User Manual for the analysis of biogas and methane potential from

 USER MANUAL / MANUAL DO USUÁRIO Analysis of biogas and methane potential from organic materials in anaerobic batch experiments Análise do potencial de materiais orgânicos para a produҫão de biogás e methano em experimentos Batch University of live sciences and natural resources Department of Sustainable Agricultural Systems Division of Agricultural Engineering United Nations Industrial Development Organization Final version Dec/2011 User Manual ‐ 2 ‐ Content Conteúdo 1 Definitions 1 Definiҫões 2 Organic substances 2 Substâncias orgânicas 3 Production of inoculum 3 Produҫão de inóculo 4 Batch experiments 4 Experimentos batelada 5 Combination Results batch experiments 5 Combinaҫão dos resultados do with chemical analysis experimento Batch com as análises químicas User Manual 1
‐ 3 ‐ Definitions 1 Definições
Degree of degradation (DD) in % The reduction in the concentration of organic substance due to anaerobic degradation expressed relative to the original content of the → substrate. %
100 Where, C0 = initial concentration Cf = final concentration Effluent concentration For example, in kg VS/m3 or in kg DM/m3 The concentration of a material in the effluent (for example, content of organic dry matter in kg VS/m3). Effluent load For example, in kg VS/d or in kg DM/d The mass discharged from a fermentation installation per unit of time. Anaerobic treatment A biotechnological process with exclusion of air (oxygen) whose objective is to degrade organic matter while extracting → biogas. Anaerobic degradability The degree of microbial decomposition of → substrates or → co‐substrates, generally expressed as → biogas formation potential. Batch test Discontinuous test in which organic → substrates or → co‐substrates are subjected to → fermentation under defined anaerobic conditions and in which information can be obtained regarding fermentability, → inhibition and → gas yield (see also → fermentation test). Biogas Gaseous product of → fermentation which consists primarily of methane and carbon dioxide and which can also contain, depending on the → substrate, ammonia, hydrogen sulphide, water vapour and other gaseous or evaporable components. Biogas yield For example, in lN/kg oTS or lN /kg FM Quantity of biogas (in liter) per quantity of substrate feed (in kilogram). Biogas formation potential For example, in lN /kg oTS Maximum possible → biogas yield which can be Grau de decomposição (GD) em % A redução da concentração da substância orgânica devido à degradação anaeróbia relativa ao conteúdo original do → substrato %
100 Onde, C0 = concentração inicial Cf = concentração final Concentração de efluente Por exemplo, em kg SV/m3 ou em kg MS/m3 A concentração de um material no efluente (por exemplo, conteúdo de matéria orgânica seca em kg SV/m3). Carga efluente Por exemplo, em kg SV/d ou em kg MS/d A massa descarregada de um fermentador por unidade do tempo. Tratamento anaeróbio Um processo biotecnológico em ausência de ar (oxigênio) cujo objetivo é degradar a matéria orgânica extraindo → biogás. Degradabilidade anaeróbia O grau de decomposição microbiana de → substratos ou → co‐substratos, geralmente expresso em → potencial de formação de biogás. Teste de batelada O teste descontínuo no qual → substratos orgânicos ou → co‐substratos são submetidos à → fermentaҫão sob condições anaeróbias definidas e na qual a informação pode ser obtida quanto à fermentabilidade → inibiҫão e → rendimento de gás (ver também → teste de fermentaҫão). Biogás O produto gasoso resultante da → fermentaҫão que se compõe principalmente de metano e gás carbônico e que também pode conter, dependendo do → substrato, amônia, sulfeto de hidrogênio, vapor de água e outros componentes gasosos ou passíveis de evaporaҫão. Rendimento de biogás Por exemplo, em lN/kg SV ou lN /kg MF Quantidade de biogás (em litros) por quantidade de substrato (em quilogramas). Potencial de formação de biogás Por exemplo, em lN /kg SV O máximo rendimento possível de → biogás que User Manual ‐ 4 ‐ generated from a defined quantity of substrate (in testing, it is normally determined by means of a → batch test or calculated mathematically from the results of abbreviated tests). Biogas quantity For example, in lN The quantity of → biogas formed in units of volume. Biogas rate For example, in lN /d The → biogas quantity produced per unit of time. Biogas rate, specific (biogas productivity) in lN /(l ∙ d) Ratio of the → biogas rate and the active fermentation volume of the → fermenter. Chemical oxygen demand (COD) in mg COD/l Measure of the content of oxidizable compounds in the → substrate. Parameter used to estime the content of organic matter in the sample. Co‐fermentation (Here) an anaerobic biotechnological process in which a (primary) → substrate is fermented together with one or more additional → substrates (co‐substrates). Co‐substrate Raw material for → fermentation which is not, however, the raw material with the highest percentage share of the total material flow to be fermented. Subsample Amount of sample which is taken at a single sampling; it is closely limited by time and location to a single sample point. Energy plants Plants which are grown solely for the purpose of energy generation. Digestion An expression for → fermentation (this term is frequently used in the field of sewage treatment). Digested sludge Digested sewage sludge (see also → inoculum). pode ser gerado por uma quantidade definida de substrato (normalmente determinado por meio de um → teste de batelada ou calculado matematicamente com base aos resultados de testes abreviados). Quantidade de biogás Por exemplo, em lN A quantidade de → biogás formado em unidades de volume. Taxa de biogás Por exemplo, em lN /d A quantidade → biogás produzida por unidade do tempo. Taxa específica de biogás (produtividade de biogás) em lN /(l ∙ d) Relaҫão entre a taxa de → biogás e o volume de fermentação ativo do → fermentador. Demanda química de oxigênio (DQO) em mg DQO/l Medida do teor dos componentes oxidáveis presentes no → substrato. Parâmetro utilizado para estimar o teor de matéria orgânica da amostra. Co‐fermentação (Aqui) um processo biotecnológico anaeróbio no qual um → substrato (primário) é fermentado em conjunto com um ou vários → substratos adicionais (co‐substratos). Co‐substrato A matéria‐prima da → fermentaҫão que não é, contudo, a matéria‐prima em maior conteúdo porcentual do total a ser fermentado. Subamostra Amostra parcial que compõe uma amostragem única; é estritamente limitada ao tempo e à posição de um ponto de amostragem. Plantas energéticas Plantas cultivadas com o objetivo de geração de energia. Digestão Uma expressão para → fermentaҫão (este termo é frequentemente usado na área de tratamento de resíduos). Lodo fermentado O lodo resultante da digestão de resíduos (ver User Manual ‐ 5 ‐ Fermentation Biotechnological anaerobic process for producing a product in which– in this case → biogas containing methane – is produced by the activity of micro‐
organisms or by the effect of their enzymes. Fermenter A reactor in which → fermentation takes place. Fermenter volume The volume of the → fermenter (reactor) in which → fermentation takes place. Fresh mass (FM) Mass of a material or → substrate in its original state with its natural water content. Fermentation residue Solid or liquid material remaining after → fermentation. Fermentation products The gaseous, liquid, and solid materials resulting from → fermentation which can be passed on to further recycling. Fermentation test See → batch test; a test which complies with the recommendations of DIN 38414‐8 or, if not doing so, which is precisely documented. Fermentation behaviour The way in which the → biogas (in waste‐water treatment referred to as digester or sewage gas) originates including the substances remaining in the → substrate such as residuals, residues or by‐
products (as fermentable material and as other substances legally required to be identified by analysis). Fermentation trial A test for the → fermentation of organic material. Gas yield See → biogas yield. Formation of gas For example, in lN/kg oTS The → gas yield in a specific → Batch test after a finite, defined period of time (for example, gas formation GF 21 after 21 days; see the german Waste Disposal Act (AbfAblV)). Basic quantity The actual quantity of material which is available também → inóculo). Fermentação O processo biotecnológico anaeróbio para gerar um produto no qual é produzido como neste caso, o → biogás contendo metano, um resultado da atividade de microrganismos ou do efeito de suas enzimas. Digestor Um reator no qual se realiza a → fermentaҫão. Volume do Digestor O volume do → digestor (reator) no qual se realiza a → fermentaҫão. Massa fresca (MF) Massa de um material ou → substrato no seu estado original com o seu conteúdo de água natural. Resíduo da fermentaҫão Material sólido ou líquido resultante da → fermentaҫão. Produtos da fermentação Os materiais gasosos, líquidos, e sólidos resultantes da → fermentaҫão que podem ser remetidos a uma nova reciclagem. Teste de fermentação Ver o → teste de batelada; um teste que cumpre com as recomendações do DIN 38414‐8 e senão, que seja um teste detalhadamente documentado. Comportamento da fermentação O modo pelo qual o → biogás (mencionado como gás do digestor ou gás de detritos no tratamento de efluentes de esgoto) se origina, inclusive as substâncias que permanecem no → substrato, tais como remanescentes, resíduos ou subprodutos (como material fermentável e como outras substâncias que, de acordo ao requerimento legal, devem ser identificadas por análise). Teste de fermentação Um teste da → fermentaҫão do material orgânico. Rendimento do gás Veja → rendimento do biogás. Formação de gás Por exemplo, em in lN/kg SV O → rendimento de gás em um → teste de batelada específico depois de um período de tempo limitado, definido (por exemplo, formação de gás FG 21, formação de gás depois de 21 dias; como a lei alemã de Disposição de Resíduos (AbfAblV)). Quantidade básica A quantidade real do material que está disponível User Manual ‐ 6 ‐ for testing and which can be limited spatially and/or temporally. Inhibition Hindering of → fermentation due to damage to the active micro‐organisms or to a reduction in the effectiveness (activity) of enzymes. Homogeneity and inhomogeneity The degree of homogeneous or inhomogeneous distribution of a characteristic value or material in a quantity of sample; a material can be homogeneous with respect to one analyte or one property but inhomogeneous with respect to another. Hydraulic residence time For example, in d Average time for which the → substrate remains in the → fermenter (quotient of the fermentation volume and the volume of substrate fed in daily). para o experimento e que pode ser limitado espacial e/ou temporalmente. Inibição Impedimento da → fermentaҫão devido ao dano ocasionado aos microrganismos ativos ou uma redução da eficácia (da atividade) enzimática. Homogeneidade e heterogeneidade O grau de distribuição homogênea ou heterogênea de um valor ou material característico em uma quantidade de amostra; um material pode ser homogêneo com respeito à substância a ser analisada ou a uma de suas propriedades, mas heterogêneo com respeito a outra. Tempo de retenҫão hidráulica Por exemplo, em d O tempo médio de permanência do → substrato no → digestor (o quociente entre o volume de fermentação e o volume diário de alimentaҫão do digestor). Inoculum (inoculum) The microbial biomass which is added at the ‐
