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25 e 26 de setembro de 2014






AVALIAÇÃO DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS POR BIODIGESTÃO ANAERÓBIA CONJUGADA DA MANIPUEIRA, GLICERINA BRUTA E AGUAPÉ (Eichhornia crassipes)

C. TOMAS1*, E. A. da SILVA2


1 Universidade Estadual do Oeste do Paraná (Campus Toledo), Mestrado em Bioenergia

2 Universidade Estadual do Oeste do Paraná (Campus de Toledo), Mestrado em Bioenergia
*E-mail para contato: cristiane.tomas@gmail.com
PALAVRAS-CHAVE: co-digestão; manipueira; glicerina; macrófitas; biogás


INTRODUÇÃO

A utilização de fontes de energias renováveis é considerada estratégica por muitos países, pois está aliada à segurança energética e ao cumprimento das metas de redução de emissão dos gases causadores do efeito estufa (AL SEADI et al., 2008). As pesquisas se direcionam para fontes de energia que, em resumo, atendam às necessidades energéticas, econômicas e ambientais. Tais requisitos são preenchidos pelos biocombustíveis, dentre os quais se encontra o biogás (OVEREND, 2004).
Este gás provém da liberação dos compostos decorrentes da fermentação bacteriana anaeróbica (biodigestão anaeróbia). Durante este processo algumas espécies de bactérias, na ausência de oxigênio, atuam na degradação das estruturas de materiais orgânicos complexos, convertendo-os em compostos simplificados, principalmente CH4, CO2 e água, à medida que adquirem a energia e os compostos necessários para o seu próprio crescimento (ROYA et al., 2001).
O biogás pode ser obtido através da biodigestão anaeróbia em um reator específico (biodigestor) (COLDEBELLA, 2006; ROYA et al., 2011). Vários tipos de matérias-primas podem ser usados para a produção de biogás, dentre os quais se podem citar: dejetos animais, resíduos de culturas e a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos e da indústria de alimentos (AL SEADI et al., 2008).
A manipueira é o resíduo líquido proveniente do processamento da mandioca. Possui elevada carga orgânica e tem potencial tóxico devido à presença de linamarina, um glicosídeo cianogênico que é enzimaticamente hidrolisado a cianeto (RIBAS e BARANA, 2003; LARSEN, 2013). Portanto, necessita ser tratada antes de ser lançada ao meio ambiente. O tratamento anaeróbio de efluentes da agroindústria tem se tornado comum por apresentar vantagens como baixa produção de lodo e baixo custo, pois não necessita de aeradores (INOUE, 2008).
A glicerina é um dos principais resíduos obtidos durante o processo de produção do biodiesel. Para cada 100 L de biodiesel produzido pela reação de transesterificação são gerados 10 kg de glicerina bruta (LARSEN, 2013). Esse produto possui várias aplicações na indústria química, farmacêutica e alimentícia; porém, dependendo do fim para o qual será utilizada, ela necessita ser purificada e a tecnologia disponível tem custo elevado (APOLINÁRIO et al., 2012; LARSEN, 2013).
Segundo GENTELINI et al. (2008), as macrófitas aquáticas representam uma alternativa em diversos sistemas de tratamento de efluentes, a exemplo do tratamento de esgoto doméstico, na aquicultura, e pós-tratamento de efluentes agroindustriais. Uma das espécies mais estudadas é a Eichhornia crassipes (aguapé). Em estudo realizado por PRAKASAN et al. (1981), a adição do aguapé aumentou a produção e melhorou a qualidade do biogás quando adicionado ao esterco bovino. FRANÇA et al. (2014) utilizou ao aguapé para tratamento de efluente doméstico e obteve eficiência na remoção de impurezas.
Alguns estudos analisam a biodigestão simultânea de mais de um tipo de resíduo, chamada co-biodigestão ou biodigestão conjugada. Segundo LEITE et al. (2005), a utilização de dois ou mais tipos de resíduos no processo de biodigestão propicia o equilíbrio da relação C/N, melhora a estrutura física do substrato, a densidade microbiana e o percentual de umidade.
Na literatura existem publicados trabalhos que avaliaram a manipueira, glicerina e macrófitas envolvendo seu uso na biodigestão anaeróbia, como alternativa para tratamento de efluentes ou produção de biogás, em separado ou em conjunto com outros resíduos (PRAKASAN, 1981; INOUE, 2008; ANDRADE et al., 2013; BERTOZZO, 2013; LARSEN, 2013). Este estudo visa avaliar o efeito da digestão conjunta da manipueira, glicerina e macrófitas na produção de biogás.


