Digestão anaeróbia para produção de energia renovável

Henrique Vieira de Mendonça; Marcelo Henrique Otenio; Vanessa Romario de Paula

doi:10.17765/2176-9168.2021v14n3e7667

Henrique Vieira de Mendonça Universidade Federal Rural do Rio do Janeiro - UFRRJ https://orcid.org/0000-0001-7242-5110
Marcelo Henrique Otenio Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária https://orcid.org/0000-0002-6157-7861
Vanessa Romario de Paula Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária https://orcid.org/0000-0001-6921-9770

DOI: https://doi.org/10.17765/2176-9168.2021v14n3e7667

Palavras-chave: Biodigestor, Biogás, Bovinocultura, Reatores anaeróbios

Resumo

Os biodigestores além de tratar os efluentes proporcionam a produção de biogás para geração de energia elétrica ou térmica. Poucos dados sobre a operação desses modelos de reatores em escala real são conhecidos. Dessa forma, neste trabalho foi avaliado um sistema integrado para separação primária de sólidos em tamisador, seguido de tratamento anaeróbio de dejetos de bovinos leiteiros em um biodigestor tipo lagoa coberta com tempo de retenção hidráulica de 32 dias e recirculação de lodo. Os sistemas foram operados em escala real por 8 meses. As produções volumétricas de biogás variaram em conformidade com as cargas orgânicas aplicadas (115 a 295 kg DQO d-1), atingindo valores entre 0,030 e 0,175 m³ m-3 d-1, com concentrações de CH4 entre 54 e 70%. Em termos de produção mensal de biogás foram registrados valores entre 380 a 2.806 m³ mês-1, equivalente a um potencial energético de 2.070 a 19.168 kWh mês-1. Após o biodigestor, as remoções médias de DBO5,20 e DQO foram de 75,8 e 70%, respectivamente. Os valores de NH4 aumentaram após o processo de digestão anaeróbia. Valores de pH estiveram sempre próximos à neutralidade e a alcalinidade mantida em faixas propícias à anaerobiose. Os resultados deste trabalho indicaram boa eficácia de tratamento, em termos de remoção de matéria orgânica, além de garantir a valorização energética e agrícola do efluente, refletindo na redução de custos de produção no setor pecuário com benefício da produção de energia renovável.

Biografia do Autor

Henrique Vieira de Mendonça, Universidade Federal Rural do Rio do Janeiro - UFRRJ

Docente permanente do Programa de Pós-graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental (PGEAAmb) da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica (RJ), Brasil.

Marcelo Henrique Otenio, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

Pesquisador na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, Embrapa Gado de Leite, Juiz de Fora (MG), Brasil.

Vanessa Romario de Paula, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

Analista de Pesquisa & Desenvolvimento da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, Embrapa Gado de Leite, Juiz de Fora (MG), Brasil.

Referências

ANEEL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Lei nº 9.427. Brasília, 1996. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/area.cfm?id_area=50. Acesso em: 20 nov. 2015.

APHA. American Public Health Association; American Waterworks Association - AWWA; Water Environment Federation - WEF. 2012. Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water. 22ª ed. Washington, APHA; AWWA; WEF, 1.220p. 2012.

BLANCO, M. F. J.; ZENATTI, D. C.; FEIDEN, A.; WEBER, R.; TIEZ, C. M.; GIACOBBO, G. Produção de biogás a partir de dejetos da bovinocultura de leite e cama de aviário. Acta Iguazu, Cascavel, v. 3, n. 1, p. 14-27, 2014.

BRASIL. Ministry of Science, Technology and Innovation - MSTI. 2016. Third national communication of Brazil to the United Nations framework convention on climate change. Disponível em: sirene.mcti.gov.br/publicacoes. Acesso em: 12 dez. 2016.

