Análise da partida de um protótipo de biodigestor anaeróbio mesofílico alimentado por efluente de fecularia

Autores

Palavras-chave:

Biogás, biometano, digestão anaeróbia, mandioca

Resumo

As indústrias de fécula de mandioca geram efluentes que, estabilizados em lagoas, desperdiçam o potencial de geração de biogás e poluem o meio ambiente. Assinalando mudar essa realidade, a pesquisa foi desenvolvida em um protótipo de reator anaeróbio monofásico de mistura completa, alimentando com efluente de fécula de mandioca. O protótipo de biodigestor anaeróbio de 408 L foi desenvolvido com mecanismos de agitação e controle de temperatura e foi operado em modo de alimentação contínuo. Foram verificados os parâmetros: sólidos, pH, Litro de metano por grama de Demanda Química de Oxigênio (DQO) consumida, ácidos graxos voláteis (AGV), alcalinidade total (AT), relação acidez volátil e alcalinidade total (AV/AT), açúcares redutores totais (ART) e carga orgânica. Após a partida do processo de digestão anaeróbia foi elevando-se gradativamente a carga orgânica no biodigestor, respeitando os limites aceitáveis representados relações AV/AT e pH. A produção de metano alcançou 1,26 LCH4 por L de efluente, destaca-se também a produção de metano especifica, alcançando 0,14 LCH4 por gDQO consumida, 0,16 LCH4 por gSV consumida e 0,18 LCH4 por ART consumida. Além disso, a remoção média de matéria orgânica foi bastante eficaz, com taxas de remoção de 60% para DQO, 45% para SV e 75% para ART. Para manter a estabilidade operacional, foram necessárias três (3) etapas para ajustar a carga orgânica de alimentação, mantendo a relação AV/AT em 0,34, dentro da faixa ideal para operação (0,1 a 0,5). Esses resultados evidenciam a viabilidade técnica e ambiental dos biodigestores anaeróbios no tratamento de efluentes industriais de fécula de mandioca, transformando resíduos em uma valiosa fonte de energia renovável. O estudo destaca-se por sua contribuição para a sustentabilidade ambiental e energética da indústria, oferecendo uma solução eficiente para redução de resíduos e aproveitamento energético.

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Biografia do Autor

Geovanny Broetto Bisinella, Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE, Cascavel - Paraná.

Doutorando no Programa de Pós Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura, na Universidade Estadual do Oeste do Paraná, UNIOESTE, pesquisador na área de geração de combustíveis gasosos e líquidos. M.Sc. em Engenharia de Energia na Agricultura pela Universidade Estadual do Centro Oeste do Paraná (UNIOESTE), com ênfase em armazenamento de Metano/Biometano na forma adsorvida em baixas pressões; Sintese de materiais carbonaceos altamente porosos; Síntese de Óxido de Grafeno Reduzido. Graduado em Engenharia Ambiental pela Universidade Estadual do Centro Oeste do Paraná (UNICENTRO), com ênfase em engenharia sanitária e abastecimento público. Possui formação complementar pelo programa de Energias Renováveis (ONUDI) em Biogás, Energia Mini-Eólica, Energia Solar Fotovoltaica e Solar Térmica, Pequenas Centrais Hidrelétricas, além dos cursos de Eficiência Energética em Edifícios, Mudanças Climáticas e Qualidade da Água. Participação no Grupo de Pesquisa: GCatProBio - Grupo de Catálise e Produção de Biocombustíveis - UFPR. Atual Laboratório de Materiais de Combustíveis Participação no Grupo de Pesquisa: GB3 - Pesquisas em Eficiência Energética e Sustentabilidade.  

