Produção de biogás a partir de lodo de esgoto e resíduos sólidos vegetais.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Silva, I.J.S. (UFPE) ; Silva, G.A. (UFPE) ; Silva, T.C. (UFRPE) ; Campelo, D.C.L.A. (UFPE) ; Peres, S. (UPE) ; Palha, M.L.A.P.F. (UFPE)

Resumo

O lodo produzido nas ETE e os resíduos sólidos vegetais representam um problema de âmbito mundial e necessitam de uma destinação final segura, ambiental, sanitária e economicamente viável, como a digestão anaeróbia. Em face disso, o presente trabalho teve como objetivo o estudo da produção de biogás, em particular do metano, gás combustível, a partir destes resíduos em reatores de bancada de 1 L operando em batelada, variando as seguintes condições operacionais: composição e concentração do meio e temperatura de incubação. A melhor condição para produção de biogás foi observada a partir do biodigestor com 37,5% de lodo de esgoto sólido e 12,5% de resíduos sólidos vegetais em massa, incubado sob a temperatura de 40°C, onde obteve-se 4,5 L de gás a uma concentração de 30,5% em metano.

Palavras chaves

Biogás; Lodo de esgoto; Resíduos sólidos vegetais

Introdução

O biogás é uma mistura gasosa obtida pela conversão microbiológica anaeróbia de resíduos agroindustriais e domésticos, que tem como componente principal o metano, além de outros gases, como o dióxido de carbono e o gás sulfídrico (CASSINI et al., 2003). Como o metano é uma importante fonte energética, o biogás é considerado um biocombustível (ARHOUN et al., 2013). Muitos são os resíduos que apresentam potencial para produção de biogás. Dois de significativa importância são o lodo de esgoto e os resíduos sólidos vegetais. Em decorrência do tratamento dos esgotos ocorre a geração de um resíduo semissólido, pastoso e de natureza predominantemente orgânica, chamado de lodo de esgoto (KUMMER, 2013). Em um dos poucos estudos sobre produção de lodo de esgoto no país, Machado, Figueiredo e Coraucci Filho (2004), estimaram que 151.700 toneladas de lodo (matéria seca) eram produzidas por ano. A disposição final deste lodo residual gerado nas ETE é um grande problema ambiental e sanitário para as empresas de saneamento, públicas ou privadas (BOECHAT et al., 2014). Por outro lado, o percentual de matéria orgânica do lixo no Brasil é elevado, sendo uma significativa parte desse resíduo oriunda do desperdício de alimentos (ANDREATTI; BERNARDI; ABBUD, 2013). No tocante aos alimentos de origem vegetal, em especial às frutas e hortaliças, os que são mais desperdiçados no Brasil (cerca de 35% de toda produção) são a laranja, a banana, o tomate, a batata inglesa e o mamão (EMBRAPA, 2007; IBGE, 2012). Neste contexto, objetivou-se, com o estudo, avaliar o processo de digestão anaeróbia a partir de lodo de esgoto e resíduos sólidos vegetais, visando à produção de biogás e averiguar quais as melhores condições de fermentação para os substratos utilizados.

Material e métodos

No experimento foram utilizados 10 biodigestores operando em batelada: 5 submetidos à temperatura ambiente (cerca de 30ºC) e 5 sob a temperatura de 40ºC. Estes foram abastecidos com água, lodo de esgoto sólido (LES) e/ou resíduos sólidos vegetais (RSV), totalizando 500 g de meio em cada sistema. Os resíduos sólidos vegetais foram preparados pela mistura de laranja, banana, tomate, batata inglesa e mamão, em iguais proporções em massa, triturados e homogeneizados em liquidificador. Os vegetais avariados foram adquiridos na CEASA/PE, localizada no bairro do Curado, Recife – PE, e o lodo de esgoto sólido foi obtido na ETE da Mangueira, situada na mesma cidade. Os biodigestores foram preparados da seguinte forma (%LES/%RSV, em massa): A - 50%/0%; B – 37,5%/12,5%; C – 25%/25%; D – 12,5%/37,5%; E – 0%/50%. Foram realizados ajustes de pH em todos os meios de fermentação, antes dos sistemas serem vedados, usando KOH 6 mol/L para que fossem atingidos valores de pH na faixa de 7,2 – 7,8. Como câmaras de digestão foram utilizados Kitassatos com capacidade de 1 L, fechados com rolhas de borracha e vedados com cola de silicone. Às saídas laterais dos Kitassatos foram adaptadas mangueiras que conduziram o gás produzido aos amostradores de biogás (bolsas plásticas) do fabricante Alfakit. A medição da quantidade de biogás produzida foi feita tomando por base o volume total do amostrador (4,07 L). Quando a bolsa plástica atingiu o seu limite de armazenamento, o biogás contido no amostrador foi avaliado quanto a sua composição e a bolsa foi esvaziada para continuar coletando as próximas frações de gás que se formaram depois. A composição do biogás quanto ao percentual volumétrico de metano foi determinada por meio do analisador de gás do fabricante Landtec, modelo GEM 2000.

Resultado e discussão

Houve a necessidade de ajustar a acidez dos meios porque o valor e a estabilidade do pH são extremamente influentes na biodigestão, pois uma taxa elevada de metanogênese só pode se desenvolver quando o pH se mantiver numa faixa estreita, entre 6,3 e 7,8 (VAN HAANDEL, LETTINGA, 1994). Na Figura 1 é exibida a produção de biogás em cada biodigestor e sua composição em metano. O tempo total de incubação foi de 60 dias. Expressando-se graficamente (Figura 2) os resultados mostrados na Figura 1 para o metano produzido em cada sistema, observou-se que houve maior produção deste gás nos biodigestores de códigos B.1 e B.2, que apresentaram a mesma composição de meio (37,5% LES e 12,5% RSV, em massa), porém foram submetidos a temperaturas de incubação diferentes (30 e 40ºC, respectivamente). Com relação à influência da temperatura, percebeu-se resultados melhores para a temperatura de 40°C em detrimento da ambiente (30°C), o que é ratificado por Pierotti (2007), que afirmou que maiores temperaturas (dentro de limites) aceleram o metabolismo microbiano e aumentam a solubilidade dos substratos, o que faz com que na faixa de 20 a 25ºC, a velocidade específica de utilização do substrato atinja apenas a metade da obtida à temperatura de 35ºC. Verificou-se que quando o LES (sistemas A.1 e A.2) e os RSV (sistemas E.1 e E.2) foram digeridos individualmente, como únicos substratos, a produção de metano foi pouco expressiva, porém com a mistura destes resíduos na proporção de 37,5% LES e 12,5% RSV, em massa (sistemas B.1 e B.2), a geração deste gás foi significativa; este fato foi explicado por Matos (2001), que afirmou que os RSV agem como resíduos estruturantes do LES, proporcionando-lhe características complementares, como o balanceamento da relação carbono/nitrogênio, por exemplo.

Conclusões

Considerando todas as condições operacionais de biodigestão anaeróbia examinadas neste trabalho, pode-se definir que a melhor, no tocante a produção de gás metano é a digestão de lodo de esgoto sólido juntamente com resíduos sólidos vegetais, na proporção de 37,5% de lodo de esgoto e 12,5% de resíduos sólidos vegetais em massa, sob a temperatura de incubação de 40°C, situação esta encontrada no biodigestor de código B.2, de onde se obteve o volume de 4,5 L de biogás com a concentração de 30,5% (v/v) de CH4, ou seja, o volume de 1,3725 L de metano formado.

Agradecimentos

À UFPE e à UPE que forneceram os meios materiais para o desenvolvimento deste trabalho.

Referências

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