avaliação do uso de inóculos na biodigestão anaeróbia de resíduos de avesde postura, frangos...
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Avaliação Do Uso de Inóculos Na biodigestão Anaeróbia de Resíduos de Avesde Postura, Frangos de Corte e SuínosTRANSCRIPT
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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
INSTITUTO DE QUMICA
Campus Araraquara SP
AVALIAO DO USO DE INCULOS NA
BIODIGESTO ANAERBIA DE RESDUOS DE AVES
DE POSTURA, FRANGOS DE CORTE E SUNOS
LARA STEIL
BILOGA
ARARAQUARA SP
2001
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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
INSTITUTO DE QUMICA
Campus Araraquara SP
AVALIAO DO USO DE INCULOS NA
BIODIGESTO ANAERBIA DE RESDUOS DE AVES
DE POSTURA, FRANGOS DE CORTE E SUNOS
LARA STEIL BILOGA
Orientador: Prof. Titular Jorge de Lucas Jnior
Co-orientador: Prof. Dr. Roberto Alves de Oliveira
ARARAQUARA SP
Setembro 2001
Dissertao apresentada aoInstituto de Qumica do Campusde Araraquara UNESP, paraobteno do ttulo de Mestre emBiotecnologia rea deconcentrao em Biotecnologia
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BANCA EXAMINADORA
Dissertao defendida e aprovada em 27-09-2001 pela comisso julgadora:
Prof. Titular Jorge de Lucas Jnior (orientador)
(Departamento de Engenharia Rural Faculdade de Cincia Agrrias e
Veterinrias Universidade Estadual Paulista UNESP)
Profa. Doutora Rosana Filomena Vazoller
(Departamento de Hidrulica e Saneamento - Escola de Engenharia de So
Carlos Universidade de So Paulo USP)
Prof. Doutor Edson Aparecido Abdul Nour
(Departamento de Saneamento e Ambiente Faculdade de Engenharia Civil
Universidade de Campinas UNICAMP)
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Trabalhos publicados em peridicos e anais de congressos Artigos completos publicados em peridicos STEIL, L., Lucas Jr., J., Oliveira, R.A. Avaliao do uso de inculos na biodigesto anaerbia de resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos. Engenharia Agrcola, v. 22, n. 2, p. 146-159, Jaboticabal, 2002. Palavras-chave: biodigestores modelo batelada; biogs; tratamento anaerbio. reas do conhecimento: Manejo de resduos da produo animal; Saneamento Ambiental; Controle da Poluio. Referncias adicionais: Brasil/Portugus; Meio de divulgao: Impresso; ISSN/ISBN: 0100916. Trabalhos completos publicados em anais de evento STEIL, L., Lucas Jr., J., Oliveira, R.A., Vazoller, R.F. Biomass evaluation from anaerobic bath reactors by specific methanogenic activity (SMA) test at different S0/X0 ratios In: THE FIRST INTERNATIONAL MEETING ON ENVIRONMENTAL BIOTECHNOLOGY AND ENGINEERING - 1IMEBE, 2004, Cidade do Mxico. Proceedings... 2004. CD. Palavras-chave: microbiology, anaerobic bath reactors, agricultural wastes, SMA test, S0/X0 ratio reas do conhecimento: Microbiologia de organismos anaerbios, Microbiologia Aplicada, Microbiologia Aplicada e Engenharia Sanitria. Setores de atividade: Produtos e servios voltados para a defesa e proteo do meio ambiente, incluindo o desenvolvimento sustentado. Referncias adicionais: Classificao do evento: Internacional; Mxico/Ingls. Meio de divulgao: Digital STEIL, L., Lucas Jr., J., Oliveira, R.A., Vazoller, R.F. Evaluation of dispersed biomass by using standardized batch methanogenic activity test at different initial substrates and biomass ratios. In: 10th WORLD CONGRESS ON ANAEROBIC DIGESTION, 2004, Montreal. Proceedings 2004. v. 3. p.1585 1589. Palavras-chave: anaerobic stabilization pond, batch systems, biomass evaluation, methanogenic activity. reas do conhecimento: Microbiologia de organismos anaerbios, Microbiologia Aplicada e Engenharia Sanitria. Referncias adicionais: Classificao do evento: Internacional; Canad/Ingls. Meio de divulgao: Impresso STEIL, L.; Lucas Jr., J.; Oliveira, R.A. Desempenho de biodigestores rurais anaerbios alimentados em batelada com resduos da avicultura e suinocultura com e sem a utilizao de inculo em diferentes pocas do ano. In: SIMPSIO LUSO-BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL, 2004, Natal - RN. Anais... 2004. CD. Palavras-chave: Biodigestores rurais; Tratamento de resduos da avicultura e suinocultura; biodigestores modelo batelada; inculo adicional. reas do conhecimento: Controle da Poluio. Referncias adicionais: Classificao do evento: Internacional; Brasil/Portugus; Meio de divulgao: Digital. STEIL, L.; Lucas Jr., J.; Oliveira, R.A. Eficincia de reatores anaerbios modelo batelada alimentados com resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos na reduo de coliformes totais e fecais. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL, 2003, Joinville - SC. Anais... CD. Palavras-chave: tratamento anaerbio; biodigestores modelo batelada; coliformes totais e fecais; Tratamento de resduos da avicultura e suinocultura. reas do conhecimento: Controle da Poluio; Resduos Slidos Domsticos e Industriais. Referncias adicionais: Classificao do evento: Nacional; Brasil/Portugus; Meio de divulgao: Digital.
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minha me Maria Aparecida (in
memorian), a meu pai Valmor e meu irmo
Carlos Henrique.