Matheus Vitor Diniz Gueri, Universidade Federal Integração Latino - Americana - UNILA, Foz do Iguaçu

Engenheiro Ambiental pela Universidade Estadual do Centro Oeste - UNICENTRO (2015). Mestre em Bioenergia pelo programa em rede (UFPR, UEM, UEL, UEPG, UNICENTRO e UNIOESTE), desenvolvido na Universidade Estadual do Oeste do Paraná (2017). Doutorando em Energia e Sustentabilidade pela Universidade Federal da Integração Latino-americana - UNILA. Possui experiência nas áreas: digestão anaeróbia, resíduos sólidos, emissões gasosas, aproveitamento energético de resíduos, gestão de bacias hidrográficas, eficiência energética, sustentabilidade, mudanças climáticas, saneamento, compostagem, georreferenciamento, SIG e gestão ambiental.      

Samuel Nelson Melegari de Souza, Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE, Cascavel - Paraná.

Concluiu o Curso de Graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho - UNESP-Campus de Guaratinguetá - SP, em 1991, o Curso de Mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Uberlândia - UFU-DEM, em 1994, e o Curso de Doutorado em Planejamento de Sistemas Energéticos pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP-FEM, em 1998. Atua como Docente na Universidade Estadual do Oeste do Paraná-UNIOESTE, Centro de Ciência Exatas e Tecnológicas-CCET, desde 1999. Atualmente é Professor Associado C em Regime T.40 DE da UNIOESTE. Atuou como Professor permanente do Programa de Pós Graduação em Engenharia Agrícola PGEAGRI-UNIOESTE entre os anos de 2000 a 2006. Atua como professor permanente no Programa de Pós Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura-PPGEA-UNIOESTE desde 2010, sendo um de seus idealizadores. Coordena o Programa de Pós Graduação em Engenharia de Energia Energia na Agricultura-PPGEA-UNIOESTE desde o ano de 2012. Atua também como Professor permanente no Programa de Pós Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental-PPGETA-UNIOESTE/UFPR. Na graduação atua como docente dos Cursos de Engenharia Agrícola e Engenharia Civil da UNIOESTE. Vem coordenando, desde o ano 2000, vários projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) na área de Energias Renováveis, financiados pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e tecnológico (CNPq), Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e Fundação Araucária (Paraná). Atua como Bolsista de Produtividade em Pesquisa Nível 1A do CNPq. Orientou mais de 30 dissertações de Mestrado.    

Armin Feiden, Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE, campus Marechal Candido Rondon - Paraná.

Possui graduação em Zootecnia pela Universidade Estadual de Maringá (1981), graduação em Agronomia pela Universidade Federal do Paraná (1986), mestrado em Engenharia Florestal (Conservação da Natureza) pela Universidade Federal do Paraná (1994) e doutorado em Agronomia (Energia na Agricultura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2001). Atualmente é professor associado da Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Tem experiência na área de agronomia e zootecnia, com ênfase em meio ambiente e energia na agricultura, atuando principalmente nos seguintes temas: desenvolvimento rural sustentável, gestão ambiental em microbacias hidrográficas, energia de biomassa, biodigestores, biogás, biofertilizantes, manejo de dejetos e resíduos agroindustriais.    

Maritane Prior, Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE, campus Cascavel - Paraná.

Possui graduação em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (2000), mestrado em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná (2003) e Doutorado em Agronomia pela Universidade Estadual Paulista (UNESP/FCA) (2008). Atualmente é Professor adjunto nível D na Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE). Tem experiência na área de Engenharia Agrícola, atuando principalmente nos seguintes temas: Topografia e Sensoriamento Remoto, produção de sementes de culturas energéticas, fontes renováveis de energia.    

Referências

AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION - APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environmental Federation, 21.ed. Washington. 2005.

ANDRADE, L. R. S; CRUZ, I. A.; DE MELO, L.; VILAR, D.; FUESS, L. T.; REIS E SILVA, G.; FIGUEIREDO, R. T. Oyster shell-based alkalinization and photocatalytic removal of cyanide as low-cost stabilization approaches for enhanced biogas production from cassava starch wastewater. Process Safety and Environmental Protection, v. 139, p. 47-59, 2020.

