AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS EM REATORES ANAERÓBIOS NO TRATAMENTO DE DEJETOS DE SUÍNOS EM DIFERENTES ÉPOCAS DO ANO

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1 AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS EM REATORES ANAERÓBIOS NO TRATAMENTO DE DEJETOS DE SUÍNOS EM DIFERENTES ÉPOCAS DO ANO Dal Mago, A.* 1 ; Gusmão, M.C. 2 ; Belli Filho, P. 3 ; Oliveira, P.A.V. 4 ; Gosmann, H.A. 5 1 Mestranda da UFSC em Engenharia Ambiental, anigelidalmago@yahoo.com.br 2 Mestranda da UFSC em Engenharia Ambiental, margaridagusmao@hotmail.com 3 Professor, Dr. da UFSC, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFSC/CTC, Caixa Postal 476, Trindade, , Florianópolis SC Brasil, belli@ens.ufsc.br 4 Engº. Agrícola, PhD, pesquisador Embrapa Suínos e Aves, paolive@cnpsa.embrapa.br 5 Eng º. Agrônomo, MSc., pesquisador colaborador UFSC, gosmann.ha@hotmail.com Resumo As emissões de metano a partir da geração de dejetos animais têm contribuído para o aumento dos gases de efeito estufa (GEE), intensificando o problema do aquecimento global. A utilização de biodigestores no tratamento de dejetos animais além de reduzir a carga orgânica, também diminui a emissão de GEE quando o metano é queimado ou usado para gerar energia. Neste trabalho avaliou-se a concentração de metano presente e a quantidade de biogás produzida em 13 reatores anaeróbios utilizados no tratamento de dejetos de suínos localizados no estado de Santa Catarina, em diferentes épocas do ano. Além da análise do biogás, foram avaliadas as eficiências de remoção da demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos voláteis (SV) para cada biodigestor. A concentração média de metano variou entre 51% e 72% no verão e entre 27% e 75% no inverno. A produção média de biogás registrada ficou entre a faixa de 1,6 a 7,6 m 3 /h no verão e de 1,5 m 3 /h a 14 m 3 /h inverno. A eficiência de remoção de DQO, na maioria dos biodigestores foi satisfatória, com uma média de 70% e de 75%, respectivamente, no verão e no inverno. Em relação aos SV, a eficiência de remoção nos biodigestores apresentou valores médios de 80% no verão e de 75% no inverno. Observando-se a eficiência dos biodigestores e as respectivas concentrações de metano presentes é possível verificar uma boa qualidade do biogás com potencial para aproveitamento energético. Palavras-chave: biogás, dejetos de suínos, metano. 269

2 BIOGAS PRODUCTION ASSESSMENT FROM ANAEROBIC REACTORS USED FOR THE TREATMENT OF SWINE WASTEWATER IN DIFERENT SEASONS OF THE YEAR Abstract The methane emissions from animal wastes have been contributing to the growth of greenhouse gases effect, intensifying the global warming problem. The application of biodigestors in animal wastes treatment not only reduces the organic matter, but also can reduce the emission of greenhouse gases when the methane is burnt or used to energy generation. In the present study, the methane concentration, as well as the amount of biogas produced in 13 anaerobic reactors, have been evaluated. These anaerobic reactors were used in swine wastes treatment, in the state of Santa Catarina, Brazil, in different seasons of the year. Besides the biogas analysis, the removal efficiency of oxygen chemical demand and volatile solids (VS) of each biodigestor were analyzed. The average concentration of methane varied from 51% to 72% in the summer, and between 27% and 75% in the winter. The average production of biogas varied between 1,6 m 3 /h and 7,6 m 3 /h in the summer and between 1,5 m 3 /h and 14 m 3 /h in the winter. The removal efficiencies of DQO have been satisfactory for most part of biodigestors, presenting an average of 70% and 75%, respectively, in the summer and winter. Regarding the VS, the removal efficiencies on biodigestors showed average values of 80% in summer and 75% in winter. Taking into account the efficiency of anaerobic digestors and the methane concentrations detected, the good quality of the biogas analyzed indicates its potential to energy recovery. Key-words: biogas, swine wastewater, methane. Introdução Atualmente existe a necessidade de reduzir os gases responsáveis pelo aquecimento global, devido às conseqüências ambientais registradas pela humanidade. O aumento das concentrações dos gases de efeito estufa como o metano (CH 4 ), o dióxido de carbono (CO 2 ) e óxido nitroso (N 2 O), provenientes das atividades humanas, tem contribuído para o aquecimento global e conseqüentemente para o derretimento das camadas polares em função de eventos climáticos atípicos. O tratamento anaeróbio de efluentes em digestores gera biogás, que quando emitido diretamente para atmosfera contribui para o efeito estufa global e deixa de ser aproveitado para fins energéticos. O biogás é uma fonte de energia renovável, obtida como um subproduto gerado pela anaerobiose, constituído basicamente por CH 4 e CO 2, e traços de outros gases. De acordo com Lagrange (1979) e Belli Fº (1995), a média da concentração de CH 4 no biogás varia entre 50% e 75% e de CO 2 entre 25% e 40%. O percentual de CH 4 contido no biogás é diretamente proporcional ao seu potencial para fins energéticos. 270

