ABSTRACT
RESUMO Este trabalho analisa, dos pontos de vista ambiental e econômico, uma proposta de geração de eletricidade usando resíduos agrícolas, com a tecnologia da biodigestão anaeróbica. A área selecionada para tal proposta foi uma comunidade isolada da Região Norte do Brasil, cuja fonte de geração elétrica é uma planta que opera com o combustível diesel. Os resultados mostraram que a alternativa proposta apresenta alto custo em comparação com a planta diesel, porém terá menos impactos ambientais (com relação às emissões atmosféricas) e menor custo referente ao consumo de combustível, pois os resíduos são agrícolas.
ABSTRACT This paper analyzed, from an environmental and economic point of view, a proposal for electricity generation using agricultural residues, with anaerobic biodigestion technology. The area selected for such proposal was an isolated community in the North of Brazil, whose source of electrical generation is a plant operating with diesel fuel. The results showed that the proposed alternative presents a high cost in comparison to the diesel plant, but the alternative will cause less environmental impacts (in relation to atmospheric emissions) and lower costs related to fuel consumption, since they are agricultural residues.
ABSTRACT
ABSTRACT: Anaerobic co-digestion (AcoD) of waste is a method of increasing methane (CH4) yield and improving biofertilizer quality. This study aimed to evaluate the best AcoD conditions for swine manure (SM) with sweet potato (SP) or cassava (C) in different amounts in semi-continuous biodigesters. Initially, using batch biodigesters, an AcoD test of the SM with SP or C was performed, adopting carbon/nitrogen (C/N) ratios of 10/1, 13/1, 17/1, and 22/1. Based on the results, a C/N ratio of 10/1 was chosen, which was the proportion that resulted in the highest reduction of volatile solids (VS) and specific biogas production. From these results, the experiment was carried out in semi-continuous biodigesters, consisting of three treatments (control (SM), SP 10/1, and C 10/1) with five replicates and a hydraulic retention time (HRT) of 30 days. Total solid (TS) and volatile solid (VS) reductions, biogas and CH4 yields, alkalinity, and volatile acidity were measured. The control treatment differed from the others and resulted in decreased biogas yield (752 LN.kgVSadded -1), CH4 (449 LN.kgVSadded -1), and CH4 content (59.7%). The AcoD treatments (SP and C) did not differ significantly for biogas yield (respectively, 901 and 883 LN.kgVSadded -1) and CH4 (respectively, 590 and 547 LN.kgVSadded -1); however, they differed in CH4 content (65.5% and 61.9% respectively). The treatments showed general reduction averages of 76.1% and 85.9% for TS and VS, respectively, with no statistical difference found between them. The AcoD of the SM with SP or C increased the production and quality of the biogas, increasing the concentration of CH4 therein.
RESUMO: A co-digestão anaeróbia dos resíduos é uma alternativa para aumentar a produção de metano (CH4) e melhorar a qualidade do biofertilizante. Este estudo teve como objetivo avaliar a melhor condição de coDA dos dejetos de suínos (DS), acrescidos de batata doce (BD) ou mandioca (M) em diferentes inclusões, em biodigestores semi-contínuos. Inicialmente, utilizando biodigestores batelada, foi realizado ensaio de coDA dos DS com BD ou M, adotando-se as relações C/N iguais a 10/1, 13/1, 17/1, e 22/1. Com base nos resultados elegeu-se a relação C/N de 10/1, como sendo a proporção que apresentou maiores reduções de sólidos voláteis (SV) e produções específicas de biogás. A partir destes resultados, efetivou-se o experimento em biodigestores semi-contínuos, composto por três tratamentos (controle (DS), BD 10/1 e M 10/1) com cinco repetições cada, e tempo de retenção hidráulica (TRH) de 30 dias. Foram mensuradas as reduções de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV), produções de biogás e CH4, alcalinidade e acidez volátil. O tratamento controle diferiu dos demais e apresentou menor desempenho no rendimento de biogás (752 LN.kgSVadic -1), CH4 (449 LN.kgSVadic -1) e concentração de CH4 (59,7%). Os tratamentos em coDA (BD e M) não diferiram entre si para o rendimento de biogás (901 e 883 LN.kgSVadic -1) e CH4 (590 e 547 LN.kgSVadic -1), no entanto diferiram na concentração de CH4 (65,5 e 61,9%, respectivamente). Os tratamentos apresentaram médias gerais de reduções de 76,1 e 85,9% para ST e SV, respectivamente, não sendo encontrada diferença estatística entre eles. A coDA do DS com BD ou M aumentou a produção e a qualidade do biogás, elevando a concentração de CH4 no mesmo.