ANDREANI, C. L.; TORRES, D. G. B.; SCHULTZ, L.; CARVALHO, K. Q.; DE GOMES; S. D. Hydrogen production from cassava processing wastewater in an anaerobic fixed bed reactor with bamboo as a support material. Engenharia Agrícola, v. 35, n. 3, p. 578–587, 2015.

ANGELIDAKI, I.; BOE, K.; ELLEGAARD, L. (2005). Effect of operating conditions and reactor configuration on efficiency of full-scale biogas plants. Water Science and Technology, v. 52, n. 1-2, p. 189–194, 2005.

ARAUJO, G. S.; SANTIAGO, C. S.; MOREIRA, R. T.; DANTAS NETO, M. P.; FERNANDES, F. A. N. Nutrient removal by Arthrospira platensis cyanobacteria in cassava processing wastewater. Journal of Water Process Engineering, p. 1-7, 2020.

AZEVEDO, J. M. A; DA SILVA, E. A. JR.; DA CRUZ, J. F.; SOUZA, E. B.; LIMA, M. O.; AZEVEDO, DA SILVA. H. S. F. Agroecological seedlings of yellow passion fruit using manure, cow urine and forage peanut biofertilizer. Brazilian Journal of Development, v. 6, n. 6, p.35521-35536, 2020.

BARRETO, M. T. L.; MAGALHÃES, A. G.; ROLIM, M. M.; PEDROSA, E. M. R.; DUARTE, A. S.; TAVARES, U. E. Desenvolvimento e acúmulo de macronutrientes em plantas de milho biofertilizadas com manipueira. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 18, n. 5, p. 487–494, 2014.

CHOGI, M. A. N.; ARAUJO, A. C. V.; PRADO, P. F.; SILVA, D. B.; SILVA, A. J.; SILVA, G. F.; DUARTE, I. C. S. D. Produção de biocombustível e ácidos orgânicos para agregar valor ao efluente de mandioca. Revista Virtual de Química, v. 12, n. 1, p. 89-98, 2020.

CORRÊA F. H.; PONTE, M. X.; SOARES, S. R. Avaliação do Ciclo de Vida da Farinha de Mandioca. Revista Espacios, v. 38, n. 59, 1-19, 2017.

DANTAS, M. S. M.; ROLIM, M. M.; PEDROSA, E. M. R.; BEZERRA NETO, E.; SILVA, G. F. DA; SILVA, Ê. F. Accumulation of macronutrients in different parts of sunflower fertilized with cassava wastewater. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 20, n. 7, p. 630–636, 2016.

FENG, H. J.; HU, L. F.; SHAN, D.; FANG, C. R.; SHEN, D. S. Effects of Temperature and Hydraulic Residence Time (HRT) on Treatment of Dilute Wastewater in a Carrier Anaerobic Baffled Reactor. Biomedical and Environmental Sciences, Beijing, v. 21, p. 460-466, 2008.

FERNANDES, A. J. Variáveis microbiológicas e físico-químicas em biodigestores anaeróbios escala piloto alimentados com dejetos de bovinos leiteiros e suínos. Dissertação Mestrado do Programa de Mestrado Profissional em Ciência e Tecnologia do Leite e Derivados). Juiz de Fora, 2016.

FIORDA, F. A.; JÚNIOR, M. S. S.; SILVA, F. A.; SOUTO, L. R. F.; GROSSMANN, M. V. E.: Farinha de bagaço de mandioca: aproveitamento de subproduto e comparação com fécula de mandioca. Pesq. Agropec. Trop., Goiânia, v. 43, n. 4, p. 408-416, 2013.

FOSTER-CARNEIRO, T.; PÉREZ, M.; ROMERO, L. I. Influence of total solid and inoculum contents on performance of anaerobic reactor treating food waste. Bioresource Technology, v. 99, p. 6994-7002, 2008.

FUESS, L. T.; KIYUNA, L. S. M.; FERRAZ, A. D. N.; PERSINOTI, G. F.; SQUINA, F. M., GARCIA, M. L.; ZAIAT, M. Thermophilic two-phase anaerobic digestion using an innovative fixed-bed reactor for enhanced organic matter removal and bioenergy recovery from sugarcane vinasse. Applied Energy, v. 189, p. 480–491, 2017.

GUERI, M. V. D.; FURTADO, A. C.; NAGEL SCHIRMER, W.; KUCZMAN, O. Análise de estabilidade de um protótipo de biodigestor anaeróbio mesofílico digerindo resíduo alimentar. Revista Geama, v. 7, n. 3, p. 05–12, 2021.

GUIMARÃES, C. E.; TEIXEIRA, C. E.; CIRANI, C. B. S.; SANTOS, M. R. dos. Avaliação do Desempenho Ambiental do Aproveitamento do Biogás em Fecularias de Mandioca no Estado do Paraná. Desenvolvimento em Questão, v. 15, n. 39, p. 171–202, 2017.

INTANOO, P.; CHAIMONGKOL, P.; CHAVADEJ, S. Hydrogen and methane production from cassava wastewater using twostage upflow anaerobic sludge blanket reactors (UASB) with an emphasis on maximum hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy, v. 41, p. 1-8, 2015.

KHALID, A.; ARSHAD, M.; ANJUM, M.; MAHMOOD, T.; DAWSON, L. The anaerobic digestion of solid organic waste. Waste Management, v. 31, n. 8, p. 1737–1744, 2011.

KUCZMAN, O.; TAVARES, M. H. F.; DAMASCENO, S. D.; TORRES, D. G. B.; FLECK, L. Influence of hydraulic retention time on the anaerobic treatment of cassava starch extraction effluent using a one-phase horizontal reactor. Journal of Food, Agriculture & Environment, v.11, n.1, p. 1118-1120, 2013.

KUCZMAN, O.; TORRES, D. G. B.; DAMASCENO, S. D.; TAVARES, M. H. F.; ALCANTARA, M. S. Specific biogas production from manipueira at one phase reactor. Engenharia Agricula, v. 31, n. 143, p. 1-9, 2011.

KUMAR, A.; SAMADDER, S. R. Performance evaluation of anaerobic digestion technology for energy recovery from organic fraction of municipal solid waste: A review. Energy, v. 197, p. 1-13, 2020.

MAO, C.; FENG, Y.; WANG, X.; REN, G. Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 45, p. 540–555, 2015.

MARI, A. G.; ANDREANI, C. L.; TONELLO, T. U.; LEITE, L. C. C.; FERNANDES, J. R., LOPES, D. D.; GOMES, S. D. Biohydrogen and biomethane production from cassava wastewater in a two-stage anaerobic sequencing batch biofilm reactor. International Journal of Hydrogen Energy, p. 1-10, 2019.

MEIER, W. T. R.; CREMONEZ, P. A.; MANIGLIA, T. C.; SAMPAIO, S. C.; TELEKEN, J. G.; ANTÔNIO DA SILVA, E. Production of biohydrogen by an anaerobic digestion process using the residual glycerol from biodiesel production as additive to cassava wastewater. Journal of Cleaner Production, v. 258, p. 1-11, 2020.

MORIM, N. C. S.; ALVES, I.; MARTINS, J. S.; & AMORIM, E. L. C. Biohydrogen production from cassava wastewater in an anaerobic fluidized bed reactor. Brazilian Journal of Chemical Engineering, v. 31, n. 3, p. 603–612, 2014.

NUALSRI, C.; KONGJAN, P.; REUNGSANG, A. Direct integration of CSTR-UASB reactors for two-stage hydrogen and methane production from sugarcane syrup. International Journal of Hydrogen Energy, v. 41, n. 40, p. 17884–17895, 2016.

OLAOYE, R. A.; AFOLAYAN, O. D.; ADEYEMI, K. A.; AJISOPE, L. O.; ADEKUNLE, O. S. Adsorption of selected metals from cassava processing wastewater using cow-bone ash. Scientific African, v. 10, v. 10, p. 1-9, 2020.