beginning of → fermentation or during the course of fermentation to accelerate it; in DIN 38414‐8 referred to as → digested sludge, or, if differing from this, to be precisely documented. Sedimento (Inóculo) A biomassa microbiana que é acrescentada no início da → fermentaҫão ou durante o curso da fermentação para acelerá‐la; no DIN 38414‐8 mencionado como → lodo fermentado ou, se for diferente, que seja detalhadamente documentado. Methane productivity, specific In lN CH4/(l ∙ d) Ratio of the quantity of methane produced per unit of time and the active working volume of the → fermenter. Produtividade de metano, específica em lN CH4/(l ∙ d) Proporção entre a quantidade de metano produzido por unidade de tempo e o volume de trabalho ativo do → digestor. Composite sample Amostra composta A sample produced by combining and mixing Uma amostra produzida através da combinaҫão e → subsamples from a → basic quantity. mistura de → subamostras de uma → quantidade básica. Renewable raw materials (NAWARO) Matérias‐primas vegetais renováveis (NAWARO) Plants which are grown for the purpose of energy Plantas que são cultivadas com o objetivo de generation and/or use as a material. geração de energia e/ou uso como um material. Zero sample (zero test) Amostra de branco (teste nulo) Fermentation test using pure → inoculum without Teste de fermentação usando → sedimento any addition of → substrate. (inóculo) puro sem qualquer adição de → substrato. Organic dry‐weight content in g oTS/kg FM or g oTS/l FM The weight loss (loss of weight on ignition) with respect to the starting mass or starting volume of a sample which, following drying until a constant weight is reached, is reduced to ashes at a Teor de sólidos voláteis em g SV/kg MF ou g SV/l MF A perda de peso (a perda do peso na ignição) com respeito à massa inicial ou o volume inicial de uma amostra que, depois da secagem até que um peso constante seja conseguido, é reduzida a cinzas em User Manual ‐ 7 ‐ temperature of 550 °C. This weight loss is predominantly but not entirely due to organic constituents. Volatile organic substances which escape during drying at 105 °C are not registered by this method and will need to be determined separately. uma temperatura de 550 °C. Esta perda de peso é predominante mas não integral devido aos componentes orgânicos. As substâncias orgânicas voláteis que escapam durante a secagem a 105 °C não são registradas por este método e necessitarão ser determinadas separadamente. Organoleptic (sensory) sample examination Description of the material characteristics of a sample by perception of, for example, odour, coloration, turbidity or consistency via the human sense organs. Exame organoléptico (sensorial) da amostra Descrição das características físicas de uma amostra por percepção de, por exemplo, odor, coloração, turvação ou consistência através dos órgãos dos sentidos humanos. Sampling Method in which portions of the → substrate or of the fermenter contents are taken and prepared so as to permit relevant and representative statements to be made regarding chemical or biological parameters of the total quantity. Amostragem O método pelo qual as porções do → substrato ou dos conteúdos do digestor são tomadas e preparadas para permitir as conclusões relevantes e representativas a serem feitas quanto aos parâmetros químicos ou biológicos da quantidade total. Preparação da amostra A criação das propriedades necessárias para uma amostra representativa ou para o teste de fermentação por meio da separação, redução e ajuste do tamanho de partícula, entre outros. Armazenamento da amostra Forma de manutenҫão da amostra no período de tempo entre a → amostragem e a → preparação da amostra e sua utilizaҫão para análise química ou testes biológicos. Substrato referência e amostra referência Um → substrato com um potencial de biogás conhecido (tal como celulose microcristalina, por exemplo). Amostra representativa Uma amostra cujas propriedades são tão semelhantes quanto possível às propriedades médias da quantidade básica do material que é testado. Carga de entrada em kg SV/(m3 ∙ d) A proporção da → carga diária em relaҫão ao volume do digestor. Amostra cumulativa Veja → amostra composta. Poluentes As substâncias que inibem o processo de fermentação ou que prejudicam a utilização do → produto da fermentaҫão. Carga de lodo Sample preparation Creation of the sample properties required for a representative sample or for the fermentation trial by means of separation, size reduction, sizing (via screens), and so on. Sample storage Manner in which the period between the time of → sampling and → sample preparation and the time when the sample is used in chemical analysis or biological tests is bridged. Reference substrate and reference sample A → substrate with a known biogas potential (such as microcrystalline cellulose, for example). Representative sample A sample whose properties come as close as possible to the average properties of the basic quantity of the material being tested. Loading rate per unit volume in kg oTS/(m3 ∙ d) Ratio of the → daily load to the fermenter volume. Cumulative sample See → composite sample. Pollutants Substances which inhibit the fermentation process or which impair the utilization of the → fermentation product. Sludge load User Manual ‐ 8 ‐ in kg oTS/(kg ∙ d) Ratio of the → daily load (kg oTS/d) and the organic dry matter in the → fermenter. Residential waste Waste from households as well as other types of waste which are similar to household waste on account of their nature or composition. Interferents Substances which interfere with the process, the technology or the product quality (such as plastic, glass and metal particles, and sand). Daily load For example, in kg oTS/d or kg TS/d or kg COD/d The quantity of → substrate fed daily into the fermentation installation. Dry matter Total Solids, TS in g/kg, in the case of a high water content g/l or % of total quantity Content of substances which are left after thermal removal of water – such as drying for 24 hours at 105 °C or drying until a constant weight is achieved. em kg oTS / (quilograma • d) Proporção entre → carga diária (kg oTS/d) e os sólidos voláteis no → digestor. Resíduos residenciais Os resíduos domésticos bem como outros tipos de resíduos que são semelhantes aos resíduos domésticos devido à sua natureza ou composição. Interferentes Os materiais que interferem no processo, na tecnologia ou na qualidade do produto (tal como plástico, partículas de vidro, partículas metálicas e areia). Carga diária Por exemplo, em kg SV/d ou kg MS/d or kg DQO/d A quantidade de → substrato alimentado diariamente na instalação de fermentação. Conteúdo de matéria seca, MS em g/kg, em caso de um alto conteúdo de água g/l ou % de quantidade total O conteúdo de substâncias remanescentes após a remoção térmica da água, como por exemplo a secagem durante 24 horas a 105 °C ou secagem até um peso constante. Inflow concentration For example, in kg oTS/m3 or in kg TS/m3 The concentration of a substance in the inflow. Inflow load For example, in kg oTS/d or in kg TS/d The mass fed daily into the fermentation installation. Concentração de entrada (afluente) Por exemplo, em kg SV/m3 ou in kg MS/m3 A concentração de uma substância na entrada. Carga de entrada (afluente) Por exemplo, em kg SV/d ou in kg MS/d A massa alimentada diariamente na instalação de fermentação. 1.1 Abreviation 1.1 Abreviaҫão DM: dry matter FM: fresh mass VS: volatile solids COD: chemical oxygen demand d: day l: liter lN: standard litre, litre under normal conditions m3: cubic meter XP: crude protein XL: crude fat HCEL: hemi‐cellulose CEL: cellulose NfE: nitrogen‐free extract XF: crude fiber ADL: acid detergent lignin MS: matéria seca MF: massa fresca SV: sólidos voláteis DQO: demanda química de oxigênio d: dia L: litro LN: litro padrão, litro sob condições normais (CNTP) m3: metro cúbico PB: proteína bruta LT: lipídios totais HCEL: hemi‐celulose CEL: celulose ENN: extratos não nitrogenados FB: fibra bruta LDA: lignina em detergente ácido User Manual 2
‐ 9 ‐ Organic substances 2
