Análise ambiental e econômica para instalação de uma planta de biodigestão em uma comunidade isolada do Brasil / Environmental and economic analysis for the installation of a biodigestion plant in an isolated community in Brazil

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.

Anaerobic co-digestion of swine manure with sweet potato or cassava in different C/N ratios / Co-digestão anaeróbia dos dejetos de suínos com batata doce ou mandioca em diferentes relações C/N

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.

Effects of sugarcane juice addition on the population dynamics of Escherichia coli and the presence of Shiga-toxigenic E. coli during the anaerobic codigestion of dairy cattle manure / Efeito da adição de caldo de cana-de-açúcar na dinâmica da população de Escherichia coli e presença de E. coli shigatoxigênicas durante a codigestão anaeróbia de dejetos bovinos leiteiros

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.

Anaerobic co-digestion of animal manure at different waste cooking oil concentrations / Co-digestão anaeróbica de estrume animal em diferentes concentrações de óleo de descarte de cozinha

ABSTRACT: This study aimed to obtain the best dose of waste cooking oil inclusion for the co-digestion of substrates prepared with dairy cattle and swine manure in order to maximize solids reductions and biogas yield. Analyses of total solids (TS), volatile solids (VS), and neutral detergent fiber (NDF) were performed during the loading and unloading of digesters, while biogas yield was measured twice a week. The maximum reduction in VS (51.4%) was reached with the inclusion of up to 54.6g waste cooking oil.kg manure-1. Maximum NDF degradation occurred with inclusions of up to 69.4g waste cooking oil.kg manure-1. Inclusions of up to 64g of waste cooking oil.kg manure-1 provided specific biogas yield of 291.4 and 251.0L biogas.kg VS-1 added to substrates with swine and cattle manure, respectively. Adding oil at doses between 45.1 and 69.4g waste cooking oil kg manure-1 to substrates composed of cattle or swine manure maximizes reductions of solids and fibrous constituents and enhances specific biogas yield. Furthermore, swine manure supports higher doses of waste cooking oil.

RESUMO: Objetivou-se encontrar a melhor dose de inclusão de óleo residual durante a co-digestão de substratos preparados com dejetos de bovinos leiteiros e suínos, com o intuito de maximizar as reduções de sólidos e as produções de biogás. Foram realizadas no abastecimento e desabastecimento dos biodigestores as análises de sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV) e fibra em detergente neutro (FDN), enquanto as mensurações de biogás duas vezes por semana. A máxima redução de SV (51,4%) foi possibilitada pela inclusão de até 54,6g de óleo de descarte kg dejetos-1, já as máximas degradações de FDN ocorreram com adições de até 69,4g de óleo de descarte kg dejetos-1. As inclusões de até 64g de óleo de descarte kg dejetos-1 possibilitaram produções específicas de biogás de 291,4 e 251,0 L de biogás.kg SV-1 adicionado, para substratos contendo dejetos de suínos e bovinos respectivamente. A adição de óleo em doses entre 45,1 e 69,4g.kg-1 a substratos contendo dejetos de bovinos ou suínos maximiza as reduções dos constituintes sólidos e fibrosos bem como potencializa as produções específicas de biogás, sendo que o dejeto de suíno ainda suporta maiores doses de inclusão de óleo residual.

Influence of manure concentration as inoculum in anaerobic digestion of vinasse / Influência da concentração de esterco como inóculo na digestão anaeróbia da vinhaça

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).

Resposta da alface à aplicação de biofertilizante sob dois níveis de irrigação / Response of the lettuce to the application of biofertilizer under two levels of irrigation

A utilização de biofertilizantes é interessante para a agricultura, pois além de ser uma alternativa econômica e ambiental favorável, aproveita resíduos orgânicos e reduz a aplicação de fertilizantes minerais. Objetivou-se com este trabalho, avaliar o efeito de doses de biofertilizante de origem bovina (efluente de biodigestor) aplicadas no solo e de dois níveis de irrigação na cultura da alface. O experimento foi conduzido em ambiente protegido, em vasos, aplicando-se ao solo diferentes doses de biofertilizante de origem bovina obtido de reator anaeróbio (10, 20, 40 e 60 m3 ha1 ) e adubação mineral como testemunha em dois níveis de irrigação calculados com base em 50 e 100% de evapotranspiração de referência. As plantas de alface foram analisadas em: altura, número de folhas, diâmetro de copa, massa de matéria fresca e massa de matéria seca da parte aérea. Os tratamentos com biofertilizante apresentam melhores resultados que a adubação mineral, e tem aumento com a elevação das doses de biofertilizante; a maior dose (60 m3 ha-1) apresentou os melhores resultados em todas as variáveis analisadas. Para a massa seca, a adubação mineral apresentou maiores valores. Os níveis de irrigação não influenciaram no crescimento das plantas.

The use of biofertilizers is interesting for agriculture as being an economical alternative as well as it is environmentally friendly by using organic waste and reducing the application of mineral fertilizers. The aim of this study was to evaluate the effect of biofertilizer doses of bovine origin (biodigester effluent) applied on the ground and two levels of irrigation on lettuce. The experiment was conducted under protection of a greenhouse in pots, applying to the soil different doses of biofertilizer of bovine origin obtained from anaerobic reactor (10, 20, 40 and 60 m3 ha-1) and mineral fertilizer as a witness in two irrigation levels calculated at 50 and 100% of reference evapotranspiration. The lettuce plants were analyzed in their: height, leaves number, crown diameter, fresh weight and dry weight of shoots. The biofertilizer treatments showed better results than the mineral fertilizer and has increased with increasing doses of biofertilizer, the highest dose (60 m3 ha-1) showed the best results in all variables. For dry, mineral fertilization showed higher values. The irrigation levels had no effect on plant growth.