isis dos anjos silva produção de biogás em sistemas de

Transcrição

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA
Dissertação de Mestrado
Isis dos Anjos Silva
PRODUÇÃO DE BIOGÁS EM SISTEMAS DE
PRODUÇÃO DE LEITE DE BOVINOS, COM E SEM
SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS NOS SUBSTRATOS
SANTO ANDRÉ – SP
2014
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA
Dissertação de Mestrado
ISIS DOS ANJOS SILVA
PRODUÇÃO DE BIOGÁS EM SISTEMAS DE PRODUÇÃO DE
LEITE DE BOVINOS, COM E SEM SEPARAÇÃO DE
SÓLIDOS NOS SUBSTRATOS
Dissertação
apresentada
à
Universidade
Federal do ABC (UFABC) como parte das
exigências do Curso de Pós-Graduação em
Energia, para obtenção do título de Mestre.
Orientadora: Juliana Tófano de Campos Leite Toneli
SANTO ANDRÉ – SP
2014
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca da Universidade Federal do ABC
Silva, Isis dos Anjos
Produção de biogás em sistemas de produção de leite de bovinos, com e sem separação
de sólidos nos substratos / Isis dos Anjos Silva — Santo André : Universidade Federal do ABC,
2014.
85 fls.
Orientador: Profa. Juliana Tófano de Campos Leite Toneli
Dissertação (Mestrado) — Universidade Federal do ABC, Curso de Pós-graduação em
Energia, 2014.
1. Biogás 2. Biodigestor 3. Dejetos 4. Bovinos leiteiros 5. Separação de sólidos I. Toneli,
Juliana Tófano de Campos Leite. II. Programa de Pós-graduação em Energia, 2014, III. Título.
CDD 22 ed. 333.79
“É necessário fazer outras perguntas, ir atrás
das indagações que produzem o novo saber,
observar com outros olhares através da história
pessoal e coletiva, evitando a empáfia daqueles e
daquelas que supõem já estar de posse do
conhecimento e da certeza.”
(Mário Sérgio Cortella)
Dedico esse trabalho àquelas pessoas sem a qual, a minha formação não poderia ter sido
realizada:
À minha tia-avó Inaide, a pessoa que sempre me incentivou nos
estudos e me ensinou que o aprendizado é único „bem‟ que nunca
poderá ser subtraído de nós. Mostrou-me como a vida é, e deve ser,
feita de momentos simples sendo um grande exemplo de mulher que me
proporcionou o privilégio do convívio, grandes momentos e histórias ao
seu lado.A você meu eterno reconhecimento, agradecimento e amor.
A minha mãe Iara por ser essa grande mulher, inteligente e um exemplo de força e
dedicação. É a responsável pelas melhores referências que adquiri ao longo dos
anos. Obrigada por sempre me apoiar e estar presente. A você minha eterna
gratidão e um amor incondicional.
Ao meu pai Dilson e a minha irmã Isadora, por terem me
proporcionado uma infância feliz e serem responsáveis pelas melhores
lembranças da época, sendo insubstituíveis na minha formação. Obrigada por
fazerem parte da minha vida, amo muito vocês.
Ao meu irmão Camilo pela amizade e companheirismo e ser um exemplo de
dedicação e foco. Você é uma pessoa muito, muito especial, te amo! A você minha
eterna admiração e respeito.
A minha sobrinha Lara Abigail, que chegou a pouco tempo nesse mundo e tem
uma longa jornada a seguir, que você tenha a oportunidade de crescer próxima de
todas essas referências que me ajudaram a ser quem sou. Sempre vou estar ao seu
lado, obrigada por existir. A você meu eterno amor.
Ao meu padrasto, Roberto, por ter sido um maravilhoso segundo pai, por estar sempre
ao nosso lado e presente nas mais diversas situações. Obrigada por toda paciência. A
você carinho, amor e respeito.
A todos meus amigos: de infância, da escola, da universidade, da „rua‟, da vida (...), sem a
presença de vocês na minha vida, sem dúvidas, tudo seria mais difícil! Obrigada sempre pelo
apoio e amor e tornar a vida mais leve como ela deve ser.
AGRADECIMENTOS
Ao meu primeiro orientador, Prof. Dr. Jorge de Lucas Jr, pela sua ‗eterna orientação‘ e
amizade. Seu incentivo e dedicação foram fundamentais para a concretização desse feito.
Você é um educador exemplar, um dos melhores seres humanos que já conheci. Você é um
exemplo a ser seguido e serve de inspiração para muitas pessoas. Obrigada pela oportunidade
e por fazer parte da minha vida.
A minha orientadora Profa. Dra. Juliana Tófano de Campos Leite Toneli pela amizade e
apoio nos momentos difíceis e, principalmente, pela infinita paciência. Obrigada por tudo!
Você é, de longe, uma das pessoas mais lindas que conheci além da inteligência, dedicação e
de todo o talento que possui. Foi uma honra ser sua orientanda e espero, um dia, ser um terço
da pessoa que você. Muito obrigada.
Aos membros da banca examinadora, Profa. Dra. Roseli Frederigi Benassi e Prof. Dr.
Giovani Candiani, pela compreensão e por todas as correções, sendo muito valiosas as suas
contribuições no aperfeiçoamento desse trabalho.
À Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV) da Universidade Estadual
Paulista (UNESP) de Jaboticabal (SP) pelo apoio e, em especial, ao Laboratório de
Biodigestão Anaeróbia e todos seus funcionários que contribuíram em diversas etapas desse
projeto e por viabilizar os experimentos e as análises desse trabalho.
À Fazenda Campestre, por abrirem as portas para a realização desse estudo e contribuírem
com o conhecimento em campo e coleta de amostras e dados para realização desse trabalho.
À Universidade Federal do ABC pela oportunidade e pelo apoio e pelo conhecimento. A
todos os professores e funcionários que colaboraram, de forma direta ou indireta, para a
realização desse trabalho.
A todos aqueles que, de alguma forma, contribuíram para a realização desse trabalho.
Resumo
RESUMO
Nesse trabalho, objetivou-se avaliar a produção de biogás durante o processo de biodigestão
anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros, com e sem a separação de sólidos, em duas etapas:
na Etapa 1, foi realizada a biodigestão em 16 biodigestores do tipo batelada, com volume útil
de 2L, abastecidos com dejetos obtidos em 4 diferentes condições: (1) o dejeto in natura após
a lavagem dos pisos dos estábulos; (2) após o separador de sólidos; (3) após o separador de
sólidos e um decantador de areia e (4) com o dejeto sólido retido no separador de sólidos
diluído em água. O tempo de retenção hidráulica foi de 196 dias. As maiores reduções de
sólidos voláteis (SV) foram obtidas para os biodigestores abastecidos com os dejetos que
passaram por algum processo de separação de sólidos e o maior potencial de produção de
metano (CH4) foi de 0,2686 m³ de CH4 kg-1 de SV adicionados para os biodigestores
abastecidos com os dejetos após o separador de sólidos, porém as maiores produções de
biogás ocorreram nos biodigestores sem a separação de sólidos. Na Etapa 2, foi realizada a
biodigestão em 8 biodigestores do tipo contínuo, abastecidos com dejetos sem separação da
fração sólida e com separação da fração sólida em uma peneira de malha de 1,0 mm. O
experimento foi conduzido durante 23 semanas e foi convencionado um período, após a
estabilização do biodigestor de 5 semanas para avaliar o processo de biodigestão. Os
potenciais de produção de metano (CH4) foram superiores para os biodigestores com
separação de sólidos sendo de 0,2407 m³ de CH4 kg-1 de SV adicionados e nos biodigestores
sem a separação esse valor foi de 0,2101 m³ de CH4 kg-1 de SV adicionados. Na produção de
biogás os biodigestores sem a separação da fração sólida obtiveram valores superiores sendo
de 0,0456 m³ biogás kg-1 de dejeto enquanto nos biodigestores com a separação da fração
sólida a produção foi de 0,0318m³ de biogás kg-1 de dejeto, porém o teor médio de metano foi
mais elevado nos biodigestores com a separação de sólidos (66,5%). Observaram-se melhores
potenciais de produção de biogás e metano quando ocorre uma redução na concentração de
sólidos nos dejetos e, nesse caso, os tempos de retenção hidráulica podem ser reduzidos, o que
reduz o volume do biodigestor e custos de implantação e de manutenção. Nos casos em que
haja limitação de área e não seja desejável a mecanização ou manutenção dos biodigestores, a
separação de sólidos é mais vantajosa, mas o resíduo separado deve ter uma destinação
adequada para tratamento. Se o interesse for energético e não houver limitação de área, a não
separação de sólidos propicia maiores ganhos, porém, o biodigestor necessitará de maior
manutenção.
Palavras-chave: Biogás, Biodigestor, Dejetos, Bovinos Leiteiros, Separação de Sólidos.
Abstract
ABSTRACT
This research work aimed to evaluate the biogas production during the anaerobic biodigestion
process of dairy cattle manure, with and without solids separation, in two stages: In the step 1,
16 biodigesters of the batch type were used, each one with 2L of capacity, supplied with
manures in four different conditions : (1) The pure manure, after washing of the floors of the
free stall system; (2) manure after the solids separator; (3) manure after the solids separator
and sand decanter and (4) manure with the solid retained in separator solids, dissolved in
water . The hydraulic retention time was of 196 days. The highest reductions of volatile solids
(VS) were obtained for the biodigesters supplied with manure that went through some process
of solids separation. The highest potential of methane production(CH4) obtained was of
0.2686 m³ CH4 kg -1 of added VS, supplied to digesters with manure after solids separator,
but the highest biogas production occurred in the biodigesters without solids separation. In
Step 2, 8 of the continuous type biodigestors were used. The biodigesters were supplied with
manure without separation of the solid fraction and with separation of the solid fraction in a
sieve of 1.0 mm. The experiment was performed for 23 weeks and a period of 5 weeks, after
the stabilization of the biodigesters, was established, to evaluate the biodigestion process. The
potential of methane production (CH4) was higher for biodigestors with solids separation,
being of 0.2407 m³ CH4 kg-1 of added VS and for the biodigestors without solids separation,
this value was of 0.2101 m³ CH4 kg-1 added VS. In the production of Biogas, the biodigestors
without solid fraction separation showed higher values being 0.0456 m³ biogas kg-1 manure
while for the biodigestors with the separation of the solid fraction, the production was of
0.0318 m³ biogas kg-1 manure. The average methane content was higher in biodigestors with
solids separation (66.5%). The best potential for biogas and methane production was observed
when there was a reduction of the solids concentration in manure and, in this case, the
hydraulic retention time can be reduced, which reduces the volume of the biodigester and the
cost of implementation and maintenance. In cases where there are an area limitation or the
maintenance and mechanization of the biodigestors are not desirable, the separation of solids
is advantageous, but the separated solids shall have an appropriate destination for treatment. If
the interest is the energy and there is not any area limitation, the solids separation doesn‘t
provide greater gains, however, the biodigester will require more maintenance.
KEYWORDS: Biogas, Biodigester, Manure, Dairy Cattle, Solid Separation.
Lista de Tabelas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Composição média do Biogás................................................................................ 19
Tabela 2– Produção de Biogás de Bovinos ........................................................................... 20
Tabela 3-– Produção de Dejetos (L) e Sólidos Totais (%) da Fazenda Campestre ........... 39
Tabela 4- Tempo de operação, vazão de sólidos no separador, em kg/h, produção de
dejetos sólidos, em kg, teores de sólidos totais, em % e kg e densidade da fração sólida,
em kg/m3. ................................................................................................................................. 40
Tabela 5- Teores médios de sólidos totais (ST), em % e kg, e redução de ST para os
biodigestores com DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET. ....................................... 41
Tabela 6- Teores médios de sólidos voláteis (SV), em % e kg, e redução de SV para os
biodigestores com DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET. ....................................... 42
Tabela 7- Produção de biogás acumulada em sete dias, nos biodigestores bateladas
abastecidos com DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET ........................................... 44
Tabela 8- Produção de metano acumulada em sete dias, nos biodigestores bateladas
abastecidos com DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET e valores máximos e
médios, em %, alcançados em cada tipo de dejeto .............................................................. 47
Tabela 9- Potenciais de produção de biogás, expressos em m3 de biogás por kg de dejeto,
por kg de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) adicionados (adic) e por kg de SV
reduzidos (red) ........................................................................................................................ 48
Tabela 10- Potenciais de produção de metano, expressos em m3 de metano por kg de
dejeto por kg de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) adicionados (adic) e por kg de
SV reduzidos (red) .................................................................................................................. 50
Tabela 11- Estimativa da produção diária de metano para a Fazenda Campestre (285
vacas) ....................................................................................................................................... 52
Tabela 12 - Teores médios de sólidos totais (ST), em % e kg, e redução de ST para os
biodigestores sem separação da fração sólida (SSFS) e com separação da fração sólida
(CSFS) ...................................................................................................................................... 53
Tabela 13- Teores médios de sólidos voláteis (SV), em % e kg, e redução de SV para os os
biodigestores com SSFS e CSFS. .......................................................................................... 53
Tabela 14- Produção diária de biogás nos biodigestores sem separação a fração sólida
(SSFS) e com separação da fração sólida (CSFS) ................................................................ 56
Tabela 15 - Produções médias diárias de metano obtidas durante um período de 5
semanas .................................................................................................................................... 58
Lista de Tabelas
Tabela 16- Potenciais de produção de biogás, expressos em m3 de biogás por kg de dejeto
por kg de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) adicionados (adic) e por kg de SV
reduzidos (red) ........................................................................................................................ 60
Tabela 17- Potenciais de produção de metano gás, expressos em m3 de metano por kg de
dejeto, por kg de ST e SV adicionados e por kg de SV reduzidos. ..................................... 61
Tabela 18 - Vantagens de Desvantagens da separação de sólidos ....................................... 63
Lista de Figuras
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Produção de dejetos segundo a produtividade de leite . ....................................... 8
Figura 2- Fases da biodigestão anaeróbia na geração de biogás. ....................................... 13
Figura 3- Representação tridimensional em corte do Biodigestor Modelo Batelada ....... 17
Figura 4 - Representação tridimensional em corte do Biodigestor Modelo Chinês do
Biodigestor Modelo Indiano. ................................................................................................. 17
Figura 5 – Seção Transversal do Biogestor Modelo Tubular .............................................. 18
Figura 6- Localização do Município de São Pedro (SP). . ................................................... 25
Figura 7- Sala de Ordenha..................................................................................................... 25
Figura 8 - Instalações dos Animais – Free Stall ................................................................... 25
Figura 9 - Limpeza das Instalações ....................................................................................... 26
Figura 10 - Homogeneização dos dejetos .............................................................................. 26
Figura 11- Sólidos Separados ................................................................................................ 27
Figura 12- Separador de Sólidos ........................................................................................... 27
Figura 13- Caixas para decantação de areia ........................................................................ 27
Figura 14- Detalhe da Tubulação de Saída dos Dejetos após a passagem pela caixa de
decantação de areia ................................................................................................................ 27
Figura 15 - Fluxograma do processo de coleta e de separação de sólidos dos dejetos
utilizados no experimento. ..................................................................................................... 28
Figura 16 – Esquema do Mini-Biodigestor Batelada .......................................................... 29
Figura 17- Biodigestores utilizados no experimento ........................................................... 30
Figura 18 - Peneiramento dos Dejetos para Separação dos Sólidos .................................. 32
Figura 19 - Abastecimento dos Biodigestor .......................................................................... 32
Figura 20 - Descarga do Biodigestor ..................................................................................... 32
Figura 21 - Corte transversal dos biodigestores tubulares utilizados no experimento .... 33
Figura 22- Esquema dos gasômetros utilizados no experimento ...................................... 34
Figura 23- Biodigestores contínuos utilizados no experimento .......................................... 34
Figura 24 - Produção acumulada de biogás (%) em biodigestores batelada operados com
dejetos de vacas leiteiras obtidos após a lavagem dos pisos do estábulo (DEJ-INN), bem
como das frações obtidas após o separador de sólidos (DEJ-SEP e SOL-RET) e após o
decantador de areia (DEJ-DEC). .......................................................................................... 45
Lista de Figuras
Figura 25- Produções médias diárias de metano em biodigestores batelada operados com
dejetos de vacas leiteiras obtidos após a lavagem dos pisos do estábulo (DEJ-INN), bem
como das frações obtidas após o separador de sólidos (DEJ-SEP e SOL-RET) e após o
decantador de areia (DEJ-DEC) ........................................................................................... 46
Figura 26- Produção de biogás (m³), no período de 100 dias de experimento, em
biodigestores contínuos, TRH de 30 dias e operados com dejetos de vacas leiteiras
obtidos com o dejetos sem separação de sólidos (SSFS) e com separação de sólidos
(CSFS) ...................................................................................................................................... 55
Figura 27- Produção de metano (m³), no período de 5 semanas de experimento
selecionado, em biodigestores contínuos, TRH de 30 dias e operados com dejetos de
bovinos leiteiros obtidos com o dejetos sem separação de sólidos (SSFS) e com
separação de sólidos (CSFS) .................................................................................................. 57
Sumário
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇAO ................................................................................................................ 1
2.
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ................................................................................ 3
3.
OBJETIVOS ..................................................................................................................... 4
3.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 4
3.2 Objetivos Específicos .................................................................................................... 4
4.
REVISÃO DA LITERATURA ........................................................................................ 5
4.1 A Bovinocultura e a Produção de Leite ...................................................................... 5
4.2 Caracterização e Produção dos Dejetos Bovinos ....................................................... 7
4.3 Potencial de Aproveitamento dos Dejetos .................................................................. 9
4.4 Os Sistemas de Produção de Leite e a Viabilidade Econômica para Produção de
Biogás ................................................................................................................................... 10
4.5 A Biodigestão Anaeróbia e os Fatores que a Influenciam ...................................... 12
4.6 Biodigestores ............................................................................................................... 16
4.7 O Biogás e Seus Usos .................................................................................................. 19
4.8 Separação de Sólidos .................................................................................................. 22
5.
MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................ 24
5.1 ETAPA 1- Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás dos dejetos
de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em biodigestores do tipo batelada ........... 24
5.1.1
Descrição do Local .............................................................................................. 24
5.1.2
Sistema de Manejo e Coleta dos Dejetos ............................................................. 26
5.1.3
Quantificação da Produção de Dejetos e de Sólidos .......................................... 27
5.1.4
Ensaio de Biodigestão Anaeróbia e Abastecimentos dos Biodigestores ............ 28
5.1.5
Estrutura dos Biodigestores ................................................................................ 29
5.1.6
Descrição das Análises Realizadas...................................................................... 30
5.2 ETAPA 2 - Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás a partir dos
dejetos de bovinos leiteiros do Setor de Bovinocultura de Leite da UNESP Jaboticabal
em biodigestores contínuos ................................................................................................ 31
5.2.1
Descrição do local ................................................................................................ 31
5.2.2
Abastecimento dos Biodigestores ........................................................................ 31
Sumário
5.2.3
Estrutura dos Biodigestores: ............................................................................... 33
5.2.4
Descrição das Análises Realizadas...................................................................... 34
5.3 Métodos Empregados ................................................................................................. 36
6.
5.3.1
Teores de Sólidos Totais e Teores de Sólidos Voláteis ......................................... 36
5.3.2
Densidade da Fração Sólida ............................................................................... 37
5.3.3
Determinação da Produção do Biogás ............................................................... 37
5.3.4
Potenciais de Produção de Biogás e de Metano ................................................. 38
5.3.5
Determinação da Composição do Biogás ........................................................... 38
5.3.6
Análise Estatística dos Dados.............................................................................. 38
RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................. 39
6.1 ETAPA 1 - Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás a partir
dos dejetos de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em biodigestores do tipo
batelada ............................................................................................................................... 39
6.1.1
Quantificação da Produção de Dejetos e de Sólidos .......................................... 39
6.1.2
Redução dos Sólidos Totais e Voláteis ................................................................. 40
6.1.3
Produção de Biogás e Metano............................................................................. 43
6.1.4
Potencial de produção de metano ....................................................................... 48
6.2 ETAPA 2 - Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás a partir dos
dejetos de bovinos leiteiros do Setor de Bovinocultura de Leite da UNESP Jaboticabal
em biodigestores contínuos ................................................................................................ 53
6.2.1
Redução dos Sólidos Totais e Voláteis ................................................................. 53
6.2.2
Produção de Biogás e Metano............................................................................. 54
6.2.3
Potencial de Produção de Biogás e Metano ....................................................... 59
7.
CONCLUSÕES............................................................................................................... 62
8.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 64
Introdução
1. INTRODUÇÃO
O Brasil é grande produtor mundial do setor de agropecuária e, consequentemente, é
um grande produtor de rejeitos provenientes desse tipo de atividade. Os dejetos animais mais
comuns na agropecuária brasileira (bovinos, suínos e aves) são grandes fontes poluidoras e
devido à sua composição físico-química rica em determinados elementos químicos como o
fósforo e o nitrogênio de modo que se não forem destinados adequadamente, podem poluir o
solo, a água e o ar, causando um grande impacto negativo sobre o meio.
No setor de produção de leite bovino, o Brasil é um dos maiores do mundo e, nas
últimas décadas, sua produção cresceu a taxas superiores às do crescimento da população.
Considerando os dejetos desses animais como grandes fontes poluidoras, tem-se a
necessidade do uso de técnicas eficientes para o tratamento adequado dos mesmos.
Entre as possibilidades de tratamento, pode-se ressaltar o uso do processo de
biodigestão anaeróbia que não só contribui para a redução do poder poluente dos resíduos,
mas também agrega valor à produção, tendo como produtos finais o biofertilizante e o biogás
que podem ser utilizados, respectivamente, para fertirrigação e como fonte energética
renovável, minimizando os gastos com fertilizantes minerais e energia elétrica, por exemplo.
O biogás é uma opção de fonte de energia a baixo custo a qual já é difundida em
vários países e vem apresentando resultados favoráveis. Apesar de serem conhecidos há
muito tempo, só mais recentemente os processos de obtenção de biogás vêm se
desenvolvendo em maior amplitude, objetivando sua utilização com fins energéticos.
O desenvolvimento de tecnologias que utilizem fontes renováveis de energia é um
atrativo, tanto ambiental como social, pois elas possibilitam a utilização de fontes de
suprimento descentralizadas e em pequena escala, e isto se torna fundamental para o
desenvolvimento sustentável. Assim, a produção de energia elétrica a partir da biomassa,
atualmente, é muito defendida como uma alternativa importante para países em
desenvolvimento e também em outros países. Considerados um dos principais causadores de
problemas ambientais no agronegócio, os dejetos gerados na criação de animais estão sendo
aproveitados para a geração de gás combustível e fertilizante, onde esta matéria orgânica é
utilizada como substrato para bactérias hidrolíticas e metanogênicas (bactérias formadoras de
gás metano) responsáveis pela produção de biogás.
Os biodigestores (equipamentos que conferem condições adequadas para que ocorra a
1
Introdução
biodigestão anaeróbia) têm sido alvo de grande destaque, tendo em vista a demanda por
energia e consequente busca por fontes alternativas, ressaltando que os biodigestores são
importantes no intenso processo de modernização da agropecuária, que demanda energia e
gera resíduos animais e de culturas que podem ocasionar problemas de ordem sanitária.
Diante do exposto, torna-se necessário o desenvolvimento de pesquisas, não somente
como proposta de modelos de produção sustentável, mas também como forma de incrementar
o lucro gerado na atividade, por meio de produção de biogás e biofertilizante.
Este trabalho foi realizado com o objetivo de, considerando o modelo de manejo de
dejetos da produção de leite bovino com gado confinado no Brasil, quantificar a produção e
qualificar a separação de sólidos dos dejetos bovinos e, assim, melhorar as taxas de
degradação dos resíduos de bovinos no processo de biodigestão anaeróbia, buscando maiores
rendimentos na geração de biogás, além de contribuir com informações que viabilizem a
sustentabilidade na criação de bovinos leiteiros em sistemas intensivos.
2
Estrutura da Dissertação
2. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
O desenvolvimento da Dissertação foi embasado na obtenção e no tratamento de
dados que permitiram avaliar a influência da presença de sólidos em dejetos de bovinos
leiteiros sobre o processo de biodigestão anaeróbia, considerando o potencial de produção de
biogás e metano. Desta forma, foi divida em duas etapas.
Na Etapa 1, denominada ―Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás
a partir dos dejetos de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em biodigestores do tipo
batelada‖, foi realizada a coleta de dados e de dejetos em uma fazenda (Fazenda Campestre)
localizada no município de São Pedro (SP). A partir dos dados coletados, foram estimadas
produções de dejetos e de sólidos na fazenda e os dejetos foram submetidos à biodigestão
anaeróbia em biodigestores do tipo batelada e foi determinada a produção de biogás, para
diferentes concentrações de sólidos.
Na Etapa 2, denominada ―Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás
a partir dos dejetos de bovinos leiteiros do Setor de Bovinocultura de Leite da UNESP
Jaboticabal em biodigestores do tipo contínuo‖, foi estimada a produção de biogás, como
ocorreria no campo, a partir do tratamento dos dejetos bovinos via biodigestão anaeróbia em
biodigestores do tipo contínuo, com diferentes concentrações de sólidos.
3
Objetivos
3. OBJETIVOS
3.1
Objetivo Geral
Esse trabalho teve como objetivo geral estudar o efeito da separação de sólidos sobre
a produção de biogás a partir de dejetos de bovino leiteiros em biodigestores batelada e
contínuo.
3.2
Objetivos Específicos
ETAPA 1: Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás a partir dos
dejetos de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em biodigestores do tipo batelada

