II Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos

II Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos Agropecuários e
Agroindustriais
TITULO: ESTUDO DO TRATAMENTO DE MANIPUEIRA EM BIODIGESTORES
ANAERÓBIOS DE FASES SEPARADAS.
Santos, M.B. 1*; Miranda, R.M.B.1; Paula, L.G.A. 2; Cezar, V.R.S.3; Souza, I.P.1
*Graduandos no Curso Superior Tecnológico de Gestão Ambiental pelo Instituto Federal,
1
Campus de Marechal Deodoro, pesquisadores na área aproveitamento de resíduos sólidos e
líquidos.
2
Pós-graduando em Engenharia Ambiental pela União das Faculdades de Alagoas.
3
Professor Doutor do Instituto Federal de Alagoas, possui pesquisas na área de Energia na
Agricultura com ênfase em aproveitamento de resíduos agroindustriais. Coordenador da pesquisa.
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo estudar o uso de biodigestores de fases
separadas no tratamento da manipueira nas condições climáticas do Estado de Alagoas.
Os biodigestores foram construídos no Campus Marechal Deodoro do Instituto Federal de
Alagoas, com o volume útil total de 80 litros, sendo 20 litros no acidogênico e 60 no
metanogênico, operados com tempo de retenção hidráulica de quatro dias. O biodigestor
metanogênico foi inoculado com esterco bovino fresco e, após a adaptação dos microorganismos, iniciou-se a experimentação quantificando a produção do biogás e a
eficiência do sistema no tratamento de manipueira. O abastecimento dos biodigestores
com manipueira foi de forma gradativa, inicialmente com 3% de manipueira diluída em
água, aumentada para 5% e após 25%, observando o comportamento do pH no interior
do biodigestor metanogênico. Ao término do experimento, concluiu-se que com o aumento
da concentração de manipueira houve a necessidade de correção do pH e o aumento da
produção de biogás.
Palavras chave: Biogás, resíduo orgânico, tratamento, biodigestão.
STUDY OF TREATMENT OF MANIPUEIRA IN SEPARATE PHASES OF ANAEROBIC
DIGESTERS
ABSTRACT
The main objective of this work is studying the use of the digester with separated phases
in the cassava wastewater treatment emphasizing the analysis of the biogas production
proceeding from the treatment and the efficiency of the ‘biodigestor’ with the increase of
the residue’s concentration. An anaerobic reactor with ascendant flood and separated
phases was built in the Federal Institute of Alagoas. The acidogenic volume of the reactor
is 20L and the matanogenic is 60 L while the hydraulic retention time,4 days. The
metanogenic reactor was inoculated with fresh bovine’s manure and the study of the
cassava wastewater treatment and biogas’ production had started after the adaptation of
microbial. The supply of the reactors was realized, in the beginning, with 3% of
‘manipueira’ which was gradually in increase to 5% e 25%, noticing the PH inside the
reactor for the increasing because this parameter denotes the adaptation of the
metanogenic bacterias. In the end of the experiment it was concluded that because of the
increase of cassava wastewater concentration there’s a necessity to correct the PH of the
effluent and that the biogas’ production gained growth due to the concentration of cassava
wastewater, besides that it was evidenced that the utilization of NaOH increases the
quantity of total solids in the system exit.
Keywords: biogas, cassava wastewater, organic residue, treatment, biodigestion
INTRODUÇÃO
A produção da farinha é responsável pela subsistência de mais de 25 mil famílias,
cujas economias domésticas estão ligadas em toda a cadeia produtiva e suas mais de
600 casas de farinha que existe no Estado de Alagoas nos 20 mil hectares de plantio da
raiz (SEBRAE, 2006). Atualmente a manipueira é descartada de forma inadequada,
promovendo impactos ambientais. Segundo Fioretto et al. (2001), a cada 3 quilos de
massa ralada prensada é gerado 1 litro de manipueira e 1 tonelada processada/dia do
resíduo, polui o equivalente a população de 230 a 300 habitantes/dia. Na tentativa de
diminuir os custos da sua produção e com o intuito de solucionar os problemas do
tratamento da manipueira e a demanda energética, o CERAT/UNESP indica o uso de
biodigestores anaeróbios, em função da produção de metano e biofertilizante.