Substâncias orgânicas The parameters used for characterizing substrates for fermentation are derived from their biotechnological suitability, the preparatory work required, and from the suitability – either from the general legal point of view or as related to waste disposal legislation – of the substrate for fermentation. Os parâmetros utilizados para caracterizar os substratos da fermentação derivam da aptidão biotecnológica, do trabalho preparatório requerido e da utilidade do substrato da fermentação sob o ponto de vista geral legal ou como descrito na legislaҫão para disposiҫão de resíduos. 2.1 Sampling 2.1 Amostragem The composition of sample, especially from biomass waste have a variance, therefore it can be assumed that their properties will vary materially, spatially and temporally. They are a reflection of their homogeneous/inhomogeneous or heterogeneous feature structures, a knowledge of which is of fundamental importance to the quality of sampling. Sampling is defined as the process of removing an appropriate quantity for testing from a larger bulk, in such a way that the proportion and distribution of the factors being tested are the same in both the whole (lot) and the part removed (sample). The sampling process consists of taking a number of small samples from a large aggregate sample (population). For representative results from the analysed substance a representative sample were needed. Especially in the case of samples with liquid and solid phases or in the case of solid materials with increasing heterogeneity and inhomogeneity a high knowledge of sampling is basis for high quality results. In the stage preliminary to sampling, questions should be answered regarding: ‐ objective of and reason for testing ‐ origin of the material ‐ properties of materials ‐ occupational safety and health measures required In all cases sampling must be suitably documented in a sampling record. Documentation should be carried out in a standardized manner – in other words, the same features must be described in the same way, even by different persons. The sampling record serves the sampler equally as a planning document, as a checklist and as documented evidence of his accurate action. Only clean sampling equipment and transportation containers should be used which are made of A composição da amostra, especialmente de resíduos de biomassa, sofre variaҫões. Por isso pode‐se supor que suas propriedades variarão conforme o material, o local e o tempo. Eles são o reflexo de suas estruturas características de homogeneidade ou heterogeneidade, conhecimento de fundamental importância para a qualidade da amostragem. A amostragem é definida como o processo de retirada de uma quantidade adequada para testar um volume maior, de forma que a proporção e a distribuição dos fatores testados sejam o mesmo tanto no total (lote) como na parte retirada (amostra). A amostragem consiste em tomar um número deamostras menores de uma amostra maior (população). Para obter um resultado representativo da substância analisada é necessário que a amostra seja representativa. Especialmente no caso de amostras com fases líquidas e sólidas ou materiais sólidos com heterogeneidade se necessita um alto conhecimento de amostragem para obter resultados de alta qualidade. Na etapa preliminar à amostragem, as perguntas devem ser respondidas quanto a: ‐ objetivo e razão do experimento ‐ origem do material ‐ propriedades dos materiais ‐ a segurança ocupacional e as medidas de saúde requeridas Em todos os casos a amostragem deve ser documentada em um registro de amostragem. A documentação deve ser padronizada – em outras palavras, as mesmas características devem ser descritas da mesma forma, mesmo por pessoas diferentes. O registro da amostragem servirá também como documento de planejamento, como checklist e como evidência detalhada da aҫão. Somente equipamentos de amostragem e recipientes de transporte limpos devem ser e User Manual ‐ 10 ‐ materials which to a great extent exclude any influence on the fermentation medium (such as polyethylene, glass, stainless steel). A waterproof label must be affixed to the filled sample container showing the unique identification criteria such as project number, Materitype of sample, date and location of sampling, name of sampler, name of client. The following data should be reported during the sampling: General information ‐ Reason for sampling, objectives ‐ Date and time of sampling ‐ Name of person sampling Information relating to locality ‐ Sampling point ‐ Total volume/form of storage ‐ Duration of storage (previous history) ‐ Influences affecting the material (e.g. weather) Organoleptic‐sensory examination ‐ Type of material, origin and composition ‐ Consistency ‐ Homogeneity ‐ Other characteristics (colour, grain size, grain distribution, odour, gas development) Sampling ‐ Sampling device ‐ Sampling procedure ‐ Sample preparation procedure ‐ Number of subsamples, blended bulk samples, cumulative samples ‐ Number of subsamples per blended bulk sample ‐ Observations during sampling/comments Transportation and storage of samples ‐ cooling possibly, cooling temperature Method of Conservation fabricados com materiais que em grande escala excluem qualquer influência no meio fermentativo (tal como polietileno, vidro, aҫo inoxedável). Uma etiqueta impermeável deve ser afixada à embalagem da amostra mostrando os critérios de identificação únicos, como número do projeto, tipo de material, data e localizaҫão da amostragem, nome do coletor da amostra e nome do cliente. Os seguintes dados devem ser informados durante a amostragem: Informação geral ‐
Razão da amostragem, objetivos ‐
Data e horário da amostragem ‐
Nome do coletor da amostra Informação que se relaciona com o local ‐
Ponto de amostragem ‐
Volume total/forma de armazenamento ‐
Duração do armazenamento (história prévia) ‐
Influências que afetam o material (p. ex. tempo) Exame organoléptico‐sensorial ‐
Tipo de material, origem e composição ‐
Consistência ‐
Homogeneidade ‐
Outras caract. (cor, granulometria, odor, desenvolvimento de gás) Amostragem ‐
Dispositivos da amostragem ‐
Procedimento da amostragem ‐
Procedimento de preparação da amostra ‐
Número de subamostras, volume da mistura de amostras, amostras cumulativas ‐
Número de subamostras por mistura de amostra ‐
Observações /comentários Transporte e armazenamento de amostras ‐
possível esfriamento, temperatura de resfriamento Método de conservaҫão 2.2 Sample Preparation 2.2 Preparaҫão da amostra Separating interferents out: Interferents should be removed by careful sorting before further size reduction. The proportion of interferents should be taken into consideration in the evaluation of the tests and documented in the report. Size‐reduction: For analysis, the particle size should be smaller than 10 mm. If there is fibrous material or any other material which is difficult to Remoção de interferentes: interferentes devem ser retirados pela classificação cuidadosa antes da nova redução de tamanho. A proporção de interferentes deve ser tomada em consideração na avaliação dos testes e documentada no relatório. Redução do tamanho: é aconselhável que o tamanho das partículas seja menor que 10 mm para a realização da análise. Se houver material User Manual ‐ 11 ‐ reduce in size, it should be cut, broken or otherwise processed until a properly grain size. Here the size‐reduction method has a decisive influence on the range of grain sizes. If the material heats up during size reduction, this may cause loss of volatile components. Homogenization: The material from the initial sample which is smaller than 10 mm and the material which has been size‐reduced as described in section should be homogenized in a suitable mixing vessel. The homogenization process should be designed such that there is no further size‐
reduction in the sample fractions. In the case of liquid fermentation, homogenization should already have been carried out with the liquid phase of the fermentation suspension. fibroso ou algum outro material de difícil reduҫão, este deve ser cortado, quebrado ou processado de alguma forma até que as partículas atinjam um tamanho adequado. O método de redução tem uma influência decisiva na variedade do tamanho das partículas. Se o material sofrer aquecimento durante a redução, isto pode causar a perda de componentes voláteis. Homogenização: o material da amostra inicial que for menor que 10 mm e o material que foi reduzido ao tamanho como descrito na seção anterior devem ser homogeneizados em um recipiente conveniente. O processo de homogenização deve ser executado de tal forma que não haja nenhuma nova redução do tamanho das frações da amostra. Em caso de fermentação líquida, a homogenização poderá ser executada com a fase líquida da suspensão de fermentação. 2.3 Storage 2.3 Armazenamento Samples should be conserved and transported in such a way that no degradation occurs before the commencement of fermentation testing. In order to exclude as far as possible time‐related chemical and physical changes in the samples, transportation containers should be used which as far as possible prevent the sampled material being affected by ‐ atmospheric oxygen, ‐ light, ‐ heat, ‐ humidity or other media or ‐ the material of the container itself. The final samples in liquid form should be stored into ‐ suitable, ‐ clean, ‐ dry transportation container. Final samples of paste‐like or solid/chunky consistency which have been obtained following quartering can also be packed in well‐sealed sturdy plastic bags or the like. The sample should be transported and stored in a cool state at temperatures around 4 °C and if at all possible sent without delay to fermentation testing. If this is not possible or if reference samples are to be storage several weeks, the sample should be deep‐frozen or freeze‐dried at a As amostras devem ser conservadas e transportadas de tal forma que não ocorra degradação antes do início do experimento. Para evitar tanto quanto possível modificações químicas e físicas relativas ao tempo nas amostras, as embalagens de transporte devem ser utilizadas de forma tal que previnam a exposição da amostra a ‐ oxigênio atmosférico, ‐ luz, ‐ calor, ‐ umidade ou outros fatores ambientais ou ‐ materiais da própria embalagem. As amostras líquidas devem ser conservadas em embalagens ‐ apropriadas, ‐ limpas, ‐ secas para serem transportadas. As amostras finais de consistência pastosa ou sólida/corpulenta obtidas após o quarteamento também podem ser embaladas em bolsas plásticas resistentes, bem vedadas ou algo semelhante. A amostra deve ser transportada e guardada refrigerada em temperaturas em torno de 4 °C e sempre que possível enviada sem atraso ao experimento de fermentação. Se isto não for possível ou se a amostra em questão tiver que ser conservada por várias semanas, esta deve ser User Manual ‐ 12 ‐ temperature of –25 °C. congelada ou liofilizada na temperatura de ‐25 °C. 2.3.1 Storage at 1‐8°C 2.3.1 Armazenamento a 1‐8°C Advantages: ‐ Small influences on biogas yields ‐ Small influences on microorganisms ‐ Easy manageable Disadvantages: ‐ Storage only for a short time ‐ Activity of microorganisms Comment: ‐ Materials with a high amount of easy degradable organic components should not storage over 2 days ‐ Short time storage for starting of a new experiment Vantagens: ‐
Baixa influência no rendimento de biogás ‐
Baixa influência sobre os microrganismos ‐
Facilidade de manejo Desvantagens: ‐
Armazenamento por curto espaҫo de tempo ‐
Atividade de microrganismos Observaҫão: ‐
Materiais com elevado teor de componentes orgânicos facilmente degradáveis não devem ser armazenados por mais de 2 dias ‐