OBJETIVOS

Considerando-se o exposto acima, propõe-se um estudo da biodigestão da manipueira com adição de dois tipos de aditivos: glicerina bruta e aguapé, com intuito de verificar as proporções das biomassas estudadas que, inseridas em um reator, potencializem a produção de biogás, em nível quanti e qualitativo.


MATERIAIS E MÉTODOS

A manipueira será coletada na Unidade Industrial LAR localizada em Medianeira (Paraná). A glicerina provirá da Usina de Biodiesel Big Frango, localizada no município de Rolândia (PR), que produz esse combustível a partir de gordura animal. O aguapé será cultivado em laboratório.

A glicerina será caracterizada em relação a: sólidos totais e voláteis, pH, acidez total e alcalinidade (BERTOZZO, 2013). Os parâmetros a serem avaliados para o aguapé serão: pH, temperatura, turbidez e condutividade elétrica, matéria seca e sólidos totais e voláteis (PRAKASAN, 1981). A manipueira será caracterizada em relação ao PH, nitrogênio, alcalinidade, sólidos totais e voláteis (ANDRADE et al., 2013).


O efluente será analisado quimicamente em relação a teores de nitrogênio (N), de fósforo (P2O5), de potássio (K2O), de carbono (C) e de matéria orgânica (MO) além da relação carbono/nitrogênio (C/N) (BERTOZZO, 2013).
Os experimentos consistirão em ensaios de biodigestão da manipueira com adição de glicerina e macrófitas (aguapé). Para a condução do experimento serão utilizados biodigestores de bancada do tipo fluxo contínuo (escala laboratorial). Três biodigestores receberão o tratamento “branco”, ou seja, 100% de manipueira, 100% de glicerina e 100% de macrófitas. Os demais serão divididos em dois testes: manipueira + adição de aguapé nas proporções de 1, 5 e 15% do volume total do reator (PRAKASAN, 1981) e manipueira + glicerina nas porcentagens de 1,25; 2,5 e 5% (BERTOZZO, 2013), com abastecimento dos tratamentos a cada 30 dias - tempo de retenção hidráulica estabelecido segundo BERTOZZO (2013).
Os ensaios serão realizados em temperatura ambiente e também na faixa termofílica. O controle da temperatura das reações será realizado com o auxílio de um termômetro e imersão dos reatores em banho-maria, com aquecimento por resistência, a exemplo do experimento executado por SOUZA et al. (2005). A medição de temperatura deverá ser realizada diariamente.
O biogás gerado durante o processo será armazenado em gasômetros ligados aos biodigestores por meio de mangueiras plásticas. A determinação da produção de biogás será realizada diariamente através da observação do deslocamento vertical dos gasômetros. A análise de composição do biogás produzido - principalmente metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) - será realizada com periodicidade semanal através de análise por cromatografia gasosa.


RESULTADOS E DISCUSSÃO

Espera-se, com o desenvolvimento deste projeto de pesquisa, obter um processo de biodigestão conjunta eficiente que resulte num acréscimo de produção de biogás quando comparado com os valores obtidos com a digestão da manipueira. Também se espera determinar as condições de razão mássica das biomassas que maximizem a produção de biogás.


O processo de biogestão anaeróbia representaria uma vantagem para as fecularias, visto que: o tratamento mais utilizado atualmente é o de lagoas de decantação, que apresentam como desvantagem o mau cheiro, além de necessitar de grandes áreas para implantação; o tratamento anaeróbio apresenta baixa produção de lodo e baixo custo (por não necessitar de aeradores, como é o caso do tratamento aeróbio) e esse processo possibilita a captação de biogás (recurso energético que poderia ser utilizado na própria indústria de processamento da mandioca) (INOUE, 2008; FELIPE et al., 2009).


CONCLUSÕES

A biodigestão é uma alternativa para a minimização do risco de contaminação de solos e águas pela deposição inadequada de efluentes. Além da produção de biogás, um combustível renovável, ao final do processo obtém sem um fertilizante rico em nutrientes, entre eles, o nitrogênio, fósforo, potássio e material orgânico (húmus), com grande poder de fertilização. Segundo COLDEBELLA (2006), pode ser aplicada no solo para melhorar suas qualidades físicas, químicas e biológicas.


O biogás pode ser usado para variados fins, dependendo de sua composição: geração de energia elétrica, térmica (produção de calor através da combustão) ou mecânica. Seu uso está associado à alimentação de fogões domésticos, lampiões, motores de combustão interna, chocadeiras, secadores de grãos ou secadores diversos (ROYA et al., 2011; AL SEADI et al., 2008).
Segundo DANYLO (2009), a co-digestão pode ser aplicada nas unidades de digestão existentes sem grandes investimentos, contribuindo deste modo para o tratamento de dois ou mais resíduos simultaneamente. A utilização dos biodigestores surge como uma alternativa para o manejo de resíduos e promoção de sustentabilidade no que se refere à emissão de metano para a atmosfera e deposição de resíduos contaminadores do solo.