ABSTRACT
Abstract Animal biomass is a source of energy commonly discarded without or with low utilization, but its availability draws attention to its reuse [1]. The utilization can be carried out in different ways, varying in terms of generation time and efficiency. The use of biodigestion requires a relatively small area compared to landfills or natural composting, and it provides other materials besides biogas, that can be recycled as fertilizer and has a short residence time of residues [2]. The energy supplied as biogas can be harnessed as heat or electricity in case of conversion. Considering the energy needs of animal husbandry and the ease of reinsertion of energy in the production cycle, the possibility of distributed generation of biogas was studied as a way to complement the rural energy consumption matrix. Poultry farms require heat for chicks [3], dairy production centers require sterilization of used equipment [4] and pig farms require good heating systems to ensure animal weight gain [5]. In this way, the production can take advantage of the heat of the gas without the conversion into electricity, minimizing losses. Creation centers themselves can also generate electricity, eliminating the need for large transmission lines.
Subject(s)
Biomass , Energy Consumption , Biogas Digesters , Biofuels , Rural AreasABSTRACT
ABSTRACT: The objective of this study was to evaluate the effects of the addition of sugarcane juice on the population dynamics of Escherichia coli and the presence of Shiga-toxigenic E. coli (STEC) during the anaerobic codigestion of dairy cattle manure. For the overall analyses at the end of a hydraulic retention time of 90 days, ten two-liter batch-type biodigesters were divided into two treatment groups: biodigester containing manure and water (MW) and the biodigester containing manure, water and sugarcane juice (MSC). For monitoring the population dynamics and presence of microorganisms, pH, and volatile acidity, tests were carried out every ten days, on 36 smaller-scale batch biodigesters made of one-liter plastic bottles (18 for each treatment). The reductions in E. coli population over time were significant in the MW (60 days) and MSC (20 days) biodigesters. Inactivation of STEC occurred in a shorter period (40 days in MW and <10 days in MSC). Significant differences were obtained between the two treatments, with the pH values being lower, the concentrations of volatile acids (VA) being higher, and the inactivation of E. coli and STEC being faster in the biodigester with sugarcane juice added. The amount of sugarcane juice applied (7%) suggests its suitability for the sanitization of dairy cattle manure for use as a biofertilizer, given the high reduction in the E. coli population and inactivation of STEC.
RESUMO: O estudo teve como objetivo avaliar o efeito da adição de caldo de cana-de-açúcar sobre a dinâmica da população de Escherichia coli e presença de E. coli shigatogixênicas (STEC) no processo de codigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros. Foram utilizados dez biodigestores bateladas divididos em dois tratamentos, dejeto sem caldo de cana-de-açúcar (DSC) e dejeto com caldo (DCC), com tempo de retenção hidráulica (TRH) de 90 dias. Para o monitoramento periódico da dinâmica da população E. coli e presença de E. coli shigatoxigenicas, do pH e da acidez volátil, realizados a cada dez dias, foram abastecidos mais 36 biodigestores bateladas, construídos de garrafas de material plástico de um litro, sendo 18 unidades para cada tratamento. A redução das populações de E. coli no decorrer do tempo foi significativa no DSC (60 dias) e no DCC (20 dias). A inativação de E. coli shigatoxigênicas ocorreu em um período mais curto, 40 dias no DSC e menos de 10 dias no DCC. Foram obtidas diferenças significativas entre os tratamentos para os valores de pH, que foram menores, e as concentrações de ácidos voláteis, que foram maiores, com adição de caldo e contribuíram para a inativação mais rápida da E. coli e STEC. A dose de caldo de cana-de-açúcar utilizada (7%) sugere a adequada sanitização do dejeto bovino leiteiro, tendo em vista a alta redução na população de E. coli e a inativação de STEC.
