Desenvolvimento e análise experimental de Biodigestores modulares de baixo tempo de residência

Abstract

Resumo: Há muito tempo e em várias regiões do mundo, a digestão anaeróbia desenvolvida em biodigestores é utilizada para a estabilização e/ou tratamento de substratos orgânicos, com consequente produção de biogás e biofertilizante. Desta forma, biodigestores têm sido utilizados tanto para atender a questão energética como a de saneamento ambiental. O histórico mostra que diversos modelos de biodigestores anaeróbios foram desenvolvidos para esses fins. Neste contexto, o presente trabalho aborda o desenvolvimento de um modelo de biodigestor modular, de baixo custo e com baixo tempo de processamento do substrato. O equipamento proposto foi desenvolvido e implementado no Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia Autossustentável - NPDEAS da Universidade Federal do Paraná (UFPR) em Curitiba, PR. Foram realizadas etapas para a construção do biodigestor modular proposto: levantamento de dados e projeto; construção do biodigestor modular; inoculação do reator com dejeto suíno e análise experimental do funcionamento do biodigestor, de forma que foram realizados diversos ensaios de parâmetros físico-químicos em amostras coletadas em diferentes pontos do biodigestor, tais como na entrada (substrato bruto), no interior e na saída (efluente tratado), assim como a produção de biogás também foi avaliada. Os parâmetros considerados naquela avaliação, foram: Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), série de sólidos, gordura total (extrato etéreo), pH, proteínas totais e nitrogênio total; fósforo total, e, carbono orgânico. Os resultados evidenciaram que o biodigestor foi capaz de atingir uma eficiência de redução média de DQO de 43%, redução média em 13% no valor de fósforo total, 50% na remoção de gordura, 27% na remoção média de sólidos voláteis e eficiência de redução em 19% da DBO. O biogás gerado durante a operação do biodigestor foi igualmente avaliado, de forma que os resultados apontaram para uma composição média de 34% de CO2 (dióxido de carbono); 0,016% de NH3 (amônia); 0,003% de H2S (ácido sulfídrico) e de 66% de CH4 (gás metano). Os resultados obtidos mostram que o biodigestor modular desenvolvido apresentou um desempenho de produção de metano no biogás, superior a estudos anteriores reportados neste trabalho, para os quais foram citados valores na faixa de 60 a 64,2% de gás metano. Além disso, este trabalho propõe 3 novas figuras de mérito para avaliar o desempenho e o grau de compactação de biodigestores: i) taxa de rendimento ou taxa de densidade de produção de biogás; ii) densidade de produção de biogás e iii) tempo de residência orgânico. Em outras palavras, as novas figuras de mérito propostas permitem avaliar o grau de compactação do biodigestor. Os valores obtidos demonstram que o biodigestor proposto neste trabalho de fato apresenta baixo tempo de residência orgânico de 3,3 dias comparativamente aos sistemas tradicionais, que é o tempo necessário de permanência do substrato no reator para produzir 1m³ de biogás Kg–¹ O2 m·³ reator.