Anaerobic digestion for the production of renewable energy
DOI:
https://doi.org/10.17765/2176-9168.2021v14n3e7667Keywords:
Anaerobic reactors, Bio-digester, Biogas, LivestockAbstract
Besides treating effluents, biodigesters produce biogas for the generation of electrical or thermal energy. Few data on the operation of these full-scale reactor models are known. Current study evaluated an integrated system for primary separation of solids in a sieve, followed by anaerobic treatment of dairy cattle manure in a pond-type covered biodigester, at 32-day retention time and slug recirculation. Systems were operated on a full scale for 8 months. The volumetric production of biogas varied according to the applied organic loads (115 - 295 kg DQO d-1), with rates between 0.030 and 0.175 m³ m-3 d-1 and CH4 concentrations between 54 and 70%. Rates between 380 and 2,806 m³ month-1 were reported for monthly biogas production, equivalent to an energy potential between 2,070 and 19,168 kWh month-1. Mean removals of BOD5.20 and DQO were 75.8 and 70%, respectively. NH4 rates increased after anaerobic digestion process. Further, pH rates were always close to neutrality and alkalinity was maintained at rates favorable to anaerobiosis. Results indicated good treatment efficacy in the removal of organic matter. It also ensured energy and agricultural recovery of the effluent, shown by the reduction of production costs in the livestock sector with the benefit of renewable energy production.References
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.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
A Revista se reserva o direito de efetuar, nos originais, alterações de ordem normativa, ortográfica e gramatical, com o intuito de manter o padrão culto da língua, respeitando, porém, o estilo dos autores. As opiniões emitidas pelos autores são de sua exclusiva responsabilidade.Os direitos autorais pertencem exclusivamente aos autores. Os direitos de licenciamento utilizado pelo periódico é a licença Creative Commons Attribution
Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional. São permitidos o compartilhamento (cópia e distribuição do material em qualquer meio ou formato) e adaptação (remixar, transformar, e criar a partir do trabalho, mesmo para fins comerciais), desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.