Digestão anaeróbia de efluente de codornas: efeitos da diluição e relação inóculo/substrato na produção de biogás

Jhenifer Aline Bastos; Paula Verônica Remor; João Henrique Lima  Alino; Felippe Martins Damaceno; Thiago Edwiges

doi:10.17765/2176-9168.2024v17n3e11595

Jhenifer Aline Bastos Universidade Tecnológica Federal do Paraná https://orcid.org/0000-0002-4351-8921
Paula Verônica Remor Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto https://orcid.org/0000-0003-1755-5507
João Henrique Lima Alino Universidade Tecnológica Federal do Paraná https://orcid.org/0000-0002-1495-0416
Felippe Martins Damaceno Universidade Estadual de Maringá https://orcid.org/0000-0002-8922-5139
Thiago Edwiges Universidade Tecnológica Federal do Paraná https://orcid.org/0000-0002-6691-8100

DOI: https://doi.org/10.17765/2176-9168.2024v17n3e11595

Palavras-chave: Metano, Bioenergia, Resíduos, Aves, Coturnicultura

Resumo

A digestão anaeróbia é uma estratégia promissora para o tratamento de resíduos de codornas, uma vez que pode ser transformado em biogás. Porém, o alto rendimento do biogás está relacionado às características físico-químicas do biorresíduo como substrato e do reator utilizado. Este estudo avaliou a produção de biogás e metano a partir de biorresíduos de codornas aplicando estratégias de diluição de água e variando a relação inóculo/substrato de 1/1, 1/2 e 1/3 dentro dos reatores bateladas. Foram realizados testes de potencial de biogás e metano com dejeto bruto (DB), efluente de lavagem de gaiolas (EB) e efluente diluído em água (ED) na proporção de 1:1 (v/v). O maior rendimento de biogás foi obtido na amostra ED, sendo a RIS de 3/1 a melhor condição (677 LN de biogás kg SV-1). O teor de metano no biogás variou de 59,6% a 66,8%, sendo o maior valor obtido na amostra ED com RIS de 2/1. Porém, ao avaliar a produção acumulada de biogás a partir de matéria fresca (MF) em vez de sólidos voláteis (SV), observou-se que o maior rendimento foi obtido na amostra DB (80 LN biogás kg MN-1). Assim, diluir o dejeto de codorna com água pode aumentar a produção de biogás quando os resultados são expressos em base SV, mas quando os resultados são expressos em uma base MN, o cenário muda, e o dejeto bruto (DB) resulta nos valores mais elevados. Além disso, a variação da RIS melhorou a compreensão de possíveis inibições ao longo do processo.

Biografia do Autor

Jhenifer Aline Bastos, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Mestra em Tecnologias Ambientais pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2020), Departamento de Ciências Biológicas e Ambientais, Medianeira, Paraná, Brasil.

Paula Verônica Remor, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Mestre em Tecnologias Ambientais (Em Portugal pelo Programa de Dupla Diplomação entre a Universidade Tecnológica Federal do Paraná e Instituto de Pesquisa de Bragança), bolsista de doutorado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia do Ambiente, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), Porto, Portugal.

João Henrique Lima Alino, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Mestre em Tecnologias Ambientais pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Ciências Biológicas e Ambientais, Medianeira, Paraná, Brasil.

Felippe Martins Damaceno, Universidade Estadual de Maringá

Doutorado em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Panará, Departamento de Engenharia Agrícola, Cascavel, Paraná, Brasil.

Thiago Edwiges, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Doutorado em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Departamento de Engenharia Agrícola, Cascavel, Paraná, Brasil.

Referências

ADEGHIM, M.; SARTAJ, M.; ABDEHAGH, N. Post-hydrolysis ammonia stripping as a new approach to enhance the two-stage anaerobic digestion of poultry manure: Optimization and statistical modelling. Journal of Environmental Management, v. 1, p. 115717, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115717

ALEXANDER, S.; HARRIS, P.; MCCABE, B. K. Biogas in the suburbs: An untapped source of clean energy? Journal of Cleaner Production, v. 215, p. 1025 – 1035, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.118.