ABSTRACT
Vinasse, main residue of the sugarcane industry, has high pollutant content, being subjected to the use in biogas production due to the high content of organic matter non-toxic to microbial action. For a consolidated process, it is necessary to study parameters that influence the process, in which the amount of inoculum is one of the major factors in the biological process of biogas production. This study investigated the influence of the amount of manure as inoculum (0.5 to 5.5%) during the biodigestion process, evaluating variables such as chemical oxygen demand (COD), pH, biogas production, methane concentration, total solids and total phosphorus and nitrogen contents, as well as microbiological analysis in the sludge remaining in the digester. Biodigestion occurred normally, with hydraulic retention time (HRT) of 20 days, with an acidogenic phase, subsequent stabilization of pH and biogas production. The vinasse had COD and total solids reduced during biodigestion by around 67 and 40%, respectively. Biogas production was increased after the fifth day. Among the three studied conditions, there was no significant increase in efficiency of inoculum use and it can be used the lowest amount, 0.5 % (m v-1).
A vinhaça, principal resíduo da indústria sucroalcooleira, possui alto teor poluente, sendo passível seu uso na produção de biogás devido ao grande teor de matéria orgânica não tóxica à ação microbiana. Para que haja um processo consolidado, é necessário estudar parâmetros que influem em seu processo, sendo a quantidade de inóculo um dos principais fatores no processo biológico de produção de biogás. Este estudo verificou a influência da quantidade de esterco bovino como inóculo (de 0,5 a 5,5%) durante o processo de biodigestão, avaliando variáveis como demanda química de oxigênio (DQO), pH, produção de biogás, concentração de metano, sólidos totais e teores de fósforo total e de nitrogênio total, além de análises microbiológicas no lodo restante no biodigestor. A biodigestão aconteceu normalmente, com um tempo de retenção hidráulica (TRH) de 20 dias, verificando-se a fase acidogênica, posterior estabilização do pH e produção de biogás. A vinhaça teve seus parâmetros de DQO e de sólidos totais diminuídos durante a biodigestão, em torno de 67 e 40%, respectivamente. Houve crescente produção de biogás após o quinto dia. Percebeu-se que, dentre as três condições estudadas, não houve significativa elevação da eficiência de uso de inóculo, podendo ser usada a menor quantidade, 0,5% (m v-1).
Subject(s)
Biogas Digesters , Industrial Waste , ManureABSTRACT
El biodigestor anaerobio utilizado en este estudio, se diseñó para tratar agua residual doméstica en un sanitario de prueba, y se caracteriza por ser de: flujo continuo, baja carga orgánica y tener cuatro etapas de proceso. La importancia del prototipo estudiado radicó en las condiciones reales en que se probó. La primera etapa consistió en la selección del sitio, construcción del prototipo en ferrocemento con capacidad de 1m³, impermeabilización y carga. En esta etapa se inoculó el reactor con materia orgánica procedente de las descargas del sanitario, durante el periodo de agosto a diciembre de 2011. La evaluación de este periodo consistió en la medición de parámetros de campo: pH, conductividad eléctrica, sólidos sedimentables, temperatura del influente - efluente y oxígeno disuelto del sistema que permitieron verificar el comportamiento del proceso del digestor durante la fase de arranque. Los resultados obtenidos para estas determinaciones a la entrada y salida del biodigestor respectivamente son los siguientes: pH (8.03; 8.43), conductividad eléctrica (1510.83 µS/cm; 1207.00 µS/cm), temperatura del proceso (19.2°C; 20.1°C), sólidos sedimentables (144.5mL/L; 0.02mL/L), oxígeno disuelto (4.5992 mg/L; 0.1924 mg/L) estos datos proporcionaron un punto de partida para el tratamiento de aguas residuales de tipo doméstica.
The anaerobic biodigester analyzed in the present study was designed for the treatment of domestic wastewater in a test restroom, characterized by its continuous flow, low organic load and a four-stage processing system. The value of the prototype under research consists in the real daily conditions under which it was tested. The first stage consisted of the site selection, and the manufacture of a waterproof iron reinforced cement prototype, with a 1m³ loading capacity. At this stage, during the period from august to december 2011, the reactor was inoculated with organic matter originating from the aforementioned restroom discharges. The evaluation of this stage consisted in taking measurements of the following field parameters: pH, electrical conductivity, sedimentable solids, and inflow and outflow temperature along the system. These records substantiated the behaviour of the processes within the digester during the starting phase. The results obtained through these determinations at both the biodigester entry and exit points are respectively: pH (8.03; 8.43), electrical conductivity (1510.83 µS/cm; 1207.00 µS/cm), inflow and outflow temperatures (19.2°C; 20.1°C), sedimentable solids (144.5mL/L; 0.02mL/L) and dissolved oxygen (4.5992 mg/L; 0.1924 g/L). These data provided a starting point for the treatment of domestic wastewater.