Produção de metano em AnSBBR pela codigestão de vinhaça e soro

Abstract

Este trabalho apresenta uma avaliação da produção de metano em um reator anaeróbio operado em batelada sequencial com biomassa imobilizada em suporte inerte (AnSBBR) pela codigestão de vinhaça de cana-de-açúcar e soro de queijo em condições mesofílicas. A avaliação é realizada com base na influência da variação dos aspectos operacionais de estratégia de alimentação (batelada ou batelada alimentada), interação entre tempo de ciclo (8, 6 ou 4 h) e concentração afluente (5000, 3750 ou 2500 mgDQO.L -1 ), carga orgânica volumétrica aplicada (5, 7,5, 10 ou 15 gDQO.L -1 .d -1 ) e temperatura ( 25, 30 e 35 ºC) sobre a estabilidade e desempenho do sistema. O AnSBBR com recirculação da fase líquida e volume reacional de 3,0 L foi operado por 186 dias, sendo o afluente para todos os ensaios composto por 75 % vinhaça e 25 % soro (massa/volume) e suplementado com bicarbonato de sódio. Nas condições operadas, o sistema demonstrou flexibilidade quanto à estratégia de alimentação, porém a redução do tempo de ciclo e da concentração afluente, para a mesma carga, resultou em menores produções de metano. Por outro lado, o aumento da carga orgânica, até o valor de 15 gDQO.L -1 .d -1 , favoreceu o processo, aumentando o rendimento de metano por DQO removida e a produtividade. A redução da temperatura de 30 para 25 ºC resultou na queda do desempenho, porém às temperaturas de 30 e 35 ºC foram obtidos resultados similares.O melhor desempenho foi alcançado a uma carga aplicada de 15,27 gDQO.L -1 .d -1 , tempo de ciclo de 8 horas, operação em batelada alimentada e temperatura de 30 ºC. Nessas condições, o sistema atingiu remoção de DQO solúvel de 88,8 %, produtividade de metano de 208,5 molCH4.m -3 .d -1(equivalente a 4672 CNTP-mLCH4.L -1 .d -1 ), rendimento de metano por DQO removida de 15,76 mmolCH4.gDQO -1 e composição de metano de 72% no biogás. O ajuste do modelo cinético demonstrou preferência pela rota hidrogenotrófica na metanogênese em todos os ensaios. Na aproximação em escala plena para o cenário de usina de etanol de cana-de-açúcar com produção de etanol de 150.896 m 3 .ano -1 foi estimada uma geração de energia de 25.544 MWh.mês -1 .

Avaliação dos impactos ambientais associados à inserção do sistema de biodigestão anaeróbica ao processamento da vinhaça em biorrefinarias de cana-de-açúcar

“…A primeira etapa do processo da biodigestão anaeróbia, consiste na quebra dos compostos de alta massa molecular -cadeias carbônicas de proteínas, lipídeos e polissacarídeos, realizadas por enzimas extracelulares, excretadas por bactérias hidrolíticas e fermentativas em um processo bioquímico. Os produtos originados desta reação são compostos orgânicos simples (monômeros) -aminoácidos, açúcares e ácidos orgânicos (DEUBELIN; STEINHAUSER, 2008).…”

“…Para a concentração e evaporação, exige-se elevados valores de energia no processo. Murphy e Power (2008) relatam que a remoção da água exige quantidades de energia tão altas quanto 2,88 GJ (800 kWh) para cada tonelada de água evaporada. Avaliando-se os subprodutos gerados: água e concentrado de vinhaça; o investimento de energia requerido pode não compensar financeiramente para a indústria (ROCHA, 2009).…”

“…Os nitratos são altamente solúveis em água, sendo que durante o processo de fertirrigação são observadas perdas significativas deste nutriente e isto pode promover seu acúmulo no lençol freático e corpos d'água adjacentes (FUESS; GARCIA, 2014 Fonte: CONAMA (2008) De acordo com a Tabela 21 nota-se que os valores encontrados pelo monitoramento da CETESB ficam no limite permitido pelo CONAMA, e ainda ultrapassam a quantidade permitida no uso para dessedentação de animais.…”