Armazenamento por curto espaҫo de tempo para iniciar um novo experimento 2.3.2 Storage at ‐18‐28°C 2.3.2 Armazenamento a ‐18‐28°C Advantages: ‐ Storage possible over 1‐2 years ‐ Easy hand able ‐ No loses of volatile solids ‐ No microbiological acidity ‐ Small influence on native microorganism Vantagens: ‐
Possibilita armazenagem por mais de 1‐2 anos
‐
Fácil manejo ‐
Não há perda de corpos sólidos voláteis ‐
Não ocorre acidez microbiana ‐
Baixa influência sobre os microrganismos nativos Disadvantages: Desvantagens: ‐ Due to the increasing of volume of frozen ‐
Por causa do aumento do volume da água water, this kind of storage is a physical way of congelada este tipo de armazenamento é pre‐treatment (e.g. fiber broken) uma forma de pré‐tratamento físico (p.ex: rompimento de fibras) ‐ Storage over long time influence the ‐
O armazenamento durante longo tempo influi composition na composição ‐ humidity loss by sublimation ‐
perda de umidade por sublimaҫão 2.3.3 Drying at 50°C 2.3.3 Secagem a 50°C Advantages: ‐ No microbiological acidity ‐ Storage at room temperature ‐ Storage possible over years ‐ Reduction of particle size easy Disadvantages: ‐ Influence one specific biogas yield by ‐ Losing of Volatile solids ‐ Dry material is harder degradable as fresh material ‐ No native bacteria’s in biomass Note: Very high influences on degradability! Drying of biomass should not be used as standard method of storage of samples. When samples have to be storage over same years the substrates Vantagens: ‐ Ausência de acidez microbiana ‐ Armazenamento em temperatura ambiente ‐ Possibilita armazenagem durante anos ‐ Facilita a reduҫão do tamanho das partículas Desvantagens: ‐
Influi no rendimento espec. de biogás porque: ‐ Há perda de corpos sólidos voláteis ‐ O material seco é mais dificilmente degradável que o material fresco ‐
Ausência de bactérias nativas na biomassa Observaҫão: forte influência na degradabilidade! A secagem da biomassa não deve ser usada como método padrão de armazenamento de amostras. Quando as amostras tenham que ser armazenadas User Manual ‐ 13 ‐ should be frozen. por alguns anos o substrato deve ser congelado. 2.3.4 Storage under vacuum 2.3.4 Armazenagem a vácuo Advantages: ‐ Little effect on biogas yields ‐ Little effect on microorganisms ‐ Easy to manage ‐ Storage for a long time (weeks) at 1‐8°C Vantagens: ‐ Baixa influência sobre a produҫão de Biogás ‐ Baixa influência sobre microorganismos ‐ Fácil manejo ‐ Armazenagem por longo tempo (semanas) somente a 1‐8°C Disadvantages: Desvantagens: ‐ Additional equipment necessary ‐ É necessário equipamento adicional ‐ Periodic control of sample necessary ‐ É necessário controle periódico dos amostras ‐ Activity of microorganisms ‐ Existe atividade microbiana Comment: Observaҫão: ‐ Materials with a high amount of easily ‐ Materiais com alto teor de componentes degradable organic components should not orgânicos facilmente degradáveis não devem be stored for longer than 2 days ser armazenados por mais de 2 dias ‐ Short time storage for starting a new ‐ Curto período de armazenagem antes do experiment início de um novo experimento User Manual 3
‐ 14 ‐ Production of inoculum 3 Produҫão do inóculo 3.1 General information 3.1 Informaҫões gerais Inoculum influences the quality of results from anaerobic fermentation experiments. It is very important that the inoculum have the same properties in every experiment. Optimal inoculum should have the following properties: ‐ The microbial activity is as high as possible. ‐ The microorganisms are able to digest different types of biomasses. ‐ The biogas production of the sludge is low (lower than 2 % of the biogas yield of biomass sample). ‐ Sludge particles have a diameter lower than 2 mm. ‐ Taking of representative and homogeneous sample from the storage tank have to be possible. If agricultural residues, by‐products or waste are to be fermented, deven an inoculum from an agricultural biogas installation can be used which also ferments the corresponding residue, the corresponding by‐product or the corresponding waste (for example, fermentation tests with maize silage: inoculum from a biogas plant which substrate maize silage). For thermophilic fermentation tests the inoculum must be taken either from a thermophilicly operated installation or adapted accordingly. O inóculo influi na qualidade dos resultados dos experimentos de fermentação anaeróbia. É muito importante que o inóculo tenha as mesmas propriedades em todos os experimentos. O inóculo ideal deve ter as seguintes propriedades: ‐ A atividade microbiana deve ser tão elevada quanto possível. ‐ Os microrganismos devem ser capazes de digerir tipos diferentes de biomassa. ‐ A produção de biogás do inóculo deve ser baixa (menor que 2 % do rendimento de biogás da amostra de biomassa). ‐ As partículas do inóculo devem apresentar um diâmetro menor que 2 mm. ‐ Deve de ser possível a tomada de uma amostra representativa e homogênea do tanque de armazenamento Se forem fermentados resíduos, subprodutos ou resíduos agrícolas, pode‐se utilizar o inóculo de um biodigestor agrícola, pois este também fermenta resíduos, subprodutos ou resíduos correspondentes (por exemplo, teste de fermentação com ensilagem de milho: inóculo procedente de um biodigestor que usa ensilagem de milho como substrato). Para experimentos de fermentaҫão termofílica o inóculo deve ser proveniente de biodigestores que operam a nível termofílico ou devem serem adaptados de acordo. 3.2 Making of the inoculum 3.2 Produҫão do inóculo The inoculum is a mix of standardised inoculum and fermentation residue from 2 ‐ 3 biogas fermenters. The biogas fermenters digest energy crops and organic waste. The inoculum should be freed of coarse contaminating material before being used and mixed thoroughly to ensure that a representative weighed portion is obtained. The standardised inoculum is fed daily with the material, how will be analysed in the experiments. The daily organic loading rate is 1.5 kg VS per m³. Three weeks before starting a new anaerobic fermentation experiment, the standardised inoculum is mixed with fermentation residue from 3 biogas fermenters. It isn’t fed for the following weeks. O inóculo compõe‐se de uma mistura entre o inóculo padrão e o resíduo da fermentação de 2 a 3 biodigestores. Os biodigestores devem digerir plantas energéticas e resíduos orgânicos. O inóculo deve estar livre de contaminantes grosseiros antes de ser utilizado e deve ser mesclado completamente para assegurar a obtenҫão de uma pesagem representativa. O inóculo padrão deve ser alimentado diariamente com o material que será analisado nos experimentos. A carga orgânica de entrada diária deve ser de 1,5 kg SV por m³. Três semanas antes de começar um novo experimento o inóculo padrão deve ser mesclado com o resíduo de fermentação de 3 fermentadores. Não deve ser alimentado nas próximas semanas. User Manual ‐ 15 ‐ One week before starting a new anaerobic Uma semana antes de começar um novo fermentation experiment, the microbiological experimento de fermentação anaeróbia, a activity of the inoculum is tested with cellulose. atividade microbiana do inóculo deve ser testada com a celulose. User Manual 4
‐ 16 ‐ Batch experiments 4 Experimentos de batelada
4.1 Fermentation test apparatus 4.1 Aparelhagem para teste de fermentaҫão Fermentation test apparatus may be as specified in DIN 38414 Part 8 or as specified in DIN EN ISO 11734. We recommend the equipment by the company Selutec. All equipment used should be adequately gas‐tight. Gas losses or entrance of atmospheric oxygen have to be avoided. Glass is the preferred material for all the parts of the apparatus that are in contact with the biogas atmosphere. Once it has been set up, the entire system should be tested to ensure it is leak‐tight. Particularly when hoses are used, an extra careful check should be made for leaks. How these may appear in individual cases may depend on the test apparatus setup. A aparelhagem para teste de fermentação pode ser como especificado no DIN 38414 parte 8 ou como especificado no DIN EN ISO 11734. Sugerimos o equipamento da firma Selutec. Todo o equipamento utilizado deve ser hermeticamente vedado. A perda de gás ou a entrada de oxigênio atmosférico devem ser evitados. O vidro é o material preferencial para todas as partes da aparelhagem que estejam em contato com a atmosfera do biogás. Uma vez que tenha sido instalado, a vedaҫão do sistema deve ser testada. Quando são utilizadas mangueiras, deve‐se realizar um cuidadoso controle de vazamento. Como podem ocorrer vazamentos em casos individuais o controle vai depender dos testes. Feed materials are incubated under mesophilic conditions (37.5 °C  0.5 °C) or under thermophilic conditions (55 °C 0.5 °C). Water baths can be used as a heat source. It should be ensured that the level of water in the bath is always higher than the fill levels in the fermentation vessels. A device for mixing the fermentation batch thoroughly may be useful but in most cases is not necessary. Substrates which produce a floating layer or scum will however need to be mixed thoroughly in regular intervals. In most cases a single thorough mixing will suffice on workdays. The main reason for thorough mixing is to encourage degassing of the biogas which forms and to prevent the formation of dry and inactive layers of flotate. The bottle used for the fermentation test can be 0.2 l, 0.5 l, 1 l or 2 l. When a substrate is particularly inhomogeneous (refuse, biowaste, and so on), it may be better to have larger fermentation volumes as this makes it easier to obtain representative samples. The larger the sample flasks are – and thus the amount of substrate used as well – the larger the apparatus detecting the gas must be dimensioned. This is particularly the case when energy‐rich raw substrates are fermented. These include maize silage, fat or food waste from which a relatively high biogas yield is to be expected. Since the internal pressure of the system has a decisive influence not only on the gastightness of O material deve ser incubado em condições mesofílicas (37,5 °C 0,5 °C) ou termofílicas (55 °C 0,5 °C). Banheiras de água podem ser usadas como uma fonte de calor. O nível da água da banheira sempre deve superar os níveis de preenchimento dos fermentadores. Um dispositivo misturador do substrato no fermentador pode ser útil, mas na maioria dos casos não é necessário. Entretanto, substratos que produzem uma crosta ou espuma vão necessitar de uma mistura completa em intervalos regulares. Normalmente uma mistura completa única será alcanҫada em dias de trabalho. A mistura completa irá estimular a liberaҫão do biogás formado e prevenir a formação de camadas secas e inativas de flutuaҫão. O recipiente utilizado para fermentação pode ser de 0,2 l, 0,5 l, 1 l ou 2 l. Para substratos muito heterogêneos (resíduos, lixo biológico, etc.) seria melhor utilizar volumes maiores, facilitando a obtenҫão de amostras representativas. O tamanho dos frascos de amostras – assim como também de todo o montante do substrato – deve ser dimensionado de acordo ao tamanho da instalaҫão acumuladora de gás. Um caso particular é a fermentaҫão de materiais ricos em energia, como ensilagem de milho, gordura ou resíduos alimentícios dos quais estima‐