3 A produção de CH 4 a partir de efluentes da suinocultura depende das características dos dejetos e seu manejo, do número de animais, do sistema de produção, das condições ambientais e operacionais do reator. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a concentração de CH 4 presente e a quantidade de biogás produzida, em reatores anaeróbios no tratamento de dejetos de suínos em Santa Catarina abrangendo diferentes épocas do ano, com ênfase nas estações de verão e inverno. Material e Métodos Para realizar esta pesquisa foram selecionados 13 digestores anaeróbios para dejetos de suínos, instalados em propriedades rurais, localizadas no sul e oeste do estado de Santa Catarina. Do total das propriedades estudadas, duas pertencem ao sistema de produção tipo ciclo completo (CC), seis unidades produtoras de leitões (UPL) e cinco tipo crescimento e terminação (CT). O CC é uma unidade de produção em que existem todas as fases do ciclo produtivo de suínos. Na UPL existe somente os reprodutores, nascimento de leitões e crescimento inicial, ou creche, com peso até 25 kg. O sistema CT é uma unidade de produção com suínos na faixa de 25 a 100 kg (OLIVEIRA, 2005). A medição da composição do biogás foi realizada através de um medidor portátil Drager X-am Esse aparelho faz a detecção e a medição simultânea e continua dos gases CH 4 e CO 2 através de sensores infravermelhos e do O 2 com sensor eletroquímico. As medições foram realizadas no verão e no inverno, nos períodos da manhã e da tarde. No período do inverno não foram realizadas medições nas propriedades P4, P8 e P9 devido a problemas operacionais e de infraestrutura. Para quantificar a produção de biogás em cada reator foi realizada a medição da velocidade, para depois calcular a vazão normalizada baseada nas variações de temperatura do biogás e pressão atmosférica local. O aparelho utilizado foi um termo-anemômetro Airflow TA45, aparelho portátil que mede a velocidade (m/s) e a temperatura (ºC) do biogás. Um sistema para as amostragens foi adaptado conforme a Figura 1. Para determinar as eficiências dos biodigestores com dejetos suínos foram avaliados os seguintes parâmetros: DQO e SV. Resultados e Discussão Os valores médios das concentrações do CH 4 no biogás e as vazões calculadas para as 13 propriedades são apresentados na Tabela 1. No período do verão a concentração média de CH 4 variou entre 51% e 72%, e vazão do biogás foi de 1,6 m 3 /h a 7,6 m 3 /h. As faixas de vazão do biogás estão relacionadas com os diferentes volumes de dejetos produzidos e ao sistema de criação de suínos adotado nas propriedades. No período do inverno, a variação na concentração de CH 4 foi de 27% a 75 %, sendo que esse valor mínimo, registrado na P12, pode ser atribuído a problemas operacionais que influenciaram diretamente a produção CH 4 no processo anaeróbio. Nas demais propriedades a concentração de CH 4 foi superior a 58,4%. A vazão do 271