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AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Jorge de Lucas Jnior e Prof. Dr. Roberto Alves de
Oliveira pela valiosa orientao, apoio e confiana na realizao deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Luiz Augusto do Amaral do Departamento de Medicina
Veterinria Preventiva, FCAV UNESP, campus de Jaboticabal, pelo auxlio e
disponibilizao de materiais e equipamentos para a execuo dos ensaios de colimetria.
Ao Prof. Dr. Euclides Braga Malheiros do Departamento Cincias
Exatas, FCAV UNESP, campus de Jaboticabal, pela contribuio nas anlises estatsticas.
Ao Prof. Dr. Mrio Benincasa e Prof. Dr. Pedro Magalhes Lacava,
pelas sugestes no exame geral de qualificao.
Aos membros da banca examinadora, Profa Dra Rosana Filomena
Vazoller e Prof. Dr. Edson Abdul Nour, pelas valiosas contribuies, crticas e sugestes
apresentadas.
Helosa Pozzi Gianotti e Juliana Calbria de Arajo do Laboratrio
de Processos Anaerbios, EESC USP, campus de So Carlos, pelo importante auxlio com a
metodologia de atividade metanognica.
colega Fernanda L. A. Ferreira pelo apoio na realizao dos ensaios
de colimetria.
Aos funcionrios do Departamento de Engenharia Rural, FCAV
UNESP Campus de Jaboticabal, Luizinho, Marquinhos e Fiapo pela colaborao no
desenvolvimento deste trabalho.
CAPES pela concesso da bolsa de estudos.
s secretrias da Ps-graduao em Biotecnologia do Instituto de
Qumica UNESP, campus de Araraquara, Izolina, Vilma e Sandra pela convivncia
agradvel e atendimento prestativo.
Aos meus amigos e amigas Rogrio, Sandra, ndrea, Dimitrios e Ana,
Carolina, Jeff, Gandra, Maurcio, Fernando, Nice, Peninha e Gica, Srgio e Regiane, pelo
carinho, amizade e importantes momentos compartilhados. Ao Alexandre pelo
companheirismo, carinho e amizade de anos.
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i
SUMRIO
LISTA DE FIGURAS............................................................................................................... iii
LISTA DE TABELAS............................................................................................................... vi
LISTA DE SMBOLOS............................................................................................................ x
RESUMO................................................................................................................................... xi
ABSTRACT.............................................................................................................................. xii
1. INTRODUO..................................................................................................................... 01
2. OBJETIVOS.......................................................................................................................... 04
3. REVISO BIBLIOGRFICA.............................................................................................. 05
3.1. Processo de digesto anaerbia...................................................................................... 05
3.1.1 Avaliao da atividade metanognica especfica.................................................. 12
3.1.1.1 Aplicao dos testes de atividade metanognica especfica..................... 15
3.2. Fatores que interferem na digesto anaerbia................................................................ 16
3.3. Tratamento anaerbio de resduos................................................................................. 20
3.3.1. Resduos da avicultura e suinocultura................................................................. 23
3.3.2. Digesto anaerbia de resduos da avicultura e suinocultura.............................. 26
4. MATERIAL E MTODOS................................................................................................... 31
4.1. Local.............................................................................................................................. 31
4.2. Caracterizao dos biodigestores batelada.................................................................... 31
4.3. Resduos......................................................................................................................... 32
4.4. Descrio do experimento............................................................................................. 32
4.4.1. Produo e caractersticas dos inculos e dos substratos dos biodigestores
batelada de campo................................................................................................ 35
4.5. Determinaes para monitoramento do desempenho dos biodigestores....................... 38
4.5.1. Teores de slidos totais e volteis....................................................................... 38
4.5.2. Produo de Biogs............................................................................................. 39
4.5.3. Composio do biogs......................................................................................... 39
4.5.4. Teores de cidos volteis..................................................................................... 40
4.5.4.1. Reta padro........................................................................................... 41
4.5.4.2. Preparao das amostras para anlise cromatogrfica
dos cidos volteis............................................................................... 42
4.5.5. Potencial hidrogeninico..................................................................................... 43
-
ii
4.6. Exames microbiolgicos................................................................................................ 43
4.6.1. Coliformes totais.................................................................................................. 43
4.6.2. Coliformes fecais................................................................................................. 44
4.7. Avaliao da Atividade Metanognica Especfica........................................................ 44
4.7.1 Reta Padro para o metano................................................................................ 46
4.7.2 Metodologia para o clculo da atividade metanognica especfica................... 46
4.8. Anlises Estatsticas....................................................................................................... 48
5. RESULTADOS E DISCUSSES......................................................................................... 49
5.1. Produo dos inculos................................................................................................... 49
5.2. Segunda fase.................................................................................................................. 52
5.2.1. Teores de slidos totais e volteis....................................................................... 52
5.2.2. Produo de biogs.............................................................................................. 53
5.2.3. Potenciais de produo de biogs........................................................................ 60
5.2.4. Composio do biogs......................................................................................... 63
5.2.5. cidos Volteis.................................................................................................... 70
5.2.6. Potencial Hidrogeninico.................................................................................... 81
5.2.7. Colimetria............................................................................................................ 84
5.2.8. Avaliao da atividade metanognica.................................................................. 85
6. CONCLUSES..................................................................................................................... 90
7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................................. 92
ANEXOS................................................................................................................................... 101
-
iii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Sequncia de processos na digesto anaerbia de macromolculas
complexas (Fonte: FORESTI et al., 1999)........................................................ 06
Figura 2. Esquema dos biodigestores batelada de campo, medidas em mm (Fonte:
ORTOLANI et al., 1986). ................................................................................. 33
Figura 3. Distribuio da produo mdia diria de biogs obtida durante os
ensaios para obteno dos inculos adaptados aos resduos de aves de
postura, frangos de corte e sunos. As setas indicam o momento em
que os efluentes foram utilizados como inculo................................................ 51
Figura 4. Teores mdios semanais de CH4 no biogs produzido nos biodigestores
batelada de campo operados com resduos de aves de postura, frangos
de corte e sunos durante a produo dos inculos. As setas indicam o
momento em que os efluentes foram utilizados como inculo........................ 51
Figura 5. Distribuio mdia diria da produo de biogs (a) e porcentagem
acumulada de biogs produzido (b), para os biodigestores alimentados
com resduos de aves de postura submetidos a trs condies de
inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional
(tr2) e com 15 % de inculo adicional (tr3))...................................................... 55
Figura 6. Distribuio diria mdia da produo de biogs (a) e porcentagem
acumulada de biogs produzido (b), para os biodigestores alimentados
com resduos de frangos de corte submetidos a trs condies de
inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional
(tr2) e com 15 % de inculo adicional (tr3))...................................................... 57
Figura 7. Distribuio mdia diria da produo de biogs (a) e porcentagem
acumulada de biogs produzido (b), para os biodigestores alimentados
com resduos de sunos submetidos a trs condies de inoculao
(sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional (tr2) e
com 15 % de inculo adicional (tr3))................................................................ 59
Figura 8. Teores mdios semanais de CO2 e CH4 presentes no biogs produzido
nos biodigestores operados com resduos de aves de postura
submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (a),
com 10 % de inculo adicional (b) e com 15 % de inculo adicional (c))........ 65
-
iv
Figura 9. Teores mdios semanais de CO2 e de CH4 presentes no biogs
produzido nos biodigestores operados com resduos de frangos de
corte submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional
(a), com 10 % de inculo adicional (b) e com 15 % de inculo
adicional (c))...................................................................................................... 67
Figura 10. Teores mdios semanais de CO2 e de CH4 presentes no biogs
produzido nos biodigestores operados com resduos de sunos
submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (a),
com 10 % de inculo adicional (b) e com 15 % de inculo adicional (c))........ 69
Figura 11. Distribuio dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) ao longo do perodo de
operao dos mini-biodigestores alimentados com resduos de aves de
postura, sem inculo adicional (a), com 10 % de inculo adicional (b) e
com 15 % de inculo adicional (c).................................................................... 73
Figura 12. Distribuio dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) ao longo do perodo de
operao dos mini-biodigestores alimentados com resduos de frangos
de corte sem inculo adicional (a), com 10 % de inculo adicional (b)
e com 15 % de inculo adicional (c).................................................................. 76
Figura 13. Distribuio dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) ao longo do perodo de
operao dos mini-biodigestores alimentados com resduos de sunos
sem inculo adicional (a), com 10 % de inculo adicional (b) e com
15 % de inculo adicional (c)............................................................................ 79
Figura 14. Variao do pH ao longo do perodo de ensaio nos mini-biodigestores
operados com resduos de aves de postura (Ap) (a), frangos de corte
(F) (b) e sunos (S) (c) submetidos a trs condies de inoculao (sem
inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional (tr2) e com
15 % de inculo adicional (tr3))........................................................................ 83
Figura A1. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos
biodigestores operados com resduos de aves de postura com 10 %
de inculo adicional com carga orgnica de 0,25 g DQO g-1 SV (a) e
0,50 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 103
-
v
Figura A2. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos
biodigestores operados com resduos de aves de postura com 10 %
de inculo adicional com carga orgnica de 0,75 g DQO g-1 SV (a) e
1,00 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 104
Figura A3. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos
biodigestores operados com resduos de frangos de corte com 10 %
de inculo adicional com carga orgnica de 0,25 g DQO g-1 SV (a) e
0,50 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 105
Figura A4. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos
biodigestores operados com resduos de frangos de corte com 10 %
de inculo adicional com carga orgnica de 0,75 g DQO g-1 SV (a) e
1,00 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 106
Figura A5. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos
biodigestores operados com resduos de sunos com 10 % de
inculo adicional com carga orgnica de 0,25 g DQO g-1 SV (a) e
0,50 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 107
Figura A6. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos
biodigestores operados com resduos de sunos com 10 % de
inculo adicional com carga orgnic de 0,75 g DQO g-1 SV (a) e
1,00 g DQO g- 1 SV (b)................................................................................. 108
Figura A7. Evoluo da produo de metano nos frascos controle pelas amostras
provenientes dos biodigestores operados com resduos de aves de
postura (a), frangos de corte (b) e sunos (c) com 10 % de.inculo
adicional........................................................................................................... 109
-
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Gneros representantes das espcies metanognicas, aspectos de sua
morfologia e substrato utilizado para a converso em biogs (Fonte:
BROOCK et al., 1997)....................................................................................... 09
Tabela 2. Exemplos de alguns resduos com potencial para o tratamento por digesto
anaerbia............................................................................................................ 22
Tabela 3. Condies de inoculao e repeties realizados na execuo do
experimento........................................................................................................ 34
Tabela 4. Quantidades e caractersticas dos substratos (teores de slidos totais
(ST) e volteis (SV)) dos biodigestores batelada de campo para os
resduos de aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S)
submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional
(tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3).......................... 38
Tabela 5. Equaes das retas padres dos cidos volteis, concentraes
abrangidas e coeficiente de determinao.......................................................... 42
Tabela 6. Produes mdias semanais de biogs obtidas durante a produo de
inculo a partir dos resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos..... 50
Tabela 7. Teores mdios semanais de CO2 e CH4 presentes no biogs produzido
nos biodigestores batelada de campo operados com resduos de aves
de postura, frangos de corte e sunos durante a produo de inculo................ 50
Tabela 8. Teores mdios iniciais e finais de slidos totais (ST) e volteis (SV), e
reduo de slidos volteis, para os biodigestores alimentados com
resduos de aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S)
submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1),
com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3)).................................. 52
Tabela 9. Produes mdias semanais de biogs e porcentagem acumulada de
biogs produzido, para os biodigestores alimentados com resduos de
aves de postura submetidos a trs condies de inoculao (sem
inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de
inculo (tr3))...................................................................................................... 54