REFERÊNCIAS

AL SEADI, T.; RUTZ, D.; PRASSL, H.; KÖTTNER, M.; FINSTERWALDER, T.; VOLK, S.; JANSSEN, R. Biogas Handbook. Cidade: University of Southern Denmark Esbjerg, 2008.


ANDRADE, W. R.; SANTOS, T. M. B.; TREVIZAN, C. A. N. X.; CARVALHO, K. C. N.; NUNES, C. L. C. Co-digestão anaeróbia de manupueira e dejetos de monogástricos com utilização de dois corretivos de pH. In: III Symposium on Agricultural and Agroindustrial Waste Management, 2013, São Pedro.
APOLINÁRIO, F. D. B.; PEREIRA, G. F.; FERREIRA, J. P. Biodiesel e Alternativas para utilização da glicerina resultante do processo de produção de biodiesel. Bolsista de Valor: Revista de divulgação do Projeto Universidade Petrobras e IF Fluminense, v. 2, n. 1, p. 141-146, 2012.
BARANA, A. C.; CEREDA, M. P. Cassava wastewater (manipueira) treatment using a two-phase anaerobic biodigestor. Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 20, n. 2, Campinas, maio/ago. 2000.
BERTOZZO, F. Co-digestão anaeróbia de dejetos bovinos e dois tipos de glicerina bruta. Botucatu, 2013. Tese (Doutorado em Energia na Agricultura) – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”.
COLDEBELLA, A. Viabilidade do uso do biogás da bovinocultura e suinocultura para geração de energia elétrica e irrigação em propriedades rurais. Cascavel, 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE.
DANYLO, N. Estudo de avaliação e optimização do potencial de biogás das lamas mistas da ETAR de Chelas. Lisboa, 2009. Dissertação (Mestrado em Engenharia do Ambiente) - Universidade Técnica de Lisboa.
FRANÇA, J. B. A.; MORAES, T. V.; VAZ, D. C.; FERREIRA, A. A.; SOARES, F. A. L. Tratamento de efluente doméstico com macrófitas aquáticas para reuso na fertirrigação. In: II INOVAGRI International Meeting, 2014, Fortaleza.
GENTELINI, A. L.. GOMES, S. D.; FEIDEN, A.; ZENATTI, D.; SAMPAIO, S. C; COLDEBELLA, A. Produção de biomassa das macrófitas aquáticas Eichhornia crassipes (aguapé) e Egeria densa (egeria) em sistema de tratamento de efluente de piscicultura orgânica. Ciências Agrárias, Londrina, v. 29, n. 2, p. 441-448, abr./jun. 2008.
LARSEN A. C.; GOMES B. M.; GOMES, S. D.; ZENATTI, D. C.; TORRES, D. G. B. Anaerobic co-digestion of crude glycerin and starch industry effluent. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.33, n.2, p.341-352, mar./abr. 2013.
LEITE, V. D.; SILVA, S. A.; SOUSA, J. T.; LOPES, W. S.; OLIVEIRA, S. A. Co-digestão anaeróbia de resíduos sólidos orgânicos. In: 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2005, Campo Grande.
OVEREND, R.P. Energy From Biomass. In: Renewable Energy Sources Charged with Energy from the Sun and Originated from Earth-Moon Interaction, Ed. Evald E. Shpilrain, 2004. In Encyclopedia of Life Support, Eolss Publishers, Oxford ,UK.
PRAKASAN, K. P.; VITALIANO FILHO, J.; PRAKASAN, G. Produção de biogás a partir de esterco bovino utilizando palha de milho (Zea Mays L) e aguapé (Eichhornia crassipes) como aditivos. Agropecuária Técnica, v. 2, n. 1, 1981.
ROYA, B.; FREITAS, E.; BARROS, E.; ANDRADE, F.; PRAGANA, M.; SILVA, D. J. A. Biogás – uma energia limpa. Revista Eletrônica Novo Enfoque, v. 13, n. 13, p. 142 – 149, 2011.
SOUZA, C. F.; LUCAS JUNIOR, J.; FERREIRA, W. P. M. Biodigestão anaeróbia de dejetos de suínos sob efeito de três temperaturas e dois níveis de agitação do substrato: considerações sobre a partida. Rev. Eng. Agríc. Jaboticabal, v.25, n.2, p.530-539, maio/ago2005.





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