PERES, S.; MONTEIRO, M. R.; FERREIRA, M. L.; DO NASCIMENTO JUNIOR, A. F.; DE LOS ANGELES; PEREZ, F. P. M. Anaerobic Digestion Process for the Production of Biogas from Cassava and Sewage Treatment Plant Sludge in Brazil. BioEnergy Research. p. 1-8, 2018.

REIS, C. M.; SILVA, E. L. Effect of upflow velocity and hydraulic retention time in anaerobic fluidized-bed reactors. Chemical Engineering Journal, New York, v.172, p. 28–36, 2011.

SANCHEZ, E.; BORJA, R.; TRAVIESO L.; MARTÍN, A.; COLMENAREJO, M. F. Effect of organic loading rate on the stability, operational parameters and performance of a secondary upflow anaerobic sludge bed reactor treating piggery waste. Bioresource Technology, v. 96, n. 3, p. 335–344, 2005.

SCHIEVANO, A.; TENCA, A.; LONATI, S.; MANZINI, E.; ADANI, F. Can two-stage instead of one-stage anaerobic digestion really increase energy recovery from biomass? Applied Energy, v. 124, p. 335–342, 2014.

THANWISED, P.; WIROJANAGUD, W.; REUNGSANG, A. Effect of hydraulic retention time on hydrogen production and chemical oxygen demand removal from tapioca wastewater using anaerobic mixed cultures in anaerobic baffled reactor (ABR). International Journal of Hydrogen Energy, Oxford, v. 37, p. 15503-15510, 2012.

TORRES, D. G. B.; LUCAS, S. D. M.; ANDREANI, C. L.; CARVALHO, K. Q. DE, COELHO, S. R. M.; GOMES, S. D. Hydrogen production and performance of anaerobic fixed-bed reactors using three support arrangements from cassava starch wastewater. Engenharia Agrícola, v. 37, n. 1, p. 160–172, 2017.

WADJEAM, P.; REUNGSANG, A.; IMAI, T.; PLANGKLANG, P. Co-digestion of cassava starch wastewater with buffalo dung for bio-hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy, v. 44, p. 1-13, 2019.

WARD, A. J.; HOBBS, P. J.; HOLLIMAN, P. J.; JONES, D. L. Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresource Technology, v. 99, n. 17, p. 7928–7940, 2008.

WATTHIER, E.; ANDREANI, C. L.; TORRES, D. G. B.; KUCZMAN, O., TAVARES, M. H. F.; LOPES, D. D.; GOMES, S. D. (2019). Cassava Wastewater Treatment in Fixed-Bed Reactors: Organic Matter Removal and Biogas Production. Frontiers in Sustainable Food Systems,v. 3, n. 6, p. 1-8, 2019.

YESHANEW MM, FRUNZO L, PIROZZI F, LENS PNL, ESPOSITO G. Production of biohythane from food waste via an integrated system of continuously stirred tank and anaerobic fixed bed reactors. Bioresource Technology, v. 220, p. 36, 2016.

ZHANG, M.; XIE, L.; YIN, Z.; KHANAL, S. K.; ZHOU, Q. Biorefinery approach for cassava-based industrial wastes: Current status and opportunities. Bioresource Technology, v. 215, p. 50–62, 2016.

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Publicado

2024-04-25

Como Citar

Broetto Bisinella, G., Vitor Diniz Gueri, M., Nelson Melegari de Souza, S., Feiden, A., & Prior, M. (2024). Análise da partida de um protótipo de biodigestor anaeróbio mesofílico alimentado por efluente de fecularia. Revista Geama, 10(1), 28–36. Recuperado de https://journals.ufrpe.br/index.php/geama/article/view/5525

Edição

v. 10 n. 1 (2024): Revista GEAMA

Seção

ARTIGOS

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Copyright (c) 2024 Revista Geama

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