4 biogás ficou entre a faixa de 1,5 m 3 /h a 14 m 3 /h. Nas propriedades P4, P8 e P9 não foram realizadas amostragens neste período, devido a problemas operacionais e de infra-estrutura. A Tabela 2 apresenta as eficiências de remoção de DQO e SV nos reatores obtidas nas duas épocas. As médias de remoção de DQO foram de aproximadamente 75% no período do inverno e de 70% no verão. Já as médias de remoção em termos de SV ficaram em torno de 80% no verão e 75% no inverno. Conclusões Os biodigestores analisados, na sua maioria, apresentam uma boa eficiência na remoção de SV e DQO, correspondendo ao que é esperado. A concentração de metano presente no biogás, exceto na propriedade P12 no inverno, está dentro das faixas apresentadas na literatura, o que reflete de modo geral o bom desempenho da dos digestores em termos das eficiências médias de remoção da matéria orgânica. Além disso, a boa qualidade do biogás representada pela composição de metano evidencia o potencial para o aproveitamento energético desta fonte renovável no estado de Santa Catarina e diminuição da emissão, para a atmosfera, de gases causadores de efeito estufa. Literatura Citada BELLI Fº, P. Stockage et odeurs des dejections animales cas du lisier de porc. Thèse de Doctorat de L Univesrsité de Rennes I. France p. LAGRANGE, B. Biomethane: principes, techiniques, utilizations. Édisud/Énergies alternatives. Aix-en-Provence, p. OLIVEIRA, P.A.V. de. Projeto de biodigestores e estimativa de produção de biogás em sistema de produção. Comunicado Técnico, 417. Embrapa Suínos e Aves,Concórdia, p. Entrada do biogás Mangueira Orifício para o sensor do termo-anemômetro 40 cm 10 cm 50 cm Registro 6 cm Redução da tubulação Orifício para a mangueira do detector de gases Saída do biogás Figura 1. Esquema do adaptador utilizado nas medições. 272

5 Nomenclatura Sistema de criação I Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos de Animais Tabela 1. Médias da vazão do biogás e concentração de metano obtidas no verão e no inverno. Propriedade Produção de dejetos (m 3 /dia) Volume do Biodigestor Características do Biogás Média (m 3 /h) (m 3 ) Verão Inverno Verão Inverno P1 3, ,8 ± 0,63 73,7 ± 3,20 1,6 1,5 CC P2 54, ,4 ± 1,51 69,0 ± 1,00 4,5 14,0 P3 7, ,8 ± 1,01 70,9 ± 1,88 2,5 3,9 P4 8, ,8 ± 0,58-6,1 - P5 6, ,1 ± 0,50 65,0 2,26 4,5 5,1 UPL P6 7, ,7 ± 1,03 75,1± 2,66 6,1 6,6 P7 4, ,7 ± 0,72 75,5 1,80 5,1 4,4 P8 139, ,7 ± 0,79-5,6 - P9 6, ,7 ± 1,23 63,9 1,82 7,6 6,4 P10 5, ,9 ± 0,56 65,6 2,25 7,0 4,4 P11 CT 6, ,7 ± 1,13 58,4 1,70 3,5 4,4 P12 6, ,8 ± 1, ,15 6,6 4,4 P13 8, ,8 ± 2,88-6,4 - CH 4 Média ± DP (%) Vazão Tabela 2. Eficiências de remoção de DQO e SV obtidas no verão e no inverno. Verão Inverno Propriedade DQO (%) SV (%) DQO (%) SV (%) CC P1 97,3 98,1 90,2 94,0 P2 93,3 92,4 52,1 33,4 P3 91,5 85,0 95,3 96,0 P4 42, UPL P5-42,1 76,4 87,8 P6-84,8 96,4 97,6 P7 95,5 95,6 77,2 89,9 P8 79,7 74,4 - - P9 57,0 68,7 34,3 37,2 P ,1 66,8 CT P11 81,1 89,4 85,2 92,6 P12 31,0 74,4 27,7 60,0 P13 85,6 78,