CAVICCHIOLI, A. Q.; SCATAMBURLO, T. M.; YAMAZI, F. A.; PIERI, F. A.; NERO, L. A. Occurrence of Salmonella, Listeria monocytogenes, and enterotoxigenic Staphylococcus in goat milk from small and medium-sized farms located in Minas Gerais State, Brazil. J. Dairy Sci, v. 98, n. 12, p. 8386-8390, 2015.

CHERNICHARO, C. A. L. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: Reatores anaeróbios. 2. ed. Belo Horizonte: DESA/UFMG, 2010.

COLDEBELLA, A.; SOUZA, S. N. M.; SOUZA, J.; KOHELER, A. C. Viabilidade da co-geração de energia elétrica com biogás da bovinocultura de leite. Congresso Internacional sobre Geração Distribuída de Energia no Meio Rural, AGRENER GD. 2006. Disponível em: http://www.proceedings.scielo.br/pdf/agrener/n6v2/123.pdf. Acesso em: 04 out. 2016.

COMINO, E.; ROSSO, M.; RIGGIO, V. Development of a pilot scale anaerobic digester for biogas production from cow manure and whey mix. Bioresour. Technol., v. 100, p. 5072-5078, 2009.

DUBOIS, E.; MERCIER, A. Energy Recovery. New York: Nova Science Publishers Inc., 2009. p. 6-60.

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE. 2020. Disponível em: http://www.epe.gov.br. Acesso em: 05 dez. 2018.

FERREIRA, M.; MARQUES, I. P.; MALICO, I. Biogas in Portugal: Status and public policies in a European context. Energy Policy, v. 43, p. 267-274, 2012.

FERRER, I.; GARFÍ, M.; UGGETTI, E.; FERRER-MARTÍ, L.; CALDERON, A.; VELO, E. Biogas production in low-cost household digesters at the Peruvian Andes. Biomass and Bioenergy, v. 35, p. 1668-1674, 2011.

FLAHERTY, E. Assessing the distribution of social-ecological resilience and risk: Ireland as a case study of the uneven impact of famine. Ecol. Complex, v. 19C, p. 35-45, 2014.

GRADY, C. P. L. JR.; LIM, H. C. Biological Waste Treatment. 1st ed. New York: Marcel Dekker, 1980.

KÖPPEN, W.; GEIGER, R. Klimate der Erde. Gotha: Verlag Justus Perthes. Wall-map 150 cm x 200 cm. 1928.

MAPA - Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Nota técnica: Diagnóstico da expansão da adoção da tecnologia de tratamento de dejetos animais (TDA) no território brasileiro entre 2010 e 2019. Disponível em: https://www.3tres3.com.br/3tres3_common/art/br/77/fitxers/NotaTcnicaDiagnsticoTratamentodeDejetosAnimaisnoBrasilentre2010e2019MAPA.pdf. Acesso em: 06 jul. 2020.

MATOS, A. T. Tratamento e aproveitamento agrícola de resíduos sólidos. Viçosa: UFV, 2014. 240p.

MENDONÇA, H. V.; MARTINS, C. E.; ROCHA, W. S. D.; BORGES, C. A. V.; OMETTO, J. P. H. B.; OTENIO, M. H. Biofertilizer Replace Urea as a Source of Nitrogen for Sugarcane Production. Water, Air & Soil Pollution, v. 228, n. 72, 2018.

MENDONÇA, H. V.; OMETTO, J. P. H. B.; OTENIO, M. H. Production of Energy and Biofertilizer from Cattle Wastewater in Farms with Intensive Cattle Breeding. Water, Air & Soil Pollution, v. 228, n. 72, 2017a.

MENDONÇA, H. V.; OMETTO, J. P. H. B.; ROCHA, W. S. D.; MARTINS, C. E.; OTENIO, M. H.; BORGES, C. A. V. Crescimento de cana-de-açúcar sob aplicação de biofertilizante da bovinocultura e ureia. Rev Agro Amb, v. 9, p. 973-987, 2016.

