimização de resposta. Como resultados observou-se que os fatores que afetaram significativamente (p ≤ 0,1) o processo de flotação foram a pressão de saturação, o pH e a dose de coagulante. O tratamento ótimo da FAD, determinado na segunda etapa, foi obtido em meio ácido utilizando-se pressão de saturação igual a 10 bar, razão de recirculação igual a 20%, pH do meio igual a 4 e concentração de sulfato ferroso igual a 250,0 mg L -1 com uma eficiência máxima de remoção da turbidez igual a 98%. Com o tratamento ótimo obtido foram feitos os ensaios para avaliação da FAOD em comparação ao sistema FAD. Na primeira parte do estudo foi utilizado um efluente de laticínios sintético (ELS) para a avaliação da FAOD e FAD, com e sem a adição de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), em pH 4 e pH 11,4. Nos ensaios da FAOD foi utilizado concentração de ozônio (O 3 ) na corrente gasosa igual 19 (± 0,5) mg L -1 e nos ensaios com adição de peróxido de hidrogênio foram testadas as razões H 2 O 2 /O 3 (m/m) no meio líquido iguais a 0,5, 1 e 1,5. Foram utilizados como parâmetros de avaliação nesta primeira parte a eficiência de remoção de turbidez, demanda química de oxigênio (DQO), cor e carbono orgânico total (COT). Na segunda parte do estudo foram feitos testes utilizando-se efluentes de três laticínios com o intuito de validar os resultados obtidos e para a determinação da capacidade do sistema FAOD em tratar esse tipo de efluente, onde foram avaliados a eficiência de remoção de turbidez, sólidos suspensos totais (SST), óleos e graxas (O&G), DQO, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total (N T ) e fósforo total (P T ), e para análise do efeito dos tratamentos foi utilizado teste Tukey para um nível de significância de 5%. Observou-se ao final do experimento que a eficiência dos tratamentos foi melhor em pH 4. De acordo com os resultados houve redução da eficiência do tratamento com a utilização da flotação por ozônio dissolvido. A adição do peróxido de hidrogênio na FAD e FAOD também resultou em redução da eficiência do sistema. Os resultados obtidos com o efluente sintético somente se aproximaram dos obtidos com a amostra de EL de uma das indústrias que continha maiores traços de leite e queijo.The milk and dairy industry is one of the most important sectors for the economy of Brazil and many countries. However, it is also one of the sectors that most generates environmental impacts due to the large volume of waste generated and its high polluting load. This study aimed to evaluate the efficiency of a dissolved ozone flotation system (DOF) as a technological alternative to dissolved air flotation (DAF) for the treatment of wastewater from the dairy industries (DW). In the experiment batch tests were performed using a bench system consisting of an air compressor, a pressure regulating valve, a saturation chamber and a flotation column. The tests to evaluate DOF and DAF systems were done in acidic and basic media to better understand the process and the effects of the evaluated factors. Firstly, the operational optimization of the DAF was carried out and the DOF tests and evaluation were carried out based on the previous results. For the DAF study and process optimization, a two-stage experimental design with a synthetic dairy effluent (SDW) was used: In the first step, a fractional factorial design (FF) was used, in which saturation pressure factors (4-10 bar) were evaluated, (20-100%), pH (3-12), coagulant ferrous sulphate (0-1000 mg L -1 ) and cationic organic polymer TanFloc (0-50 mg L -1 ); In the second stage a central composite design (CCD) was done for the optimization of the process and determination of the best treatment. For the inferences we used the Pareto graph, the generated models and respective statistical parameters, response surfaces and the response optimization function. It was observed that the factors that significantly affected (p ≤ 0.1) the flotation process were saturation pressure, pH and coagulant dose. The optimum treatment of the FAD determined in the second step was obtained in acid medium using saturation pressure equal to 10 bar, recirculation ratio equal to 20%, medium pH of 4 and ferrous sulfate concentration equal to 250.0 mg L -1 with a maximum turbidity removal efficiency of 98%. With the optimum treatment obtained the tests were done to evaluate the DOF compared to the DAF system. In the first part of the study the SDW was used to evaluate DOF and DAF, with and without the addition of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), at pH 4 and pH 11.4. In the FAOD tests, the concentration of ozone in the gas stream was equal to 19 (± 0.5) mg L -1 and in the tests with addition of hydrogen peroxide, the H 2 O 2 /O 3 (m/m) 0.5, 1 and 1.5. The efficiency of removal of turbidity, chemical oxygen demand (COD), color and total organic carbon (TOC) were used as evaluation parameters in this first part. In the second part of the study, tests were performed using three dairy wastewater to validate the results obtained and to determine the DOF system's ability to treat this type of effluent, where turbidity removal, total suspended solids (TSS), oils and greases (O&G), COD, biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP), and Tukey test was used for a 5% significance level for the effect of treatments. It was observed at the end of the experiment that the efficiency of the treatments was better at pH 4. The results showed a reduction of the efficiency with the use of flotation by dissolved ozone. The addition of hydrogen peroxide in DAF and DOF also resulted in reduced system efficiency. The results obtained with the synthetic effluent only approximated those obtained with the DW sample from one of the industries that contained the largest traces of milk and cheese.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic