Methane Production by Co-Digesting Vinasse and Whey in an AnSBBR: Effect of Mixture Ratio and Feed Strategy

Abstract

The most common approach to deal with vinasse (sugarcane stillage) is fertigation, but this technique compromises soil structure and surrounding water bodies. A possible solution is to transport vinasse to local cheese whey producers and perform the co-digestion of these wastewaters together, reducing their organic load and generating bioenergy. Therefore, this study investigated the application of an AnSBBR (anaerobic sequencing batch biofilm reactor) operated in batch and fed-batch mode, co-digesting vinasse and whey at 30 °C. The effect of influent composition and feeding strategy was assessed. In all conditions, the system achieved high organic matter removal (approximately 83%). Increasing the percentage of vinasse from 0 to 100% in the influent resulted in a decrease in methane productivity (76.3 to 51.1 molCH m day) and yield (12.7 to 9.1 molCH kgCOD), but fed-batch mode operation improved reactor performance (73.0 molCH m day and 11.5 molCH kgCOD). From the kinetic metabolic model, it was possible to infer that, at the best condition, methane is produced in a similar way from the acetoclastic and hydrogenotrophic routes. A scheme of four parallel reactors with a volume of 16,950 m each was proposed in the scale-up estimation, with an energy recovery estimated in 28,745 MWh per month.

Produção de metano em AnSBBR pela codigestão de vinhaça e soro

“…Sobretudo, a utilização do mesmo como cossubstrato pode diversificar os nutrientes da mistura, ajudar na diluição de compostos tóxicos e inibidores presentes na vinhaça, além vir a melhorar a relação C/N da mistura de modo a aproximá-la da faixa desejável para a produção de metano. A produção de metano pela codigestão entre soro e vinhaça já foi relatada por Lovato et al (2018), estudo o qual utilizou um AnSBBR a 30 ºC e analisou a proporção entre os substratos e a estratégia de alimentação sob a melhor proporção encontrada. Para todas as condições analisadas o estudo obteve altas remoções de matéria orgânica, acima de 83 %, e destacou que maiores proporções de soro na mistura resultaram em maiores produtividades de metano.…”

“…A viabilidade do AnSBBR para produção de metano já foi demonstrada na literatura tanto a partir da vinhaça (ALBANEZ et al, 2016a;ALMEIDA et al, 2017;VOLPINI et al, 2018) quanto a partir do soro (BEZERRA et al, 2009;LOVATO et al, 2016LOVATO et al, , 2017) e até mesmo a partir da codigestão de ambos (LOVATO et al, 2018).…”

Produção de metano em AnSBBR termofílico a partir da codigestão de glicerina, soro de queijo e vinhaça de cana-de-açúcar

“…Com isso, o correto manejo dos subprodutos gerados a partir da produção desses biocombustíveis e de queijos se tornou um problema para as indústrias. Os trabalhos encontrados na literatura relacionados com a codigestão entre os resíduos gerados na agroindústria brasileira, como a glicerina, soro de queijo e vinhaça, foram explorados somente utilizando a condição mesofílica (Lovato et al, 2019b(Lovato et al, , 2019a(Lovato et al, , 2017aSousa et al, 2019). Dessa forma, o propósito desta pesquisa foi dar continuidade aos estudos da codigestão da glicerina, soro de queijo e vinhaça e à aplicação do AnSBBR termofílico para a produção de metano.…”

“…Tabela 5.36 -Trabalhos da literatura para a produção de metano a partir da monodigestão da glicerina e da vinhaça de cana-de-açúcar e da codigestão de glicerina e vinhaça ou melaçoLovato et al (2019a) estudaram a codigestão de glicerina e vinhaça de cana-de-açúcar visando a produção de metano em AnSBBR mesofílico operado com COVA de 5,0 kgDQO.m -3 .d -1 . Os autores verificaram que o aumento da proporção de vinhaça (de 33 para 67 %) não afetou significantemente o sistema.…”

Manutenção da produção de metano em indústrias sucroalcooleiras, a partir da substituição de vinhaça por glicerol no período de entressafra de cana-de-açúcar

“…Alguns relatos de codigestão anaeróbia de vinhaça de cana-de-açúcar e outros substratos, tais como o soro de leite e o glicerol, apresentaram resultados satisfatórios quanto à maior recuperação bioenergética do efluente da indústria sucroalcooleira (ALBUQUERQUE, RATUSZNEI, RODRIGUES, 2019;BORGES, 2020;LOVATO et al, , 2019bSOUSA et al, 2019;SYAICHURROZI et al, 2016). Desse modo, o presente projeto buscou associar glicerol como potencial cossubstrato no tratamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar, verificando sua viabilidade operacional, e aplicando o conceito de biorrefinaria.…”