Caracterizar o manejo dos resíduos da Fazenda Campestre e quantificar a produção de
dejetos e de sólidos;

avaliar o efeito da separação de sólidos sobre a produção e o teor de metano do biogás
produzido a partir dos dejetos de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em biodigestores
batelada;

avaliar a eficiência do processo de biodigestão anaeróbia como sistema de tratamento
de resíduos de bovinos leiteiros em biodigestores batelada, a partir da determinação da
redução de sólidos totais e voláteis; e

estimar a produção de metano na Fazenda Campestre;
ETAPA 2: Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás a partir dos
dejetos de bovinos leiteiros do Setor de Bovinocultura de Leite da UNESP Jaboticabal em
biodigestores contínuos

Avaliar o efeito da separação de sólidos sobre o volume e o teor de metano do biogás
produzido a partir dos dejetos de bovino leiteiros em biodigestores contínuos; e

avaliar a eficiência do processo de biodigestão anaeróbia como sistema de tratamento
de resíduos de bovinos leiteiros em biodigestores contínuos, a partir da determinação da
redução de sólidos totais e voláteis.
4
Revisão da Literatura
4. REVISÃO DA LITERATURA
4.1
A Bovinocultura e a Produção de Leite
O Brasil se apresenta como um grande produtor de bovinos. Em 2012, possuía um
rebanho com mais de 212 milhões de bovinos e, segundo o IBGE (2012), o total de vacas
ordenhadas contabilizava cerca de 10,9% do efetivo bovino sendo de aproximadamente 22,9
milhões o número de cabeças de vacas ordenhadas.
Tradicionalmente, além da sua importância nutritiva, o leite desempenha um
relevante papel social em países em desenvolvimento como o Brasil, principalmente na
geração de empregos, pois é produzido, em sua maioria, em pequenas propriedades rurais em
que a mão de obra familiar é empregada (CARVALHO et al., 2003).
O aumento da demanda por produtos de origem animal provoca a exploração
intensiva de animais, que são agrupados em grande número, produzindo grande volume de
dejetos em pequenas áreas, gerando problemas para o seu tratamento e disposição (VIEIRA,
1991).
No Brasil, o setor leiteiro sofreu grandes transformações, tais mudanças afetaram de
modo significativo o setor produtivo, resultando na saída da atividade de um grande número
de produtores que não conseguiram se adaptar às novas exigências do mercado. Por outro
lado, o volume ordenhado no país tem aumentado, indicando que os produtores estão
buscando, através do aumento de escala da produção, obter os lucros que garantam sua
permanência na atividade (POHLMANN, 2000). Assim, para promover uma maior
rentabilidade em sistemas de produção de alimentos, uma alternativa é o aumento das
densidades populacionais nas unidades produtoras, como é o caso do confinamento de
bovinos.
Segundo Burgüi (2001), o confinamento passou a ser visto como uma ferramenta
estratégica para o pecuarista que quer ganhar em escala no seu sistema de produção e ganhar
qualidade em seus produtos. Esse mesmo autor apontou alguns benefícios do confinamento
como: adiantar receitas e acelerar o giro de capital, reduzir a lotação das pastagens durante a
seca, aumentar a escala de produção e aumentar expressivamente a produtividade da
propriedade.
Em sistemas de confinamento de bovinos leiteiros, um volume considerável de
dejetos animais é gerado diariamente e, segundo ASAE (2005), esse valor é de
5
aproximadamente 55 kg/animal/dia. O manejo inadequado desses dejetos, os quais são ricos
em matéria orgânica e agentes patogênicos, pode ser responsável pela poluição de águas
superficiais e subterrâneas, devido ao carreamento desse material pela ação das chuvas
(DORAN e LINN, 1979). À medida que o animal fica confinado, mesmo que por um curto
espaço de tempo, para ordenha, por exemplo, os dejetos produzidos ficam concentrados e
necessitam ser tratados para evitar contaminação e poluição (HARDOIM, 1999).
O bovino usado para a produção de leite pode ser analisado como uma máquina que
processa o alimento, convertendo apenas parte desse no produto leite, sendo que o restante é
eliminado sob a forma de resíduo do sistema produtivo (HARDOIM, 1999). Segundo Van
Horn et al. (1994), o bovino leiteiro, devido à sua natureza fisiológica, elimina cerca de 33%
da energia ingerida dos alimentos. Esses dejetos possuem altos teores de nutrientes que, se
manejados adequadamente, podem ser usados como fertilizantes, estimulando uma maior
produção vegetal.
O poder poluente dos dejetos gerados em uma propriedade é determinado, dentre
outros fatores, pelo tipo de dejeto, o volume e o grau de diluição, pois diferentes consistências
exigem técnicas específicas de manejo, tratamento e distribuição. As perdas e os desperdícios
de água através de bebedouros da água utilizada na higienização das edificações e dos animais
aumentam o volume de efluentes produzidos, agravando o problema da poluição e elevando
os custos de armazenamento, tratamento, transporte e distribuição dos dejetos (PERDOMO,
2000).
Invariavelmente, a grande densidade populacional de animais nas unidades produtoras
favorece a concentração dos resíduos gerados em pequenas áreas, agravando os problemas
ambientais. Essa limitação de espaço físico para a deposição dos resíduos aumenta as
emissões de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), eutrofização de corpos hídricos e
poluição do solo, afetando a qualidade de vida, de modo geral.
Independente da origem, todo resíduo poderá ter seu descarte minimizado mediante uma
análise abrangente de suas características, potenciais de uso e consequências desse uso, pois
se corretamente manejado e utilizado, se reverte em fornecedor de nutrientes para produção
de alimentos, melhorador das condições físicas, químicas e biológicas do solo e apresenta
excelente potencial para reciclagem energética (PREZZOTO, 1992; GENEROSO, 2001).
6
4.2
Caracterização e Produção dos Dejetos Bovinos
A pecuária leiteira, assim como todo o sistema de criação animal, acumula resíduos
no seu processo de produção – principalmente os dejetos (fezes, urina), restos de ―cama‖,
restos de alimentos e águas residuárias da industrialização do leite - que são passíveis de
reciclagem.
Para as operações de limpeza, uma granja leiteira chega a exigir um volume de água
de 2,5 vezes o volume de leite processado. Essa água residuária apresenta-se rica em
nutrientes e matéria orgânica biodegradável (RAMASAMY e ABBASI, 2000; RAMASAMY
et al., 2004) e se não for tratada pode causar danos ao ambiente devido à suas altas demanda
bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO) e também à presença
de outros nutrientes.
A quantidade e a qualidade das descargas de águas residuárias de um sistema de
produção animal dependem de vários fatores de manejo. O tipo de instalação adotado para o
confinamento do gado leiteiro e o regime de confinamento são os principais fatores. Barber et
al. (1979) argumentam que, quando o gado de leite é manejado em instalações do tipo free
stall (baias de descanso individual de livre acesso), o manejo do esterco pode ser feito na
forma líquida, semissólida e sólida. Se o regime de confinamento é total, a opção é por esterco
líquido e todos os dejetos (fezes + urina) serão coletados. O manejo de dejetos na forma
líquida é comum e é proveniente da mistura de sólidos, líquidos e água de limpeza das
instalações e equipamentos, reduzindo os custos da extração diária dos resíduos e permitindo
a mecanização simples desta operação.
De acordo com Adhikari et al. (2003), o volume e o conteúdo de nutrientes nos
dejetos varia com a idade, o tipo e o tamanho dos animais, a composição da dieta que recebem
e o consumo, assim como também da quantidade de água ingerida, estação do ano e outros
fatores. Podem ocorrer variações consideráveis na quantidade de dejetos produzidos pelas
vacas leiteiras, dependendo da quantidade de matéria seca ingerida, concentração de
nutrientes e da digestibilidade da dieta (VAN HORN et al. 1994). Morse et al. (1994)
constataram que a ingestão recomendada de matéria seca pelas vacas leiteiras teve aumento de
30 a 50% na dieta e essa mudança na dieta, em busca de maior produtividade, resulta em
maior produção de dejetos pelos animais.
Para evitar perdas de nutrientes nos dejetos, realizam-se esforços na nutrição de
ruminantes no sentido de aumentar a eficiência alimentar pelos animais através do
7
fornecimento de dietas que atendam apenas o necessário, pois tão logo os dejetos são
produzidos, ocorrem perdas de nutrientes para o meio e isso pode implicar em perdas
econômicas (XAVIER, 2009). De acordo com Tamminga (2003) essas perdas são inevitáveis,
mas podem ser prevenidas ou controladas. Os aspectos que influenciam as perdas são o tipo
do sistema de produção, densidade populacional dos animais, a espécie e o nível de manejo
alimentar e dos dejetos, sendo que significativas perdas ocorrem durante a estocagem e
aplicação no solo (XAVIER, 2009).
Nennich et al. (2003) desenvolveram um método para estimar a produção de dejetos
de acordo com a produtividade de leite dos bovinos. Na Figura 1, pode-se visualizar os
Produção de Dejetos
(kg/animal/dia)
resultados e o valor padrão determinado por ASAE 2005.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
15 kg leite/dia
25 kg leite/dia
35 kg leite/dia
45 kg leite/dia
2005 ASAE (40
kg leite/dia)
Figura 1- Produção de dejetos segundo a produtividade de leite (Fonte: adaptado de Nennich et al.,
2003).
Dados coletados no controle zootécnico da UEP (unidade educativa de produção) de
Bovinocultura Leite da EAFI/MG (Escola Federal de Inconfidentes, Minas Gerais)
compararam a produção leiteira e a produção de dejetos e os resultados obtidos foram que a
produção média de leite foi de 21,30 kg leite/animal dia e a produção média de dejetos foi
88,88 kg/ animal dia (SILVA e ROSTON, 2010), valores superiores aos encontrados na Figura
1, porém o manejo de dejetos utilizava água na limpeza das instalações. A quantidade total de
efluentes orgânicos produzidos por confinamentos de vacas leiteiras varia de 9,0 a 12,0% do
peso vivo do rebanho por dia e depende, também, do volume de água utilizado na limpeza e
desinfecção das instalações e equipamentos da unidade de produção (CAMPOS et al., 2002).
O manejo de dejetos na forma líquida é comum e, nessa forma, os dejetos
apresentam menos de 5% de sólidos totais (ST) (FULHAGE, 1997). No Brasil, onde a parte
das granjas leiteiras é de pequena e média escala, o que parece predominar é o manejo dos
8
dejetos na forma sólida, por raspagem do piso das instalações, nesta forma, os dejetos
apresentam de 15 a 20% de ST (FULHAGE, 1997) e assim este sistema exige maior mão de
obra por unidade de dejeto manejado em relação aos manejos de dejetos semissólidos e
líquidos que podem ser manejados por sistemas hidráulicos, com menor exigência de mão de
obra.
Segundo Matos (2004), a água residuária produzida por vacas leiteiras gera uma
DBO de 4 a 14 vezes maior que a do esgoto urbano e, em seu trabalho, Sousa et al. (2013)
encontraram valores com altas concentrações médias de DBO (21.791,45 mg L-1), DQOt
(84.397,80 mg L-1) e de sólidos totais (109.872,00 mg L-1) para as águas residuárias de vacas
leiteiras.
A contaminação do ambiente por parte da criação desse sistema não ocorre só por
meio de seus dejetos. Esses animais têm como característica particular a degradação do
alimento que é rico em fibras, por meio da fermentação ruminal. Esse processo leva à
formação dos ácidos graxos voláteis (AGV‘s) aproveitáveis pelos animais e metano (CH4) não
aproveitável que é liberado para a atmosfera por meio da eructação (XAVIER, 2005).
4.3
Potencial de Aproveitamento dos Dejetos
Devido às características físico-químicas dos dejetos de bovinos, este material
apresenta grande potencial de utilização como substrato para os processos biológicos de
reciclagem. Segundo Lucas Jr. (1994), cada kg ou L de dejeto desperdiçado representa grande
prejuízo para o ambiente e perda significativa para o produtor.
Segundo Lucas Jr. (1994), o potencial de produção de biogás a partir do dejeto de
ruminantes pode sofrer variações em função da qualidade nutricional dos alimentos
fornecidos aos animais, esperando-se diferenças entre dejetos coletados de animais mantidos
em pastagens em relação aos de animais que recebem alguma suplementação alimentar,
principalmente de alimentos concentrados.
A perda do potencial energético dos dejetos na forma de metano implica na redução
dos lucros obtidos com a atividade, já que o gás poderia colaborar para a redução do uso de
outras fontes de energia no processo produtivo. Segundo Minami e Tanaka (1997), a produção
de metano fica em torno de 0,02 a 0,03 toneladas por animal.
Dentre as atividades agropecuárias, a suinocultura e a bovinocultura têm se
9
destacado como as principais fontes de recuperação de biogás, a primeira por apresentar um
elevado potencial de produção de biogás (m3 de biogás kg-1 de esterco), e a segunda por
produzir grande quantidade de esterco (kg de esterco/vaca) (DIAZ, 2006).
Segundo Ramachandra et al.(2004), a produção de biogás resultante da fermentação
de 1 kg de esterco bovino fica entre 0,036 a 0,042 m³, sendo suficiente para atender à
demanda de biogás diária por habitante da zona rural, que está entre 0,023 e 0,043m³. O
biogás produzido pode ter o seu conteúdo energético aproveitado na própria atividade rural,
ou seja, de bovinocultura, em aquecimento, iluminação, misturadores de ração, geradores de
energia elétrica, etc.
De acordo com Moller et al. (2004) a produtividade de CH4 pode ser expressa como
a produção de metano (L ou m3) por massa (g ou kg) de sólidos voláteis (SV) adicionados no
biodigestor e é dita como rendimento final de metano e de SV reduzidos ou destruídos, e
rendimento teórico, o que indica que toda a matéria orgânica foi degradada e para alcançá-la,
um longo tempo de retenção hidráulica (TRH) é necessário.
Amon et al. (2007) obtiveram as maiores produções de metano a partir de esterco de
vacas com produção média de leite (30 kg de leite/animal) e alimentadas com um dieta
equilibrada potencial, de SV adicionados de 166,3 L de CH4. kg-1. Demirer e Chen (2004)
citaram potenciais de produção de CH4 por SV adicionados de dejetos de vacas leiteiras em
diferentes tipos de biodigestores e operações e, para os biodigestores do tipo plug flow,
citaram de 0,326 a 0,770 L de CH4 g-1 de SV adicionados, com TRH que variaram de 15 a 34
dias.
Moller et al. (2004) encontraram potenciais de 148±41 L de CH4 kg-1 de SV
adicionados e 468±6 L de CH4 kg
-1
de SV reduzidos. Amon et al. (2007) encontraram
potenciais de 125 a 166 L de CH4 kg-1 de SV adicionados quando utilizaram dejetos de vacas
leiteiras de baixa, média e alta produção de leite.
4.4
Os Sistemas de Produção de Leite e a Viabilidade Econômica para
Produção de Biogás
Os sistemas utilizados para produção de leite no Brasil são os mais diversificados
possíveis, variando desde os mais rudimentares até os que utilizam de tecnologias modernas.
Há uma grande diferença entre os sistemas adotados pelos pequenos, médios e grandes
produtores, além dos produtores de subsistência, porém, a maioria se caracteriza por baixo
10
nível de informação dos produtores, produtores não especializados, baixa produtividade e
baixos volumes de produção (GOMES e ZOCCAL, 2001).
Conforme análise de Zanette (2009) a maior parte do potencial de produção de biogás
concentra-se na pecuária bovina; entretanto, como uma parte do rebanho bovino corresponde
à criação extensiva, este potencial deve ser visto com cautela, uma vez que a concentração dos
dejetos para o aproveitamento do biogás pode ser inviável. De acordo com Roston (2001), as
vacas leiteiras produzem mais dejetos que o gado de corte e mesmo onde não há
confinamento, há sempre uma retenção dos animais em estábulos e, portanto, há também
acúmulos de dejetos nestes locais e ainda resíduos da lavagem dos equipamentos necessários
para a retirada do leite.
A pecuária bovina intensiva e leiteira é uma das mais apropriadas para o aproveitamento
do biogás, o que permite a coleta e o tratamento dos dejetos em uma escala maior. Nessas
situações, o potencial de produção de biogás no Brasil totalizaria 15,5 milhões de m3 de CH4
por dia. Como termo de comparação, a produção nacional de gás natural disponibilizada para
o consumo é de cerca de 43,5 milhões de m3/dia (ANP, 2011). Embora expressivo, este
potencial deve ser avaliado com atenção, pois representa apenas o potencial de produção de
biogás, e não do seu aproveitamento como fonte de energia (Zanette, 2009).
Vilela (2004), discutindo as tendências e as perspectivas da pecuária de leite
nacional, citou que os dois caminhos para a intensificação dos sistemas de produção de leite
são o confinamento total das vacas e o uso de pastos fertilizados em manejo rotacionado. A
viabilidade dos confinamentos depende de elevadas produções por animal, alta escala de
produção e de outros produtos que agreguem valor para compensar os altos custos de
produção. Já os sistemas de produção de leite a pasto são mais competitivos, com menores
custos de produção, devido a menores custos com mão de obra, alimentação e por exigirem
menor investimento em instalações e equipamentos. O autor também salientou que a
preocupação com os transtornos provocados ao ambiente pelos sistemas de produção em
confinamento total tem levado a reflexões sobre outras formas de produção de leite como uma
solução alternativa para o manejo dos dejetos.
Em um trabalho sobre a viabilidade da cogeração de energia elétrica com biogás
advindo da bovinocultura leiteira feito por Coldebella et al. (2006) foi realizado um estudo de
caso para um sistema de confinamento com 72 cabeças de gado leiteiro e concluiu-se que a
viabilidade do sistema está diretamente relacionada à tarifa paga pelo produtor rural à
11
concessionária de energia e pode tornar o produtor rural autossuficiente em energia elétrica e
paga o capital investido na implantação do biodigestor e do conjunto motor/gerador. Nesse
trabalho, considerando uma tarifa de R$ 270,00/MWh com o sistema trabalhando 10 horas
por dia, o tempo de retorno estimado foi de 2,6 anos. Porém, estudos de Zanette (2009)
concluíram que em propriedades de produção de pecuária leiteira, a escala mínima de
produção que torna o aproveitamento energético do biogás economicamente viável no
Brasil,
corresponderia a 1000 animais. Outros fatores como o uso do biofertilizante
produzido no biodigestor, substituindo os gastos com fertilizantes químicos, podem viabilizar
ainda mais o uso de biodigestores.
4.5
A Biodigestão Anaeróbia e os Fatores que a Influenciam
A biodigestão anaeróbia é um dos processos utilizados para tratamento de resíduos
de origem orgânica. Consiste em um processo biológico natural que ocorre na ausência de
oxigênio molecular, no qual um consórcio de diferentes tipos de micro-organismos interage
estreitamente para promover a transformação de compostos orgânicos complexos em produtos
mais simples, resultando, principalmente, nos gases metano e dióxido de carbono. Pode ser
usada para tratamento de resíduos, tanto na forma sólida quanto na líquida, e produz como
resultado o biogás e o biofertilizante. É uma maneira eficiente de tratar consideráveis
quantidades de resíduos, reduzindo o seu poder poluente e os riscos sanitários advindos dos
mesmos.
É possível dividir o processo de biodigestão em até quatro fases (Figura 2). Na
primeira fase, a matéria orgânica particulada é transformada em açúcares, aminoácidos e
peptídeos por enzimas excretadas por bactérias fermentativas através da hidrólise de
polímeros, degradação de proteínas a aminoácidos, de carboidratos a açúcares solúveis e de
lipídeos a ácidos graxos de cadeia longa e glicerina (VAN HAANDEL e LETTINGA, 1994).
Na segunda fase, a acidogênese, os compostos dissolvidos gerados na hidrólise são
absorvidos nas células das bactérias fermentativas e excretados como substâncias orgânicas
simples (ácidos graxos voláteis, álcoois, ácido lático e compostos minerais como CO2, H2,
NH3, H2S, etc.). As bactérias envolvidas na acidogênese são importantes na remoção de
oxigênio dissolvido, presente no material em fermentação (VAN HAANDEL e LETTINGA,
1994).
12
Figura 2- Fases da biodigestão anaeróbia na geração de biogás (Fonte: Weiland, 2001).
A seguir, inicia-se a acetogênese, quando ocorre a conversão dos produtos da
acidogênese em substratos para a produção de dióxido de carbono, hidrogênio e acetato.
Também nesta etapa ocorre a formação dos ácidos acético e propiônico, sendo gerada grande
quantidade de hidrogênio, contribuindo para diminuição no valor do pH do meio.
Na quarta fase, a metanogênese, ocorre a formação de metano a partir da redução de
ácido acético e hidrogênio pelas bactérias metanogênicas. De acordo com Stams (1994), as
bactérias metanogênicas dividem-se em decorrência da afinidade entre o substrato e a
produção de metano em: metanogênicas acetoclásticas, aquelas utilizadoras de acetato; e
metanogênicas hidrogenotróficas, utilizadoras de hidrogênio.
A mistura gasosa resultante da biodigestão anaeróbia é denominada biogás, sendo
essencialmente constituído de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), podendo apresentar
quantidades menores de gás sulfídrico (H2S), nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2), sendo a
proporção de cada gás na mistura dependente de vários parâmetros como o tipo do digestor e
do substrato a digerir.
Outro subproduto da biodigestão é o efluente que resta e este é denominado de
biofertilizante e isso se deve às suas excelentes características como fertilizante, devido
principalmente à diminuição da relação C/N (proporcionada pela perda de carbono na forma
de metano e gás carbônico) e ao aumento na disponibilidade de nutrientes como o nitrogênio,
entre outros que apresentam boas respostas na adubação das culturas.
Na utilização dos resíduos rurais, pode-se considerar que, geralmente, não há