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vii
Tabela 10. Produes mdias semanais de biogs e porcentagem acumulada de
biogs produzido, para os biodigestores alimentados com resduos de
frangos de corte submetidos a trs condies de inoculao (sem
inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de
inculo (tr3))...................................................................................................... 56
Tabela 11. Produes mdias semanais de biogs e porcentagem acumulada de
biogs produzido, para os biodigestores alimentados com resduos de
sunos submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo
adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))......... 58
Tabela 12. Potenciais mdios de produo de biogs obtidos para os resduos de
aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S) submetidos a
trs condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 %
de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3)).................................................. 61
Tabela 13. Teores mdios semanais de CO2 e CH4 presentes no biogs produzido
nos biodigestores operados com resduos de aves de postura
submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional
(tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))......................... 64
Tabela 14. Teores mdios de CO2 e de CH4 presentes no biogs produzido nos
biodigestores operados com resduos de frangos de corte submetidos
a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com
10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))........................................ 66
Tabela 15. Teores mdios de CO2 e de CH4 presentes no biogs produzido nos
biodigestores operados com resduos de sunos submetidos a trs
condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de
inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))...................................................... 68
Tabela 16. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de aves de postura sem inculo
adicional........................................................................................................... 71
Tabela 17. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de aves de postura com 10 % de
inculo............................................................................................................. 72
-
viii
Tabela 18. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de aves de postura com 15 %
de inculo........................................................................................................ 72
Tabela 19. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de frangos de corte sem inculo
adicional........................................................................................................... 74
Tabela 20. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de frangos de corte com 10 %
de inculo........................................................................................................ 74
Tabela 21. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de frangos de corte com 15 %
de inculo........................................................................................................ 75
Tabela 22. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de sunos sem inculo adicional.......... 77
Tabela 23. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de sunos com 10 % de inculo........... 78
Tabela 24. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico
(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-
biodigestores operados com resduos de sunos com 15 % de inculo......... 78
Tabela 25. Concentraes mdias dos cidos actico (HAc), propinico (HPr),
butrico (HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) nos efluentes
dos biodigestores batelada de campo operados com resduos de aves
de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S) submetidos a trs
condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de
inculo (tr2) e com 15 %de inculo (tr3))....................................................... 80
-
ix
Tabela 26. Variao do pH ao longo do perodo de ensaio nos mini-biodigestores
operados com resduos de aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e
sunos (S) submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo
adicional (tr1), com 10 %de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))........ 82
Tabela 27. Nmero mais provvel (NMP) coliformes totais e fecais nos afluentes
e efluentes dos biodigestores alimentados com resduos de aves de
postura, frangos de corte e sunos submetidos a trs condies de
inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e
com 15 % de inculo (tr3)).............................................................................. 84
Tabela 28. Valores mdios de taxa de carga orgnica aplicada no lodo, slidos
volteis (mdia entre o valor inicial e final em cada frasco), produo
de metano, atividade metanognica aparente (AMA) desvio padro, e atividade metanognica especfica (AME) desvio padro, para os biodigestores operados com resduos de aves de postura, frangos de
corte e sunos com 10 % de inculo................................................................ 86
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x
LISTA DE SMBOLOS
AMA atividade metanognica aparente
AME atividade metanognica especfica
CLT caldo lauril triptose
CLVBB - caldo lactosado com verde brilhante e bile
CNTP condies normais de temperatura e presso
Co-M coenzima M
DBO demanda bioqumica de oxignio
DQO demanda qumica de oxignio
HAc cido actico
HBu cido butrico
HiVal cido iso-valrico
HPr cido propinico
HVal cido valrico
NMP nmero mais provvel
pH potencial hidrogeninico
Ps peso seco
Pu peso mido
R2 coeficiente de determinao
rpm rotaes por minuto
RTR resposta trmica relativa
SAS statistical analyses system
SSV slidos suspensos volties
ST Slidos totais
SV slidos volteis
TRH tempo de reteno hidrulica
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xi
RESUMO
STEIL, L. Avaliao do uso de inculos na digesto anaerbia de resduos de aves de
postura, frangos de corte e sunos. 2001. 109 f. Dissertao (Mestrado em Biotecnologia)
Instituto de Qumica, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2001.
Investigou-se a influncia da utilizao de inculos sobre a digesto anaerbia de resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos em biodigestores modelo batelada com volume til de 60 L operados temperatura ambiente, por meio da caracterizao do potencial e distribuio da produo de biogs ao longo do tempo, o estudo da reduo de slidos, a anlise das caractersticas dos efluentes quanto concentrao de cidos graxos volteis e por meio da determinao do nmero mais provvel (NMP) de coliformes fecais e totais nos afluentes e efluentes. Avaliou-se tambm a atividade metanognica nos biodigestores com 10 % de inculo. Foram testadas trs concentraes de inculo: 0, 10 e 15 %. Os resultados mostraram que os resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos so bons substratos para o processo de digesto anaerbia, apresentando potenciais mdios que variaram de 0,3828 a 0,4403 m3, de 0,3495 a 0, 3915 m3, e de 0,1949 a 0,4466 m3 de biogs por kg de ST adicionados, respectivamente para resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos. Com base em todos os parmetros estudados, as concentraes de inculo que promoveram melhores resultados foram 10 % para resduos de aves de postura e frangos de corte, e 15 % para resduos de sunos. O tratamento anaerbio revelou-se eficiente na remoo de coliformes totais e fecais independente da concentrao de inculo, alcanando porcentagens mdias de reduo de NMP que variaram de 99,71 % de 1,09 x 102 a 100 %. A atividade metanognica especfica foi mais elevada nas amostras provenientes dos biodigestores operados com resduos de aves de postura (0,0340 mmol CH4 g-1 SV h-1), seguida pelos resduos de frangos de corte (0,0188 mmol CH4 g-1 SV h-1) e sunos (0,0029 mmol CH4 g-1 SV h-1). Estes resultados parecem estar mais associados aos teores de slidos volteis das amostras, do que a maior capacidade da biomassa ativa na converso de substrato. A taxa de carga orgnica aplicada ao lodo no teste de atividade especfica mais adequada para as amostras estudadas foi de 0,25 g DQO g-1 SV.