se um rendimento de biogás relativamente alto. A pressão interna do sistema exerce uma influência decisiva sobre a vedaҫão da instalaҫão e também User Manual ‐ 17 ‐ the apparatus but also the solubility of the biogas components in the fermentation medium, particularly low overpressures in the system are advantages. The level of biogas production expected should be taken into consideration when selecting the gas meter. Biogas produced in the fermentation vessel displaced sealing liquid from the gas tube into the compensating vessel. The specific biogas production was read off a column scale attached to the gas tube and stated as gas standard volume. Each measuring cell consists of a gas tube that is filled with sealing liquid. The tube is coupled to a compensating vessel. The bottom end is connected with the fermentation tank that contains the sample material and the inoculum. When detecting or measuring gas as specified in DIN 38414‐8 the gas volume produced is read off when the levels of the confining liquid in the eudiometer tube and in the levelling bottle are the same. Particular care should be taken that no confining liquid spills over the inner tube into the inoculum. sobre a solubilidade dos componentes do biogás no meio fermentativo; baixas máximas de pressão no sistema são uma vantagem. O nível esperado de produção de biogás deve ser tomado em consideração ao selecionar o medidor de gás. O biogás produzido no recipiente de fermentação deslocará o líquido confinado através do tubo portador de gás ao recipiente compensador. A produção específica de biogás será lida em uma escala anexada ao tubo portador de gás e indicará o volume padrão de gás. Cada célula medidora compreende um tubo portador de gás contendo o líquido confinado. Este tubo está ligado a um recipiente compensador. A terminaҫão inferior conecta‐se ao recipiente de fermentação que contém o substrato e o inóculo. Ao detectar ou medir gás assim como especificado no DIN 38414‐8 o volume de gás produzido será lido quando os níveis do líquido confinado no tubo do eudiômetro e no recipiente de compensaҫão são o mesmo. Um cuidado determinado deve ser tomado para que o líquido confinado não transborde ao recipiente de fermentaҫão. 4.2 Start of the experiment 4.2 Início do experimento The specific methane production can be measured in the laboratory using eudiometer‐measuring cells under controlled fermentation conditions. Fermentation of different variants is done in triplicates. The analyzed variants and the inoculum should be weighed out in a ratio of 1:3 or 1:2 (based on VS). If the expected biogas production from inoculum is high or the biogas production from the analyzed substrate is low, the ratio 1:2 should be preferred. But the ratio for all analyzed variants has to be the same. Inoculum should be produced according to the instructions described in section 4.2. Therefore before starting a new experiment, the following has to be analyzed: ‐ Dry matter and volatile dry matter content from each sample and ‐ Dry matter and volatile dry matter content from the inoculum A produção específica de metano pode ser medida em laboratório utilizando células de mediҫão do eudiômetro sob condições controladas de fermentação. Diferentes tratamentos serão realizados em três repetiҫões. Os tratamentos a analisar e o inóculo devem ser pesados em uma proporção de 1:3 ou 1:2 (com base na SV). Se a produção esperada de biogás do inóculo for alta ou a produção de biogás do substrato analisado for baixa, a proporção preferível é 1:2. Porém a quota de todas as variantes analisadas deve ser a mesma. O inóculo deve ser produzido de acordo às instruҫões descritas no ponto 4.2. Por isso, antes de iniciar um experimento: ‐ o teor de matéria seca e de sólidos voláteis de cada amostra e ‐ o teor de matéria seca e de sólidos voláteis do inóculo devem ser analisados. Cada rodada experimental deve ser acompanhada por 3‐6 fermentadores de controle contendo inóculo. Para assegurar‐se de que a atividade biológica do inóculo utilizado é adequada, um substrato cujo potencial de biogás seja conhecido também deve ser fermentado no experimento Batch. Este For each trial run, 3‐6 fermenters with inoculum are run as blank samples. To ensure that the biological activity of the inoculum being used is in order, a substrate whose biogas potential is known should be fermented as well in the batch. This reference substrate should User Manual ‐ 18 ‐ on the one hand not ferment too quickly and on the other should be completely degradable. One possible candidate here is microcrystalline cellulose. With 80 % conversion and taking the new formation of biomass into consideration, a gas quantity would be produced from it of 740 mlN g‐1 VS‐1 to 750 mlN g‐1 VS‐1. Each experiment 2 – 4 reference substrate should be analysed. Possible standards can be cellulose or sugar, dryed or fresh biomass. Even acetate can be used as a reference substrate when dissolved substrates are tested since it is 100 % anaerobically degradable. The substrate is also weighed into the fermentation vessel, mixed if necessary with water, and the vessel then carefully filled with inoculum to the desired volume. In this operational step it is not necessary to work in a nitrogen atmosphere. However, over‐intensive exchange with the ambient air should be avoided. Before the fermentation test vessels are closed the gas phase should be flushed with nitrogen so as to remove the residual oxygen from the gas phase. Due to aerobic degradation processes this would have a negative effect on the biogas yield. A gas‐tightness test must be performed at the start of the experiment. The expansion vessel with its lid only loosely screwed on and the septum tightly screwed on is lowered below the sealing liquid level in the measuring column. This creates negative pressure inside the eudiometer measuring cells. If the measuring cells are leaking anywhere, air is pulled into the device and the liquid level inside the column falls continuously. If the measuring cell is gas‐tight, the liquid level sinks by a few millimeters until pressure equalization is reached and remains at that level. The negative pressure should be applied for 30 to 60 minutes. Subsequently, the sealing liquid level should be increased to its original level (20 – 30 ml). During the course of the test, care should be taken that the fermentation material is sufficiently mixed. Regular mixing (such as shaking the vessels each day to fully resuspend the sediments and the scum layers) will suffice. substrato de referência não deve fermentar muito rapidamente e ao mesmo tempo deve ser completamente degradável. A celulose microcristalina é uma opҫão. Com a conversão de 80 % e levando em consideraҫão a nova formação de biomassa, seria produzida uma quantidade de gás de 740 mlN g‐1 SV‐1 a 750 mlN g‐1 SV‐1. Em cada experimento devem ser analisados 2 a 4 substratos de referência. Celulose ou açúcar e biomassa seca ou fresca podem servir de padrão. Também o acetato, este desde que as substâncias dissolvidas sejam testadas e apresentem 100 % degradabilidade em meio anaeróbio. O substrato deve ser pesado no recipiente de fermentaҫão, se necessário mesclado com a água, e o recipiente será então cuidadosamente preenchido com o inóculo até o volume desejado. Neste passo operacional não é necessário trabalhar em uma atmosfera de nitrogênio. Contudo, a troca intensiva com o ar ambiente deve ser evitada. Antes que os recipientes de fermentaҫão sejam fechados a fase gasosa deve ser lavada com nitrogênio para retirar o oxigênio residual. Processos de degradação aeróbia podem causar efeitos negativos sobre o rendimento do biogás. No início do experimento será efetuado um teste de vedaҫão do gás. O recipiente de compensaҫão irá baixar até níveis inferiores ao nível do líquido confinado na coluna de mediҫão somente quando a tampa for desrrosqueada soltando o septo.Dessa forma se reduz a pressão do interior da célula medidora do eudiômetro. Se a célula medidora estiver mal vedada em algum ponto o ar exterior será aspirado e o nível do líquido confinado na coluna medidora irá baixar continuamente. Se a célula medidora estiver bem vedada o líquido confinado irá baixar até a compensaҫão da pressão somente em alguns milímetros e permanecerá então constante. Uma baixa pressão deveria ser aplicada durante 30 a 60 minutos. Na sequência deve‐se posicionar o líquido confinado na posiҫão inicial (20 a 30 ml). No decorrer do experimento deve‐se cuidar para que o substrato seja devidamente mesclado. Uma mescla periódica (como sacudir os fermentadores diariamente para que o sedimento e a crosta entrem outra vez em suspensão) será suficiente. The biogas quantity should be read as frequently as is necessary to make the course of gas formation perfectly recognizable. This calls for daily readings at the beginning of the A produҫão de biogás deve ser lida com a frequencia necessária para que a evoluҫão da formação do gás seja claramente reconhecível. Isto requer leituras diárias no início das medições. Ao User Manual ‐ 19 ‐ measurements. Once the daily gas production falls, the frequency of reading can be reduced to once every two or three days. The methane content of the biogas should be determined at regular intervals; at least every time biogas is vented. It is not sufficient to determine the methane content just once during the entire test period as the methane content varies markedly during the course of the fermentation test. Over the course of these 40 days, the composition of the produced biogas should be determined daily at first and then every two to four days. The portable gas analyzer (accuracy of measurement ± 1‐3 % of the reading) can be used to determine the methane concentration (CH4) of the biogas. The gas analyzer should be calibrated with test gas (60 % CH4 and 40 % CO2) prior to each measurement. O2, H2S and H2 concentrations can be measured simultaneously with the methane concentration in the headspace of the fermenter using the portable gas analyzer “Dräger X‐am 7000”. Dräger measurement tubes of type 5/b 8101941 (measuring range 5‐100 ppm) can be used to determine the NH3 concentration in biogas. entrar a produção de gás diária em declínio, a frequência da leitura pode ser reduzida a uma vez cada dois ou três dias. O conteúdo de metano do biogás deve ser determinado em intervalos regulares; pelo menos cada vez que o biogás seja liberado. Determinar o conteúdo de metano somente uma vez durante todo o experimento não é suficiente, pois este sofre marcadas variaҫões durante a evoluҫão do experimento. No decorrer de 40 dias, a constituiҫão do biogás produzido deve ser inicialmente determinada diariamente e posteriormente a cada dois a quatro dias. Um analisador de gás portátil (precisão da medição: ± 1‐3 % da leitura) pode ser utilizado para determinar a concentração do metano (CH4) no biogás. O analisador de gás deve ser calibrado com o gás experimental (60 % CH4 und 40 % CO2) antes de cada medição. Concentrações de O2, H2S e H2 podem ser medidas simultaneamente com as concentrações de metano no reservatório de gás do fermentador utilizando‐se um analisador de gás portátil. Utilizar tubos de medição Dräger tipo 5/b 8101941 (medindo entre 5 e 100 ppm) para a determinação da concentração de NH3 no biogás. 