interesse em se atingir um nível de tratamento que leve ao esgotamento do resíduo, pois é de
13
grande importância a reciclagem do efluente na adubação de plantas. Dessa forma, atualmente
os enfoques principais na utilização do processo no meio rural são a produção de biogás e o
aproveitamento do biofertilizante (LUCAS JR., et al., 1994).
O tratamento anaeróbio de resíduos pode ser considerado como um dos principais
métodos de proteção ambiental e preservação de recursos, podendo os resíduos tornarem-se
importante fonte de nutrientes, condicionadores do solo e, também, fonte de energia.
(Callaghan et al., 1999; Lettinga e Van Lier, 1999 apud STEIL L., 2001).
Assim,
tem-se
que
a
biodigestão
anaeróbia
representa
uma
atividade
economicamente interessante para os produtores, tendo em vista a produção de biogás, que é
uma fonte de energia renovável que pode ser aproveitada na própria atividade agropecuária
em substituição a outras fontes energéticas, diminuindo os custos da produção. Considerando
o aumento dos custos das fontes convencionais de energia, essa pode ser uma excelente
técnica alternativa, objetivando a produção energética (SANTOS 2001).
O sucesso do processo de biodigestão anaeróbia está ligado à sequência bioquímica
de transformações metabólicas e é influenciado por uma série de fatores que podem interferir
no processo. Dentre esses fatores, podem ser destacados a temperatura, o tempo de retenção
hidráulica, o pH, a presença de nutrientes, teor de sólidos, entre outros.
A temperatura é um fator de extrema importância na biodigestão anaeróbia, uma vez
que influi na velocidade do metabolismo bacteriano, no equilíbrio iônico e na solubilidade dos
substratos (FORESTI et al., 1999). Temperaturas não convenientes podem vir a inibir e até
mesmo causar danos irreversíveis às bactérias. As bactérias envolvidas na degradação
anaeróbia podem ser divididas em três grupos, de acordo com sua temperatura ótima: 5 a
25°C para bactérias psicrofílicas; as mesofílicas com temperaturas ideais entre 32°C e 45°C, e
as bactérias termofílicas com temperaturas acima de 50 °C. As bactérias envolvidas no
processo são mais sensíveis a interferências externas, com o aumento da temperatura
(WEILAND, 2001).
Estudos de Chae et al. (2008) concluíram que a temperatura da digestão tem uma
influência sobre a produção de biogás final, bem como o conteúdo de metano. Na faixa de
temperatura de 25 a 35°C, quanto maior a temperatura, melhor o rendimento do metano. No
entanto, o rendimento não aumenta linearmente com o aumento da temperatura. Os autores
concluíram que, embora a metanogênese seja muito sensível à temperatura, esta possui grande
capacidade de se adaptar às alterações de temperatura (CHAE et al., 2008). Segundo Silva
14
(2001), variações da temperatura do substrato na ordem de 2 ºC no intervalo de um dia podem
paralisar a produção de biogás.
O tempo de retenção hidráulica (TRH) é o intervalo de tempo que o afluente
permanece dentro do biodigestor e esse deve ter um valor adequado para que a degradação
ocorra de maneira adequada. O TRH é determinado, num processo contínuo, dividindo-se o
volume útil do digestor pelo volume diário de carga introduzida (SILVA, 2001). Lucas Jr.
(1994) avaliou os efeitos dos tempos de retenção hidráulica 50, 30, 20 e 15 dias, no processo
de biodigestão anaeróbia de estrume de suínos, por exemplo, e verificou que a maior
eficiência foi obtida no TRH de 30 dias, ocorrendo pior aproveitamento do estrume no TRH
de 15 dias.
O TRH também está relacionado com o teor de sólidos totais (ST). O teor de sólidos
totais (ST) se refere ao material remanescente após a remoção da água de uma amostra
quando esta é submetida a uma temperatura de 105 ºC por um período de 1 hora. Corresponde
ao total de sólidos fixos e voláteis e ao total de sólidos suspensos e dissolvidos (MERKEL,
1981). Para produção máxima de biogás por unidade de tempo e de volume de biodigestor,
recomenda-se concentração de ST máxima de 6 a 8%, faixa na qual também é facilitado o
movimento do material no interior do biodigestor. Para concentrações maiores que 10%, além
de diminuição da eficiência do biodigestor, aumenta a probabilidade de formação de ―crosta‖
que poderá causar entupimentos (SILVA, 2001).
Sólidos voláteis (SV) são aqueles convertidos a gases voláteis quando os sólidos
totais são submetidos ao forno mufla a 600 ºC durante duas horas. São considerados como a
matéria orgânica presente no resíduo passível de transformação. Os SV são os responsáveis
diretos pela produção de biogás, sendo que quanto maior for a concentração de SV na
alimentação diária do biodigestor, maior será a capacidade do biodigestor de produção de
biogás.
O valor de pH é um importante indicador do desenvolvimento metanogênico. A
produção ótima de biogás é conseguida quando o valor do pH do conteúdo do biodigestor está
entre 7,0 e 7,2. Este assumirá valores maiores que o normal quando os dejetos apresentarem
alto teor de sólidos voláteis (ITODO e AWULU, 1999). Silva (1983) citou que durante a fase
ácida, o pH pode chegar a 6,0 devido à produção aumentada de dióxido de carbono, em
consequência, há formação de amônia e a seguir, ocorre uma redução da produção de dióxido
de carbono e aumento da produção de metano e, então, o pH se eleva e se mantém em torno
15
de 7,0.
A disponibilidade de certos nutrientes é essencial para o crescimento e atividade
microbiana. O carbono, nitrogênio e fósforo são essenciais para todos os processos
biológicos. A quantidade de N e P necessária para a degradação da matéria orgânica presente
depende da eficiência dos micro-organismos em obter energia para a síntese, a partir de
reações bioquímicas de oxidação do substrato orgânico (FORESTI et al., 1999). Para que o
processo ocorra sem interrupção, a relação C/N ideal do substrato se encontra no intervalo de
20 a 30 (COMASTRI FILHO, 1981; YADVIKA et al., 2004).
Gerardi (2003) comenta em seu livro que a relação C/N ótima é de 25:1. Maior
relação C/N pode levar a uma deficiência de nitrogênio, o que reduziria o crescimento da
biomassa e reduziria a degradação. Além da relação C/N, também desempenha um papel
importante a relação C:N:P:S. A
proporção deve apresentar uma oferta adequada de
nutrientes para as bactérias em torno de 600:15:5:1 (WEILAND, 2001).
Em contrapartida, caso o substrato seja rico em lignina e celulose, que possuem baixa
biodegradabilidade, este será um fator limitante para a degradação anaeróbia e,
consequentemente, a produção de biogás será afetada em decorrência da constituição do
mesmo (MATA-ALVAREZ et al., 2000).
4.6
Biodigestores
Na prática, a produção de biogás é possível com a utilização de um equipamento
denominado biodigestor. O biodigestor constitui-se de uma câmara fechada onde é colocado o
material orgânico, em solução aquosa, o qual sofre decomposição, gerando o biogás que irá se
acumular na parte superior da referida câmara.
Existem diversos modelos de biodigestores e estes diferem tecnologicamente para
obtenção de melhores rendimentos e também nas características que os tornam mais
adequados ao tipo de resíduo que se pretende utilizar e à frequência com que são obtidos.
Estes podem ser confeccionados de alvenaria ou até por uma manta plástica, se adaptando a
diferentes realidades.
Dentre os biodigestores anaeróbios utilizados no meio rural, são encontrados com
mais frequência o batelada (Figura 3), quando o resíduo é obtido com periodicidade ou
acumulado em períodos; o indiano e o chinês (Figura 4), no caso dos resíduos produzidos
16
diariamente; com uso mais recente e que tem se popularizado no Brasil é o biodigestor
tubular, ou canadense, (Figura 5) e também biodigestor do tipo contínuo.
Segundo Deublein e Steinhauser (2008) o biodigestor canadense é um modelo tipo
horizontal, apresentando uma caixa de carga em alvenaria e com a largura maior que a
profundidade, possuindo, portanto, uma área maior de exposição ao sol, o que possibilita
grande produção de biogás, evitando o entupimento. Durante a produção de biogás, a cúpula
do biodigestor infla porque é feita de material plástico maleável (PVC), podendo ser retirada.
Figura 3- Representação tridimensional em corte do Biodigestor Modelo Batelada (Fonte:
Deganutti et. al, 2002)
Figura 4 - Representação tridimensional em corte do Biodigestor Modelo Chinês (esquerda) e do
Biodigestor Modelo Indiano (direita) (Fonte: Deganutti et al, 2002).
17
Figura 5 – Seção Transversal do Biogestor Modelo Tubular (Fonte: Elaboração Própria)
Os biodigestores em batelada são carregados de uma só vez, mantidos fechados por
um período conveniente, sendo que a matéria orgânica biodigerida é descarregada
posteriormente.
Esse sistema não admite entrada nem saída de produtos durante o
processamento da reação. Este modelo, apesar da simplicidade, pode ser útil em situações em
que o resíduo é obtido periodicamente. Nesse tipo de reator, as variáveis como temperatura e
concentração não variam com a posição dentro do reator, mas variam com o tempo. A
produção de biogás neste sistema não é constante (KUSCH, 2007). Sistemas de biodigestão
em batelada são amplamente usados para testar a viabilidade e o grau de digestão anaeróbia
de vários materiais orgânicos (GRADY, 1985). Considerando que este modelo de biodigestor
apresenta produção de biogás na forma de picos, que é abastecido de uma só vez e que o
tempo de fermentação é relativamente longo, o problema consiste basicamente em adequar
estas premissas à necessidade energética contínua, isto é, diária e durante o ano todo. Uma
forma de solução é a adoção de uma bateria de unidades biodigestoras. A consistência do
projeto está na confiabilidade dos estudos realizados sobre o potencial energético da
biomassa, isto é, no comportamento da produção de biogás, durante o tempo previsto
(DEGANUTTI et al., 2002).
Quando a disponibilidade dos resíduos é diária, o interesse se volta para os
biodigestores contínuos como os modelos Indiano, Chinês e Tubular (LUCAS JR., 1994) que
são caracterizados pela alimentação contínua de substrato e a produção de biogás é mais
constante, comparado ao sistema em batelada (KUSCH, 2007). A biomassa no interior do
biodigestor se movimenta por diferença de carga hidráulica, entre a entrada do substrato e a
saída do biofertilizante no momento do carregamento. Cada carga requer um tempo de
retenção, geralmente entre 30 e 50 dias, dependendo se a temperatura do meio onde está
18
inserido o biodigestor é elevada ou baixa. Para evitar mudanças bruscas na temperatura, os
biodigestores contínuos são subterrâneos (BENINCASA et al., 1991).
4.7
O Biogás e Seus Usos
O biogás é composto principalmente de metano e dióxido de carbono com pequenas
quantidades de sulfeto de hidrogênio, sendo esse último o que confere ao biogás o odor
pútrido característico à mistura quando o gás é liberado, e alguns outros gases como
nitrogênio, hidrogênio entre outros, como pode ser visto na Tabela 1.
O poder calorífico do biogás depende diretamente do seu teor de metano. Lucas
Júnior (1987) analisando o biogás produzido em biodigestores modelos indiano e chinês, com
dejetos de suínos, pelo período de um ano, encontrou, em média, 57,7% de CH4 e 34,2% de
CO2 . O mesmo autor afirmou que a inflamabilidade do metano (15,5 ºC e 1 atm) ocorre em
misturas de 5 a 15% com o ar. O biogás, com um teor de metano entre 50 e 80% terá um
poder calorífico inferior entre 4,95 e 7,92 kWh/m³.
Tabela 1- Composição média do Biogás
Gás
Símbolo
Concentração no Biogás (%)
Metano
CH4
50-70
Dióxido de Carbono
CO2
25-50
Hidrogênio
H2
0-1
Nitrogênio
N2
0-7
Gás Sulfídrico e outro
H2S
0-3
Fonte: Adaptado de CETESB (2006)
A capacidade de produção de biogás, segundo Santos (2000), a partir de dejetos de
bovinos está expressa na Tabela 2:
19
Tabela 2– Produção de Biogás de Bovinos
Produção especifica de
biogás (m³ kg-1 SV*)
Produção diária
(m³/animal/dia)
Vaca Leiteira com 600 kg de peso
Bezerro até 150 kg de peso
0,980
0,28
Bovino engorda entre 120 a 520 kg de peso
0,294
0,292
Fonte: Santos, 2000 * SV= Sólidos Voláteis Adicionados
Assim, a biodigestão anaeróbia é um processo de produção natural do metano, sendo
uma forma alternativa de obtenção desse hidrocarboneto em relação às jazidas subterrâneas,
onde se encontra às vezes associado ao petróleo. Nessa forma, o metano se encontra como um
importante combustível fóssil bastante explorado e utilizado.
O biogás apresenta potencial para substituir o gás liquefeito de petróleo (GLP), a
gasolina e o óleo diesel em motores estacionários de combustão interna, sistemas de geração
de energia elétrica ou térmica e até a lenha ou óleo combustível em caldeiras.
Para utilização do biogás em substituição ao GLP sem purificação do metano, basta
uma adaptação dos queimadores. Quando o biogás vem diretamente do biodigestor, esta
adaptação consiste no aumento do diâmetro dos bicos injetores (1,5 a 2,0 mm) apropriados ao
uso do GLP para compensar a menor pressão do biogás que, em geral, está entre 0,015 a
0,025 kgf/cm2, o que equivale a uma altura manométrica de 15 a 20 cca (centímetro de coluna
de água) (MIRANDA, 2009).
Em países limitados pela falta ou pela distribuição inadequada de energia, os
biodigestores têm sido adaptados para atender as necessidades rurais. Na Índia, comprovou-se
que a utilização do esterco de gado para a produção de combustível não ocasiona a perda de
suas características como adubo orgânico. A partir de 1939, o Instituto Indiano de Pesquisa
Agrícola, em Kanpur, desenvolveu a primeira usina de gás de esterco. O sucesso da
experiência levou a uma grande popularização do processo e, em 1950, formou-se o Gobar
Gas Institute, cujas pesquisas conduziram a uma enorme difusão do biodigestor como forma
de tratar o esterco e obter combustível sem perder o efeito fertilizante. Durante a Segunda
Guerra Mundial, na França e Alemanha, devido à escassez de combustível, o metano de
biodigestores foi usado para mover automóveis (GRANATO, 2003).
20
Outra utilização intensa das possibilidades da biodigestão deu-se na China, a partir
de 1958, ampliando-se em 1980, com a instalação de cinco milhões de biodigestores de uma
nova concepção, o modelo chinês, todos eles localizados ao sul do Rio Amarelo, onde as
condições climáticas eram mais favoráveis à produção do biogás. Na década de 90 cerca de
25 milhões de chineses já usavam biogás, principalmente para iluminação e cocção.
Aproximadamente 10.000 digestores de médio e grande porte se encontram em
funcionamento em fábricas de alimentos, destilarias, fazendas de gado, entre outros. O biogás
produzido em grandes unidades é transferido para estações centralizadas, onde é aproveitado
na geração e potência mecânica (existem cerca de 420 estações com capacidade instalada de
5.849 HP) e potência elétrica (822 estações responsáveis pela produção total de 7.836 kW).
Análises mostram que a taxa de retorno de investimento em biogás na China é elevada, com o
período variando de um a quatro anos (FIORE, 1994).
Na Europa, a capacidade instalada em plantas de aproveitamento do biogás é
superior a 2000 MW, concentrada principalmente na Alemanha e Reino Unido, enquanto nos
Estados Unidos essa capacidade é de cerca de 1000 MW (IEA, 2006).
O interesse pelo biogás, no Brasil, intensificou-se nas décadas de 70 e 80,
especialmente, entre os suinocultores. Programas oficiais estimularam a implantação de
muitos biodigestores focados, principalmente, na geração de energia, na produção de
biofertilizante e na diminuição do impacto ambiental. Os objetivos dos programas
governamentais eram de reduzir a dependência das pequenas propriedades rurais na aquisição
de adubos químicos e de energia térmica para os diversos usos (cozimento, aquecimento,
iluminação e refrigeração), bem como, reduzir a poluição causada pelos dejetos animais e
aumentar a renda dos criadores. Infelizmente, os resultados não foram os esperados e a
maioria dos sistemas implantados acabaram sendo desativados (ICLEI, 2009).
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), o Brasil contava, em 2013,
com 19 usinas de biogás instaladas, o que equivale a 74.388 kW, representando 0,06% da
matriz de energia elétrica do país (BEN, 2013). Considerando a concentração elevada da
população brasileira e a expressiva produção agropecuária e agroindustrial, é possível supor
que o aproveitamento do biogás no Brasil encontra-se abaixo do seu potencial.
Segundo Zanette (2009), os resíduos agropecuários no Brasil resultariam em um
potencial de produção de metano de 66,3 milhões de m³/dia e os efluentes industriais em
potencial de 12,7 milhões de m³/dia.
21
4.8
Separação de Sólidos
Os dejetos, ao serem recolhidos para entrar no reator anaeróbio, podem conter
frações que podem ser consideradas não biodegradáveis ou lentamente biodegradáveis
advindas de partes da alimentação não degradadas pelo animal, como é o caso das fibras
(WEN et al., 2007), ou de restos provenientes do processo de lavagem como a areia, por
exemplo. Essas frações podem afetar o processo de biodigestão anaeróbia e alguns autores
recomendam que haja a separação dessa fração para que processo se torne mais eficiente
(maior produção de biogás/ kg de sólido), rápido (menor tempo de retenção hidráulica) e mais
econômico por necessitar de reatores com menor tamanho para um mesmo número de animais
(MOLLER et al., 2004).
A forma mais comum de separar frações menos degradáveis, quando se fala de águas
residuárias, é a separação da fase sólida da fração líquida, que pode ser feita por meio de
peneiras, tambores rotativos, centrifugação e decantação. A fração líquida possui uma
quantidade maior de nutrientes solúveis, que são mais degradáveis, enquanto na fração sólida
estão presentes frações de mais difícil degradação, como a celulose e lignina.
Os dejetos de vacas leiteiras como substratos para biodigestores têm alto conteúdo
de fibras, o que limita o processo de biodigestão anaeróbia devido à difícil
decomposição e problemas de entupimento nos biodigestores (WEN et al., 2007). Devido a
esse problema, Moller et al. (2004) estudaram o efeito da separação de sólidos de dejetos de
vacas e de suínos na produção de biogás e verificaram que os dejetos de vacas tinham a
maior proporção de carboidratos, mais dificilmente degradáveis do que os dejetos de
suínos, e atribuíram ao tipo de alimentação que esses animais recebem, o volumoso, com
lignina ligada à celulose. Observaram também que vacas que receberam apenas volumosos
tiveram menores produtividades de biogás do que aquelas que receberam volumoso e
concentrado na dieta.
O fato de a fração sólida possuir um menor potencial de produção de biogás não
implica que essa fração deva ser descartada do processo, a decisão vai depender da eficiência
e a rapidez que se necessita para tratar os dejetos. Caso a decisão seja favorável à separação
de sólidos, é necessário ter em mente que essa fração ainda tem um poder poluente elevado e
necessita de tratamento adequado antes de ser aplicada no meio ambiente. A compostagem
seria uma forma de tratar a fração sólida (menos degradável) dos dejetos restando como
produto final um composto orgânico. Orrico Jr. et al. (2009) obtiveram bons resultados após
22
submeterem a fração sólida dos dejetos de suínos à compostagem e, no processo de
biodigestão anaeróbia, a separação dos sólidos reduziu a produção de biogás e metano
remanescente dos efluentes de biodigestores.
23
Material e Métodos
5.
MATERIAL E MÉTODOS
5.1
ETAPA 1- Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás dos
dejetos de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em biodigestores do
tipo batelada
5.1.1
Descrição do Local
A coleta de dados de campo foi efetuada na Fazenda Campestre situada no município
de São Pedro-SP (Figura 6). A sala de ordenhas está representada na Figura 7 e a instalação
onde se localizavam os animais era do tipo Free Stall1 (Figura 8) com capacidade para 500
Vacas em lactação, porém com um plantel 285 vacas no período de coleta de dados.
Os experimentos com os biodigestores foram realizados na Faculdade de Ciências
Agrárias e Veterinárias (FCAV) da Universidade Estadual Paulista (UNESP) – Campus de
Jaboticabal – SP, sendo a coleta de dados de campo e de dejetos para amostras e composição
dos substratos dos biodigestores efetuadas na Fazenda Campestre.
O campus possui as coordenadas geográficas 21º15‘22‘‘S e 48º18‘58‘‘W e altitude
média de 575 metros, cujo clima se caracteriza como seco no inverno e chuvoso no verão,
com precipitação anual em torno de 1.400 mm e temperatura média anual próxima dos
21,5ºC. Localiza-se a cerca de 200 km do município de São Pedro (SP) e de 360 km do
município de São Paulo (SP) (Figura 6).
¹Free Stall –
Estabulação livre onde os animais têm livre acesso às baias individuais com ‗cama‘
24
Material e Métodos
Figura 6- Localização do Município de São Pedro (SP). (Fonte: Google Earth, 2013).
Figura 7- Sala de Ordenha
Figura 8 - Instalações dos Animais – Free Stall
25
Material e Métodos
Os ensaios de biodigestão anaeróbia foram realizados nas dependências do
Departamento de Engenharia Rural, nos Laboratórios de Biomassa e Biodigestão Anaeróbia, e
nos biodigestores instalados no campo.
5.1.2
Sistema de Manejo e Coleta dos Dejetos
A Fazenda Campestre, durante o período analisado, mantinha um sistema rotativo de
ordenha, realizando 3 ordenhas diárias. A limpeza era realizada apenas 2 vezes ao dia, de
manhã e a tarde, sendo que no período da manhã havia maior quantidade de dejetos, já que
eram acumulados os dejetos de 2 períodos.
Os dejetos foram coletados por raspagem após a adição de água (Figura 9), com o
auxílio de um trator, e foram despejados em um tanque de recepção onde foram
homogeneizados com o uso de um trator (Figura 10).
Figura 9 - Limpeza das Instalações
Figura 10 - Homogeneização dos dejetos
Foi efetuada a caracterização dos dejetos obtidos no Free Stall, para as seguintes
condições:

