Monitoramento do tratamento biológico e estimativa do potencial de produção de biogás em abatedouro de bovinos e suínos

Abstract

Resumo : Em abatedouros de bovinos e suínos, os efluentes geralmente contêm sangue, gordura, excrementos, substâncias do trato digestivo dos animais, fragmentos de tecidos, caracterizando assim, resíduos com elevada concentração de matéria orgânica e quando não é realizado um tratamento adequado, são sérios os danos ambientais causados. Nessas indústrias, os processos de tratamento mais comuns são as lagoas, em que a estabilização da matéria orgânica é realizada pela oxidação bacteriana e/ou redução fotossintética. Dentro dos possíveis tipos, pode-se destacar as lagoas anaeróbias, caracterizadas por apresentarem reatores abertos sob condições totalmente anaeróbias e as lagoas facultativas, consideradas as mais simples, onde o efluente fica retido por um determinado período de tempo, até que se aumentem os processos de estabilização da matéria orgânica. Esses efluentes, apresentam características favoráveis à digestão anaeróbia, gerando biogás e biofertilizante, produtos estes que possuem alto valor agregado, promovendo a geração de energia limpa e de baixo custo. Os gráficos de controle de Shewhart são uma das ferramentas utilizadas para detectar quando um sistema de tratamento está sujeito a alterações e variações e se estas são significativas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi monitorar o tratamento biológico e estimar o potencial de produção de biogás em um abatedouro de bovinos e suínos da região Noroeste do Paraná. Foram coletadas semanalmente amostras do efluente, no período de Maio a Outubro de 2017, nos seguintes pontos: (P1) – entrada do efluente na lagoa anaeróbia; (P2) – saída do efluente da lagoa anaeróbia; (P3) – saída do efluente da 2ª lagoa facultativa. As temperaturas ambiente e do líquido foram mensuradas no momento da coleta e os parâmetros de: pH, acidez e alcalinidade total, relação AI/AP, sólidos e suas frações, demanda química de oxigênio (DQO) total e filtrada, óleos e graxas (OG), nitrogênio e fósforo total foram obtidos a partir de análises laboratoriais. O sistema de tratamento foi avaliado por meio de teste de normalidade, estudo da autocorrelação e gráficos de controle de Shewhart. Para estimar o potencial de produção de metano e biogás, foram utilizados o valor da vazão média diária e da carga orgânica removida estimada, em função de DQO total na lagoa anaeróbia. Os parâmetros de temperatura ambiente e do líquido, pH e acidez total ficaram dentro dos limites para uma boa digestão anaeróbia. Os valores de alcalinidade total e relação AI/AP ficaram fora da faixa considerada ótima, porém, estes valores não afetaram o pH que permaneceu próximo a neutralidade. Com relação aos sólidos, foi encontrada uma fração de STV expressiva nos ST, indicando que é possível produzir biogás. Os dados de nitrogênio e fósforo total foram considerados heterogêneos, devido as variações ocorridas ao longo das semanas. Os valores obtidos ao final do processo para temperatura do líquido, pH e OG estão dentro dos padrões de lançamento estabelecidos pela legislação vigente, já a DQO total encontra-se superior ao valor máximo permitido. O uso de gráficos de controle foi essencial na identificação de falhas no processo de tratamento dos efluentes. Considerando-se a produção volumétrica média de metano de 161 m3 dia-1, o volume teórico médio de biogás gerado seria de 214,66 m3 dia-1. A energia extraída do biogás pode contribuir para a redução de impactos ambientais, melhorando a qualidade de vida da população, atendendo a demanda energética necessária para favorecer o mercado e gerando uma nova fonte de renda para as agroindústrias.

Abstract: In slaughterhouses of bovines and swines, effluents generally contain blood, fat, excrements, substances from digestive tract of animals, fragments of tissues, thus characterizing, wastes with a high concentration of organic matter, and when they are inadequately treated, it may cause serious environmental damage. In these industries, the most common treatment processes are the ponds, where the stabilization of organic matter is accomplished by bacterial oxidation and/or photosynthetic reduction. Among the possible types, we can highlight the anaerobic ponds, characterized to present open reactors under completely anaerobic conditions and facultative ponds, considered the simplest, where the effluent is retained for a certain period of time, until the processes of stabilization of the organic matter will be raised. These effluents present favorable characteristics to an anaerobic digestion, producing biogas and biofertilizers; products with a high added value and that promotes generation of clean energy under low costs. Shewhart’s control charts are one of the tools used to detect when a treatment system is subject to changes and variations, and whether these are significant. Therefore, the objective of this study was to monitor the biological treatment and to estimate the potencial of the production of biogas in a slaughterhouse of bovines and swines, in the northwest region of Paraná. Weekly, effluent samples were collected from May to October 2017, in the following points: (P1) - effluent entrance in the anaerobic pond; (P2) - effluent exit from the anaerobic pond; (P3) - effluent exit from the 2nd facultative pond. The ambient and liquid temperatures were determined at the time of collection, and the other parameters such as: pH, acidity and total alkalinity, the ratio AI/AP, solids and their fractions, total and filtered COD, OG, nitrogen and total phosphorus, were obtained from laboratory analyzes. The treatment system was evaluated through normality test, autocorrelation and Shewhart control charts. To estimate the production potencial of methane and biogas, were used a daily average flow and an estimated removed organic load, as a function of total COD in the anaerobic pond. The parameters of ambient temperature and liquid, pH and total acidity were within the limits for good anaerobic digestion. The values of total alkalinity and ratio AI/AP, remained outside the optimal range established, however, these values did not affect the pH that remained close to neutrality. In regard to the solids, a significant fraction of VTS has been found in TS, indicating that it is possible to produce biogas. The nitrogen and total phosphorus data were considered heterogeneous, due to the variations that occurred over the weeks. The values obtained at the end of the process for liquid temperature, pH e OG, are within the standards set by current legislation, but the total COD has been found exceeding the maximum permissible value. The use of control charts was essential to identify failures in the process of effluent treatment. Considering an average volumetric methane production of 161 m3 day-1, the average theoretical volume of biogas generated would be 214.66 m3 day-1. The energy obtained from biogas may contributes to reduce environmental impacts, to improve the population’s quality of life, to meet the energy demand necessary to favor the economic market, and to generate a new source of income for agroindustries