ANGELIDAKI, I.; ALVES, M.; BOLZONELLA, D.; BORZACCONI, L.; CAMPOS, J. L.; GUWY, A. J.; KALYUZHNYI, S.; JENICEK, P.; VAN LIER, J. B. Defining the biomethane potential (BMP) of solid organic wastes and energy crops: a proposed protocol for batch assays. Water Science & Technology, v. 59, p. 927- 934, 2009. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.2009.040.

APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed., American Public Health Association, DC, 2005.

APPELS, L.; LAUWERS, J.; DEGREVE, J.; HELSEN, L.; LIEVENS, B.; WILLEMS, L.; IMPE, J. V.; DEWIL, R. Anaerobic digestion in global bio-energy production: Potential and research challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 15, p. 4295 – 4301, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.121.

ARRIAGADA, C. B.; SANHUEZA, P. F.; GUSMÁN-FIERRO, V. G.; MEDINA, T. I.; FERNÁNDEZ, K. F.; ROECKEL, M. D. Efficient poultry manure management: anaerobic digestion with short hydraulic retention time to achieve high methane production. Poultry Science, v. 98, p. 6636 – 6643, 2019. DOI: https://doi.org/10.3382/ps/pez516.

ATELGE, M. R.; ATABANI, A.E.; BANI, J. C.; KRISA, D.; KAYA, M.; ESKICIOGLU, C.; KUMAR, G.; LEE, C.; YILDIZ, Y.S.; UNALAN, S.; MOHANASUNDARAM, R.; DUMAN, F. A critical review of pretretament technologies to enhance anaerobic digestion and energy recovery. Fuel, v. 270, p. 117 – 494, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117494.

BASTOS, J. A.; REMOR, P. V.; ALINO, J. H. L.; FRARE, L. M.; LOFHAGEN, J. C. P.; EDWIGES, T. Hydrolysate recycling improves economic feasibility of alkaline pretreatment for bioenergy production. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 9, p. 105935, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105935.

BENJAMIN, M.; ADAMS, T.; JOHNSTON, P. Anaerobic codigestion of hog and poultry waste. Bioresource Technology, v. 76, p. 165 – 168, 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(00)00087-0.

BRES, P.; BEILY, M. E.; YOUNG, B. J.; GASULLA, J.; BUTTI, M.; CRESPO, D.; CANDAL, R.; KOMILIS, D. Performance of semi-continuous anaerobic co-digestion of poultry manure with fruit and vegetable waste and analysis of digestate quality: A bench scale study. Waste Management, v. 82, p. 276 – 284, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.10.041.

Centro Internacional de Energias Renováveis – CIBIOGAS. Panorama do biogás no Brasil 2021. Relatório Técnico n° 001/2022. Foz do Iguaçu, 2022. Disponível em: https://cibiogas.org/wp-content/uploads/2022/04/NT-PANORAMA-DO-BIOGAS-NO-BRASIL-2021.pdf. Acesso em: 29 jan. 2023.

CHEN, Y.; CHENG, J. J.; CREAMER, K. S. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology, v. 99, p. 4044 – 4064, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.01.057.

CHERNICHARO, C. A. L. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: Reatores anaeróbios. Universidade Federal de Minhas Gerais – UFMG, v. 5, 2007.

Compassion in Wolrd Farming – CIWF. Farm animals about quail. 2020. Disponível em: https://www.ciwf.eu/farm-animals/quail/. Acesso em: 29 jan. 2023.

DRÓŻDŻ, D.; WYSTALSKA, K.; MALIŃSKA, K.; GROSSER, A.; GROBELAK, A.; KACPRZAK, M. Management of poultry manure in Poland – Current state and future perspectives. Journal of Environmental Management, v. 264, p. 110 – 327, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110327.

EDWIGES, T.; FRARE, L.; MAYER, B.; LINS, L.; TRIOLO, J. L.; FLOTATS, X.; COSTA, M. S. S. M. Influence of chemical composition on biochemical methane potential of fruit and vegetable waste. Waste Management, v. 71, p. 618-625, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.05.030.

GERARDI, M. H. The microbiology of anaerobic digesters. John Wiley & Sons, v. 1, 188p., 2003.

