Resumo
O objetivo deste trabalho foi construir e desenvolver biodigestores anaeróbios para otimização da produção de biogás, em específico biometano, a partir da codigestão de resíduo alimentar (RA) e esgoto (S) de uma estação de tratamento de esgoto. Os biodigestores operaram com misturas diferentes e na fase mesofílica (37 ºC) a fim de verificar a eficiência e viabilidade dos biodigestores construídos, assim como os sensores de gases, sensor de pH, agitadores e software desenvolvido. Durante os 60 dias de experimentos foram testados e avaliados todos os parâmetros de controle e monitoramento dos biodigestores, necessários para a produção de biogás. O biodigestor contendo misturas de RA, S e lodo anaeróbio obtiveram as maiores reduções de matéria orgânica, expressada com a remoção de 88.3% de SV e 84.7% de COD, maior produção de biogás (63 L) e maior porcentagem, em volume, de metano (95%) e uma produção específica de metano de 0.299 L CH4/g VS removido. Por fim, foi possível verificar que o sistema embarcado de controle e automação foi simples, eficaz e robusto e o software supervisório bastante eficiente em todos os quesitos definidos para sua concepção.
Introdução
Atualmente, um dos maiores problemas enfrentados por boa parte dos países, principalmente, os em desenvolvimento, é a disposição final dos resíduos sólidos urbanos (RSU), sobretudo, pelos problemas ambientais, sociais e econômicos causados pelo seu mau gerenciamento. Os custos associados à coleta, transporte e tratamento, inclusive o mais importante destes, ainda dificultam o correto gerenciamento dos resíduos, pois o descarte acaba sendo realizado em áreas inadequadas, como “lixões”, valas e outros locais não providos de infraestrutura adequada ao recebimento destes resíduos (APETATO et al., 1999). Além dos problemas dos RSU, historicamente, a poluição dos recursos hídricos e o acesso a fontes de energia representam desafios para o desenvolvimento econômico, para a saúde humana e a preservação ambiental de todos os países (LANSING et al., 2008).
No Brasil, o resíduo sólido urbano apresenta matéria orgânica como sua fração majoritária, que advém principalmente de restaurantes e resíduos domésticos (PNRS, 2010). Uma das soluções para diminuir estes problemas gerados e tentar reaproveita-los está no tratamento anaeróbio. Sabe-se que a digestão anaeróbia é um processo através dos quais resíduos orgânicos são biologicamente convertidos, por um consórcio microbiano, na ausência de oxigênio (LI et al., 2011). Além de estabilizar a carga orgânica de resíduos, gera produtos como o biogás, rico em metano, e o digestato, que pode ser usado como condicionador de solos que é historicamente utilizada para a estabilização de lodo gerado no tratamento de esgotos, porém uma aplicação viável para o tratamento de qualquer matéria orgânica (CECCHI et al., 1991). Além do potencial de geração de energia renovável, a digestão anaeróbia vem se tornando um tratamento cada vez mais estudado e mais popular por diversos fatores como a diminuição da disposição de resíduos em aterros sanitários e o atendimento a pequenas comunidades longe dos centros urbanos. Outra vantagem bastante evidente da digestão anaeróbia é a menor geração de lodo. No tratamento anaeróbio cerca de 10% da matéria orgânica é convertida em lodo, com os outros 90% sendo aproveitados como biogás. Destaca-se ainda a aplicabilidade de processos anaeróbios em grande e pequena escala, tendo baixo custo de implantação, baixa demanda de área e alta tolerância a cargas orgânicas elevadas (CHERNICARO, 1997). Desta forma a produção de biogás e o desenvolvimento de tecnologias para a geração de biometano vêm sendo incentivado por vários países como alternativa para a geração de eletricidade ou cogeração de motores de energia interna (BUDZIANOWSKI, 2015; PATTERSON et al., 2011; JHA et al., 2013; VENKATESH, 2013).
Inicialmente foi avaliada, em diferentes proporções, a codigestão anaeróbia mesofílica de uma mistura de resíduo alimentar de um restaurante universitário e o esgoto de uma estação de tratamento, a fim de obter um melhor aproveitamento do resíduo orgânico e maior produção de metano. O uso da digestão anaeróbia para o tratamento da fração orgânica do resíduo sólido municipal, resíduos alimentares e de feiras de horticultores é largamente citado na literatura (WARD et al., 2008; FERNANDEZ et al., 2010; KIM, 2011; CHARLES et al., 2009). Dessa forma, a digestão anaeróbia vem se mostrando um tipo de tratamento promissor para os resíduos sólidos urbanos gerados no Brasil. Além do biogás, a digestão anaeróbia produz um digestato rico em nutrientes que, dependendo de suas características, pode ser usado como fertilizante ou corretivo de solo. Aplicá-lo ao solo se mostra uma opção mais atrativa em termos ambientais, pois permite que os nutrientes sejam recuperados e reduz a perda de matéria orgânica sofrida por solos sob exploração agrícola (MATA-ALVAREZ et al., 2000).
Entretanto, para que haja viabilidade na geração de energia, faz-se necessário à utilização de biodigestores anaeróbios e que sejam construídos com baixo custo e com alta tecnologia empregada, além de controlar todos os parâmetros para a otimização da produção de biogás.
Neste sentido, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver os biodigestores anaeróbios com sistema de controle e automação e para isso o projeto foi dividido nas seguintes etapas: desenvolvimento dos biorreatores (biodigestores anaeróbios), construção do sistema de aquecimento, sistema de agitação, sistema de monitoramento dos gases utilizando, inicialmente, sensores de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) e gás sulfídrico (H2S) e por fim o desenvolvimento do software a partir das plataformas C e C# para monitorar e controlar os principais parâmetros durante o processo. E teve como fundamentos principais, a utilização materiais de baixo custo, porém com tecnologias atuais, e métodos simples de utilização do sistema visando à reprodutibilidade em larga escala e aplicação industrial.
Autores: Claudinei de Souza Guimarães; David Rodrigues da Silva Maia e Eduardo Gonçalves Serra.