MATERIAIS E MÉTODOS
O experimento foi conduzido no Instituto Federal de Alagoas - Campus Marechal
Deodoro (IF/AL), localizado no município de Marechal Deodoro-Alagoas, sob
coordenadas 09°42’36” de latitude Sul e 35°53’42” de longitude Oeste (Ministério de
Minas e Energia, 2005).
Os biodigestores anaeróbios modelo UASB, foram montados a partir de tubos de
PVC (Policloreto de Vinila), tendo o acidogênico um volume útil de 20L litros, o
metanogênico 60 e o gasômetro com capacidade de armazenar 20L de biogás.
A manipueira utilizada no abastecimento dos biodigestores foi proveniente de uma
casa de farinha comunitária localizada no município de Junqueiro - Alagoas. Esse resíduo
foi coletado após a prensagem da massa de mandioca, antes do descarte na lagoa de
estabilização.
Os biodigestores foram alimentados com a mistura de água e manipueira nas
proporções 3%; 5% e 25%.
Após a partida dos biodigestores foram coletadas amostras do efluente nos
seguintes pontos: na entrada do afluente do reator acidogênico (E.A), saída do efluente
do reator acidogênico (S.A.), saída do efluente do reator metanogênico (S.M.).
O sistema foi operado com tempo de retenção hidráulica (TRH) de 1 dia no
biodigestor acidogênico e de 3 dias no biodigestor metanogênico.
O monitoramento foi feito através de leituras diárias de pH, análises de sólidos
totais, alcalinidade total e acidez volátil, sendo estas última realizadas duas vezes por
semana.
A determinação das concentrações de sólidos totais e leitura do pH, foram
segundo metodologias citadas no LANARV (1988).
A determinação da alcalinidade e acidez volátil foi de acordo com a metodologia
de Silva (1977).
O volume de biogás produzido diariamente foi determinado através do gasômetro
de PVC com selo d`água, sendo este obtido através da medida de deslocamento vertical
do gasômetro, multiplicando-se pela área de seção transversal interna do gasômetro
(0,0176 m²). O deslocamento vertical do gasômetro foi verificado utilizando-se régua
milimetrada. Após cada leitura, o biogás era liberado e inflamado, utilizando-se o registro
de descarga. A produção do biogás foi quantificada segundo Barana (2000), utilizando-se
a expressão que resulta da combinação das leis de Boyle e Gay-Lussac para a correção
do volume do biogás.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Após a partida do sistema, verificou-se que o efluente apresenta uma rápida
fermentação, elevando as concentrações de ácidos orgânicos no meio. A produção
desses ácidos orgânicos fez com que diminuísse o pH do efluente, deixando-o abaixo da
faixa ideal para o desenvolvimento dos microorganismos metanogênicos. A ocorrência da
elevada produção de ácidos é devido à presença de amido na manipueira, o qual é de
fácil fermentação em função da sua simples estrutura molecular. Portanto, para contornar
o problema da acidificação foi necessário a correção do efluente com uma solução a 30%
de NaOH.
Isto foi verificado no efluente após a passagem pelo biodigestor acidogênico,
afetando o desenvolvimento dos microorganismos metanogênicos, que deixam de
produzir metano, ocasionando o aumento na concentração dos ácidos orgânicos voláteis,
como pode ser observado quando o sistema foi operado com a carga de 5% de
manipueira.
Segundo Ribas (2003), as bactérias hidrogenotróficas são responsáveis pela
eliminação de hidrogênio e formação de metano e apresentam um tempo de duplicação
de 8 a 10 horas, enquanto que as bactérias hidrolíticas, formadoras de ácidos, têm um
tempo de duplicação de 30 minutos, situação que pode conduzir ao declínio da atividade
metanogênica devido ao acúmulo de hidrogênio. Nas concentrações acima de 5% ocorreu
a necessidade de correção do pH do efluente antes da entrada do biodigestor no
metanogênico, devido ficar abaixo de 6,0, o qual não corresponde a faixa ideal.