HOLLIGER, C. et al. Towards a standardization of biomethane potential tests. Water Science & Technology, v. 11, p. 2515 – 2522, 2016. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.2016.336.

HOLM-NIELSEN, J. B.; AL SEADI, T.; OLESKOWICZ-POPIEL, P. The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology, v. 100, p. 5478 – 5484, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.12.046.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Pesquisa de Produção Agropecuária. Brasil, 202. Disponível em: https://www.ibge.gov.br/estatisticas/economicas/agricultura-e-pecuaria/9107-producao-da-pecuaria-municipal.html?=&t=destaques. Acesso em: 15 jan. 2029.

JOHANNERSSON, G. H.; CROLLA, A.; LAUZON, J. D.; GILROYED, B. H. Estimation of biogas co-production potential from liquid dairy manure, dissolved air flotation waste (DAF) and dry poultry manure using biochemical methane potential (BMP) assay. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, v. 25, p. 101605, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2020.101605.

KOMIYAMA, T.; KOBAYASHI, A.; YAHAGI, M. The chemical characteristics of ashes from cattle, swine and poultry manure. Journal of Material Cycles and Waste Management, v. 15, p. 106 – 110, 2013. DOI: https://link.springer.com/article/10.1007/s10163-012-0089-2.

KHANAL, S. Anaerobic biotechnology for bioenergy production: principles and applications. Blackwell Publishing, v. 1, 308p., 2008.

KUNZ, A.; STEIMENTZ, R. L. R.; AMARAL, A. C. do. Fundamentos da digestão anaerobia, purificação do biogás, uso e tratamento do digestato. Sbera: Embrapa Suínos e Aves, Concórdia – Santa Catarina, v. 1, 209 p., 2019. Disponível em: https://www.embrapa.br/busca-de-publicacoes/-/publicacao/1108617/fundamentos-da-digestao-anaerobia-purificacao-do-biogas-uso-e-tratamento-do-digestato. Acesso em: 29 nov. 2023.

GALVANI, F.; GAERTNER, E. Adequação da metodologia kjeldahl para determinação de nitrogênio total e proteína bruta. Corumbá: Embrapa Pantanal, 2006. Disponível em: https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/812198/1/CT63.pdf. Acesso em: 31 jan. 2023.

RANDALL, M.; BOLLA, G. Raising Japanese Quail. Primefacts, v. 2, p. 1 – 5, 2008. Disponível em: http://www.doc-developpement-durable.org/file/Elevages/cailles/Raising-Japanese-quail.pdf. Acesso em: 29 jan. 2023.

RAPOSO, F.; DE LA RUBIA, M. A.; FÉRNADEZ-CEGRÍ, V.; BORJA, R. Anaerobic digestion of solid organic substrates in batch mode: An overview relating to methane yields and experimental procedures. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 16, p. 861 – 877, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.09.008.

RODRIGUEZ-VERDE, I.; REGUEIRO, L.; LEMA, J. M.; CARBALLA, M. Blending bades optimization and pretreatment strategies to enhance anaerobic digestion of poultry manure. Waste Management, v. 7, p. 221 – 231, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.11.002.

SILLERO, L.; SOLERA, R.; PEREZ, M. Improvement of the anaerobic digestion of sewage sludge by co-digestion with wine vinasse and poultry manure: Effect of different hydraulic retention times. Fuel, v. 321, p. 124104, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124104.

VARGAS-SÁNCHES, R. D.; TORRESCANO-URRUTIA, G. R.; IBARRA-ARIAS, F. J.; PORTIOLLO-LOERA, J. J.; RIOS-RINCON, F. G.; SÁNCHES-ESCALANTE, A. Effect of dietary supplementation with pleurotus ostreatus on growth performance and meat quality of japanese quail. Livestock Science, v. 207, p. 117 – 125, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.livsci.2017.11.015.

VDI - Fermentation of organic materials Characterisation of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests: 4630. Verein Deutscher Ingenieure. DUS, 2006.

WARD, A. J.; HOBBS, P. J.; HOLLIMAN, P. J.; JONES, D. L. Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresource Technology, v. 99, p. 7928 – 7940, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.02.044.