Palavras chave: biodigestores modelo batelada, biogs, cidos graxos volteis, atividade
metanognica especfica, coliformes totais e fecais
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ABSTRACT
STEIL, L. Evaluation of the use of inoculums in anaerobic digestion of laying hens,
poultry and swine wastes. 2001. 109 f. Dissertao (Mestrado em Biotecnologia) Instituto
de Qumica, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2001.
This study was carried out in 60 L volume batch digesters at ambient
temperature and investigated the inoculums concentration effects on anaerobic digestion of
laying hens, poultry and piggery wastes through evaluation of potential and distribution of biogas
production along the time, solids removal, analyze of volatile fatty acids efluent concentration
and by monitoring the most probable number (MNP) of total and faecal coliforms in the
inffluents and effluents. Specific methanogenic activity (SMA) into the 10 % inoculum digesters
was also measured. Three inoculum concentrations (0, 10 and 15 %) were tested. Results showed
that laying hens, poultry litter and piggery wastes are good substrats to anaerobic digestion. The
potential biogas production varied from 0.03828 to 0.4403 m3, 0.3495 to 0.3915 m3 and 0.1949
to 0.4466 m3 of biogas kg-1 of total solids added, respectively for laying hens, poultry and
piggery wastes. The best results for inoculum concentration were 10 % for laying hens and
poultry wastes, and 15 % for piggery wastes. Anaerobic digestion was efficient for reduction of
the most probable mean number of total and faecal coliforms. Reduction of MNP mean varied
from 99.71 of 1,09 x 102 to 100 %. SMA test showed the best activity was from laying hens
wastes (0,03400 mmol CH4 g-1 SV h-1), followed by poultry wastes (0,01877 mmol CH4 g-1 SV h-
1) and by piggery wastes (0,00293 mmol CH4 g-1 SV h-1). Results of SMA test appear to be most
affected by volatile solids content of the samples than the best ability of the microrganisms to
convert substrate. The best organic load rate for activity test were 0,25 g DQO g-1 SV.
Keywords: batch digesters, biogas, volatile fatty acids, specific methanogenic activity, total
and faecal coliforms
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1. INTRODUO
Os incrementos cada vez maiores da populao humana, intensificados
principalmente aps a revoluo industrial, vem causando nas ltimas dcadas enormes
preocupaes com o meio ambiente em todo o mundo. De tal modo, que o conceito
estabelecido de desenvolvimento econmico vem sendo questionado, cedendo lugar nos
ltimos anos ao conceito de desenvolvimento sustentvel que, alm do atributo de
manuteno da produtividade ao longo do tempo, incorpora as questes relativas qualidade
ambiental, considerando os requisitos fundamentais da natureza, sejam eles de ordem fsica,
qumica biolgica, sociais e econmicas.
O modelo tradicionalmente considerado pelas comunidades humanas
para desenvolvimento das atividades industriais, agropecurias, comerciais e domsticas
deteriora a qualidade ambiental e incompatibiliza-se com o conceito de desenvolvimento
sustentvel, na medida em que so geradas altas quantidades de resduos, com o agravante de
serem estes, geralmente, dispostos indiscriminadamente no meio.
Entre os resduos gerados pelas atividades humanas, uma considervel
parte composta por materiais orgnicos que, no tratados e acumulados desordenadamente,
podem levar poluio da gua e do solo, disseminao de doenas entre a populao
humana e animal, alm de provocar odores desagradveis.
Particularmente, os resduos gerados pelas atividades agropecurias, na
maioria orgnicos, apresentam, em geral, uma grande quantidade de nutrientes, que podem
provocar a eutrofizao de lagos e rios se forem a despejados ou dispostos
indiscriminadamente no solo. Por essas razes o tratamento e disposio adequados,
associados a normas legislativas, no so apenas desejveis, mas extremamente necessrios.
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Com a crescente demanda pela produo de alimentos, a agropecuria
moderna vem acentuando a sua participao nos impactos provocados ao ambiente. Como
afirmou CORRA (1993), indispensvel o desenvolvimento sustentvel nos sistemas
agropecurios, a fim de que o atendimento s demandas da populao atual no comprometa
as reservas potenciais dos recursos naturais que sero utilizados pelas futuras geraes,
considerando que a preservao do ambiente uma obrigao constitucional do governo e do
povo.
No que se refere produo de alimentos de origem animal, observa-se
que as formas empregadas para atendimento das demandas tm levado a aumentos nas
densidades populacionais nas unidades produtoras e regionalizao dessas atividades
(LUCAS JR., 1994). Assim, h maior gerao de resduos de origem animal com um grande
potencial poluidor, concentrados em determinadas regies.
Atualmente, o manejo adequado de resduos merece destaque como
uma preocupao a mais dos produtores agropecurios, envolvendo qualidade, comrcio,
assim como interferindo nos custos de investimento e retorno, que so fatores importantes
para uma produo lucrativa (SANTOS, 1997).