in natura (dejetos com estrume, urina e água de lavagem do piso);

após a homogeneização (Figura 10);

fração sólida retida no separador (Figura 11);

fração líquida obtida após separador (Figura 12);

fração líquida após os decantadores (Figura 13);
Nessa caracterização, foram determinados os teores de sólidos totais (ST) e sólidos
voláteis (SV).
26
Material e Métodos
Na Figura 12 é apresentado o separador de sólidos utilizado em campo e, na Figura
14, o detalhe da tubulação de saída dos dejetos após as caixas de decantação.
Figura 11- Sólidos Separados
Figura 13- Caixas para decantação de areia
5.1.3
Figura 12- Separador de Sólidos
Figura 14- Detalhe da Tubulação de Saída
dos Dejetos após a passagem pela caixa de
decantação de areia
Quantificação da Produção de Dejetos e de Sólidos
Para a quantificação da produção de dejetos e de sólidos da Fazenda Campestre, foi
calculado o tempo de funcionamento do separador de sólidos e, depois de determinados os
volumes das caixas de decantação, foi calculada a vazão com base no tempo de enchimento
das caixas.
Esse procedimento foi realizado 3 vezes, durante o procedimento de limpezas das
instalações, em diferentes dias, ao longo de 20 dias, em 2 períodos: manhã e tarde,. No
período da manhã, foram acumulados dejetos de 2 ordenhas enquanto que no período da tarde
foram acumulados somente os dejetos de 1 ordenha.
A quantificação da produção de sólidos foi efetuada através da pesagem dos sólidos
27
Material e Métodos
que ficaram retidos no separador e pelo volume de dejetos que atravessavam o mesmo.
5.1.4
Ensaio
de
Biodigestão
Anaeróbia
e
Abastecimentos
dos
Biodigestores
Os biodigestores foram abastecidos com amostras nas seguintes condições, coletadas
na Fazenda Campestre:

1,8 kg do substrato sem separação de sólidos – DEJ-INN;
 1,8 kg do substrato coletado após separador de sólidos – DEJ-SEP;
 1,8 kg substrato coletado após separador/decantadores – DEJ DEC ; e

0,300kg de sólidos retidos no separador mais 1,5 kg de água – SOL-SEP;
Para todas as amostras foram realizadas 4 repetições, sendo que, o tempo de retenção
hidráulica (TRH) foi estabelecido como 196 dias, tempo suficiente para que o biogás não
fosse mais produzido.
Na Figura 15, apresenta-se um fluxograma que ilustra o processo de coleta e
separação de sólidos dos dejetos e os pontos onde foram coletadas as amostras analisadas no
processo de biodigestão.
Figura 15 - Fluxograma do processo de coleta e de separação de sólidos dos dejetos utilizados no
experimento.
28
Material e Métodos
5.1.5
Estrutura dos Biodigestores
Foram utilizados 16 mini-biodigestores com uma capacidade útil de fermentação de
2 litros de substrato cada. As Figuras 16 e 17 representam os dados de projeto e a estrutura
externa dos biodigestores, respectivamente. Estes são constituídos por três tubos de PVC com
diâmetros de 75, 100 e 150 mm, acoplados sobre um capes de PVC com capacidade
operacional de 2 litros de substrato em decomposição, cada. Os tubos de 75 e 150 mm foram
inseridos um no interior do outro, tendo uma das extremidades acoplada por um capes. Uma
das extremidades do tubo de 100 mm era vedada, também por um capes, conservando-se
apenas uma abertura para descarga do biogás, proporcionando, assim, condições anaeróbias e
de armazenamento do gás produzido.
Figura 16 – Esquema do Mini-Biodigestor Batelada (medidas em cm e desenho sem escala)
Uma campânula flutuante de PVC, emborcada no ―selo d‘água‖2, propiciou as
condições anaeróbias sob as quais se desenvolveu o processo de biodigestão, além de permitir
o armazenamento do gás produzido.
Selo d‘agua – procedimento operacional que isola determinada área produtora de gás e consiste em inundar uma
tubulação de tal forma que a coluna de água no interior da mesma tenha pressão superior à pressão do gás na
entrada desta tubulação, não permitindo, portanto, a passagem ou entrada de gás.
29
Material e Métodos
Figura 17- Biodigestores utilizados no experimento
5.1.6
Descrição das Análises Realizadas
Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente, a qual foi aferida semanalmente
na ocasião da leitura da produção de gás, com o auxílio de um termômetro digital portátil.
Durante o ensaio de biodigestão anaeróbia, foram avaliadas a produção de biogás
(volume), a qualidade do biogás e a redução dos teores de sólidos totais e sólidos voláteis para
as diferentes condições de concentração e sólidos no substrato, assim como será descrito, no
item 5.3, métodos empregados.
Para a realização dessas análises, foram coletadas amostras da fração líquida de todos
os tratamentos antes de colocá-la no biodigestor e após os 196 dias de experimento.
30
Material e Métodos
5.2
ETAPA 2 - Efeito da separação de sólidos sobre a produção de biogás a
partir dos dejetos de bovinos leiteiros do Setor de Bovinocultura de Leite
da UNESP Jaboticabal, em biodigestores contínuos
5.2.1
Descrição do local
O experimento foi conduzido na Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da
Universidade Estadual Paulista, localizada em Jaboticabal (SP), a 360 km do município de
São Paulo (SP). O campus possui as coordenadas geográficas 21º15‘22‘‘S e 48º18‘58‘‘W e
altitude média de 575 metros, cujo clima se caracteriza como seco no inverno e chuvoso no
verão, com precipitação anual em torno de 1.400 mm e temperatura média anual próxima dos
21,5ºC.
Foram utilizados os resíduos de bovinos da raça Holandesa em lactação, com peso
corporal médio de 640 kg localizados no setor de Bovinocultura de Leite. A instalação era do
tipo Tie stall3 em piso de concreto.
Para realizar o preparo das cargas, foram utilizados dejetos coletados manualmente
por meio de raspagem do piso concretado, com auxílio de enxada. Foram estudados os dejetos
provenientes de vacas leiteiras alimentadas com uma dieta composta de 60% de concentrado e
40% de volumoso. Em cada abastecimento, a mistura (dejeto + água) foi preparada para ter
um teor de sólidos totais próximo a 3,0%.
5.2.2
Abastecimento dos Biodigestores
As amostras foram dispostas nos biodigestores contínuos e mantidas por um tempo
de retenção hidráulica (TRH) de 30 dias. As cargas foram realizadas diariamente por 23
semanas, entretanto, foi convencionado um período de 5 semanas para analisar o processo.
Para o cálculo da quantidade de afluente diária adicionada nos biodigestores foi considerado o
TRH de 30 dias de acordo com a Equação (1):
TRH = Volume do Biodigestor
Carga diária
(1)
Para o ensaio de biodigestão anaeróbia foram utilizados biodigestores do tipo contínuo
com os seguintes tratamentos para o dejeto, com 4 repetições:
3
Tie Stall – Estabulação em que os animais permanecem lado a lado, em baias individuais
31
Material e Métodos

