AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E DA EFICIÊNCIA DE TRATAMENTO DO REATOR ANAERÓBIO (UASB) ALIMENTADO COM EFLUENTE DE INDÚSTRIA DE BEBIDAS

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Braga, A.K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS) ; Santos, A.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS) ; de Amorim, E.L.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS)

Resumo

Durante as últimas décadas, problemas ambientais relacionados à escassez energética têm despertado interesse pelos processos biológicos de tratamento de efluentes. Com isso, a fim de verificar o aproveitamento energético do biogás produzido, este estudo avaliou a eficiência na remoção de matéria orgânica (DQO) e produção de biogás do sistema de tratamento de efluente industrial do ramo de bebidas em escala de laboratorial. Foram realizadas três coletas de lodo proveniente de um reator de fluxo ascendente de manta de lodo (UASB). Uma vez coletado, o lodo foi caracterizado e submetido a ensaio de atividade metanogênica específica (AME). Constatou-se que os microrganismos presentes no lodo apresentaram AME média de 0,19 kg∙DQOCH4/kg∙SSV∙d e produção de metano de 39,03 mL/h.

Palavras chaves

Metano; DQO; Lodo

Introdução

A magnitude dos problemas causados no meio urbano pela destinação inadequada dos cursos d’água, dos esgotos domésticos e das águas residuárias industriais é amplamente conhecida (OLIVEIRA, 1997). Desta forma, a importância do aperfeiçoamento de tecnologias para o tratamento eficaz dos efluentes sanitários e industriais é a responsável pela grande mudança nas condições de controle de poluição, pois são tecnologias de baixo custo econômico e energético, e de resposta satisfatória, tanto do ponto de vista empresarial, como dos órgãos de fiscalização e de pesquisa. A produção de gás combustível a partir da estabilização de resíduos orgânicos através do processo de digestão anaeróbia foi observada em 1976, quando Alessandro Volta identificou a produção de metano no gás dos pântanos como resultado da fermentação de vegetais em condições de anaerobiose (NOGUEIRA, 1986). No Brasil, o interesse em aplicar a tecnologia da biodigestão anaeróbia foi despertado pela crise energética na década de 70 (HOBSON; WHEATLEY, 1993). Os processos anaeróbios apresentam como característica a produção energética com baixa produção de lodo comparado a outras formas de tratamento, além de baixo custo de implantação e operação. A busca de um parâmetro que pudesse fornecer informações a respeito da biomassa ativa metanogênica de lodos anaeróbios, levou à proposição de um teste para avaliar a AME (BERTOLINO et al., 2008; AQUINO et al., 2007; PENNA, 1994). A avaliação da AME é feita por meio de um ensaio em laboratório e consiste em avaliar a capacidade das bactérias metanogênicas em converter substrato orgânico em biogás, medindo a taxa máxima de conversão de substratos específicos em metano por unidade de biomassa. O reator UASB é um dos mais utilizados para promover o tratamento anaeróbico de efluentes, por possuir simplicidade construtiva e baixo custo operacional, além de ser capaz de suportar altas cargas orgânicas e produzir como subproduto o biogás, composto rico em gás metano (CH4) (CAMPOS, 1990). O biogás pode ser utilizado em motores à combustão interna, iluminação, aquecimento, e etc. Assim, o objetivo desse estudo é avaliar, em escala laboratorial, o tratamento anaeróbio de efluentes da indústria de bebidas, utilizando reator UASB, visando investigar a eficiência do sistema proposto na transformação da matéria orgânica em biogás.

Material e métodos

O lodo utilizado no trabalho foi obtido através do reator UASB da estação de tratamento de efluentes de uma indústria de bebidas, localizada na cidade de Maceió, AL. Após a coleta das amostras, foram realizadas as seguintes análises físico-químicas: pH, temperatura, demanda química de oxigênio (DQO), alcalinidade total, acidez volátil, sólidos totais e voláteis (APHA, AWWA e WEF, 2012). Para a determinação do volume de lodo (VL) foram utilizados os valores de Sólidos Suspensos Voláteis (SSV), e para obtenção da concentração do substrato, foi utilizada a proporção de 7 g∙ST por litro de volume útil do reator. A quantidade de água adicionada (VA) é a diferença entre o volume útil do reator (1,8 L) e o volume de lodo, sendo utilizado 50% de água destilada e 50% de água potável. Os volumes de lodo das amostras de meses consecutivos foram de 224, 201 e 264mL respectivamente. Para o teste de Atividade Metanogênica Específica (AME), o reator foi incubado sob condição mesófila de 33±2ºC (VDI, 2006). Foram adicionados o volume de lodo (VL) e a solução nutritiva, a qual foi diluída em 1540,33±45,57 mL de água, representando assim o volume útil do reator. A solução nutritiva foi a mistura de água destilada e nutrientes. Adaptada da metodologia de Monteggia (1997), a solução do presente estudo continha as seguintes concentrações de nutrientes: 3,5 g∙L-1 de potássio fosfato monoácido (K2HPO4); 2,0 g∙L-1 de fosfato de potássio diácido (KH2PO4); 0,5 g∙L-1 de cloreto de amônio (NH4Cl); e 4 g∙L-1 de sacarose (C12H24O11). Posteriormente, o reator foi fechado com rolha de silicone e conectado a uma proveta contendo água, em que o volume de CH4 gerado seria correspondente ao deslocamento de água na proveta. Foram realizados três ensaios, bem como, três coletas de amostra de lodo em meses consecutivos. Em cada ensaio foram adotadas as mesmas condições de análise e volume útil de reator. As leituras de volume de gás foram iniciadas após 30 min do início do experimento, sendo realizadas a cada hora durante de 5 dias. A AME foi determinada a partir da taxa de produtividade máxima de metano, que tem como unidade mLCH4/g∙SVT∙h ou g∙DQOCH4/g∙SVT∙d (SOARES, HIRATA; 1999).