A conscincia crescente de que o tratamento de resduos produzidos
pelas diferentes atividades humanas de vital importncia para a sade pblica e para o
combate poluio das guas de superfcie e subterrneas, tem levado necessidade de se
desenvolver sistemas que combinem alta eficincia e custos baixos de construo e de
operao. O alto custo da energia diminuiu a atratividade de sistemas de tratamento aerbio e
tem intensificado a pesquisa de sistemas com baixa demanda energtica. Desta forma, nas
ltimas dcadas, foram desenvolvidos vrios sistemas que se baseiam na aplicao da
digesto anaerbia para remoo do material orgnico de uma srie de resduos (VAN
HAANDEL & LETTINGA, 1994).
Diversos estudos envolvendo, particularmente, a criao de sunos e aves
vm sendo desenvolvidos, enfocando a digesto anaerbia dos resduos orgnicos gerados nessas
atividades, os quais mostraram ser bons substratos para a gerao de biogs.
Segundo LUCAS JR (1994), o gerenciamento inadequado do enorme
volume de resduos gerados nas produes animais provoca perdas de potencial se no forem
reciclados, sobre o ponto de vista de produo agrcola, pelos componentes fertilizantes
presentes nos resduos que poderiam ser aproveitados na melhoria das condies do solo; do
ponto de vista energtico, pela capacidade de produo de biogs decorrente do teor de matria
orgnica digervel.
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O incio de operao de um sistema anaerbio deve ser considerado com
ateno especial, visando o sucesso do tratamento. Segundo LETTINGA et al. (1997), com base
no conhecimento atual do processo, nenhum outro sistema de tratamento biolgico compete com
a digesto anaerbia no que se refere velocidade de partida, a menos que seja conduzida com
inexperincia. Uma srie de fatores interferem no processo e devem ser considerados no incio
de operao dos sistemas, entre os quais esto temperatura, pH, teores de slidos e composio
do substrato. A quantidade, qualidade e concentrao do inculo, assim como a adaptao do
mesmo ao resduo e o aumento gradual na concentrao do resduo a ser tratado, so aspectos
que podem ser aplicados partida de biodigestores (LUCAS JR, 1994).
Resduos de animais ruminantes propiciam partida e produo de biogs
mais rpidas quando submetidos digesto anaerbia, em virtude da existncia de grandes
quantidades de microrganismos anaerbios no trato digestivo desses animais, que so eliminados
junto com as fezes. Entretanto para o tratamento de resduos de aves de postura, frangos e sunos
devem ser tomados alguns cuidados na partida, ou o processo poder ser comprometido, uma vez
que a populao anaerbia presente nesses resduos, ou seja, o inculo natural menor quando
comparado com resduos de ruminantes.
Neste sentido, a utilizao de inculo adicional apresenta-se como um
aspecto favorvel a digesto anaerbia de resduos. Entretanto, a baixa eficincia desse
inculo pode influir negativamente na produo de biogs e no processo como um todo, uma
vez que ocupar um volume que poderia ser preenchido pelo substrato a ser tratado (LUCAS
JR., 1994). Desta forma estudos que visem a avaliao da utilizao de inculo justificam-se
por apresentarem a possibilidade de conduzirem a novas informaes que levem otimizao
da biodigesto anaerbia, contribuindo para a consolidao desse processo como forma de
saneamento, produo de biofertilizante e de energia no meio rural.
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2. OBJETIVOS
Levando-se em conta a importncia sanitria e econmica do
tratamento de resduos orgnicos provenientes da produo animal, estabeleceu-se como
objetivo deste trabalho a avaliao da influncia da utilizao de inculos na digesto
anaerbia de resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos. Para tanto foram
determinados os seguintes objetivos especficos:
caracterizar qualitativa e quantitativamente o biogs produzido; estudar a reduo de slidos volteis dos resduos orgnicos; avaliar a qualidade dos inculos utilizados no abastecimento dos biodigestores; caracterizar o efluente dos biodigestores quanto ao teor de slidos, qualidade sanitria e
concentrao de cidos graxos volteis;
avaliar a atividade metanognica nos biodigestores.
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3. REVISO BIBLIOGRFICA
3.1. Processo de digesto anaerbia
A digesto anaerbia um processo biolgico natural que ocorre na
ausncia de oxignio molecular, no qual um consrcio de diferentes tipos de microrganismos
interagem estreitamente para promover a transformao de compostos orgnicos complexos
em produtos mais simples, resultando, principalmente, nos gases metano e dixido de carbono
(TOERIEN et al., 1969; MOSEY, 1983; NOVAES, 1986; FORESTI et al., 1999).
A transformao das macromolculas orgnicas complexas em CH4 e
CO2 ocorre por vrias reaes sequenciais e requer a mediao de diversos grupos de
microrganismos. Na Figura 1 apresentada uma representao esquemtica sugerida por
diversos autores citados por FORESTI et al. (1999). Como pode ser observado na Figura 1, o
processo de digesto anaerbia de material orgnico complexo desenvolve-se em quatro
estgios principais: a hidrlise, acidognese, acetognese e metanognese, sendo que para
cada estgio esto envolvidas diferentes populaes microbianas.
Durante a hidrlise, o material orgnico particulado convertido em
compostos dissolvidos menores. O processo requer a atividade de enzimas que so excretadas
por bactrias fermentativas e que promovem a degradao de protenas a aminocidos, de
carboidratos a acares solveis e de lipdios a cidos graxos de cadeia longa (C15 a C17) e
glicerina (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994). Durante o tratamento anaerbio de
diversos resduos, a velocidade da converso do material orgnico complexo em biogs
limitada pela velocidade da hidrlise (SPEECE, 1983; SOTO et al., 1993; VAVILIN et al.,
1996a; MATA-ALVAREZ et al., 2000).