sem separação da fração sólida (SSFS); e

com separação da fração sólida (CSFS)
No tratamento descrito como sem separação da fração sólida (SSFS) utilizou-se
apenas essa fração líquida, já no tratamento com separação da fração sólida (CSFS) foi
efetuado o peneiramento (Figura 18) dessa mistura em peneira com malha de 1,0 mm e assim,
o líquido que atravessou a peneira foi utilizado para abastecer os biodigestores. Diariamente,
os biodigestores foram abastecidos com 250 gramas do dejeto bovino e diluídos em 1,65 litros
de água. Essa fração líquida foi a base para todos os tratamentos.
Figura 18 - Peneiramento dos Dejetos para Separação dos Sólidos
Na Figura 19 observa-se o processo do abastecimento e, na Figura 20, a descarga dos
biodigestores.
Figura 19- Abastecimento dos Biodigestor
Figura 20- Descarga do Biodigestor
O teste de queima do biogás produzido foi efetuado durante a primeira semana do
experimento, indicando a predominância de metano no biogás após 1 semana do
abastecimento.
32
Material e Métodos
5.2.3
Estrutura dos Biodigestores:
Foram utilizados 8 biodigestores contínuos com capacidade útil de 60 litros de
substrato em decomposição anaeróbia, sendo que o modelo pode ser visto na Figura 21 . Os
biodigestores tubulares contínuos utilizados são constituídos por duas partes distintas, sendo
que uma delas é utilizada para o armazenamento do material em fermentação e a outra, para o
gás. O recipiente com o material em fermentação é composto por um cilindro reto de PVC
com diâmetro de 300 mm e com 1 m de comprimento, tendo as extremidades fixadas com
duas placas de PVC com 1,5 cm de espessura de cada lado. Em uma placa, encontra-se o cano
de entrada por onde é feito o abastecimento e a outra extremidade possui dois canos, sendo
um destinado à saída do biofertilizante e outro, à saída do gás.
Figura 21 - Corte transversal dos biodigestores tubulares utilizados no experimento (medidas em cm
e desenho sem escala)
O gasômetro (Figura 22) é constituído por dois cilindros de 250 e 300 mm de
diâmetro que se encontram inseridos um no interior do outro, de tal forma que o espaço
existente entre a parede externa do cilindro interior e a parede interna do cilindro exterior
comporta um volume de água (―selo de água‖), atingindo profundidade de 500 mm. O
cilindro de 300 mm de diâmetro é fixado sobre uma placa de PVC com 2,5 cm de espessura,
recebendo o cilindro de 250 mm de diâmetro no seu interior. O cilindro de 250 mm diâmetro
tem uma das extremidades vedadas com um cap para receber o gás produzido, a outra
extremidade emborcada no selo de água para armazenar o gás. Os gasômetros foram dispostos
sobre uma bancada, em condições de temperatura ambiente.
33
Material e Métodos
Figura 22- Esquema dos gasômetros utilizados no experimento (medidas em cm e desenho sem
escala)
Inicialmente, os biodigestores contínuos (Figura 23) foram abastecidos com 60 kg do
substratos que foram homogeneizados manualmente com o auxílio de pás e introduzidos nos
biodigestores contínuos.
Figura 23- Biodigestores contínuos utilizados nos experimentos
5.2.4
Descrição das Análises Realizadas
Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente, a qual foi aferida semanalmente
34
Material e Métodos
na ocasião da leitura da produção de gás com o auxílio de um termômetro digital portátil.
As temperaturas ambiente e do biogás foram aferidas diariamente na ocasião da
leitura da produção de gás com o auxílio de um termômetro digital portátil momentos antes de
dar início ao abastecimento dos biodigestores.
Durante o ensaio de biodigestão anaeróbia foram avaliadas as produções de biogás,
qualidade do biogás, reduções dos teores de sólidos totais e sólidos voláteis, conforme os
métodos descritos no item 5.3, Métodos Empregados.
35
Material e Métodos
5.3
Métodos Empregados
As metodologias descritas a seguir foram aplicadas para análise do substrato e do
biogás tanto na Etapa 1 quanto na Etapa 2.
5.3.1
Teores de Sólidos Totais e Teores de Sólidos Voláteis
Para determinação de sólidos totais, as amostras dos afluentes e efluentes dos
biodigestores foram acondicionadas em triplicata em recipientes de alumínio, previamente
tarados, pesados para obtenção do peso úmido (Pu) do material. Após a pesagem, foram
levados à estufa com circulação forçada de ar, à temperatura de 65º C, até atingirem peso
constante, sendo a seguir resfriadas em dessecador e novamente pesadas em balança com
precisão de 0,01g, obtendo-se então o peso seco (Ps). O teor de sólidos totais foi determinado
de acordo com a Equação (2), no início e no final do experimento, segundo metodologia
descrita por APHA (2005).
Onde:
(𝑃𝑈−𝑃𝑆)
𝑆𝑇 = 100 − 𝑈 𝑒 𝑈 = 𝑃𝑈 𝑥 100
(2)
Onde:
ST = teor de ST, em porcentagem;
U = teor de umidade, em porcentagem;
PU = peso úmido da amostra, em g;
PS = peso seco da amostra, em g;
Para a determinação dos sólidos voláteis, o material já seco em estufa, resultante da
determinação dos sólidos totais, foi levado à mufla, em cadinhos de porcelana previamente
tarados e mantidos a uma temperatura de 575º C por um período de 2 horas e 30 minutos.
Após o término da queima, os cadinhos foram retirados da mufla e levados ao resfriamento
em dessecadores. O material resultante foi pesado em balança analítica com precisão de
0,0001g, obtendo-se o peso das cinzas ou matéria mineral. Os teores de sólidos voláteis foram
determinados de acordo com as Equações (3) e (4), no início e no término do experimento, e
expressos em porcentagem de matéria seca segundo metodologia descrita por APHA (2005).
𝑆𝑉 = 𝑆𝑇 − 𝑐𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠
𝑐𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠 = 1 −
𝑃𝑈−𝑃𝑚
𝑃𝑈
(3)
𝑥 100
(4)
36
Material e Métodos
Onde:
SV = teor de SV, em porcentagem;
PU = peso úmido da amostra, em g;
Pm= peso obtido após queima em mufla, em g.
5.3.2
Densidade da Fração Sólida
Na Etapa 1, foi determinada a densidade da fração sólida retida no separador de
sólidos. A fração sólida é particularmente importante para o processo de compostagem. Na
determinação da densidade, utilizou-se um método que oferecesse resultados próximos as
condições da fração sólida numa leira de compostagem.
Da saída do separador de sólidos ao piso, existia uma altura de 2m. Para a obtenção
da densidade (kg/m³), deixou-se a fração sólida cair dessa distância em um recipiente
cilíndrico com volume de 4 litros, o qual foi pesado, determinando-se a taxa e a massa da
fração sólida em condição natural de umidade.
Este procedimento foi efetuado nos 3 dias em que se coletou dados na Fazenda
Campestre, repetindo-se 3 vezes em cada dia.
5.3.3
Determinação da Produção do Biogás
Para a determinação do volume de biogás produzido, o deslocamento vertical do
gasômetro foi medido diariamente e multiplicado pela área da seção transversal interna do
gasômetro, ou seja, 0,00785 m2 (batelada) e 0,04909 m² (contínuo). Com auxílio de um
termômetro digital de haste longa, mediu-se a temperatura do biogás dentro do gasômetro.
Após as leituras, efetuou-se a descarga do biogás, zerando-se os gasômetros. A correção do
volume de biogás para condições de 1 atm e 20°C foi efetuada com base no trabalho de
Caetano (1985). Utilizou-se a expressão resultante da combinação das leis de Boyle e GayLussac demostrada, na Equação (5), onde:
𝑉0 𝑃0
𝑇0
=
𝑉1 𝑃1
𝑇1
(5)
Onde:
V0 = volume de biogás corrigido, m3;
37
Material e Métodos
P0 = pressão corrigida do biogás, para 1 atm, 10332,27 mm de H2O;
T0= temperatura corrigida do biogás, 293,15 K;
V1 = volume do gás no gasômetro (m³);
P1 = pressão do biogás no instante da leitura, 9621,9239 mm de H2O;
T1 = temperatura do biogás , em K, no instante da leitura.
Considerando-se a pressão atmosférica média de Jaboticabal igual a 9641,77 mm de
água e pressão conferida pelos gasômetros de 10,33 mm de água, obteve-se como resultado a
Equação (6), para correção do volume de biogás:
V0 = (V1 /T1 ) x 273,84 (6)
5.3.4
Potenciais de Produção de Biogás e de Metano
Os potenciais de produção de biogás e de metano foram calculados utilizando-se os
dados de produção diária e as quantidades de dejetos, substrato, ST e SV adicionados e SV
reduzido nos biodigestores. Os valores foram expressos em m³ de biogás por kg de dejetos e
substrato, por kg de ST e SV adicionados e SV reduzido.
5.3.5
Determinação da Composição do Biogás
As análises de qualidade do biogás produzido foram feitas semanalmente para
determinação dos teores de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). As amostras do biogás
foram colhidas com auxílio de seringas de 50 mL de volume e analisadas em cromatógrafo de
fase gasosa FINNINGAN GC-2001, equipado com as colunas Porapack Q e Peneira
Molecular 5A e detector de condutividade térmica, utilizando o hidrogênio como gás de
arraste. A calibração do equipamento foi feita com o gás padrão contendo 55,4% de metano,
35,1% de dióxido de carbono, 2,1% de oxigênio e 7,7% de nitrogênio. Os percentuais dos
componentes foram determinados com o auxílio de um integrador processador.
5.3.6
Análise Estatística dos Dados
Para o ensaio de biodigestão anaeróbia utilizou-se um modelo linear geral com 4
repetições. As pressuposições para análise de variância foram verificadas e as médias
comparadas pelo teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade no programa SAS
(Statistical Analysis System).
38
Resultados e Discussões
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1
partir dos dejetos de bovinos leiteiros da Fazenda Campestre em
biodigestores do tipo batelada
6.1.1
Quantificação da Produção de Dejetos e de Sólidos
Na Tabela 3 são apresentados os resultados das medições efetuadas em campo para a
produção de dejetos na forma líquida da Fazenda Campestre, e como resultado tem-se que,
nessa fazenda, é produzida uma média de 42.514 L/dia de dejetos líquidos. Esse valor serviu
como base para o dimensionamento do volume útil necessário do biodigestor a ser utilizado
para o tratamento desses dejetos, resultando em uma carga diária de aproximadamente 43 m³
para propriedades rurais com 285 cabeças de bovinos leiteiros.
Observa-se, na Tabela 3, que o volume de dejetos na parte da manhã foi mais elevado
que o volume de dejetos da parte da tarde, isso devido ao fato de que no período da manhã era
acumulado o volume de dejetos de duas ordenhas, enquanto no período da tarde era
acumulado apenas o dejetos de uma ordenha, pois o sistema de limpeza adotado na
propriedade considera 3 ordenhas diárias e apenas duas lavagens do free stall.
Tabela 3-– Produção de Dejetos (L) e Sólidos Totais (%) da Fazenda Campestre
TEMPO DE
FUNCIONAMENTO
DO SEPARADOR,
(h)
VAZÃO NA
SAÍDA DO
SEPARADOR,
(L/h)
VOLUME
DE
DEJETOS
LÍQUIDOS,
(L)
ST (%)
APÓS
DECANTADOR
DIA
PERÍODO
ST (%)
DEJETO
BRUTO
1º
MANHÃ
7,05
01:18:45
21.875
28.711
2,32
TARDE
6,08
00:37:08
22.388
13.807
2,69
MANHÃ
6,13
01:14:00
22.350
27.565
2,43
TARDE
6,31
00:38:56
22.116
14.351
2,70
MANHÃ
6,62
01:17:39
21.977
28.442
2,35
TARDE
6,48
00:39:53
22.065
14.667
2,66
6,45
01:55:27
22.129
42.514
2,53
2º
3º
MÉDIAS DIÁRIAS
O volume médio de 42.514 L, obtido nos 3 dias de coleta de dados, apresentou um
teor médio de sólidos totais igual a 2,53%, o que implica em 1.075,60 kg de sólidos totais.
39
Este resultado é particularmente importante para que se faça a estimativa da produção diária
de biogás para sistemas como o estudado.
O tempo de operação, a vazão de sólidos no separador, a produção de dejetos sólidos,
os teores de sólidos totais e a densidade da fração sólida estão apresentados na Tabela 4.
Observou-se que, em média, foram obtidos 8.050 kg de dejetos sólidos dia com teor médio de
sólidos totais iguais a 21,63%, o que implica em produção diária de 1.741,76 kg de matéria
seca. A densidade média dos sólidos produzidos no separador foi de 508 kg/m3. Os dados
relativos ao material sólido obtido no separador são particularmente interessantes para o
dimensionamento de pátios de compostagem uma vez que estes resíduos, devido ao alto teor
de sólidos e por serem originários do alimento volumoso adicionado na dieta dos ruminantes,
são mais adequados ao processo de compostagem.
Tabela 4- Tempo de operação, vazão de sólidos no separador, em kg/h, produção de dejetos sólidos,
em kg, teores de sólidos totais, em % e kg e densidade da fração sólida, em kg/m3.
TEMPO DE
OPERAÇÃO
VAZÃO NO DEJETOS
DO
SEPARADOR, SÓLIDOS,
SEPARADOR,
(h)
(kg/h)
(kg)
DIA
ST
ST POR
DENSIDADE,
DIA,
(%)
(kg)
(kg/m3)
DEJETOS
LÍQUIDOS,
(L)
1º
01:55:53
4.237
8.183
22,13
1.810,90
509
42.518
2º
01:52:56
4.280
8.056
21,12
1.701,43
512
41.916
3º
01:57:32
4.039
7.912
21,65
1.712,95
504
43.109
MÉDIAS
DIÁRIAS
01:55:27
4.185
8.050
21,63
1741,76
508
42.514
Com base nesses resultados, observou-se que a média diária de produção de dejetos,
nessa fazenda, quando se faz a separação de sólidos, para um plantel de 285 cabeças de
bovinos leiteiros foi de 149,17 L de dejetos líquidos por animal e a média diária de produção
de dejetos sólidos, com separação em separador com duas peneiras sequenciais de malhas de
0,90 e 0,75 mm, foi de 28,24 kg de sólidos por animal.
6.1.2
Redução dos Sólidos Totais e Voláteis
Na Tabela 5, observam-se os valores referentes aos teores médios de sólidos totais (ST),
em % e kg, bem como as porcentagens das reduções obtidas nos teores de ST dos substratos
obtidos após a lavagem dos pisos do estábulo (DEJ-INN), bem como das frações obtidas após
o separador de sólidos (DEJ-SEP e SOL-RET) e após o decantador de areia (DEJ-DEC). Os
resultados se referem aos dejetos que foram utilizados no abastecimento dos biodigestores
(afluente) e ao biofertilizante, obtido após o processo (efluente).
40
Tabela 5- Teores médios de sólidos totais (ST), em % e kg, e redução de ST para os biodigestores com
DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET.
AFLUENTE
EFLUENTE
REDUÇÃO DE ST
ST(%)
ST (kg)
ST (%)
ST (kg)
(%)
DEJ-INN¹
7,05
0,1269
4,59
0,0826
34,91 bc
DEJ-SEP2
2,43
0,0437
1,55
0,0279
36,16 ab
DEJ-DEC3
2,32
0,0418
1,46
0,0262
37,32 a
SOL-RET4
3,54
0,0637
2,39
0,0431
32,34 c
Valores de P
0,0001
Valores de F
11,74
CV( %)
3,53
P – probabilidade; F- significância; CV – coeficiente de variação;
Médias na colunas com letras distintas diferem pelo teste Tukey (P<0,05);
1
dejetos in natura; 2 dejetos após separador de sólidos; 3dejetos após decantadores; 4sólidos retidos no separador
de sólidos
No dia do abastecimento dos biodigestores com DEJ-INN se apresentava com 7,05% de
ST, DEJ-SEP com 2,43%, DEJ-DEC com 2,32% e o SOL-RET com 21,26%. Após diluição
de 0,300kg do SOL-RET em 1,5 kg de água, o substrato resultou um teor de 3,54% de ST.
Os valores de ST para os DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET apresentam valores
abaixo dos utilizados por Xavier e Lucas Júnior (2010), que estudaram a biodigestão de
bovinos leiteiros, com e sem o uso de inoculo em biodigestores do tipo batelada, e
encontraram valores que variaram de 7,14 a 9,09% e também inferiores aos valores
encontrados por Backes (2011) que, trabalhando com biodigestão de dejetos bovinos leiteiros
com e sem adição de glicerina em biodigestores do tipo batelada, encontrou valores que
variaram de 5,60 a 10,56% de ST. Essa diferença nos teores de ST se deve aos diferentes
procedimentos de lavagem dos estábulos e coleta dos dejetos que resultam em diferentes
níveis de diluição.
Na Tabela 6, observam-se os valores referentes aos teores médios de sólidos voláteis
(SV), em % e kg, bem como as porcentagens das reduções obtidas nos teores de SV dos
substratos obtidos após a lavagem dos pisos do estábulo (DEJ-INN), bem como das frações
obtidas após o separador de sólidos (DEJ-SEP e SOL-RET) e após o decantador de areia
(DEJ-DEC). Os resultados se referem aos dejetos que foram utilizados no abastecimento dos
biodigestores (afluente) e ao biofertilizante, obtido após o processo (efluente).
41
Tabela 6- Teores médios de sólidos voláteis (SV), em % e kg, e redução de SV para os biodigestores
com DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET.
AFLUENTE
SV(%) SV (kg)
EFLUENTE
REDUÇÃO DE SV
SV (%)
SV (kg)
(%)
DEJ-INN1
5,94
0,1069
3,85
0,0693
35,17 ab
DEJ-SEP2
1,97
0,0355
1,23
0,0221
37,75 a
DEJ-DEC3
1,85
0,0333
1,15
0,0207
37,84 a
SOL-RET4
2,99
0,0538
2,00
0,0360
33,09 b
Valores de P
0,0012
Valores de F
10,33
CV (%)
3,98
Médias na colunas com letras distintas diferem pelo teste Tukey (P<0,05);
1
dejetos in natura; 2 dejetos após separador de sólidos; 3dejetos após decantadores; 4sólidos retidos
no separador de sólidos
Os teores de SV representaram 84,25%, 81,06%, 79,74%, 84,4% dos teores de ST,
quantidade de SV presentes nos ST, nos afluentes dos biodigestores DEJ-INN, DEJ-SEP,
DEJ-DEC e SOL-RET, respectivamente. Esses valores estão próximos aos encontrados por
Xavier e Lucas Júnior (2010) que encontraram valores que variam de 74,70 a 88,46% de SV.
Backes (2011) encontrou o valor de 73,75% de SV para os dejetos de bovinos, menor do que
o encontrado nesse trabalho.
As reduções de sólidos voláteis durante o processo de biodigestão anaeróbia variaram
de 33,09 a 37,84%, sendo os maiores valores para o DEJ-SEP (37,75%) e para o DEJ –DEC
(37,84%), os quais não apresentaram diferenças significativas com o dejeto in natura (DEJINN). Observou-se que os sólidos retidos na peneira, os quais foram diluídos em água para o
abastecimento dos biodigestores (SOL-RET), apresentaram a menor redução de sólidos
voláteis, 33,09%.
Em seu trabalho, Xavier e Lucas Júnior (2010), obtiveram reduções entre 22,41 e
50,72%, sendo o maior nível de redução obtido com uso de inóculo e Amaral et al. (2004),
trabalhando com dejetos de bovinos leiteiros, submetidos a diferentes tempos de retenção
hidráulica e tipos de biodigestores, obtiveram reduções de 26,08% a 40,36%. Orrico Jr. et al.
(2010), trabalharam com dejetos de bovinos de corte, em biodigestores do tipo batelada, com
diferentes alimentações e tempos de retenção hidráulica e encontraram reduções de sólidos
voláteis que variaram de 28,35 a 63,42%, sendo a maior redução para os dejetos de bovinos
42
alimentados com uma dieta com proporção de 40% de volumoso e 60% de concentrado e um
TRH de 120 dias. Essa diferenças estão associadas a alimentação dos animais que irão afetar a
composição dos resíduos.
Na redução de sólidos voláteis dos biodigestores com DEJ-INN não houve diferenças
estatísticas significativas, pelo Teste Tukey (5%), com os demais biodigestores. Houve
diferenças estatísticas entre os biodigestores SOL-RET e os biodigestores com DEJ-SEP e