4.3 End of experiment 4.3 Fim do experimento Inoculum and substrates to be analysed were fermented for about min. 40 days in an eudiometer under anaerobic conditions and control of the pH value. The test is continued until only a small volume of biogas forms. The criterion for terminating the test is when the daily biogas rate is equivalent to only 1 % of the total volume of biogas produced up to that time. Normally the great majority of the biogas is formed within the first week of the fermentation trial. At the end of the test the pH value of the material in the fermentation test vessel should be determined and recorded. O inóculo e os substratos a serem analisados devem ser fermentados por no mínimo 40 dias em um eudiômetro sob condições anaeróbias e sob controle do pH. Será dado prosseguimento ao teste até que somente um pequeno volume de biogás seja formado. O critério para encerrar o teste é o registro de uma taxa de biogás diária equiv. a 1 % do volume total do biogás produzido até então. Normalmente a grande maioria do biogás é formada na primeira semana do experimento. No fim do experimento o valor de pH do material no recipiente de fermentação deve ser determinado e registrado. 4.4 Analysis during/after experiments 4.4 Análises durante e depois dos experimentos The pH value of the fermentation medium can be controlled at the beginning and over the course of the fermentation (every 10 days) using a glass electrode. The pH value trend and the fatty acid spectrum are important indicators for the quality and stability of the anaerobic fermentation. O valor do pH do meio de fermentação pode ser controlado no começo e no decorrer da fermentação (cada 10 dias) usando um eletrodo de vidro. A tendência do valor do pH e o espectro de ácidos graxos presentes são indicadores importantes da qualidade e estabilidade da fermentação anaeróbia. User Manual ‐ 20 ‐ Concentration analysis of volatile fatty acids in the fermenter content at the beginning (3rd day of experiment) and at the end of fermentation can be performed by gas chromatography (GC‐Carlo Erba 5000, separating column: DB‐FFAP 15 m length; 0.53 mm ID; 1µm layer). The concentration of the following fatty acids can be determined: Acetic acid (HAC), propanoic acid (PRO), isobutyric acid (i‐
BIT), butyric acid (n‐BUT), isovaleric acid (i‐VAL), valeric acid (n‐VAL), and caproic acid (CAP). Pode‐se analisar a concentração de ácidos graxos voláteis no substrato ao início (3°. dia) e ao final da fermentação através de cromatografia em fase gasosa (GC‐Carlo Erba 5000, coluna separada: DB‐
FFAP 15 m de comprimento; ID de 0,53 mm; 1 µm de camada). A concentração dos seguintes ácidos graxos pode ser determinada: ácido acético (HAC), ácido propiônico (PRO), ácido iso‐butírico (i‐BIT), ácido butírico (n‐BUT), ácido iso‐valérico (i‐VAL), ácido valérico (n‐VAL) e ácido capróico (CAP). 4.5 Evaluation of the results 4.5 Avaliaҫão dos resultados It is in some cases difficult to distinguish problems with the fermentation from other properties. Problems will occur when the biology is not capable of converting immediately the quantity of substrate which is to be processed. Inhibition is frequently time‐limited or only results in a decelerated degradation process. Figure 1 shows some typical shapes for biogas cumulative frequency curves. The net biogas production in the diagram is the difference between the biogas production from the substrate in the test less the biogas production from the inoculum. Figure 1: Typical cumulative frequency curves of biogas production Em alguns casos é difícil diferenciar problemas na fermentação de outras propriedades. Os problemas ocorrem quando a biologia não é capaz de realizar a conversão imediata da quantidade de substrato a ser processado. A inibição ocorre freqüentemente por um tempo limitado ou somente gera um processo de degradação lento. A figura 1 mostra algumas formas típicas das curvas de frequência acumulada de biogás. A produção líquida de biogás é a diferença entre a produção de biogás do substrato no teste de fermentaҫão e a produção de biogás do inóculo. Easily convertible substances are converted rapidly into biogas and the corresponding curve is characterized by a steep increase in the accumulated biogas quantity. Substances which degrade with difficulty (such as substances containing lignin, a few fats) exhibit a retarded gas formation curve. The shape of this curve can also Figura 1: Curvas típicas de frequência acumulada da produҫão de biogás Substâncias facilmente conversíveis são transformadas rapidamente em biogás e a curva correspondente é caracterizada por um aumento íngreme na quantidade acumulada de biogás. Substâncias dificilmente dagradáveis (como as que contêm lignina, alguns lipídios) exibem uma curva retardada de formação de gás. Esta forma de curva User Manual ‐ 21 ‐ be due to slight inhibition. If degradation takes place in two stages (the curve resembles stairway steps), this may be due to a two‐phase decomposition (diauxia). Strong or complete inhibition results in a negative net biogas production – in other words, gas formation is less than the batch from the zero sample. também pode ser devido a uma leve inibição. Se a degradação ocorrer em duas etapas (curva semelhante a degraus de escadaria), isto pode ser devido a uma decomposição de duas fases (diauxia). A inibição forte ou completa resulta em uma produção negativa de biogás – em outras palavras, há menor formação de gás que no fermentador da amostra nula. 4.6 Calculation 4.6 Cálculo 4.6.1 Calculation of the specific methane 4.6.1 Cálculo do rendimento específico de yield metano Standard volume of gas Volume padrão de gás The standard volume of gas produced was O volume padrão de gás produzido deve ser calculated for each eudiometer cell: calculado para cada célula medidora de eudiômetro: V0dr = V ∙ (p ‐ pw) ∙ T0 p0 ∙ T V0dr volume of dry gas at standard state, in mlN V volume of gas as read off, in ml P pressure of gas phase at time of reading, in hPa pw vapor pressure of water as function of temperature of ambient space, in hPa T0 standard temperature; T0 = 273 K p0 standard pressure; p0 = 1013 hPa T temperature of fermentation gas or ambient space, in K Composition of dry biogas The composition of dry biogas produced was calculated for each eudiometer cell. The concentrations of methane and biogas were analyzed simultaneously Ccorr.dr = CCH4 ∙ Ccorr.dr CCH4 CCO2 100 CCH4 + CCO2 V0sc = V ∙ (1)
(3)
(p ‐ pw) ∙ T0 p0 ∙ T (2)
V0sc V p vol. de gás seco em estado padrão, em mlN volume de gás na leitura, em ml pressão da fase de gás no momento da leitura, em hPa pw pressão do vapor de água em função da temperatura ambiente, em hPa T0 temperatura padrão; T0 = 273 K p0 pressão padrão; p0 = 1013 hPa T temperatura do gás da fermentaҫão ou temperatura ambiente, em K Composição do biogás seco A composição do biogás seco produzido deve ser calculada para cada célula medidora de eudiômetro. As concentrações de metano e de biogás são analisadas simultaneamente. Ccorr.sc = CCH4 ∙ 100 CCH4 + CCO2 (4)
corrected concentration of biogas Ccorr.sc concentraҫão de biogás no gás seco component in dry gas, in % by volume corrigida, em % do volume measured methane concentration in gas, CCH4 concentraҫão de metano no gás (medida), in % by volume em % do volume measured carbon dioxide concentration in CCO2 concentraҫão de dióxido de carbono no gas, in % by volume gás (medido), em % do volume Gas production of inoculum and corrected Produção de gás do inóculo e volume padrão do standard volume of gas gás corrigido In order to calculate the gas production of sample Para calcular a produção de gás da amostragem, a material, the gas production of inoculum has to be produção de gás do inóculo deve ser subtraída do User Manual ‐ 22 ‐ subtracted from the standard volume of gas. VIN(corr.) =  VIN ∙ mIN mM VIN(corr.) gas volume released from inoculum, mlN volume padrão de gás. (5)
in  VIN total of gas volumes in test with seeding sludge for test duration under consideration, in mlN mIIN mass of inoculum used for the mixture, in g mM mass of the inoculum used in control test, in g Specific biogas production of sample material Biogas, produced in a certain period of time, in standard liter (IN) in relation to ignition loss mass of sample material, stated in lN kg VS‐1. VS =  Vn ∙ 104 m ∙ DM ∙ VS (7)
VIN(corr.) =  VIN ∙ mIN mM (6)
VIN(corr.) volume de gás liberado pelo inóculo, em mlN  VIN total do volume de gás do teste com inóculo considerando o tempo de duraҫão do experimento, em mlN mIIN massa do inóculo usado na mistura, em g mM massa do inóculo usado no teste de controle, em g Produção específica de biogás da amostragem Biogás produzido em determinado período de tempo em litro padrão em relação aos sólidos voláteis da amostra, em lN kg VS‐1. VS = VS specific biogas production relative to SV ignition loss mass during test period, in lN kgVS  Vn m DM VS net gas volume of substrate or reference substrate for test duration under consideration, in mlN mass of weighed‐in substrate or reference substrate, in g dry matter content of sample in % fresh matter volatile solids of sample in % dry matter  Vn  Vn ∙ 104 m ∙ DM ∙ SV (8)