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Hidrlise
Acidognese
Acetognese
Metanognese
FIGURA 1. Sequncia de processos na digesto anaerbia de macromolculas complexas
(Fonte: FORESTI et al., 1999)
Na acidognese os compostos dissolvidos gerados na hidrlise so
absorvidos nas clulas das bactrias fermentativas e excretados como substncias orgnicas
simples (cidos graxos volteis, lcoois, cido ltico e compostos minerais como CO2, H2,
NH3, H2S etc.). Entre as bactrias envolvidas na acidognese so encontradas espcies
anaerbias estritas (a maioria) e facultativas. Estas so importantes na remoo de oxignio
dissolvido presente no material em fermentao anaerbia, que poderia afetar negativamente
o processo (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994).
As espcies bacterianas participantes dos processos de hidrlise e
acidognese so representadas por Acetivibrio cellulolyticus, Bacillus sp, Bacteroides
succinogenes, Bifidobacterium sp, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium, Eubacterium
cellulosolvens, Megasphaera sp, Lachnospira multiparus, Peptococcus anaerobicus,
Selenomonas sp, Staphylococcus sp (ZEHNDER, 1988).
No passo seguinte, a acetognese, ocorre a converso dos produtos da
acidognese em substratos para produo de metano: acetato, hidrognio e dixido de
Material orgnico em suspenso Protenas, carboidratos, lipdios
Aminocidos, acares
cidos graxos
Piruvato
Outros
cidos graxos
Propionato
Acetato
Hidrognio
Metano
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carbono. Na digesto anaerbia de esgoto sanitrio, aproximadamente 70 % da demanda
qumica de oxignio (DQO) originalmente presente convertida em cido actico e o restante
da capacidade de doao de eltrons concentrado no hidrognio formado (VAN HAANDEL
& LETTINGA, 1994).
Considerando o estado de oxidao do material orgnico a ser digerido,
a formao de cido actico pode ser acompanhada pela gerao de CO2 ou H2, sendo que o
CO2 um produto da prpria metanognese. Nessas condies, ou seja, na presena de CO2 e
H2, pode-se desenvolver a homoacetognese, que a reduo de dixido de carbono para
cido actico pelo hidrognio (FORESTI et al., 1999). Entretanto, por razes termodinmicas,
essa via metablica pouco provvel de acontecer, pois as espcies homoacetognicas so
superadas pelas metanognicas utilizadoras de hidrognio (Zinder1, 1992 apud FORESTI et
al., 1999).
A acetognese , em geral, uma etapa termodinamicamente
desfavorvel, ou seja, no ocorre espontaneamente, a menos que as espcies qumicas
formadas (acetato e H2) sejam removidas do meio, deslocando o equilbrio da reao no
sentido da formao desses produtos (FORESTI et al., 1999). As reaes envolvidas nesta
etapa s so termodinamicamente favorveis quando a presso parcial de H2 no meio muito
baixa (SPEECE, 1983; STAMS, 1994; KUS & WIESMANN, 1995; e SCHINK, 1997), as
quais segundo FORESTI et al. (1999) e MASS & DROSTE (2000), devem ser de 10-4 e 10-3
atm. para a converso de, respectivamente, propionato e butirato, que so importantes
substratos durante a acetognese (VAVILIN & LOKSHINA, 1996; VOOLAPALLI &
STUCKEY, 1999).
Concentraes excessivas de H2 (> 10-4 atm) no so frequentes em
reatores metanognicos, as concentraes mais comumente encontradas esto abaixo de 10-4
atm (SPEECE et al., 1997).
Para a manuteno de baixas presses parciais de H2 as espcies
acetognicas estabelecem uma estreita relao de sintrofia com as utilizadoras de H2
(SPEECE, 1983), sejam elas metanognicas hidrogenotrficas ou redutoras de sulfato
(FORESTI et al., 1999).
As espcies bacterianas envolvidas na acetognese incluem
Acetobacterium woddii, Clostridium bryantii, Desulfovibrio sp, Desulfotomaculum sp,
Syntrophomonas wolinii, Syntrophomonas wolfei, Syntrophus buswellii (ZEHNDER, 1988).
1 ZINDER, S. H. Methanogenesis. In: LEDENBERG, J. (Ed.). Encyclopedia of microbiology. San Diego: Academic Press, 1992. v. 3, p. 81-96
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No ltimo estgio da digesto anaerbia, a metanognese, ocorre a
formao de metano a partir da reduo de cido actico pelas Archaea metanognicas
acetotrficas (equao 1), ou a partir da reduo de dixido de carbono, pelas Archaea
metanognicas hidrogenotrficas (equao 2), segundo as reaes:
243 COCHHCOOCH ++ + (1) OHCHHHCOH 2432 34 ++ + (2)
Embora a hidrlise seja limitante em alguns casos, a metanognese ,
geralmente, o passo que limita a velocidade do processo de digesto anaerbia (VAN
HAANDEL & LETTINGA, 1994), sendo que as metanognicas acetotrficas so as
principais responsveis por este aspecto, uma vez que as metanognicas hidrogenotrficas
crescem mais rapidamente (FORESTI et al., 1999).
As reaes catalisadas pelas Archaea metanognicas so
termodinamicamente favorveis em condies normais (FORESTI, 1994; SHINK, 1997), e a
reao de reduo de CO2 mais favorvel que a reao de reduo do acetato.
As espcies metanognicas constituem um grupo especial de
microrganismos, de diferentes espcies, com diferentes formas celulares e que so
filogeneticamente distintas dos microrganismos procariticos tpicos (NOVAES, 1986).
Possuem uma parede celular sem cido murmico, que um constituinte do peptoglicano,
presente nos demais procariotos. Consequentemente, so classificadas como membros do
domnio Archaea (BROOCK et al., 1997). So microrganismos estritamente anaerbios,
capazes de utilizar apenas determinados substratos (NOVAES, 1986; e STAMS, 1994). Na
Tabela 1 so apresentados alguns gneros representantes das espcies metanognicas,
aspectos de sua morfologia e o substrato que podem utilizar para a converso em biogs.