DEJ-DEC. Os valores encontrados nesse trabalho estão próximos aos encontrados por Ribeiro
et al. (2007), que encontraram reduções médias de SV de 30,37 a 41,92% para dejetos de
bovinos confinados, recebendo diferentes dietas com diferentes fontes protéicas, utilizando
biodigestores bateladas com TRH de 200 dias. A redução de sólidos voláteis para os
biodigestores com DEJ-INN, DEJ-SEP e DEJ-DEC se aproximaram dos valores encontrados
por Amaral et al. (2004) quando utilizaram biodigestores modelo chinês com TRH de 20 dias
(38,58%) e com Orrico Jr. et al. (2010) quando os bovinos foram alimentados com uma dieta
de 60% de volumoso e 40% de concentrado e o TRH foi de 60 dias (38,28%)
6.1.3
Produção de Biogás e Metano
Na Tabela 7 são apresentados os resultados de produção de biogás, obtidos para cada
tipo de dejeto utilizado no abastecimento dos biodigestores batelada. Os resultados estão
apresentados em produção acumulada em sete dias, em m3.
43
Tabela 7- Produção de biogás acumulada em sete dias, nos biodigestores bateladas abastecidos com
DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET
DIAS
PRODUÇÃO DE BIOGÁS (m³)
DEJ-INN¹ DEJ-SEP² DEJ-DEC³ SOL-RET4
0
7
14
21
28
35
42
49
0
0,00117
0,00042
0,00021
0,00002
0,00000
0,00061
0,00112
0
0,00003
0,00004
0,00004
0,00007
0,00032
0,00057
0,00065
0
0,00002
0,00002
0,00002
0,00002
0,00023
0,00045
0,00046
0
0,00000
0,00000
0,00000
0,00000
0,00000
0,00001
0,00007
56
0,00137
0,00081
0,00064
0,00016
63
70
77
84
91
98
105
112
119
126
133
140
147
154
161
168
175
182
189
196
0,00177
0,00213
0,00201
0,00254
0,00022
0,00187
0,00111
0,00149
0,00192
0,00142
0,00165
0,00191
0,00157
0,00082
0,00059
0,00057
0,00055
0,0006
0,00045
0,00028
0,00122
0,00144
0,00155
0,0014
0,00047
0,00045
0,00034
0,00042
0,00042
0,0003
0,00023
0,00015
0,00008
0,00007
0,00006
0,00002
0,00000
0,00000
0,00000
0,00001
0,00104
0,0013
0,00128
0,00114
0,00038
0,00004
0,00025
0,00035
0,00031
0,00022
0,00013
0,00007
0,00004
0,00001
0,00001
0,00001
0,00000
0,00000
0,00000
0,00000
0,00019
0,00076
0,00003
0,00042
0,00022
0,00003
0,00022
0,00028
0,00028
0,00030
0,00035
0,00049
0,00059
0,00064
0,00078
0,00076
0,00063
0,00063
0,00054
0,00046
TOTAL
0,03237
0,01117
0,00879
0,00940
1 - DEJ-INN- dejetos in natura;
2 - DEJ-SEP- dejetos após separador de sólidos;
3 - DEJ-DEC- dejetos após decantadores ;
4 - SOL-RET- sólidos retidos no separador de sólidos;
A maior produção de biogás, durante o período experimental, ocorreu para os
biodigestores abastecidos com DEJ-INN (0,0324 m³); DEJ-SEP (0,0112 m³) e SOL-SEP
44
(0,0094 m³), sendo o menor volume produzido pelos biodigestores abastecidos com DEJ-DEC
(0,0088 m³).
Galbiatti et al. (2013) trabalharam com dejetos bovinos de corte confinados, em
biodigestores bateladas similares aos utilizados nesse presente trabalho, por 129 dias, e
obtiveram um valor de produção total de biogás de 0,0128 m³, próximo ao encontrado para o
DEJ-SEP (0,0112 m³), em 196 dias. Para mesmo período, 129 dias, a produção de biogás para
o biodigestor abastecido com DEJ-INN foi superior (73,4%) ao encontrado por esse autor
(0,0222 m³) e, para o DEJ-SEP , 0,0107m³, a produção de biogás foi 16,4% inferior.
Na Figura 24 observam-se as variações na produção acumulada, em % de biogás.
Volume Acumulado (%)
Produção Acumulada de Biogás (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
DEJ-INN
DEJ-SEP
DEJ-DEC
SOL-RET
0
14
28
42
56
70
84
98 112 126 140 154 168 182 196
Tempo (dias)
DEJ-INN- dejetos in natura; DEJ-SEP-dejetos após separador de sólidos; DEJ-DEC-dejetos após
decantadores; SOL-RET- sólidos retidos no separador de sólidos
Figura 24 - Produção acumulada de biogás (%) em biodigestores batelada operados com dejetos de
vacas leiteiras obtidos após a lavagem dos pisos do estábulo (DEJ-INN), bem como das frações
obtidas após o separador de sólidos (DEJ-SEP e SOL-RET) e após o decantador de areia (DEJ-DEC).
Pela Figura 24, verificou-se que com aproximados 120 dias, mais de 90% da produção
total de biogás foi alcançada para os biodigestores com DEJ-SEP e DEJ-DEC o que indica
uma estabilização mais rápida do dejeto, enquanto os biodigestores com DEJ-INN e SOLRET alcançaram cerca e 70% e 35%, respectivamente, da sua produção de biogás, nesse
mesmo período.
Na Figura 25, observa-se um gráfico da produção de metano durante o período
experimental.
45
Produção metano (m³)
Produção de Metano
0,002
0,0018
0,0016
0,0014
0,0012
0,001
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
0
DEJ-INN
DEJ-SEP
DEJ-DEC
SOL-RET
0
14
28
42
56
70
84
98
112
126
140
154
168
182
196
Tempo (dias)
DEJ-INN- dejetos in natura; DEJ-SEP-dejetos após separador de sólidos; DEJ-DEC-dejetos após
decantadores; SOL-RET- sólidos retidos no separador de sólidos
Figura 25- Produções médias diárias de metano em biodigestores batelada operados com dejetos de
vacas leiteiras obtidos após a lavagem dos pisos do estábulo (DEJ-INN), bem como das frações
obtidas após o separador de sólidos (DEJ-SEP e SOL-RET) e após o decantador de areia (DEJ-DEC)
O DEJ-INN, composto pelo dejeto in natura, foi o que produziu maior quantidade de
biogás, seguido pelo DEJ-SEP, DEJ-DEC e, por fim, o biodigestor SOL-RET. As produções
médias diárias de metano para os biodigestores DEJ-SEP e DEJ-DEC foram similares o que
indica grande semelhança no processo de biodegradação, que se intensifica a partir de
aproximados 30 dias do início do experimento, reduzindo sua produção após
aproximadamente 80 dias. O DEJ-INN apresenta mais de um pico de produção de metano o
que indica a presença de substratos com diferentes níveis de biodegradação. A produção de
metano para o biodigestor SOL-RET apresenta um pico aos 70 dias de experimento e se
intensifica após 130 dias, o que justifica a baixa produção acumulada de biogás no período
anterior e indica a presença de substratos de mais difícil biodegradação.
Assim, da Figura 25, pode-se concluir que, com a separação de sólidos, houve a
separação de um material de mais difícil biodegradação, que ficou retido no separador de
sólidos, que necessita de um tempo mais longo para se decompor. A teoria pode ser reforçada
pela produção de metano do SOL-RET, composto pelos sólidos retidos no separador, que se
intensifica após 130 dias enquanto no DEJ-SEP e DEJ-DEC o pico de produção ocorre aos 75
dias.
Na Tabela 8 são apresentados os resultados de produção de metano, obtidos para
cada tipo de dejeto utilizado no abastecimento dos biodigestores batelada. Os resultados estão
apresentados em produção acumulada em sete dias, em m3.
46
Tabela 8- Produção de metano acumulada em sete dias, nos biodigestores bateladas abastecidos com
DEJ-INN, DEJ-SEP, DEJ-DEC e SOL-RET e valores máximos e médios, em %, alcançados em cada
tipo de dejeto
PRODUÇÃO DE METANO (m³)
DIAS
DEJ-INN¹ DEJ-SEP²
DEJ-DEC³
SOL-RET4
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98
105
112
119
126
133
140
147
154
161
168
175
182
189
0
0,000071
0,000099
0,000067
0,000006
0,000000
0,000402
0,000855
0,001120
0,001421
0,001671
0,001511
0,001756
0,001470
0,001322
0,000789
0,001034
0,001396
0,001114
0,001340
0,001562
0,001287
0,000669
0,000479
0,000466
0,000452
0,000489
0,000370
0
0,000003
0,000010
0,000015
0,000038
0,000222
0,000446
0,000542
0,000700
0,001086
0,001266
0,001316
0,001170
0,000410
0,000410
0,000306
0,000371
0,000378
0,000273
0,000204
0,000139
0,000073
0,000063
0,000053
0,000021
0,000000
0,000000
0,000000
0
0,000001
0,000005
0,000007
0,000012
0,000164
0,000358
0,000390
0,000549
0,000919
0,001138
0,001095
0,000996
0,000344
0,000366
0,000225
0,000311
0,000275
0,000198
0,000114
0,000064
0,000034
0,000008
0,000010
0,000009
0,000000
0,000000
0,000000
0
0,000000
0,000000
0,000000
0,000000
0,000000
0,000009
0,000055
0,000127
0,000148
0,000607
0,000232
0,000320
0,000168
0,000233
0,000178
0,000227
0,000227
0,000245
0,000276
0,000378
0,000455
0,000494
0,000600
0,000583
0,000484
0,000484
0,000414
196
0,000226
0,000008
0,000000
0,000353
TOTAL
0,02344
0,00952
0,00759
0,00730
VALOR MÁXIMO (%)
82,3
92,1
91,1
82,6
72,4
85,2
VALOR MÉDIO (%)
1- DEJ-INN- dejetos in natura;
2-DEJ-SEP- dejetos após separador de sólidos;
3-DEJ-DEC- dejetos após decantadores;
4-SOL-RET- sólidos retidos no separador de sólidos;
86,4
77,6
47
Os biodigestores abastecidos com DEJ-INN produziram maior quantidade de metano
(0,0234 m³), seguidos dos biodigestores com DEJ-SEP (0,0095 m³) e, diferentemente da
produção de biogás, os biodigestores abastecidos com DEJ-DEC produziram maior
quantidade de metano (0,00759 m³) comparado com os biodigestores abastecidos com SOLSEP (0,0073 m³). Isso devido ao fato de que o biogás dos biodigestores abastecidos com DEJSEP apresentou teor de metano mais elevado (86,4%) comparados com os outros
biodigestores, sendo o biogás dos biodigestores com SOL-SEP o que apresentou menor teor
de metano (77,6%).
Os teores de metano foram maiores do que os encontrados por Machado (2011) que
variaram de 69,4 a 72,4 %, para dejetos bovinos leiteiros em biodigestores do tipo batelada,
com diferentes tempos de exposição de ar. Orrico Jr. et al. (2010) encontraram valores que
variaram de 65 a 81,0% sendo esse último o valor encontrado para dejetos de bovinos de
corte, alimentados com uma dieta de 60% de volumoso e 40% de concentrado, em
biodigestores bateladas com TRH de 120 dias. Galbiatti et al. (2009), encontraram para
dejetos de bovinos, em biodigestores do tipo batelada, uma variação no teor de metano que
apresentou picos de 84,8%, similar ao obtido pelo biodigestor abastecido com DEJ-INN.
6.1.4
Potencial de Produção de Metano
Na Tabela 9 são apresentados os valores dos potenciais de produção de biogás,
expressos em m3 de biogás por kg dejeto, por kg de sólidos totais (ST) adicionados, por kg de
sólidos voláteis (SV) adicionados e por kg de sólidos voláteis reduzidos.
Tabela 9- Potenciais de produção de biogás, expressos em m3 de biogás por kg de dejeto, por kg de
sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) adicionados (adic) e por kg de SV reduzidos (red)
3
DEJ-INN¹
DEJ-SEP²
DEJ-DEC³
SOL-RET4
Valores de P
Valores de F
CV(%)
m /kg Dejeto
0,0180 b
0,0062 c
0,0049 c
0,0313 a
<0,0001
34,47
26, 67
PRODUÇÃO DE BIOGÁS
m /kg ST adic.
m3/kg SV adic. m3/kg SV red.
0,2551 a
0,3027 a
0,8605 a
0,2555 a
0,3151 a
0,8403 a
0,2104 a
0,2639 a
0,6927 ab
0,1475 b
0,1747 b
0,5263 b
0,0005
0,0004
0,0011
12,58
13,01
10,56
13,24
13,33
12,98
3
Médias na colunas com letras distintas diferem pelo teste Tukey (P<0,05).
1
dejetos in natura; 2 dejetos após separador de sólidos; 3dejetos após decantadores; 4sólidos retidos no
separador de sólidos
48
A produção média de biogás por kg de dejeto nos biodigestores com DEJ-INN e
SOL-RET (0,0180 e 0,0313 m³ respectivamente) se assemelha às encontradas por Amaral et
al. (2004) que obtiveram como média 0,025 m³ de biogás por kg de dejeto e por Xavier e
Lucas Jr. (2010), que obtiveram valores que variaram de 0,0163 a 0,0267 m³ de biogás por kg
de dejeto. Os valores obtidos para os biodigestores abastecidos com DEJ-SEP e DEJ-DEC
foram inferiores (0,0062 e 0,0049 m³ de biogás por kg de dejeto, respectivamente) e,
comparados com a produção pelo DEJ-INN, houve redução de 65,5% e 72,8%,
respectivamente, na produção total de biogás. Esses valores são compatíveis aos encontrados
por Machado (2011) que obteve valores que variavam de 0,0026 m³ a 0,0080 m³ de biogás
por kg de substrato e ao valor encontrado por Galbiatti et al. (2013) que obtiveram um
potencial de produção de biogás de 0,056 m3 por kg de dejeto.
Considerando a produção de biogás por kg de sólidos totais adicionados, um fator
importante por eliminar a interferência do teor de água presente na biomassa, observa-se que
variaram de 0,14875 a 0,2551 m³, valores superiores aos encontrados por Amaral et al.
(2004), que variaram de 0,1019 a 0,1233 m³ por kg de ST adicionados. Os valores
encontrados nesse trabalho estão próximos a valores encontrados por Xavier e Lucas Júnior
(2010) que variaram de 0,1924 a 0,3101 m³ e aos encontrados por Machado (2011) variaram
de 0,0970 a 0,2478 m³ de biogás por kg de ST adicionados. Orrico Jr. et al. (2010)
encontraram valores próximos nos biodigestores bateladas, abastecidos com dejetos de
bovinos alimentados com diferentes dietas de volumosos e concentrados, com um tempo de
retenção hidráulica (TRH) de 30 dias que variaram de 0,160 m³ a 180 m³ de biogás por kg de
ST adicionados. Para TRH maiores que 30 dias, Orrico Jr. et al. (2010), encontraram valores
superiores que variaram de 0,300 a 0,420m³ de biogás por kg de ST adicionados.
Os potenciais de produção de biogás por kg de sólidos voláteis adicionados para os
biodigestores abastecidos com DEJ-INN, DEJ-SEP e DEJ-DEC foram de 0,3027, 0,3151 e
0,2639 m³, respectivamente, e foram próximos dos potenciais encontrados por Orrico Jr. et al.
(2010), quando o TRH foi de 60 dias e variaram de 0,350 a 0,380 m³ de biogás por sólidos
adicionados sendo superiores ao valores encontrados para um TRH de 30 dias (0,180 a 0,230
m³).
Os potencias de produção de biogás dos sólidos voláteis reduzidos foram superiores
para os biodigestores abastecidos com DEJ-INN e DEJ-SEP com valores de 0,8605 e 0,8403
m³ de biogás por kg de SV reduzidos, que estão na faixa de valores observada por Xavier e
49
Lucas Júnior (2010), que variaram de 0,7243 a 1,082 m³ de biogás. Os valores encontrados
por Amaral et al. (2004) foram inferiores quando comparandos com DEJ-INN, DEJ-SEP e
DEJ-DEC, que variaram de 0,448 a 0,5324 m³ de biogás por kg de SV reduzidos sendo, esse
último caso próximo ao valor encontrado para o biodigestor com SOL-RET (0,5263 m³ de
biogás por kg de sólidos voláteis reduzidos) e próximo ao valor encontrado por Miranda et al.
(2006) que trabalharam com dejetos de bovinos em biodigestores de bancada em batelada, e
obtiveram o valor de 0,4729 m³ de biogás por kg de sólidos voláteis reduzidos.
A produção de biogás, em m³ por kg de dejeto, nos biodigestores com DEJ-INN e
SOL-RET, diferiram estatisticamente dos demais biodigestores, sendo os biodigestores com
DEJ-SEP e DEJ-DEC, iguais estatisticamente. Para os demais parâmetros (m³ de biogás por
ST adicionados, SV adicionados e SV reduzidos), somente o biodigestor com SOL-RET
apresentou diferenças estatísticas significativas.
Na Tabela 10 são apresentados os valores dos potenciais de produção de metano,
expressos em m3 de metano por kg dejeto, por kg de sólidos totais (ST) adicionados, por kg
de sólidos voláteis (SV) adicionados e por kg de sólidos voláteis reduzidos.
Tabela 10- Potenciais de produção de metano, expressos em m3 de metano por kg de dejeto por kg de
3
1
DEJ-INN
DEJ-SEP2
DEJ-DEC3
SOL-RET4
P
F
CV(%)
m /kg Dejeto
0,0130b
0,0053c
0,0042c
0,0243a
<0,0001
34,74
26,89
PRODUÇÃO DE METANO
m3/kg ST adic. m3/kg SV adic. m3/kg SV red.
0,1847ª
0,2193a
0,6232a
0,2177ª
0,2686a
0,7150a
0,1818ª
0,2279a
0,6003a
0,1145b
0,1356b
0,4105a
0,0003
0,0002
0,0008
13,89
15,34
11,33
13,30
13,39
0,74
Médias na colunas com letras distintas diferem pelo teste Tukey (P<0,05).
1
dejetos in natura; 2 dejetos após separador de sólidos; 3dejetos após decantadores; 4sólidos retidos
no separador de sólidos
Com relação à produção de metano, os biodigestores com DEJ-SEP e DEJ-DEC tiveram
reduções, 59,2% e 67,8% (0,0053 e 0,0042 m³ / kg de dejeto) respectivamente, comparados
com o biodigestor com DEJ-INN (0,0130 m3/kg de dejeto). Apesar da menor produção de
metano pelos biodigestores com DEJ-SEP e DEJ-DEC, eles apresentaram biogás com maior
teor de metano e melhor produção de metano por kg de SV adicionados (0,2686 e 0,2279 m,
respectivamente). Os potenciais de produção de metano por kg de SV reduzidos variaram de
50
0,4105 a 0,7150 m³, sendo que o menor potencial foi observado para biodigestor abastecido
com SOL-RET, o que demonstra que, apesar de uma elevada produção de biogás por kg de
dejeto, foram considerados, nesse caso, apenas os 0,300 kg de dejetos utilizados, ao passo
que, nos outros biodigestores, os dejetos se encontravam diluídos pela água de lavagem dos
estábulos, e o valor considerado foi de 1,8 kg de dejetos.
Moller et al. (2004) encontraram potenciais com valores de 0,148± 0,041 m³ de metano
por kg de SV adicionados e 0,468 ±0,061 m³ de metano por kg de SV reduzidos para dejetos
de bovinos leiteiros. O mesmo autor considera que a variação entre os dejetos de bovinos é
muito maior do que a variação entre dejetos de suínos e isso pode ser explicado pelo fato de
que, para bovinos, há uma maior diferença na prática de alimentação e de produtividade entre
diferentes produtores quando comparados com as produções suinícolas, assim, bovinos
alimentados somente com volumoso obtêm menores rendimentos do que bovinos alimentados
com volumoso e concentrado.
Orrico Jr. et al. (2010) encontraram valores de 0,110 a 0,350 m³ de metano por kg de ST
adicionados e 0,130 a 0,410 m³ de metano por kg de SV adicionados. Os potenciais
encontrados foram maiores para os dejetos dos animais alimentados com 60% de concentrado
e de 40% volumoso. Os valores mais próximos ao encontrado por Orrico Jr. et al. (2010) e
nesse presente trabalho foram para um TRH de 60 dias com 0,220 e 0,230 m³ de metano por
kg de ST adicionados e 0,200 e 0,260 m³ de metano por kg de SV adicionados comparado
com os biodigestores com DEJ-INN, DEJ-SEP e DEJ-DEC.
Assim como na produção de biogás, a produção de metano, em m³ por kg de dejeto,
nos biodigestores com DEJ-INN e SOL-RET, diferiram estatisticamente dos demais
biodigestores, sendo os biodigestores com DEJ-SEP e DEJ-DEC iguais estatisticamente. Para
os demais parâmetros (m³ de biogás por ST adicionados, SV adicionados e SV reduzidos)
somente o biodigestor com SOL-RET apresentou diferenças estatísticamente significativas
pelo teste Tukey (P<0,05).
6.1.5
Estimativa da produção de metano na Fazenda Campestre
A produção de dejetos na Fazenda Campestre foi quantificada no item 6.1.1, sendo o
volume médio de dejetos líquidos diário, após o separador de sólidos, de 42.514 L e o volume
médio de dejetos sólidos diário retidos no separador, de 8.050 kg.
Tem-se que a produção de dejetos sem separação de sólidos corresponde ao volume
51
médio de dejetos líquidos (42.524 L) que passou pelo separador somado com a massa média
dos dejetos sólidos que ficou retida no separador (8.050 kg), o que resulta em um total de
50.564 kg de dejetos por dia no total (considerando a densidade dos dejetos líquidos como