produção específica de biogás em relaҫão aos sólidos voláteis durante o período do experimento, em lN kgSV volume (líquido) de gás do substrato ou substrato de referência para o decorrer do experimento em consideração, em mlN m massa do substrato pesado ou substrato de referência, em g MS conteúdo de matéria seca da amostra em % de matéria fresca SV sólidos voláteis da amostra em % de matéria seca Specific methane production of sample material Produção específica de metano da amostra To obtain the actual methane production of the Para obter a produção de metano da amostra em sample material in relation to the weighed‐in relação ao seu peso, a produção de gás do inóculo sample amount, the gas production of the deve ser subtraída do volume total produzido. inoculum has to be subtracted from the total volume produced. Cumulative biogas respectively methane Biogás cumulativo respectivo à produção de production metano Specific biogas respectively methane production O biogás específico respectivo ao volume da volumes of sample material, calculated for single produção de metano da amostra, calculado por time periods, were cumulated. unidade de tempo, deve ser cumulativo. User Manual 5
‐ 23 ‐ Combination Results batch 6 Combinação dos resultados do experiments with chemical analysis
experimento de batelada com as análises químicas 5.1 Calculation of convertibility of energy 5.1 Cálculo da conversibilidade energética The calculation of the convertibility of energy can be done by two ways. A) Determination of convertibility of gross energy of biomass in methane energy of biogas The higher heating value of biomass, HHV, also called gross calorific value, can be determined by the bomb calorimetricmethod according to DIN 51900 T3 (testing of solid and liquid fuels, determination of gross calorific value by the bomb calorimeter and calculation of net calorific value; method with adiabatic jacket). A crucible with a pellet containing about 1 g biomass materialwas inserted into the bomb. After closing the bomb it was filled with oxygen (purity 99.99%) under a pressure of 30 bar. The bomb was placed in the adiabatic calorimetric equipment filled with water and the sample ignited electrically. The resulting increase of the water temperature allows the calculation of the HHV of the sample. The heat capacity of the calorimeter was determined using benzoic acid as reference substance. Typical analysis errors for biomass samples are in the range of ±60 kJ/kg. The gross energy content of biomass is used for the balancing of converted energy in anaerobic fermentation. Therefore, the methane yield measured in batch‐fermenter experiments is related to the measured gross energy content of biomass. B) Determination of the proportion of converted methane potential of biomass The calculated methane yield according to Buswell and Müller (1952) and Boyle (1976) is used for the balancing of carbon converted into methane during anaerobic fermentation. Therefore, the methane yield measured in batch‐fermenter experiments is related to the calculated methane yield. CH4 converted [%] = CH4 measured CH4 calculated O cálculo da conversibilidade energética pode ser efetuada de dois modos. A) Determinação da conversibilidade da energia bruta da biomassa em energia de metano do biogás O maior valor de aquecimento da biomassa, HHV, também chamado valor calorífico bruto, pode ser determinado pelo método de bomba calorimétrica segundo o DIN 51900 T3 (teste de combustíveis sólidos e líquidos, determinação do valor calorífico bruto pela bomba calorimétrica e cálculo do valor calorífico líquido; método de jaqueta adiabática). Um cadinho com uma pastilha contendo cerca de 1g de biomassa deve ser inserida na bomba. Depois de fechar a bomba deve‐se preencher com oxigênio (pureza 99.99 %) sob 30 bar de pressão. A bomba deve ser colocada no equipamento de calorimetria preenchido com água e a amostra ligada eletricamente. O aumento da temperatura da água permite o cálculo do HHV da amostra. A capacidade de calor da bomba calorimétrica será determinada usando ácido benzóico como substância de referência. Erros típicos de análise de amostras de biomassa variam entre ±60 kJ/kg. O conteúdo de energia bruta da biomassa é utilizado para o balanҫo da energia convertida na fermentação anaeróbia. Portanto, o rendimento do metano medido nos experimentos de batelada está relacionado ao conteúdo de energia bruta da biomassa. B) Determinação da proporção do potencial de conversão de metano da biomassa O rendimento de metano calculado segundo Buswell e Müller (1952) e Boyle (1976) é utilizado para fazer o balanҫo do carbono convertido em metano durante a fermentação anaeróbia. Por isso, o rendimento do metano medido nos experimentos de Batch está relacionado ao rendimento do metano calculado. CH4 convertido [%] = CH4 medido CH4 calculado CH4 converted proportion (%) of converted methane CH4 convertido proporҫão (%) do potencial de potential conversão em metano User Manual ‐ 24 ‐ CH4 measured measured methane (lN kg VS‐1) in CH4 medido batch fermenter experiments CH4 calculated calculated methane potential (lN kg VS‐1) according to Buswell and CH4 calculado Müller (1952) and Boyle (1976) metano medido (lN kg SV‐1) em fermentadores de experimentos Batch potencial de metano calculado (lN kg SV‐1) de acordo a Buswell e Müller (1952) e Boyle (1976) 5.2 Evaluation of the results of chemical element analysis according to Buswell & Müller (1952) and Boyle (1976) 5.2 Avaliação dos resultados da análise química elementar segundo Buswell e Müller (1952) e Boyle (1976) The contents of C, H, N, S in a sample can be measured by standard methods of elemental analysis. About 2–3 mg of sample was incinerated at 1000 °C in oxygen atmosphere and the final reaction products CO2, H2O, N2 and SO2 quantitatively determined by gas chromatography using a thermal conduction detector. Typical analysis errors for biomass samples are in the range of ±0.3 mass%. The results of the chemical element analysis can be utilized for the calculation of theoretical biogas and methane yields and concentrations of the trace gases ammonia and hydrogen sulfide. The calculations were done using the formula (Boyle 1976): Teores de C, H, N, S podem ser medidos por métodos padrões de análise elementar. Aproximadamente 2‐3 mg da amostra deve ser incinerado em 1000 °C em oxigênio atmosf. e os produtos finais da reaҫão como CO2, H2O, N2 e SO2 devem ser quantitativamente determinados por gás cromatografia com um detector de condução termal. Erros típicos de análise de amostras de biomassa variam entre ±0,3 % de massa. Os resultados da análise química elementar podem ser utilizados para o cálculo do biogás teórico, do rendimento do metano e das concentrações de gases presentes em quantidades mínimas como amônia e sulfito de hidrogênio. Os cálculos foram feitos usando a fórmula (Boyle 1976): The calculated methane yield according to Buswell and Müller (1952) and Boyle (1976) is used for the balancing of carbon converted into methane during anaerobic fermentation. Therefore, the methane yield measured in batch‐fermenter experiments is related to the calculated methane yield. Example: Calculation of the biogas and methane potential using the example of glucose, starch/cellulose, and a maize sample. One mole of glucose has a molecular weight of 180 g. Therefore, one kilogram of glucose is equivalent to 5.55 mol. Glucose is converted as follows: C6H12O6  3 CH4 + 3 CO2 One mole of gas has a volume of 22.4 l. Therefore, the gas yield of 1 kg of cellulose can be calculated to 373.3 lN(kg VS)‐1 CH4 and 373.3 lN(kg VS)‐1 CO2 in an anaerobic microbial process. One mole of glucose in form of cellulose or starch O rendimento do metano calculado segundo Buswell e Müller (1952) e Boyle (1976) é utilizado para o balanҫo de carbono convertido em metano durante a fermentação anaeróbia. Por isso, o rendimento do metano medido em experimentos Batch está relacionado ao rendimento do metano calculado. Exemplo: Cálculo do potencial de biogás e de metano utilizando o exemplo da glicose, amido/celulose e uma amostra de milho. Um mol de glucose tem o peso molecular de 180 g. Por isso, um quilograma de glicose é equivalente a 5,55 mol. A glicose é convertida como se segue: C6H12O6  3 CH4 + 3 CO2 Um mol de gás tem um volume de 22,4 l. Portanto, o rendimento de gás de 1 kg de celulose pode ser calculado a 373,3 lN(kg SV)‐1 CH4 e 373,3 lN(kg SV)‐1 CO2 em um processo microbial anaeróbio. Um mol de glucose em forma de celulose ou amido User Manual ‐ 25 ‐ corresponds to 162 g. Therefore, 1 kg of cellulose or starch is equivalent to 6.18 mol of glucose. According to these specifications, one kilogram of cellulose or starch can be converted to 414.8 lN(kg VS)‐1 CH4 und 414.8 lN(kg VS)‐1 CO2 in an anaerobic microbial process. One example of the molecular composition of maize is 37.6 % C, 59.1% H, and 29.8 % O. According to Buswell and Müller (1952) and Boyle (1976) this substrate can produce 18.74 mole of CH4 and 18.86 mole of CO2. This corresponds to 419.7 lN(kg VS)‐1 CH4 and 422.5 lN(kg VS)‐1 CO2. Table 1 depicts biogas yields and resulting methane concentrations calculated according to Buswell & Müller (1952) and Boyle (1976) and on basis of chemical element (C, H, O, S) concentrations of different nutrients. The table gives (bibliographical) references and results of own calculations. equivale a 162 g. Portanto, 1 kg de celulose ou amido é equivalente a 6,18 mol de glucose. Segundo estas especificações, um quilograma de celulose ou amido pode ser convertido em 414,8 lN(kg VS)‐1 CH4 e 414,8 lN(kg SV)‐1 CO2 em um processo microbial anaeróbio. Um exemplo da composição molecular do milho é 37,6 % C, 59,1 % H e 29,8 % O. Segundo Buswell e Müller (1952) e Boyle (1976) este substrato pode produzir 18,74 mol de CH4 e 18,86 mol de CO2. Isso corresponde a 419,7 lN(kg VS)‐1 CH4 e 422,5 lN(kg VS)‐1 CO2. A tabela 1 mostra os rendimentos do biogás e as concentrações de metano calculadas segundo Buswell e Müller (1952) e Boyle (1976) com base às concentrações dos elementos químicos (C, H, O, S) de diferentes nutrientes. A tabela dá referências (bibliográficas) e resultados de cálculos próprios. Table 1. Biogas yield and methane concentration Tabela 1: Rendimento de biogás e concentração de according to Buswell & Müller 1952 and Boyle 1976 metano segundo Buswell & Müller 1952 e 1976 Boyle e and bibliographical references referências bibliográficas Biogas yield