Segundo Silveira (2009), a adição de hidróxido de sódio causa um aumento na
concentração de sólidos totais. No entanto, esse fator isoladamente não justifica o fato do
efluente de entrada deste experimento apresentar sólidos totais de 1,38 e sair do reator
com 1,49, surgindo a hipótese de que o aumento da geração de biogás, decorrente do
aumento na concentração de manipueira, pode carrear as partículas de lodo junto as
bolhas de metano para a saída do reator, ocasionando acréscimo no percentual de
sólidos totais.
Neste experimento, os resultados obtidos para alcalinidade total e acidez volátil, no
reator metanogênico, foi de 2.055,3mg/L e de 3.434,6 mg/L respectivamente, enquanto no
estudo de Barana (2000), no tratamento de efluentes com estabilização de NaOH 50%,
seus resultados foram diferentes dos obtidos neste, sendo 7.440 mg/L alcalinidade total e
11.230 mg/L de acidez volátil, notando-se que a alcalinidade do efluente é maior no
trabalho da autora supracitada.
Feiden (2001), afirma que a relação AV/AT no processo anaeróbio em sistema de
duas fases tratando efluente de fecularia pode permanecer maior que 1,0, quando há
correção do pH. Observou-se neste estudo que a relação AV/AT foi de 1,6 não
promovendo instabilidade do sistema.
Os resultados da geração de biogás foram de 0,41 litros para a concentração de
3%, 0,44 para a de 5% e 0,90 para a de 25% de manipueira. Portanto, os resultados
demonstraram que houve um aumento de biogás de acordo com a elevação da
concentração do efluente.
CONCLUSÂO
Com o aumento da concentração de manipueira ocorreu a necessidade de correção do
pH do efluente;
Verificou-se o aumento da produção de biogás em função da concentração de
manipueira;
A relação AV/AT acima de 1,0 não comprometeu a estabilidade do sistema de tratamento.
REFERÊNCIAS
BARANA, A.C. Avaliação de Tratamento de Manipueira em Biodigestores Fase
Acidogênica e Metanogênica.
Botucatu, 2000. 82p. Tese (Doutorado em
Agronomia/Energia na Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade
Estadual Paulista, UNESP.
CABELLO, E. P.; SCOGONAMIGLIO, F. P.; TERÀN, F. J. C. Tratamento de Vinhaça em
reatores anaeróbios de leito fluidizado. Engenharia Ambiental – Espírito Santo do
Pinhal, Vol.6, nº1, pag. 321-338, jan./abril 2009.
FEIDEN, A.;Tratamento de águas residuárias de industrias de fécula de mandioca
através de biodigestor anaeróbio com separação de fases em escala piloto.In:
Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho” Faculdade de Ciências
Agronômicas de Botucatu,2001.São Paulo.
FIORETTO, A.M. Et al. Manejo, uso e tratamento de subprodutos da industrialização
da mandioca. São Paulo: Fundação Gargil, 2001. 320p. (Série cultura de tuberosa
amiláceas Latino Americana, v.4).
LANARV Laboratório Nacional de Referência Vegetal. Métodos oficiais. Brasília,
Ministério da Agricultura, 1988.104p.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, SECRETARIA DE GEOLOGIA, MINERAÇÃO E
TRANSFORMAÇÃO MINERAL, Diagnóstico do município de Marechal Deodoro,
Agosto, 2005.
RIBAS, Maria. Composição da estabilização da manipueira com calcário e hidróxido
de sódio na fase acidogênica da biodigestão anaeróbia e uso do biofertilizante.
Botucatu, 2003. Dissertação (Mestrado- Área de concentração em energia na agricultura)
Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP.
SEBRAE, Manual de Referência para Casas de Farinha: Boas Práticas de Fabricação
diagnósticas ambiental Saúde e Segurança no trabalho. Ergonomia Projeto
Arquitetônico, 2006.
SILVA, M. O. S. A. Análise Físico-Química para o Controle de Estação de Tratamento
de Esgoto. São Paulo: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, 1977. 266p
SILVEIRA,D.A.; MONTEGGIA,L.O.; MIRANDA,L.A.S. Lisse alcalina do axcesso de lodo
de industria alimentícia .In: 24º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA
SANITÁRIA E AMBIENTAL,2009. CD-ROM.