DIGESTÃO ANAERÓBIA DE VINHAÇA EM REATORES UASB TERMOFÍLICOS, EM SÉRIE, PARA GERAÇÃO DE BIOGÁS

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Isabella Damásio Castilhos
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1 DIGESTÃO ANAERÓBIA DE VINHAÇA EM REATORES UASB TERMOFÍLICOS, EM SÉRIE, PARA GERAÇÃO DE BIOGÁS ANAEROBIC DIGESTION OF VINHAÇA IN UASB THERMOPHYLIC REACTORS, IN SERIES, FOR GENERETION OF BIOGAS Resumo Jorge Otávio Silva Nunes (1) Rose Maria Duda (2) Roberto Alves de Oliveira (3) A digestão anaeróbia é uma das opções para o tratamento de vinhaça, um subproduto da produção de etanol, para a obtenção de biogás e de efluente de melhor qualidade. Neste trabalho avaliou-se a produção de metano da vinhaça proveniente da destilação do etanol de cana-de-açúcar, em reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB, R1 e R2) termofílicos, em série. O experimento foi realizado em 2 fases com a adição dos elementos traços Fe, Ni e Co no afluente. Na fase 1 foi realizada a partida dos reatores UASB, R1 e R2, com o aumento gradativo da carga orgânica volumétrica (COV) até 15,7 g DQOtotal (L d) -1, com uma produção média de 0,19 L CH4 (L d) -1. Na fase 2 foi observado os valores da COV até 26,5 g DQOtotal (L d) -1, com uma produção de 0,67 L CH4 (L d) -1. Palavras-chave: Biogás. Reator Anaeróbio. Metano. Abstract Anaerobic digestion is one of the options for treating vinasse, a byproduct of ethanol production, to obtain biogas and better quality effluent. This work evaluated the methane production of vinasse from the distillation of ethanol from sugarcane, in thermophilic upflow anaerobic reactors with UASB, R1 and R2, in series. The experiment was conducted in two phases with the addition of trace elements Fe, Ni and Co in affluent. In phase 1 the UASB, R1 and R2 reactors were started, with a gradual increase of the organic reating load (ORL) up to 15, 7 g CODtotal (L d) -1, with an average yield of 0.19 L CH4 (L d) -1. In phase 2, the ORL values were observed up to 26.5 g CODtotal (L d) -1, with a production of 0.67 L CH4 (L d) -1. Keywords: Biogas. Reactor Anaerobic. Methane. 1 Graduando em Tecnologia em Biocombustíveis pela FATEC-Jaboticabal. Discente da Fatec de Jaboticabal. Endereço eletrônico: jorge.nunes01@fatec.gov.sp.br 2 Doutora em Microbiologia Agropecuária pela UNESP-Jaboticabal. Docente da Fatec de Jaboticabal. Eng. química. Endereço eletrônico: roseduda@fatecjaboticabal.edu.br. 3 Doutor em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela USP. Docente da UNESP de Jaboticabal. Agrônomo. Endereço eletrônico: oliveira@fcav.unesp.br.

2 1 Introdução No Brasil, na safra de 2016/2017 foram produzidos cerca de 27 bilhões de litros de etanol proveniente da cana-de-açúcar (UNICA, 2017), o que corresponde a 26% da produção mundial de etanol (RFA, 2017). No processo de produção do etanol é gerada a vinhaça, que é um resíduo desse processo, na proporção de 12 litros para cada litro de etanol produzido (PACHECO, 2010). A vinhaça é um resíduo que tem demanda química de oxigénio (DQO) cerca de 200 vezes mais concentrada que o esgoto doméstico e é gerada a temperatura de aproximadamente 90ºC (VIANA, 2006) e pode ser utilizada para a produção de metano utilizando a digestão anaeróbia. O processo de digestão anaeróbia é constituído em três fases nas quais existem várias rotas metabólicas. Na fase hidrolítica e acidogênica as bactérias realizam a hidrólise dos substratos complexos, e em seguida as bactérias acetogênicas oxidam os compostos orgânicos intermediários em substratos como acetato, hidrogênio e dióxido de carbono. As arquéias metanogênicas são responsáveis pela conclusão do processo, utilizando os produtos gerados nas fases anteriores para produzir o biogás (CHERNICHARO, 2007). Os elevados valores de demanda química de oxigênio (DQO) contida na vinhaça, de no mínimo 30 g L -1, nitrogênio total de 0,6 a 1,2 g L -1 e fósforo total de 0,1 a 0,3 g L -1 (WILKE; RIEDESEL; OWENS, 2000) permite a utilização de reatores anaeróbios termofílicos para a produção de biogás. Além de produzir o biogás, a indústria sucroenergética pode ter benefícios econômicos e ambientais. Para a otimização da produção de metano da vinhaça utilizando reatores anaeróbios pode-se utilizar os elementos traço. Com a adição de Fe (100 mg L -1 ), Ni (15 mg L -1 ) e Co (10 mg L -1 ) (ESPINOSA et al., 1995) verificaram o aumento da remoção de DQO e da produção de metano, uma vez que esses elementos traços são encontrados em concentrações mínimas na vinhaça. Portanto o objetivo deste trabalho foi avaliar dois reatores UASB, em série, termofílicos, para o tratamento da vinhaça suplementada com Fe, Ni e Co. 2 Material e Métodos O sistema de digestão anaeróbia utilizado neste estudo foi constituído por dois reatores UASB, em série, com volumes de 13,7 L e 10,6 L. A temperatura foi controlada em 55ºC em cabines com sistema de aquecimento. A adição dos elementos traços foi feito diante o estudo