1kg/L). A produção de dejetos com separação de sólidos é igual ao volume médio de dejetos
líquidos que passou pelo separador, resultando em uma massa de 42.524 kg de dejetos no
total.
A partir dos teores médios de sólidos voláteis (SV) dos afluentes, calculados no item
6.1.2, e dos potenciais de metano, calculados no item 6.1.4, é possível estimar o potencial de
produção de metano diário da Fazenda Campestre para um plantel de 285 vacas leiteiras
Para as estimativas foram utilizados teores médios de SV e os potencias para o dejeto
in natura (DEJ-INN) e dos dejetos após separador de sólidos (DEJ-SEP). Os resultados
obtidos expressos na Tabela 11.
Tabela 11- Estimativa da produção diária de metano para a Fazenda Campestre (285 vacas)
Produção de
Teor médio de SV
Total SV
Potencial em
Total
dejetos
(afluente)
adic.
m³ metano/kg
metano
(kg/dia)
(%)
(kg)
SV adic.
(m³/ dia)
DEJ-INN¹
50.564
5,94
3003,50
0,2193
658,67
DEJ-SEP²
42.524
1,97
837,72
0,2686
225,01
¹sem separação de sólidos in natura; ²com separação de sólidos
Tem-se que, sem a separação de sólidos, a estimativa da produção diária de metano é
de 658,67 m³ por dia e, com a separação de sólidos, a produção diária de metano é 65,8%
menor (225,01 m³ de metano por dia).
52
6.2
partir dos dejetos de bovinos leiteiros do Setor de Bovinocultura de Leite
da UNESP Jaboticabal em biodigestores contínuos
6.2.1
Redução dos Sólidos Totais e Voláteis
Na Tabela 12, são apresentados os dados de sólidos totais (ST), em % e kg, bem
como as porcentagens de reduções obtidas nos teores de ST e, similarmente, na Tabela 13, são
apresentados os dados obtidos para sólidos voláteis (SV), para os biodigestores sem separação
da fração sólida (SSFS) e com separação da fração sólida (CSFS).
Os resultados se referem aos dejetos que foram utilizados no abastecimento dos
biodigestores (afluente) e ao biofertilizante obtido após o processo (efluente).
Tabela 12 - Teores médios de sólidos totais (ST), em % e kg, e redução de ST para os biodigestores
sem separação da fração sólida (SSFS) e com separação da fração sólida (CSFS)
SSFS¹
CSFS²
AFLUENTE
EFLUENTE
REDUÇÃO DE ST
ST(%) ST(kg)
ST (%) ST (kg)
(%)
2,20
1,48
0,044
0,03
1,32
0,38
0,0265
0,0076
39,75a
74,27b
Valores de P
0,0001
Valores de F
64,48
CV (%)
10,43
Médias na colunas com letras distintas diferem pelo teste Tukey (P<0,05)
¹sem separação da fração sólida; ²com separação da fração sólida
Tabela 13- Teores médios de sólidos voláteis (SV), em % e kg, e redução de SV para os os
biodigestores com SSFS e CSFS.
SSFS
CSFS
AFLUENTE
EFLUENTE
REDUÇÃO DE SV
SV(%) SV(kg)
SV (%) SV (kg)
(%)
1,71
1,10
0,0341
0,0220
1,05
0,29
0,0210
0,0058
38,48a
73,38b
Valores de P
0,0001
Valores de F
64,55
CV(%)
10,99
53
No abastecimento dos biodigestores (afluente), os teores médios de ST foram de 2,20
e 1,48% e os teores médios de SV foram de 1,71 e 1,10% para biodigestores SSFS e CSFS,
respectivamente. Galbiatti (2013), trabalhando com dejetos de bovino de corte, em
biodigestores do tipo contínuo, sem a adição de cana-de-açúcar triturada obteve teores médios
de sólidos totais (2,03%) e voláteis (1,68%) próximos aos teores sólidos totais voláteis dos
biodigestores sem separação de sólidos (SSFS).
Observa-se que os teores de SV representaram 77,8% e 74,3% dos teores de ST, ou
seja, a quantidade de SV presente nos ST para os biodigestores sem separação de sólidos
(SSFS) e com separação de sólidos (CSFS), respectivamente. Esses valores foram próximos
aos encontrados por Amaral et al. (2004) que trabalharam com dejetos de bovinos leiteiros,
em biodigestores contínuos e diferentes tempos de retenção hidráulica (TRH), para o TRH de
30 dias (81,41%) e TRH de 20 dias (79,10%).
Observa-se também que durante o processo de biodigestão, ocorreram reduções bem
maiores nos teores de sólidos totais (74,27%) e voláteis (73,38%) no tratamento em que se
separaram os sólidos (CSFS) ao passo que, no tratamento sem a separação de sólidos (SSFS)
obtiveram-se valores de 39,75% e 38,48%, respectivamente para sólidos totais e voláteis Estas
diferenças indicam que a separação de sólidos pode ser particularmente importante para
propriedades rurais que dispõem de pequenas áreas para a aplicação dos dejetos, pois a
separação de sólidos permite a retirada de um composto orgânico com mais alto teor de
sólidos totais e a fração líquida obtida durante a separação sofre grandes reduções nos teores
de sólidos totais durante o processo de biodigestão anaeróbia. A redução de sólidos voláteis
nos biodigestores com separação da fração sólida (CSFS) foram próximas às valores
encontradas por Miranda et al. (2006), que trabalharam com dejetos de bovinos em
biodigestores de bancada em batelada, e tiveram redução de sólidos voláteis de 75,90%. Os
autores comentam que as menores reduções de sólidos ocorreram nos biodigestores
alimentados com dejetos bovinos, provavelmente devido à degradação do substrato ser
dificultada pela fração fibrosa que compõe o volumoso da alimentação de ruminantes.
6.2.2
Produção de Biogás e Metano
Na Figura 26 é apresentado o gráfico da produção de biogás com os dados obtidos
em todo período experimental.
54
Produção de Biogás
0,018
Volume de Biogás (m³)
0,016
0,014
0,012
0,010
0,008
0,006
0,004
SSFS
0,002
CSFS
0,000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tempo (dias)
SSFS - sem sepaçaõ da fraçao sólida; CSFS - com separação da fração sólida;
Figura 26- Produção de biogás (m³), no período de 100 dias de experimento, em biodigestores
contínuos, TRH de 30 dias e operados com dejetos de vacas leiteiras obtidos com o dejetos sem
separação de sólidos (SSFS) e com separação de sólidos (CSFS)
Observa-se que o tempo para partida dos biodigestores nos dois tratamentos foi
semelhante e a partida ocorreu com tempo aproximado de 25 dias, quando os dois tratamentos
mostraram estabilidade na produção diária de biogás, com os biodigestores abastecidos com
dejetos sem separação de sólidos (SSFS) sempre apresentando maiores produções.
Para melhor análise dos resultados, optou-se por apresentar e discutir separadamente
os resultados obtidos quando os biodigestores apresentavam estabilidade de produção. Desta
forma, foram utilizados separadamente os dados obtidos em 5 semanas, ou seja dos 30 dias
após o abastecimento inicial dos biodigestores até 64 dias de experimento. Os valores diários
de produção de biogás estão apresentados na Tabela 14.
55
Tabela 14- Produção diária de biogás nos biodigestores sem separação a fração sólida (SSFS) e com
separação da fração sólida (CSFS)
PRODUÇÃO DIÁRIA DE BIOGÁS (m3)
DIAS
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
TOTAL
SSFS¹
0,0089
0,0099
0,0118
0,0119
0,0102
0,0126
0,0108
0,0088
0,0102
0,0119
0,0117
0,0104
0,0112
0,0127
0,0127
0,0127
0,0119
0,0091
0,0094
0,0117
0,0116
0,0123
0,0110
0,0101
0,0127
0,0103
0,0087
0,0098
0,0093
0,0127
0,0148
0,0148
0,0132
0,0140
0,0134
CSFS²
0,0078
0,0084
0,0098
0,0106
0,0085
0,0103
0,0086
0,0067
0,0077
0,0092
0,0088
0,0075
0,0085
0,0094
0,0095
0,0101
0,0088
0,0054
0,0052
0,0080
0,0080
0,0078
0,0066
0,0057
0,0069
0,0050
0,0048
0,0061
0,0060
0,0081
0,0099
0,0103
0,0071
0,0089
0,0083
0,3992
0,2780
56
A produção total de biogás nesse período foi de 0,3992 m³ e 0,2780 m³ para os
biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e com separação de sólidos (CSFS),
respectivamente. Estes valores indicam que a separação da fração sólida levou a uma redução
de 30,3% na produção de biogás. A média de produção de biogás semanal para os
biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e com separação de sólidos (CSFS) foram
respectivamente 0,07984 e 0,0557 m³. Galbiatti (2013) obteve valores próximos aos
biodigestores com separação da fração sólida (CSFS), com média semanal de 0,0465 e 0,0557
m³ de biogás para os dejetos sem cana-de-açúcar e com cana-de-açúcar, respectivamente.
O pico de produção, nesse período, para o os biodigestores SSFS foi de 0,015 m³,
valor próximo ao encontrado por Galbiatti (2013) para dejetos de bovino de corte, em
biodigestores do tipo contínuo, sem a adição de cana-de-açúcar triturada que foi de 0,016 m³.
Quando foi misturada cana-de-açúcar triturada, Galbiatti (2013) obteve um pico de 0,025m³
na produção de biogás. Para os biodigestores CSFS o pico, nesse período foi de 0,010 m³ de
biogás, valor 33,3% inferior ao biodigestor SSFS.
A produção de metano, durante o período de 30 a 65 dias de experimento é
apresentada na Figura 27 e os valores diários da produção de metano, para esse período, estão
na Tabela 15.
Produção de Metano
Produção de metano (m³)
0,012
0,010
SSFS
0,008
CSFS
0,006
0,004
0,002
0,000
30
35
40
45
50
Tempo (dias)
55
60
65
SSFS - sem sepaçaõ da fraçao sólida; CSFS - com separação da fração sólida;
Figura 27- Produção de metano (m³), no período de 5 semanas de experimento selecionado, em
biodigestores contínuos, TRH de 30 dias e operados com dejetos de bovinos leiteiros obtidos com o
dejetos sem separação de sólidos (SSFS) e com separação de sólidos (CSFS)
57
Tabela 15 - Produções médias diárias de metano obtidas durante um período de 5 semanas
.PRODUÇÃO DIÁRIA DE METANO (m³)
DIAS
SSFS¹
CSFS²
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
0,0056
0,0063
0,0074
0,0075
0,0067
0,0082
0,0070
0,0058
0,0067
0,0078
0,0076
0,0064
0,0069
0,0078
0,0078
0,0078
0,0073
0,0056
0,0057
0,0071
0,0071
0,0075
0,0068
0,0062
0,0086
0,0070
0,0059
0,0066
0,0063
0,0085
0,0100
0,0085
0,0075
0,0080
0,0077
0,0048
0,0052
0,0061
0,0066
0,0058
0,0070
0,0058
0,0046
0,0053
0,0063
0,0060
0,0049
0,0056
0,0061
0,0062
0,0066
0,0058
0,0036
0,0034
0,0052
0,0053
0,0051
0,0044
0,0038
0,0050
0,0036
0,0034
0,0044
0,0043
0,0058
0,0072
0,0066
0,0046
0,0057
0,0053
TOTAL
0,2508
0,1852
VALOR MÁXIMO (%)
68,0
72,7
VALOR MÉDIO (%)
63,1
66,9
58
Quando se avalia a produção de metano, observam-se produções de 0,2508 e 0,1852
3
m para os biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e com separação de sólidos
(CSFS), respectivamente. Estes valores indicam que a separação da fração sólida levou a uma
redução de 26,2% na produção de metano. O pico de produção de metano, nesse período, foi
de 0,010 para os biodigestores SSFS e nos biodigestor CSFS, esse valor foi 28,0% menor,
(0,0072 m³).
Os teores médios de metano no biogás foram de 63,1% para os biodigestores sem
sem separação de sólidos (SSFS) e de 66,9% para os biodigestores com separação de sólidos
(CSFS). Xavier (2005), trabalhando com dejetos de bovinos leiteiros e co-digestão de caldo
de cana-de-açúcar em biodigestores contínuos, obteve média de 61,6% de metano no biogás
para os biodigestores abastecidos apenas com dejetos de bovinos leiteiros e 58,8% de metano
no biogás para os biodigestores com co-digestão de caldo de cana. Galbiatti (2013) encontrou
média de 61,0% de metano no biogás para os biodigestores abastecidos somente com dejetos
de bovinos e média de 55,2% de metano no biogás para os biodigestores com cana triturada.
Os valores de teor de metano no biogás encontrados nos biodigestores para os dejetos de
bovinos sem mistura de caldo de cana-de-açúcar (XAVIER, 2005) e sem a adição de cana-deaçúcar triturada (GALBIATTI, 2013) foram próximos ao encontrado nos biodigestores sem a
separação da fração sólida (SSFS) (63,1%). Os teores de metano encontrados por Amaral et
al. (2004), que trabalharam com dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos
de retenção hidráulica e tipos de biodigestores contínuos, foram inferiores e variaram de 60,4
a 53,95% de metano no biogás.
6.2.3
Potencial de Produção de Biogás e Metano
Na Tabela 16 são apresentados os valores dos potenciais de produção de biogás,
expressos em m³ por kg dejeto, por kg de sólidos totais (ST) adicionados, por kg de sólidos
voláteis (SV) adicionados e reduzidos.
59
Tabela 16- Potenciais de produção de biogás, expressos em m3 de biogás por kg de dejeto por kg de
PRODUÇÃO DE BIOGÁS
3
SSFS¹
CSFS²
Valores de P
Valores de F
CV(%)
m /kg
Dejeto
0,0456 a
0,0318 b
<0,0001
251,98
3,19
m3/kg ST
adicionado
0,2596 a
0,2682 a
>0,0005
1,84
3,39
m3/kg SV
adicionado
0,3344 b
0,3616 a
<0,0005
10,44
3,42
m3/kg SV
reduzido
0,6621 a
0,3636 b
<0,0001
37,29
13,47
O potencial de produção de biogás por kg de dejeto foi de 0,0456 e 0,0318 m³ para
os biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e com separação da fração sólida (CSFS).
Assim, os biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) apresentaram um potencial de
produção de biogás 30,3% superior aos biodigestores com separação da fração sólida (CSFS).
Os biodigestores com separação da fração sólida (CSFS) apresentaram maiores potenciais de
produção quanto ao volume de biogás por kg de sólidos totais e voláteis adicionados, o que
indica uma melhor eficiência para tratamento dos resíduos.
Galbiatti (2013) obteve potenciais de produção de biogás maiores durante o seu
segundo período de experimental (31 a 60 dias), similar ao período utilizado para nesse
trabalho. Nos biodigestores abastecidos somente com dejetos de bovinos e nos biodigestores
abastecidos com dejetos com cana-de-açúcar triturada obteve produção de biogás de 0,074 e
0,087 m³ por kg de dejetos, 0,438 e 0,271 m³ por kg de ST adicionados e 0,541 e 0,336 m³ por
kg de SV adicionados, respectivamente. Amaral et al. (2004) encontraram menores potenciais
de produção de biogás por kg de dejetos (0,0231 a 0,0279 m³), por kg de ST adicionados
(0,1104 a 0,1233 m³) e por kg de SV adicionados (0,1215 a 0,1558 m³). Os potenciais de
biogás por kg de SV reduzidos obtidos por Amaral et al. (2004) (0,3999 a 0,5324 m³)
encontram-se próximos aos encontrados nesse presente trabalho que foram de 0,6621 m³ de
biogás para os biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e de 0,3636 m³ de biogás para
os biodigestores com separação da fração sólida (CSFS) por kg de sólidos voláteis reduzidos.
Na Tabela 17 são apresentados os valores dos potenciais de produção de metano,
expressos em m³ por kg dejeto, por kg de sólidos totais (ST) adicionados, por kg de sólidos
voláteis (SV) adicionados e reduzidos.
60
Tabela 17- Potenciais de produção de metano gás, expressos em m3 de metano por kg de dejeto, por
kg de ST e SV adicionados e por kg de SV reduzidos.
PRODUÇÃO DE METANO
3
SSFS¹
CSFS²
Valores de P
Valores de F
CV(%)
m /kg
Dejeto
0,0287 a
0,0212 b
<0,0001
171,70
3,26
m3/kg ST
adicionado
0,1631 b
0,1785 a
<0,0005
13,79
3,43
m3/kg SV
adicionado
0,2101 b
0,2407 a
<0,0001
30,71
3,46
m3/kg SV
reduzido
0,8823 a
0,4966 b
<0,0001
31,25
14,15
Com relação à produção de metano por kg de dejetos, essa diferença do potencial de
produção de metano por kg de dejeto cai para 26,1% já que o biogás proveniente dos
biodigestores com separação da fração sólida (CSFS) apresentou um maior teor de metano em
sua composição. Os biodigestores com separação da fração sólida (CSFS) apresentaram
maiores potenciais de produção quanto ao volume de biogás e metano produzido por kg de
sólidos totais e voláteis adicionados o que indica uma melhor eficiência para tratamento dos
resíduos.
Orrico Jr. et al. (2010) encontraram valores de 0,110 a 0,350 m³ de metano por kg de ST
adicionados e 0,130 a 0,410 m³ de metano por kg de SV adicionados. Os potenciais
encontrados foram maiores para os dejetos dos animais alimentados com teor de concentrado
de 60% de volumoso 40%.
Os valores obtidos para os biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e com
separação da fração sólida (CSFS) (0,2101 e 0,2407m³, respectivamete) encontram-se acima
dos potenciais obtidos por Moller et al. (2004) em termos de m³ por kg de SV adicionados que
foram de 0,148± 0,041 m³. O potencial de metano em m³ por kg de SV reduzidos do
biodigestor com separação da fase sólida (CSFS) (0,4966 m³) ficou próximo ao encontrado
por Moller et al. (2004) que foi de 0,468 ±0,061 m³, já os valores dos biodigestores sem
separação da fração sólida (SSFS) foram superiores (0,8823 m³ de metano por kg de SV
reduzidos).
Os biodigestores sem separação de sólidos (SSFS) e com separação da fração sólida
(CSFS) apresentaram diferenças estatísticas significativas tanto para os potenciais de
produção de metano, inclusive na produção de metano em m³ por kg de ST adicionados.
61
Conclusões
7. CONCLUSÕES
Na Etapa 1, os resultados mostraram que com a separação de sólidos os biodigestores
abastecidos com os dejetos com separação de sólidos (após o separador de sólidos e
decantadores) obtiveram uma redução sobre a produção total de biogás em até 72,8% quando
comparados com o biodigestor abastecido com o dejeto in natura. Porém, os biodigestores
com separação de sólidos apresentaram estabilização mais rápida e um biogás com maior teor
de metano. Com a separação de sólidos os tempos de retenção hidráulica podem ser
reduzidos, o que irá reduzir o volume dos biodigestores e custos de implantação e de
manutenção devido a entupimentos. Realizando a estimativa da produção diária de metano
para a Fazenda Campestre, com um plantel de 285 vacas leiteiras, tem-se que sem a separação
de sólidos a produção diária de metano é de 658,67 m³ de metano e, caso haja a separação de
sólidos, a produção diária de metano reduz em 65,8% produzindo 225,01 m³ de metano.
Na Etapa 2, a separação da fração sólida aumentou a redução de sólidos totais e
voláteis durante o processo de biodigestão anaeróbia. Este aspecto e a separação de sólidos
em si tornam-se particularmente interessantes em propriedades rurais que têm limitação de
áreas para a disposição dos resíduos, pois, muito embora haja redução na produção de biogás,
boa parte dos dejetos pode ser transportada na forma sólida para outros locais. A separação da
fração sólida reduziu a produção de biogás em 30,3% e de metano em 26,2%,
consequentemente apresentou melhoria na qualidade do biogás. E os biodigestores com
separação de sólidos apresentaram melhor eficiência na produção de biogás e metano por kg
de sólidos totais e voláteis adicionados, o que indica uma melhor eficiência para tratamento
dos resíduos.
De forma resumida, as vantagens e desvantagens da não separação ou separação de
sólidos, estão expressas na Tabela 18.
62
Conclusões
Tabela 18 - Vantagens de Desvantagens da Separação de Sólidos
SEM SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS
VANTAGENS:
 Maior produção de biogás e metano
(maior ganho energético);
COM SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS
VANTAGENS:
 Menor produção de dejetos líquidos
(manejar/transportar líquidos é mais
difícil que manejar sólidos)

