Resumo

O presente trabalho apresenta resultados do estudo da co-digestão em escala de bancada de lodo secundário de esgoto (LS) com resíduos provenientes de biocombustíveis, a saber, glicerol bruto (GB) proveniente da produção de biodiesel e vinhaça (VI) oriundos da produção de etanol. Diferentes proporções binárias (Lodo:Resíduos) foram avaliadas em um primeiro ensaio:100% LS (controle); 99%LS:1%GB;99,5%LS:0,5%GB;90%LS:10%VI;95%LS:5%VI, seguido de um segundo ensaio com misturas ternárias nas proporções: 89%LS: 1%GB: 10%VI;94%LS: 1%GB:5%VI;89,5%LS: 0,5%GB:10%VI e 94,5%LS: 0,5%GB: 5%VI, e ajuste de pH inicial para 7,5. Para o primeiro ensaio houve um aumento de biogás nas condições com maiores percentagens de VI e em menores percentagens de GB. Já no segundo ensaio houve aumento da produção de biogás e tamponamento do sistema para condições ternárias que não continham 1% de GB. A melhor condição encontrada foi para a mistura ternária (89,5%LS: 10%VI: 0,5GB). Para essa condição obteve-se um aumento de aproximadamente 5,4 vezes na produção de biogás em relação ao controle, não prejudicando a estabilidade do processo, uma vez que a remoção de sólidos suspensos voláteis (SSV) foi de 53,5% contra 37,5% para o controle. Outro indicativo da boa digestão anaeróbia e estabilidade do processo foi a relação acidez volátil total e alcalinidade total (AVT/AT) que foi de 0,11 no final do ensaio, dentro da faixa ótima para metanogênese.

Introdução

O esgotamento dos recursos fósseis e o aumento da geração de resíduos são importantes desafios enfrentados pela sociedade (CHERUBINI, 2010). De acordo com Bernal et al., (2017), são questões fundamentais para o planejamento energético de muitos países a redução do consumo de combustíveis fósseis e as emissões de gases de efeito estufa através da implantação de energias renováveis, diversificando e expandindo a matriz energética.

O interesse em energia proveniente de combustíveis de biomassa, como bioetanol e biodiesel, aumentou devido às suas vantagens como a redução das emissões de gases de efeito estufa, desenvolvimento regional, estrutura social e agricultura e segurança do suprimento (DEMIRBAS, 2017; REIJNDERS, 2006). A produção de bioetanol e biodiesel gera uma quantidade significativa de resíduos, sendo o glicerol e a vinhaça, respectivamente, os principais.

O aumento significativo na produção de biodiesel gerou excedente de glicerol resultando na desvalorização do preço do glicerol bruto, sendo ele um importante subproduto da produção de biodiesel. Em geral, 1 kg de glicerol é formado para cada 10 kg de biodiesel produzido. Além disso, o glicerol é uma substância de fácil biodegradabilidade e apresenta uma alta produção teórica de metano (0,43 Nm3 CH4 / kg glicerol), além de ser facilmente armazenada por um longo período. Logo, o glicerol pode ser caracterizado como um co-substrato ideal para o processo de digestão anaeróbica (ATHANASOULIA et al., 2014; FERREIRA et. al., 2018).

O Brasil, além de ser o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, também lidera a produção de açúcar e etanol, conquistando cada vez mais o mercado externo com o uso de biocombustível como alternativa energética. A vinhaça é um dos principais resíduos da produção de bioetanol, sendo gerados entre 10-15 L de vinhaça ao se produzir 1 L de etanol. Outrossim, além do grande volume gerado, apresenta grande potencial poluidor. A vinhaça é uma suspensão aquosa de compostos orgânicos e minerais sólidos, contendo vinho que não é arrastado durante a etapa de destilação, além de quantidades residuais de álcool, de açúcar e voláteis mais pesados. A possibilidade de geração de energia a partir da digestão anaeróbica da vinhaça foi estudada por diversos autores, verificando-se um grande potencial energético nesse resíduo (BERNAL et al., 2017; SANTOS et al., 2011).

O processo de digestão anaeróbica é frequentemente encorajado por sua capacidade de reduzir o volume de matéria orgânica biodegradável, desviando este material de aterros sanitários. Porém, geralmente, o valor atrelado aos produtos finais é o que promove a aceitação da tecnologia, sendo comum a aplicação da digestão anaeróbia visando à produção de biogás com foco na concentração de metano (HORAN; YASER; WID, 2018).

processo de digestão anaeróbia simples pode ter algumas desvantagens relacionadas às propriedades do substrato, sendo resolvido através de co-digestão com alguns substratos, pois podem fornecer nutrientes que são deficientes e ao mesmo tempo exercer um efeito sinérgico positivo sobre a mistura, levando a uma digestão estável e melhora no rendimento de biogás (MATA-ALVAREZ, 2014).

O lodo de esgoto é um subproduto gerado em estações de tratamento de águas residuais. Devido a sua produção contínua e em grandes quantidades, tem se tornado um problema ambiental mundial. A eliminação desse subproduto é um desafio e representa normalmente até 50% dos custos operacionais globais de uma estação de tratamento (ZHAO, 2010). Huiliñir et al., (2017), afirma que o modelo de gestão de disposição do lodo de esgoto vem mudando e aderindo ao seu uso para geração de produtos. O lodo de esgoto é um substrato rico em proteínas, caracterizado por uma relação carbono/nitrogênio relativamente baixa, alta capacidade de tamponamento e substancial conteúdo orgânico biodegradável. Devido a estas características é comumente utilizado como co-substrato em processos de degradação da matéria orgânica (KOCK et al., 2016; TYAGI et al., 2018).

Diante do exposto, esse trabalho teve como objetivo avaliar a co-digestão de misturas binárias e ternárias, em escala de bancada, de lodo de esgoto secundário (LS) com diferentes proporções de glicerol bruto (GB) e vinhaça (VI), a fim de encontrar uma condição ótima para produção de biogás junto à estabilização do processo.

Autores: Allison Ruan de Morais Silva; Ana Claúdia Andrade Alves; Agenor Furigo Júnior; Hugo Moreira Soares; Janaína dos Santos Ferreira.