Resultado e discussão

Na Figura 1 estão apresentados os valores das análises físico-químicas do lodo anaeróbio, bem como a eficiência de remoção da matéria orgânica no teste de AME. De acordo com Chernicharo (2007), o pH pode influenciar o desempenho de reatores anaeróbios, sendo importante manter os valores entre 6,0 e 8,0. Nas análises realizadas, Figura 1, observou-se 7,05 ± 0,05 ligeiras variações durante a realização dos testes de AME, demonstrando um bom tamponamento do sistema estudado e grande estabilidade das interações entre bactérias durante a degradação biológica. O sistema apresentou uma eficiência média de 69,21% de remoção da matéria orgânica para os meses estudados. Além disso, foi notado baixa instabilidade nestes valores, além dos valores nos índices de remoção da DQO visto o controle das condições operacionais da unidade. A partir do experimento, foi obtida a produção volumétrica de metano, Figura 2. As curvas presentes são caracterizadas pelo aumento acentuado na geração de biogás, onde a composição microbiológica converte praticamente todo substrato em metano. A produção cumulativa de metano do lodo anaeróbio das amostras de dezembro, janeiro e fevereiro no decorrer do teste de AME foram de respectivamente: 1120, 1390 e 1260 mL. De acordo com VDI (2006), este comportamento é caracterizando como normal. O valor estabelecido por projeto da unidade para a AME é próximo à 0,50 kg∙DQOCH4/kg∙SSV∙d, sendo que o valor médio da AME para o lodo anaeróbio estudado foi de 0,19±0,12 kg∙DQOCH4/kg∙SSV∙d, com curva de geração normal de biogás, caracterizando bom rendimento da unidade. BELLI et al (2002), que também seguiu a mesma metodologia do presente estudo, escolheram o lodo granular proveniente de um reator UASB da Companhia de Saneamento de Santa Catarina (CASAN) tratando esgoto doméstico, cujo valor médio da AME máxima alcançada foi de 0,19 kg∙DQOCH4/kg∙SSV∙d.

Caracterização do lodo anaeróbio proveniente do reator UASB.


Volume de metano pelo tempo de digestão.

Conclusões

Para as condições estabelecidas durante a condução do experimento, em escala de bancada, concluiu-se que o reator UASB apresentou boa eficiência na remoção de DQO (69,21%), o que caracterizou uma elevada produção de biogás. Além disso, o estudo demonstrou ainda que existe grande viabilidade técnica em se obter energia por meio do tratamento de efluentes industriais, especialmente em industriais de alimentos e bebidas.

Agradecimentos

Referências

American Public Health Association, American Water Works Association, Water Pollution Control Federation, & Water Environment Federation. Standard methods for the examination of water and wastewater (Vol. 2). American Public Health Association, 1915.

Aquino, S. F. D., Chernicharo, C. A. D. L., Foresti, E., Santos, M. D. L. F. D., & Monteggia, L. O. Metodologias para determinação da atividade metanogênica específica (AME) em lodos anaeróbios,2007.

Belli Filho, P., Rita, F., Soares, H. M., Medeiros, N. R., Matias, W. G., Castilhos Jr, A. B. D., & Pinto, R. D. O. Digestão anaeróbia de resíduos sólidos sólidos orgânicos integrada com lodo de tanque séptico associado ao tratamento de lixiviado em reator UASB. In Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, 28 (pp. 1-7). FEMISCA, 2002.

BERTOLINO, S. M.; CARVALHO, C. F.; AQUINO, S. F. Caracterização e biodegradabilidade aeróbia e anaeróbia dos esgotos produzidos em campus universitário. Engenharia Sanitária Ambiental, v. 13, n. 3, p. 271-277, 2008.

CAMPOS, C. M. M. Physical aspects affecting granulations in UASB reactors. 1990. 459 f. Thesis (PhD) – Universidade de Newcastle upon Tyne. Newcastle. 1990.

CHERNICHARO, C. A. L. Anaerobic reactors. London: IWA publishing, v. 4, 2007.

HOBSON, P. N.; WHEATLEY, A. D. Anaerobic digestion: Modern theory and practice. Amsterdam: Elsevier Applied Science, 1993.

METCALF, L.; EDDY, H. P. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. 4th. ed. New York: McGraw-Hill College, 2003.

MONTEGGIA, L. O. Proposta de metodologia para avaliação do parâmetro “atividade metanogênica específica”. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 19., 2015. Anais... Foz do Iguaçu, PR: [s.n.], 2015.

NOGUEIRA, L. A. H. Biodigestão: a alternativa energética. São Paulo: Editora Nobel, 1986.

Oliveira, R. A. D. Efeito da concentraçao de sólidos suspensos do afluente no desempenho e características do lodo de reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo tratando águas residuárias de suinocultura (Doctoral dissertation, Universidade de Sao Paulo. Escola de Engenharia de Sao Carlos),1997.

PENNA, J. A. Estudo da metodologia do teste de atividade metanogênica específica. São Carlos, 1994. Tese (Doutorado em Engenharia Hidráulica e Saneamento) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994.

SOARES, H.M.; HIRATA, Y.S. Práticas de laboratório III - Curso de Tratamento Biológico de Resíduos. Florianópolis: UFSC, 1999.

VDI. Fermentation of organic materials, characterisation of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests. Dusseldorf: Verein Deutcher Ingenieure, 2006.