uso de biodigestores menores
 biodigestores com baixa manutenção
DESVANTAGENS:
 maior produção de dejetos líquidos ;
 necessário uso de biodigestores maiores;
 uso de biodigesotes com mecanização
(para misturar os dejetos e diminuir a
decantação de sólidos dentro do
biodigestor) e com maior manutenção
(para retirar sólidos retidos nos
biodigestores e evitar entupimentos);
DESVANTAGENS:
 Produção de dejetos sólidos que
necessitarão
de
tratamento
(Ex.
compostagem)
 Menor produção de biogás e metano
(menor ganho energético)
Conclui-se que, caso o interesse seja energético e não haja limitação de área, a não
separação de sólidos propicia maiores ganhos energéticos, porém, se houver uma limitação de
área e/ou não seja desejável a mecanização ou manutenção dos biodigestores, a separação de
sólidos é a mais vantajosa.
63
Referências Bibliográficas
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADHIKARI, A.; MARTUZEVICIUS, D.; REPONEN, T.; GRINSHPUN, S. A.; CHO, S. H.;
SIVASUBRAMANI, S. K.; LEMASTERS, G. Performance of the Button Personal Inhalable
Sampler for the measurement of outdoor aeroallergens. Atmospheric Environment.
Cincinnati, n 34, p. 4723-4733. 2003.
AMARAL, C. C., AMARAL, L. A., LUCAS JUNIOR, J. Biodigestão anaeróbia de dejetos de
bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de retenção hidráulica. Ciência Rural, v.34,
n.6, p.1897-1902, nov/dez., 2004.
AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA). Standart methods for the
examination of water and wastewater. 2540-SOLIDS.25th ed. Washington, DC, 2005.
AMON, T.; AMON, B.; KRYVORUCHKO, V.; ZOLLITSCH, W.; MAYER, K.; GRUBER,
L. Biogas production from maize and dairy cattle manure—influence of biomass composition
on the methane yield. Agriculture, Ecosystems & Environment, v. 118, p. 173-182. 2007.
ANP – AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO. Anuário Estatístico Brasileiro do
Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Rio de Janeiro, 2011. Disponível em:
http://www.anp.gov.br/?pg=60983 Acesso em 04/2012
ASAE D384. 2 - Manure Production and Characteristics. American Society of Agricultural
Engineers. ASAE Standards, St. Joseph, 2005, p.1-20.
BACKES, M. G. Avaliação do processo de digestão anaeróbia na geração de energia a
partir de dejetos suínos e bovinos de leite com suplementação de glicerina residual bruta
oriunda da produção de biodiesel. 2011. 107f. Dissertação (Mestrado em Ambiente e
Desenvolvimento) - Centro Universitário Univates, Lajeado, 2011.
BARBER, E. M. et al. Canadá animal manure management guide. Ottawa: Information
Services, Agriculture Canada, v. 1534. 1979. 37p
BEN. Balanço Energético Nacional 2013 – Ano Base 2012. Brasília: Elaborado pelo MME
– Ministério de Minas e Energia e pela EPE – Empresa de Pesquisa Energética, 2013.
BENINCASA, M.; ORTOLANI, A. F.; JÚNIOR, J. L., Biodigestores Convencionais.
Jaboticabal: FCAV/UNESP, FUNEP. n. 8, 1991. 25 p.
BURGÜI, R. Confinamento estratégico. In: MATTOS, W.R.S. A produção animal na visão
dos brasileiros. Piracicaba: Fundação de Estudos Agrários Luis de Queiroz, 2001. 927p.
CAETANO, L. Proposição de um sistema modificado para quantificação de biogás.
Botucatu: Universidade Estadual Paulista, 1985. 75f. Dissertação (Mestrado em Energia na
Agricultura) Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu,
1985.
CAMPOS, A. T.; FERREIRA, W. A.; PACCOLA, A. A.; LUCAS JÚNIOR, J.; ULBANERE,
R. C.; CARDOSO, R. M.; CAMPOS, A. T. Tratamento biológico aeróbio e reciclagem de
dejetos de bovinos em sistema intensivo de produção de leite. Ciência e Agrotecnologia,
Lavras, v.26, n.2, p.426-438, 2002.
64
CARVALHO, L. A.; NOVAES, L. P.; GOMES, A. T.; MIRANDA, J. E. C.; RIBEIRO, A. C.
C. L. Sistema de Produção de leite (Zona da Mata Atlântica). Empresa Gado de Leite.
Sistema de Produção, 1. 2003. Disponível em: www.cnptia.embrapa.br - Acesso em 12/2012.
CETESB.
Biogás:
definição.
São
Paulo.
2006.
Disponível
em:
http://www.cetesb.sp.gov.br/mudancas-climaticas/biogas/Biogás/17-Definição - Acesso em:
04/ 2012.
CHAE, K. J.; JANG, A.; YIM, S. K.; KIM, I. S. The effects of digestion temperature and
temperature shock on the biogas yields from the mesophilic anaerobic digestion of swine
manure. Bioresource Technology, v. 99, p. 1-6, 2008.
COLDEBELLA, A.; SOUZA, S. N. M.; SOUZA, J.; KOHELER, A. C. Viabilidade da
cogeração de energia elétrica do biogás da bovinocultura do leite. In: XI Energia no Meio
Rural. Anais... Campinas, 2006.
COMASTRI FILHO, J. A. Biogás: Independência Energética do Pantanal MatoGrossense. EMBRAPA-UEPAE – Unidade de Execução de Pesquisa de Âmbito Estadual de
Corumbá. Circular Técnica, 9. Corumbá. 1981.
DEGANUTTI, R.; PALHACI, M. C. J. P.; ROSSI, M.; TAVARES, R. & SANTOS, C.
Biodigestores rurais: modelo indiano, chinês e batelada. Encontro de Energia no Meio
Rural, 4, 2002.
DEMIRER, G. N.; CHEN, S. Effect of retention time and organic loading rate on anaerobic
acidification and biogasification of dairy manure. Journal of Chemical Technology and
Biotechnology, v. 79, p. 1381-1387. 2004.
DEUBLEIN, D; STEINHAUSER, A. Biogas from waste and renewable resources: an
introduction. 1ª ed. Weinheim: Wiley-VCH 2008.
DIAZ, G.O. Análise de sistemas para o resfriamento de leite em fazendas leiteiras com o
uso do biogás gerado em projetos MDL. 2006. 144f. Dissertação (Mestrado em Engenharia)
- Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – Universidade de São Paulo, São Paulo,
2006.
DORAN, J. W.; LINN, D. M. Bacteriological quality of runoff water from pastureland.
Appliedand Environmental Microbiology, Lincoln, v. 37, p. 985-991. 1979.
FIORE, G. F. Proálcool: Balanço Econômico-Social e Impactos na Matriz Energética
Nacional. Belo Horizonte. UFMG, 1994. 77p.
FORESTI, E.; FLORÊNCIO, L./ HAANDEL, A. Van; ZAIAT, M.; CACALCANTI, P. F. F.
Fundamentos do tratamento anaeróbio. In: CAMPOS, J. R. (Coord.). Tratamento de esgotos
sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. Rio de Janeiro:
ABES/PROSAB, p. 29-52. 1999.
FULHAGE, C. D. Manure management considerations for expanding dairy herds.Journal
Dairy Science, Champaign, v. 80, n. 8, p. 1872-1879, 1997.
GALBIATTI, J.A.; CARAMELO, A.D.; SILVA, F.G.; GERARDI, E.A.B.; CHICONATO,
65
D.A. Estudo qualiquantitativo do biogás produzido por substratos em biodigestores tipo
batelada. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.14,
n.4, 2010.
GALBIATTI, R. S. N. Inclusão de cana-de-açúcar triturada em biodigestores abastecidos
com dejetos de bovinos de corte confinados. 2013. 75f. Dissertação (Mestrado em Energia
na Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista,
Botucatu, 2013.
GENEROSO, F. B. Quantificação e caracterização de dejetos produzidos em propriedade
com exploração leiteira para uso em biodigestores e reciclagem de nutrientes. 2001. 66 f.
Monografia (Trabalho de Graduação em Agronomia) – Faculdade de Ciências Agrárias e
Veterinárias, Universidade estadual Paulista, Jaboticabal, 2001.
GERARDI, M. H. The microbiology of anaerobic digesters.2th ed. Nova Jersey.John Wiley
& Sons, Inc. 2003.177p.
GOMES, A. T.; ZOCCAL, R. Caracterização da produção de leite nas principais regiões
produtoras do país. In: MARTINS, C. E.; ALENCAR, C. A. B.; BRESSAN, M.
Sustentabilidade na produção de leite no leste mineiro. Juiz de Fora: Embrapa Gado de
Leite, p. 7-17. 2001.
GOOGLE EARTH. Disponível em http:// http://www.google.pt/earth/ - Acesso em 01/2013.
GRADY JÚNIOR, C. P. L. Biodegradation: its measurement and microbiological basis.
BiotechnologyandBioengineering, New Jersey, v. 27, n.5, p. 660-674, 1985.
GRANATO, E. F. Geração de energia através da biodigestão anaeróbica da vinhaça.
2003. 139f.Dissertação (Mestrado em Engenharia Industrial), - Faculdade de Engenharia,
Universidade Estadual Paulista, Bauru, 2003.
HARDOIM, P. C. Efeito da temperatura de operação e da agitação mecânica na
eficiência da biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos. 1999. 88 f. Tese (Doutorado em
Produção Animal) - Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual
Paulista, Jaboticabal, 1999.
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Levantamento Sistemático da
Produção Agrícola. Rio de Janeiro, v. 25 n. 2, p. 1-88, fev. 2012. Disponível em:
http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/indicadores/agropecuaria/lspa/lspa_201202.pdf
Acesso em 10/2012
ICLEI. Governos Locais pela Sustentabilidade. Secretariado para América Latina e Caribe.
Manual para aproveitamento do biogás: aterros sanitários. 2009. 80 p. Escritório de
projetos
no
Brasil,
São
Paulo
Disponível
em:
http://www.resol.com.br/cartilha12/manual_iclei_brazil.pdf. Acessoem: 03/2013
IEA, International Energy Agency. Renewables Information.Paris, 256 p. 2006.
ITODO, I. N.; AWULU, J. O. Effects os total solids concentrations of poultry, cattle and
piggery waste slurries on biogas yield. Transactions of the ASAE, St. Joseph, v.42, n.6, p.
853-1855, 1999.
66
KUSCH, S. Methanisierung stapelbarer Biomassen in diskontinuierlich betriebenen
Feststofffermentationsanlagen. 2007. Tese (PhD). Universidad of Hohenhein, Herbert Utz
Verlag Munich. 2007.
LUCAS JUNIOR, J. Algumas considerações sobre o uso do estrume de suínos como
substrato para três sistemas de biodigestores anaeróbios. 1994. 137f. Tese (Livre Docência Construções Rurais) - Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade
Estadual Paulista, Jaboticabal, 1994.
LUCAS JUNIOR, J. Estudo comparativo de biodigestores modelo indiano e chinês. 1987.
114 f. Tese (Doutorado em Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas,
Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 1987.
MACHADO, C. R. Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a
diferentes tempos de exposição ao ar. 2011. 51f. Dissertação (Mestrado em Energia na
Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu,
2011.
MATOS, A. T. Manejo e tratamento de resíduos agroindustriais. Viçosa: DEA/UFV,
(Caderno didático n.31), 2004. 120p
MATTA-ALVAREZ, J.; MACÉ, S. LABRÉS, P. Anaerobic digestion of organic solid
waste.An overview of research achievements and perspectives. Bioresource Technology,
v.74, p.3-16, 2000.
MERKEL, J. A. Managing livestock wastes. Connecticut: AVI Publishing, 1981. 419 p.
MINAMI, K.; TANAKA, K. Atmospheric methane: sources, sinks and strategies for reducing
agricultural emission. Water Science Technology, v. 36, n. 6-7, p. 509-516, 1997.
MIRANDA, A. P. Suínos em diferentes fases de crescimento alimentados com milho ou
sorgo: desempenho, digestibilidade e efeitos na biodigestão anaeróbia. 2009. 123f. Tese
(Doutorado em Zootecnia) - Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias , Universidade
Estadual Paulista, Campus de Jaboticabal, 2009.
MIRANDA, A. P.; AMARAL, L. A.; LUCAS JUNIOR, J. Influência da temperatura na
biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos e suínos. In: X Encontro Latino Americano de
Iniciação Científica e VI Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do
Vale do Paraíba. p. 2829 – 2831. 2006.
MOLLER, H.B.; SOMMER, S.G.; AHRING, B.K. Methane productivity of manure, straw
and solid fractions of manure.Biomass Bioenergy, Aberdeen, v.26, n.3, p.485-495, 2004.
MORSE, D.; NORDSTEDT, H. H.; VAN HORN, H. H.. Production and characteristics of
manure from lactating dairy cows in Florida. Trans. Of the ASAE, v.37, n.1, p.275-9, 1994.
NENNICH, T.; HARRISON, J. H.; MEYER, D.; WEISS, W. P.,;HEINRICHS, A. J.;
KINCAID, R. L.; WRIGHT, P. E. Development of standard methods of estimate manure
production and nutrient characteristics from dairy cattle. ASAE 701P1203, p.263–268,
2003.
67
ORRICO JÚNIOR M, O. P., ORRICO A. C. A., LUCAS JÚNIOR, J. Biodigestão anaeróbia
de dejetos de suínos com e sem separação da fração sólida em diferentes tempos de retenção
hidráulica. Revista Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.29, n.4, p.679-686, 2009.
ORRICO JÚNIOR M, O. P.; ORRICO A. C. A.; LUCAS JÚNIOR, J. Influência da relação
volumoso: concentrado e do tempo de retenção hidráulica sob a biodigestão anaeróbia de
dejetos de bovinos. Revista Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.30, p.386-394. 2010.
PERDOMO, C. C. Manejo e tratamento de dejetos de suínos: Sistemas EMBRAPA- UFSC.
Suinocultura Industrial, Porto Feliz, v. 1, n. 145, p. 14-17, 2000.
POHLMANN, M. Levantamento de técnicas de manejo de resíduos da bovinocultura
leiteira no estado de São Paulo. 2000. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) Faculdade de Engenharia Agrícola. Universidade Estadual de Campinas, 2000.
PREZZOTO, M. E. M. Química ambiental e agronômica. In: Reunião Brasileira de
Fertilidade do Solo e Nutrição de Plantas, Piracicaba, SP. Anais...1992.
RAMACHANDRA, T.V.; KAMAKSHI, G.; SHRUTHI, B.V. Bioresource status in
Karnataka. Renewable and Sustainable Energy Review’s, v.8, n.1, p.1-47, 2004
RAMASAMY, E. V.; GAJALAKSHMI, S.; SANJEEVI, R.; JITHESH, M. N.; ABBASI, S.
A. Feasibility studies on the treatment of dairy wastewaters with upflow anaerobic sludge
blanket reactors. Bioresource Technology, Essex, v.93, n.2, p.209-212, jun. 2004. Disponível
em: <http://www.sciencedirect.com>. Acesso em: 01/2013.
RAMASAMY, E. V.; ABBASI, S. A. Energy recovery from dairy waste-waters: impacts of
biofilm support systems on anaerobic CST reactors. Applied Energy, London, v. 65, n. 1, p.
91-98, apr. 2000. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com>. Acesso em: 01/2013.
RIBEIRO, G.M.; SAMPAIO, A. A. M.; FERNANDES, A. R .M.; HENRIQUE, W.;
SUGOHARA, A; AMORIM, A. C. Efeito da fonte protéica e do processamento físico do
concentrado sobre a terminação de bovinos jovens confinados e o impacto ambiental dos
dejetos. Revista Brasileira de Zootecnia, v.36, n.6, p.2082-2091, 2007.
ROSTON, D. M. Manejo e disposição de resíduos gerados pela bovinocultura leiteira. In:
Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Zootecnia, v.38, p. 383-394, 2001.
SANTOS, P. Guia técnico de biogás. Portugal: CCE - Centro para a Conservação de
Energia,. 2000.
SANTOS, T. M. B. Balanço energético e adequação do uso de biodigestores em galpões
de frangos de corte. 2001. 167 f. Tese (Doutorado em Produção Animal) - Faculdade de
Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, 2001.
SILVA, E. M. D., ROSTON, D. M. Treatment of milking parlor effluent: stabilization pounds
followed by constructed wetland. Engenharia Agrícola, v 30, p. 67-73. 2010.
SILVA, M. S. Biodigestão anaeróbia no saneamento rural. Lavras: UFLA/FAEPE, 71 p
(Textos Acadêmicos). 2001.
SILVA, N. A. Construção e operação de biodigestor modelo chinês. 3ªed. Brasília:
68
EMBRATER, 1983.
SMITH, K. A.; BREWER, A. J.; CRABB, J.; DAWVEN, A.A survey of the production and
use of animal manures in England and Wales. III. Cattle manures. Soil Use and
Management, Oxford, v. 17, p. 77-87, 2001.
SOUSA, F. A.; CAMPOS, A. T.; ASSENHEIMER, A., PONCIANO, P. F., JUNIOR, A. C. G.;
JUNIOR, T. Y. Parâmetros físico-químicos de dejetos de bovinos tratados em tanques
aerados. III Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos Agropecuários e
Agroindustriais. São Pedro - SP. Anais…2013.
STAMS, A. J. M. Metabolic interactions between anaerobic bacteria in methanogenic
environments. Antonie van Leeuwenhoek. v. 66, p.71-294, 1994.
STEIL L. Avaliação do uso de inóculos na biodigestão anaeróbia de resíduos de aves de
postura, frangos de corte e suínos. 2001. 108f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia), Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2001
TAMMINGA, S. Pollution due to nutrient losses and its control in European animal
production.Livestock Production Science, Amsterdam, v.84, p.101-111, 2003.
VAN HAANDELL, A. C.; LETTINGA, G. Tratamento anaeróbio de esgotos: Manual para
regiões de clima quente. Campina Grande: epgraf, 1994. 210p.
VAN HORN, H. H.; WILKIE, A. C.; POWERS, W. J.; NORDSTEDT, R. A. Components of
dairy manure management systems.Journal Dairy Science, Savoy, v.77, n.7, p. 2008 -2030,
1994.
VIEIRA, A. A. et al. Substituição do milho por dejetos de bovinos em rações para suínos
suplementadas com dl-metionina, l-triptofano, óleo de soja e caldo de cana-de-açúcar. Revista
da Sociedade Brasileira de Zootecnia, v.20, n.1, p.14-32, 1991.
VILELA, D. Leite: sua importância econômica, social e nutricional. 2004 Disponível em:
<http://www.pardosuico.com.br>. Acesso em: 04/2011.
WEILAND, P. Grundlagen der Methangärung – Biologie und Substrate. In: Biogas als
regenerative Energie – Stand unp Perspektiven. VDI Berichte. n. 1620, 2001.
WEN, Z.; FREAR, C.; CHEN, S. Anaerobic digestion of liquid dairy manure using a
sequential continuous-stirred tank reactor system. Journal of Chemical Technology and
Biotechnology, Oxford, v.82, p. 58–766, 2007.
XAVIER, C. A. N. Caldo de cana-de-açúcar na biodigestão anaeróbia com dejetos de
vacas em lactação sob diferentes dietas. 2009. 102f. Tese (Doutorado em Zootecnia) –
Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista ―Júlio
Mesquita Filho‖, Jaboticabal-SP, 2009.
XAVIER, C. A. N. Biodigestão anaeróbia de dejetos em sistema de produção de leite:
obtenção de parâmetros e dimensionamento. 2005. 90f. . Dissertação (Mestrado em
Zootecnia- Área de Concentração em Produção Animal) – Faculdade de Ciências Agrárias e
Veterinárias, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, 2005.
69
XAVIER, C. A. N.; LUCAS JUNIOR, J. Parâmetros de dimensionamento para biodigestores
batelada operados com dejetos de vacas leiteiras. Revista Engenharia Agrícola, v.30, n.2,
p.212-223, 2010
YADVIKA, S.; SREEKRISHNAN, T. R.; KOHLI, S.; RANA V. Enhancement of biogas
production from solid substrates using different techniques: a review Bioresource
Technology, v.95 , p. 1–10, 2004.
ZANETTE, A. L. Potencial de aproveitamento energético do biogás no Brasil. 2009. 105f;
Dissertação (Mestrado em Planejamento Energético). Universidade Federal do Rio de Janeiro.
2009.
70

isis dos anjos silva produção de biogás em sistemas de

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