Valorização de resíduos agro-industriais por processos de digestão anaeróbia

Abstract

O biogás é uma fonte de energia promissora com grandes benefícios ambientais no tratamento de resíduos e na redução das emissões de gases de efeito estufa. O biogás é produzido em processos de digestão em condições anaeróbias, nos quais, a matéria orgânica complexa é degradada pela ação de diferentes microrganismos. Este trabalho tem como principal objetivo avaliar o potencial de produção de biogás da digestão anaeróbia a partir de resíduo de figo, à escala laboratorial. O reator operou em condições mesofílicas (37±2 ºC), por via húmida (composição de TS inferior a 15 g/ L), e em regime batch. O inóculo utilizado foram lamas de digestão anaeróbia recolhidas numa ETAR municipal. De modo a monitorizar o processo, foram medidas diversas variáveis, designadamente o pH, a alcalinidade total (TA), alcalinidade parcial (PA), ácidos gordos voláteis (VFA), os sólidos suspensos totais (TSS), os sólidos suspensos voláteis (TSS), a amónia e a carência química de oxigénio solúvel (sCOD). Relativamente à fase gasosa foi determinado o volume de biogás produzido e a composição de metano do mesmo. A caracterização do resíduo incluiu a determinação dos sólidos totais (TS), sólidos voláteis (VS), carbono total (TC), azoto Kjeldahl (TKN), carência química de oxigénio total (tCOD) e o pH. A caracterização das lamas envolveu a determinação dos TSS, VSS, TC, densidade, TKN, solúvel (sCOD), alcalinidade total e parcial e a composição de VFA. Globalmente, realizaram-se dois tipos de ensaios, E.1 e E.2, com diferentes condições operatórias relativamente ao volume efetivo do reator (1,7 e 3 L) e à razão substrato/ inóculo (3:1 e 1:1 g VS substrato/ g VS inoculo) respetivamente. No ensaio E.1 a produção específica de biogás (SBP) foi de 165 L/ kg-VS num tempo de digestão de 51 dias. Nos primeiros dias da digestão obteve-se uma diminuição do pH (de 7,5 a 5,4) pelo que a produção de biogás ficou inibida durante 2 dias. O objetivo do ensaio E.2 foi tomar ações corretivas de modo a que a produção de biogás ocorresse de modo gradual. A produção específica de biogás (SBP) obtida do ensaio E.2 foi de 208 L/ kg-VS, num tempo de digestão de 43 dias. O valor mínimo registado do pH foi de 6,1 e o máximo da concentração de VFA foi de 2060 mg/L. Este estudo mostrou que o resíduo de figo pode ser usado como substrato no processo de digestão anaeróbia, podendo o biogás ser aproveitado para produzir energia pela combustão do metano.

Biogas is a promising renewable energy source due to its significant ambient benefits such as waste treatment and greenhouse gases reduction. Biogas production is a complex process where organic matter is degraded in anaerobic conditions by different kinds of microorganisms. The main objective of this study is to analyse the biogas potential production from fig waste, at laboratory scale. A single batch reactor was operated in mesophilic (37±2º C) and wet anaerobic conditions. Sewage sludge from a municipal wastewater treatment plant, was used as inoculum. Experiments were monitored by determination of pH, total alkalinity (TA), partial alkalinity (PA), volatile fat acids (VFA), total suspended solid (TSS), volatile suspended solid (VSS), ammonium and soluble chemical oxygen demand (sCOD). Regarding gaseous phase, the volume of biogas produced and its methane composition were determined. Substrate characterization included the analysis of total solids (TS), volatile solid (VS), total carbon (TC), total Kjeldalh nitrogen (TKN), COD and pH. Characterization of sewage sludge included TSS, VSS, TC, density, TKN, sCOD, TA, PA and VFA parameters. Two kinds of experiments were carried out, E.1 and E.2, with different operating conditions in terms of volume (1,7 and 3 L) and substrate to inoculum ratio (3:1 and 1:1 g VS substrate/ g VS inoculums). Specific biogas production (SBP) obtained from E.1 experiment was 165 L/kg-VS at 51 days of digesting time. During the star-up of E.1 experiment, pH decreased, and as consequence, biogas production was inhibited for two days. The objective of the E.2 experiment was to take corrective actions that ensure a proper perform of biogas production process. The SBP obtained from E.2 experiment was 208 L/kg-VS at 43 days of digesting time. The lowest pH result obtained during E.2 experiment was 6,1 and the maximum value of VFA was 2060 mg/L. This study showed that fig waste can be used as a substrate to anaerobic digestion process. Moreover, methane produced could be used as a source of energy.