3 feito por (ARAÚJO, 2017) que utilizou as medidas de Fe (75 mg L -1 ), Ni (0,375 mg L -1 ) e Co (0,075 mg L -1 ). Foi utilizada a recirculação do efluente do R2, para a diluição da vinhaça bruta e aproveitamento da alcalinidade. 3 Resultados e Discussão As médias de eficiência de remoção de DQOtotal no R1 foram de 21% e 30% nas fases I e II, respectivamente. Para o sistema (R1+R2), nas fases I e II as remoções médias aumentaram de 25% para 39%, com o aumento da COV, se mantendo estável durante todo o período (Figura 1). Um estudo realizado por Barros; Duda e Oliveira (2016) tratando vinhaça de cana-deaçúcar em reatores UASB por um período de 230 dias, foi observado o decréscimo da eficiência de remoção de DQOtotal de 70% para 55% por conta do aumento na quantidade de compostos que não podem ser facilmente degradados mediante a recirculação do efluente. A média da relação AVT/AT no efluente do R1 foi de 0,16 na fase I e de 0,17 para na fase II, que são apropriados para manter o equilíbrio entre a comunidade microbiana, que de acordo com ZHAO e VIRARAGHAVAN (2004) devem variar de 0,1 a 0,2. A porcentagem média de metano no biogás do R1 e R2 foram de 71,9 e 71,4%, respectivamente. Os valores médios de PVM para o R1 aumentaram de 0,19 na fase I para 0,67 L CH4 (L d) -1 na fase II. Quando comparando as fases nota-se um aumento de 350% na produção. O R2 observou-se um aumento de aproximadamente 100%, com produção volumétrica de metano de 0,06 L CH4 (L d) -1 na fase I e 0,11 L CH4 (L d) -1 na fase II. Isso pode ser explicado pelo incremento de COV na fase II, o que proporcionou o aumento da produção de metano. Figura 2. Carga orgânica volumétrica (COV) versus produção volumétrica de metano (PVM) obtidos nos reatores UASB termofílicos R1, R2 e R1+R2.

4 4 Conclusões Com o aumento da COV o sistema respondeu com o aumento na PVM, principalmente no R1. A relação AVT/AT também esteve em níveis que proporcionaram à estabilidade no reatores UASB. 5 Agradecimentos/ Apoio financeiro Ao Centro Paula Souza (CPS) pela concessão da bolsa de iniciação científica. Referências ARAUJO, Daniele Medeiros de. Digestão anaeróbia de vinhaça em reatores UASB termofílicos, em série, com adição de Fe, Ni e Co Dissertação de Mestrado, Microbiologia Agropecuária. Universidade Estadual Paulista, Campus de Jaboticabal BARROS, V. G.; DUDA, R. M.; OLIVEIRA, R. A. DE. Biomethane production from vinasse in upflow anaerobic sludge blanket reactors inoculated with granular sludge. Brazilian Journal of Microbiology, p. 1-12, CHERNICHARO, C. A. L. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: Reatores anaeróbios. Belo Horizonte: Departamento de engenharia sanitária e ambiental. UFMG, v ESPINOSA, A.; ROSAS, L.; ILANGOVAN, K.; NOYOLA, A. Effect of trace metals on the aaerobic degradation of volatile fatty acids in molasses stillage. Water Science and Tecnology, v. 32, n. 12, p , PACHECO, T. F. Fermentação alcoólica com leveduras de características flocurantes em reator tipo torre com esocamento ascendente Uberlândia: Universidade Federal de Uberlândia, RFA - Renewable Fuels Association. Disponível em: Acesso em: 22 mar ÚNICA, União das Indústrias de Cana de Açúcar. Disponível em: Acesso em: 9 out VAN HAANDEL, A.; VRIEZE, J. D.; VERSTRAETE, W.; SANTOS, V. S. Methanosaeta dominate acetoclastic methanogenesis during high-rate methane production in anaerobic reactors treating distillery wastewaters. Journal of Chenical Technology na Biotechnilogy, v. 89, n. 11, p , VIANA, Anderson Bezerra. Tratamento anaeróbio da vinhaça em reator UASB operado em temperatura na faixa termofílica (55 ºC) e submetido ao aumento progressivo de

5 carga orgânica f Tese de Doutorado. Dissertação (Mestrado em Hidráulica e Saneamento)-Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. ZHAO, H. W.; VIRARAGHAVAN, T. Analysis of the performance of na anaerobic digestion system at the Regina wastewater treatment plant. Bioresource Technology, v. 95, n. 3, p , WILKIE, A.C.; RIEDESEL, K. J.; OWENS, J. M. Stillage characterization and anaerobic treatment of ethanol stillage from conventional and cellulosic feedstocks, Biomass and Bioenergy, v. 19, p , 2000.

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