(lN/kg VS) Methane (%) PB 800 60 XL LT 1390 72 H‐CEL H‐CEL 829 50 CEL CEL 829 50 Starch amido 829 50 Sugar aҫúcar 746 50 Org. residues Resíduos orgânicos 800 50 NfE ENN 750 50 XF FB 750 50 Glycerin Glicerina 730 58,3 Methanol Metanol 699 75 ADL LDA 0 0 Nutrient (English) Nutrinte (Português) XP The theoretical methane yields given in the result section were calculated by multiplying the chemically determined ingredient contents by the respective value given in Table 1. Lignin can not be degraded by anaerobic processes (Call und Mücke, 1997) and therefore was set to 0 lN. Os rendimentos teóricos do metano foram calculados multiplicando‐se os conteúdos dos componentes quimicamente determinados pelo respectivo valor dado na tabela 1. A lignina não pode ser degradada por processos anaeróbios (Call e Mücke, 1997) e por isso foi estabelecido em 0 lN. User Manual 6
‐ 26 ‐ Apendix 6 Apêndice
Check lists and record I)
Sampling and storage record Protocolos I) Protocolo de amostragem e de armazenamento II)
Sample preparation record II) Protocolo de preparação das amostras III)
Check list and record: Production of III) Protocolo: Produҫão do Inóculo inoculum IV)
Check list and record: start of IV) Protocolo: Início do Experimento experiment V)
Check list and record: Batch VI) Protocolo: Experimento de batelada: fermentation test: data recording registro de dados VII)
Check list and record: End of the VI) Protocolo: Fim do experimento experiment Handout for the laboratory Anotaҫões de Laboratório I)
Dry matter I) Matéria seca II)
Volatile solids II) Sólidos voláteis III)
Production of inoculum III) Produҫão do inóculo IV)
Production of the sealing liquid IV) Produҫão do líquido confinado de acordo according to DIN 38 414 part 10 com o DIN 38 414 parte 10 User Manual ‐ 27 ‐ Check lists and record Protocolos User Manual I)
‐ 28 ‐ Sampling and storage record Protocolo da Amostragem e do Armazenamento PROTOCOLO DA AMOSTRAGEM E DO ARMAZENAMENTO A) INFORMAÇÕES GERAIS COMISSIONADO POR: NOME DO AMOSTRADOR: INSTITUIÇÃO/PROJETO: DATA DA AMOSTRAGEM: HORÁRIO DE COLETA: DATA E HORÁRIO DA ENTRADA DA AMOSTRA NO LABORATÓRIO: B) INFORMAÇÕES RELACIONADAS À LOCALIDADE DE AMOSTRAGEM PONTO DA AMOSTRAGEM: VOLUME E FORMA DE ARMAZENAMENTO: DURAÇÃO DE ARMAZENAMENTO: INFLUÊNCIAS QUE AFETAM O MATERIAL (POR EXEMPLO, CLIMA): C) EXAME SENSORIAL ORGANOLÉPTICO TIPO DE MATERIAL, ORIGEM E COMPOSIÇÃO: CONSISTÊNCIA: HOMOGENEIDADE: OUTRAS CARACTERÍSTICAS: D) AMOSTRAGEM DISPOSITIVO DE AMOSTRAGEM: PROCEDIMENTO DE AMOSTRAGEM: PROCEDIMENTO DE PREPARAÇÃO DA AMOSTRAGEM: NÚMERO DE SUBAMOSTRAS: OBSERVAÇÕES DURANTE A AMOSTRAGEM: E) TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DE AMOSTRAS (EM CASO DE RESFRIAMENTO INDICAR A TEMPERATURA): CONSERVAÇÃO LOCAL DATA _____________________________ ___________________________ ASSINATURA DO AMOSTRADOR ASSINATURA DO RECEPTOR User Manual II)
‐ 29 ‐ Sample preparation record Protocolo da Preparaҫão da Amostra PROTOCOLO DA PREPARAÇÃO DA AMOSTRA A) INFORMAÇÕES GERAIS COMISSIONADO POR: NOME DO AMOSTRADOR: INSTITUIÇÃO/PROJETO: DATA DA AMOSTRAGEM: HORÁRIO DE COLETA: DATA E HORÁRIO DA ENTRADA DA AMOSTRA NO LABORATÓRIO: B) EXECUÇÃO DA PREPARAÇÃO DA AMOSTRA MASSA DA AMOSTRA, EM kg: SEPARAÇÃO DE INTERFERENTES: QUANTIDADE DE INTERFERENTES, EM kg: TIPO DE INTERFERENTES: FRAÇÃO ABAIXO DE 10mm, EM kg: FRAÇÃO ACIMA DE 10mm, EM kg: Grading MÉTODO UTILIZADO PARA REDUÇÃO DAS PARTÍCULAS ABAIXO DE 10 mm TIPO DE HOMOGEINIZAÇÃO: (SE APLICÁVEL) VARIAÇÃO DA GRANULOMETRIA DO MATERIAL DE FERMENTAÇÃO TEMPO LIMITE PARA ARMEZANAMENTO: LOCAL DATA ____________________________________ ASSINATURA DO EDITOR DO PROTOCOLO User Manual ‐ 30 ‐ III) Check list and record: Production of inoculum Protocolo da Produҫão do Inóculo PROTOCOLO DA PRODUÇÃO DO INÓCULO A) INFORMAÇÕES GERAIS COMISSIONADO POR: NOME DO COLETOR: INSTITUIÇÃO/PROJETO: DATA DE COLETA: HORÁRIO DE COLETA: DATA E HORÁRIO DA ENTRADA DO INÓCULO NO LABORATÓRIO: B) INFORMAÇÕES RELACIONADAS À LOCALIDADE DE COLETA DO INÓCULO PONTO DA COLETA: VOLUME E FORMA DE ARMAZENAMENTO: DURAÇÃO DE ARMAZENAMENTO: INFLUÊNCIAS QUE AFETAM O MATERIAL (POR EXEMPLO, CLIMA): C) EXAME SENSORIAL ORGANOLÉPTICO TIPO DE MATERIAL, ORIGEM E COMPOSIÇÃO: CONSISTÊNCIA: HOMOGENEIDADE: OUTRAS CARACTERÍSTICAS: ‐ pH ‐ Temperatura no momento da coleta D) COLETA DE INÓCULO DISPOSITIVO DE COLETA: PROCEDIMENTO DE COLETA: NÚMERO DE SUBAMOSTRAS: OBSERVAÇÕES DURANTE A COLETA: E) TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DO INÓCULO CONSERVAÇÃO LOCAL DATA F) ALIMENTAÇÃO DO INÓCULO TIPO DE ALIMENTO FREQUÊNCIA DE ALIMENTAÇÃO VOLUME DE ALIMENTAÇÃO _____________________________ ___________________________ ASSINATURA DO AMOSTRADOR ASSINATURA DO RECEPTOR User Manual ‐ 31 ‐ Handout for the laboratory Procedimento técnico do laboratório User Manual I)
‐ 32 ‐ Dry matter / Matéria seca a. Registrar a identificação do cadinho (número) em planilha adequada. b. Pesar o cadinho de porcelana vazio, utilizando balança analítica de precisão 0,0001 g; c. Registrar o peso no formulário eletrônico específico. d. Acrescentar aproximadamente 2 a 5 g da amostra; e. Registrar o peso do cadinho mais a amostra no formulário eletrônico. f. Secar o cadinho contendo a amostra durante uma noite em estufa à aproximadamente 105ºC. g. Retirar o cadinho da estufa; h. Deixar no dessecador em temperatura ambiente por aproximadamente 45 minutos; i. Pesar o cadinho contendo a amostra seca; j. Registrar o peso na planilha de análise. k. Descartar a amostra seca; l. Limpar o cadinho; m. Manter o cadinho armazenado em estufa à aproximadamente 105ºC, até a próxima determinação. Referências Normativas e Bibliográficas WINDHAM, W. R. (Ed.) Animal feed. In: CUNNIFF, P. (Ed.) Official methods of analysis of AOAC international. 16. Arlington: AOAC ed. Internatinal, 1995. v. 1, cap. 4, p.1. User Manual II)
‐ 33 ‐ Volatile solids / Sólidos voláteis Verificações Preliminares a. Limpar os cadinhos. b. Calcinar os cadinhos em mufla a 570 ºC (550 – 600 ºC) por no mínimo 30 minutos; c. Retirar os cadinhos da mufla quando a temperatura estiver entre 200 a 300ºC; d. Transferir os cadinhos da mufla para um dessecador e manter por no mínimo 45 minutos (até temperatura ambiente); e. Assegurar que tenha sido realizada a verificação da calibração da balança e registrada no formulário específico antes do uso. f. Qualquer situação não prevista neste procedimento, deverá ser comunicado imediatamente ao responsável Técnico do laboratório. Medidas de Segurança a. Transportar os dessecadores com extremo cuidado; b. Verificar a corrente elétrica dos equipamentos antes de conectá‐los à rede de força, observando o estado de conservação e identificação das tomadas. c. Usar EPI e/ou EPC quando requeridos para a realização do ensaio que são: guarda‐pó, luvas de látex, óculos de proteção, máscara, outros. Execução do Ensaio a. Registrar a identificação do cadinho (número) na planilha; b. Pesar o cadinho de porcelana vazio, utilizando balança e registrar o peso na planilha de análise. c. Pesar de 2 a 5 g da amostra, transferir para o cadinho e registrar o peso do cadinho mais amostra na planilha. d. Com o auxílio de uma bandeja, levar os cadinhos com amostra para a mufla; e. Calcinar com incremento gradual de temperatura: 250 ºC por 30 minutos, 350 ºC por 15 minutos, 450 ºC por 15 minutos e 570 ºC (550 – 600 ºC) por 3 horas; f. Cronometrar o tempo com o auxílio de um timer; g. Desligar a mufla; User Manual ‐ 34 ‐ h. Quando a temperatura da mufla estiver entre 200 e 300ºC, transferir o cadinho com amostra para um dessecador e manter por no mínimo 45 minutos (até temperatura ambiente); i. Pesar o cadinho com amostra calcinada e registrar o peso na planilha e no documento eletrônico. j. Descartar o resíduo na lixeira “orgânicos”. OBS: Não obtendo cinzas claras após a calcinação, recomenda‐se a adição de 2 a 3 gotas de HNO3 p.a., ou água oxigenada 30 volumes, ou água destilada e o retorno a mufla por no mínimo uma hora. Referências Normativas e Bibliográficas a. WINDHAM, W. R. (Ed.) Animal feed. In: CUNNIFF, P. (Ed.) Official methods of analysis of OAC international. 16. ed. Arlington: AOAC Internatinal, 1995. v. 1, cap. 4, p. 4. User Manual I)
‐ 35 ‐ Production of inoculum/Produção do inóculo Informações gerais O inóculo influi na qualidade dos resultados dos experimentos de fermentação anaeróbia. É muito importante que o inóculo tenha as mesmas propriedades em todos os experimentos. O inóculo ideal deve ter as seguintes propriedades: ‐ A atividade microbiana deve ser tão elevada quanto possível. ‐ Os microrganismos devem ser capazes de digerir tipos diferentes de biomassa. ‐ A produção de biogás do inóculo deve ser baixa (menor que 2 % do rendimento de biogás da amostra de biomassa). ‐ As partículas do inóculo devem apresentar um diâmetro menor que 2 mm. ‐ Deve de ser possível a tomada de uma amostra representativa e homogênea do tanque de armazenamento Produҫão do inóculo O inóculo compõe‐se de uma mistura entre o inóculo padrão e o resíduo da fermentação de 3 biodigestores. Os biodigestores devem digerir plantas energéticas e resíduos orgânicos. O inóculo padrão deve ser alimentado diariamente com o material que será analisado nos experimentos. A carga orgânica de entrada diária deve ser de 1,5 kg SV por m³. Três semanas antes de começar um novo experimento o inóculo padrão deve ser mesclado com o resíduo de fermentação de 3 fermentadores. Não deve ser alimentado nas próximas semanas. Uma semana antes de começar um novo experimento de fermentação anaeróbia, a atividade microbiana do inóculo deve ser testada com a celulose. User Manual IV) ‐ 36 ‐ Production of the sealing liquid according to DIN 38 414 part 10/
Produção do líquido confinado segundo o DIN 38414 parte 10 Reagentes ‐ Ácido sulfúrico H2SO4 ( = 1.84 g / ml) ‐ Carbonato de sódio Decahydrate (Na2SO410 H2O) ‐ Diluição de methyl orange (0,1 g de sal methyl orange‐sodium em 10 ml de água destilada) Procedimento ‐ 30 ml de ácido sulfúrico é acrescentado a 1 l de água destilada ‐ 200 g de carbonato de sódio Decahydrato é dissolvido na água quente (40‐50°C) ‐ Algumas gotas da diluição de methyl orange são acrescentadas à diluição  a cor se modifica para laranja avermelhado. Observação ‐ o carbonato de sódio Decahydrato pode cristalizar‐se em baixas temperaturas.