MENDONÇA, H. V.; RIBEIRO, C. B. M.; BORGES, A. C.; BASTOS, R. R. Sistemas alagados construídos em bateladas: remoção de demanda bioquímica de oxigênio e regulação de pH no tratamento de efluentes de laticínios. Revista Ambi-Água, v. 10, n. 2, p. 442-453, 2015.

MENDONÇA, H. V. Tratamento e Valorização de Efluentes da Bovinocultura por Processos Biológicos. 2017. 128f. Tese (Doutorado em Ecologia) - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF). Juiz de Fora, 2017.

MENDONÇA, H. V.; OMETTO, J. P. H. B.; OTENIO, M. H.; REIS, A. J. D.; RAMOS, I. P. Bioenergy recovery from cattle wastewater in an UASB-AF hybrid reactor. Water Science and Technology, v. 76, n. 9, p. 2268-2279. 2017b.

METCALF, G.; EDDY, H. Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse. 5th. ed. New York: McGraw - Hill, 2016. 1878p.

NASIR, I. M.; MOHD GHAZI, T. I.; OMAR, R. Anaerobic digestion technology in livestock manure treatment for biogas production: a review. Eng. Life Sci., v. 12, p. 258-269, 2012.

NOOROLLAHI, Y.; KHEIRROUZ, M.; FARABI-ASL, H.; YOUSEFI, H.; HAJINEZHAD, A. Biogas production potential from livestock manure in Iran. Renew Sustain Energy, v. 50, p. 748-754, 2015.

OTENIO, M. H.; LEITÃO, R. C.; GAMBETTA, R.; KUNZ, A. ODS 7 como ferramenta para aprimorar o alcance da população aos serviços de energia. Disponível em: https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/183093/1/Cap-6-ODS-7-como.pdf. Acesso em: 12 jul. 2020.

PEREIRA, E. L.; CAMPOS, C. M. M.; MONTERANI, F. Effects of pH, acidity and alkalinity on the microbiota activity of an anaerobic sludge blanket reactor (UASB) treating pig manure effluents. Revista Ambiente & Água, v. 4, n. 3, p. 157-168, 2009.

RESENDE, A. J.; GODON, J. J.; BONNAFOUS, A.; ARCURI, P. B.; SILVA, V. L.; OTENIO, M. H.; DINIZ, C. G. Seasonal Variation on Microbial Community and Methane Production during Anaerobic Digestion of Cattle Manure in Brazil. Microbial Ecology, v. 71, p. 735-746, 2016.

SOLOMON, S.; QIN, D.; MANNING, M.; CHEN, Z.; MARQUIS, M.; AVERYT, K. B.; TIGNOR, M.; MILLER, H. L. (ed.). Climate Change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, New York, USA, 2007.

USEPA - UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Evaluating ruminant livestock efficiency projects and programs. Washington, D.C.: Peer Review Draft, 2000. 48p.

WANG, B.; BJÖRN, A.; STRÖMBERG, S.; NGES, I. A.; NISTOR, M.; LIU, J. Evaluating the influences of mixing strategies on the Biochemical Methane Potential test. Journal of Environmental Management, v. 185, p. 54-59, 2017.

WILKIE, A. C.; CASTRO, H. F.; CUBISNKI, K. R.; OWENS, J. M.; YAN, S. C. Fixed-film anaerobic digestion of flushed dairy manure after primary treatment: wastewater production and characterization. Biosyst. Eng., v. 89, n. 4, p. 457-471, 2004.

WIRTH, B.; REZA, T.; MUMME, J. Influence of digestion temperature and organic loading rate on the continuous anaerobic treatment of process liquor from hydrothermal carbonization of sewage sludge. Bioresour. Technol., v. 198, n. 12, p. 215-222, 2015.

WORLD ATLAS, 2017. Top cows' milk producing countries in the world. Disponível em: http://www.worldatlas.com/articles/top-cows-milk-producing-countries-in-the-world.html. Acesso em: 09 jul. 2019.