Para a realizao de reaes, as Archaea metanognicas necessitam de
alguns fatores especficos: a coenzima-M (Co-M) e os fatores F420, F430 e F342.
A Co-M especfica das metanognicas e est relacionada aos passos
finais da reduo de CO2 a metano (Taylor & Wolfe2, 1974, apud NOVAES, 1986)
2 TAYLOR, C. D.; WOLFE, R. S. Structure and methylation of coenzyme M (HS, CH2CH2SO3). Journal of Biology Chemistry, v. 249, p. 4879-4885, 1974.
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TABELA 1. Gneros representantes das espcies metanognicas, aspectos de sua morfologia
e substrato utilizado para a converso em biogs.
Gnero Morfologia Substrato
Methanobacterium
Methanobrevibacter
Methanomicrobium
Methanogenium
Methanospirillum
Methanoplanus
Methanothermus
Methanococcus
Methanosarcina
Methanothrix
Methanolobus
Methanococcoides
Bastonetes longos/ filamentos
Bastonetes curtos/cadeias
Bastonetes curtos/ alguns flagelados
Pequenos cocos irregulares
Filamentos mveis
Forma de prato
Bastonetes
Cocos irregulares, alguns mveis
Aglomerados de cocos grandes
Bastonetes/filamentos
Cocos
Cocos irregulares
H2 + CO2, formiato
H2 + CO2, formiato
H2 + CO2, formiato
H2 + CO2, formiato
H2 + CO2, formiato
H2 + CO2, formiato
Somente H2 + CO2
H2 + CO2, formiato
Acetato, metilamina,
metanol, H2 + CO2
Somente acetato
Metanol, metilamina
Metanol, metilamina
(Fonte: BROOCK et al., 1997)
O fator F420 uma coenzima envolvida no transporte de eltrons e na
reao da hidrogenase que ocorre no sistema de reduo da Co-M (Wolfe3, 1971, apud
NOVAES, 1986). A F420 apresenta fluorescncia verde azulada em sua forma oxidada sob luz
ultravioleta e pode, desta forma, ser utilizada para identificar colnias e indiretamente estimar a
biomassa metanognica em sistemas anaerbios (FERREIRA et al., 1987).
O fator F430 um composto de cor amarela, no fluorescente, com
estrutura tetrapirrlica, que contm um tomo de nquel por molcula e provavelmente constitui
o grupo prosttico da Co-M (Thauer4, 1981, apud NOVAES, 1986).
O fator F342. uma coenzima derivada da pterina, fluorescente de
colorao azul brilhante sob luz ultravioleta que foi encontrada por Gunsalus & Wolfe5 (1978)
apud WOLFE (1991) aps o fracionamento de extrato de clulas por coluna cromatogrfica.
3 WOLFE, R. S. Microbial formation of methane. In ROS, A. H.; WILKINSON, J. F. (Ed.). Advances in Microbiological Phisiology. New York: Academic Press Inc., 1971. V. 6, p. 107-146. 4 THAUER, R. K. Nickel tetrapyrroles in methanogenic bacteria: structure, function and biosynthesis. In: HUGHES et al. (Ed.). Anaerobic digestion. Proceedings of the second international symposium on anaerobic digestion held in Travemunde, Federal Republic of Germany, on 6-11 September, 1981. p. 37-43. 5 GUNSALUS, R. P. WOLFE, R. S. Chromophoric factors F342 and F420 of Methanobacterium thermoautotrophicum. Microbiology Letters, v. 3, p. 191-93, 1978.
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Inicialmente nenhuma funo foi encontrada para este componente. Estudos posteriores
indicaram que se tratava da tetrahidrometanopterina, cujos derivados formil, metenil, metileno e
metil eram intermedirios com funo central na metanognese (WOLFE, 1991).
Alm dos processos fermentativos que levam produo de biogs,
podem se desenvolver outros processos no digestor anaerbio na presena dos oxidantes nitrato e
sulfato (FORESTI et al., 1999). O nitrato reduzido para nitrognio molecular por meio do
processo de desnitrificao, entretanto este processo pouco significante na prtica, pois o teor
de nitrato normalmente baixo nos resduos a serem tratados (FORESTI et al., 1999).
A reduo biolgica do sulfato em geral considerada como um processo
indesejvel, uma vez que o material orgnico oxidado por esta via deixa de ser transformado em
metano e gera o gs sulfdrico, que corrosivo e possui odor desagradvel, alm de ser txico
para a metanognese (FORESTI et al., 1999). Alm disso, em ambientes metanognicos, a
reduo de sulfato energeticamente favorecida em relao produo de metano a partir dos
substratos H2 e acetato. Neste sentido, resduos com altas concentraes de sulfatos, sulfetos ou
tiosulfatos apresentam especial problema no tratamento anaerbio, resultando em altas
concentraes de gs sulfdrico (SPEECE, 1983).
No tratamento de guas residurias ou lodos com metais pesados a
reduo de sulfato pode ser vantajosa, uma vez que a presena de sulfeto pode contribuir para a
estabilidade operacional do digestor, uma vez que a maioria dos sulfetos de metais pesados tem
baixa solubilidade, reduzindo o teor de metais pesados e, consequentemente, a toxicidade
exercida pelos mesmos sobre a atividade bioqumica dos microrganismos anaerbios (FORESTI
et al., 1999)
Todos os diferentes grupos de microrganismos que transformam material
orgnico afluente tm atividades catablica (convertem material orgnico, que utilizado como
fonte de energia, sendo transformado em produtos estveis) e anablica (transformam material
orgnico que incorporado na massa celular). Desta forma, paralelamente liberao dos
diferentes produtos de fermentao, ocorre a formao de novas clulas, das diferentes
populaes microbianas no digestor (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994).
VAN HAANDEL & LETTINGA (1994) ressaltaram dois pontos
importantes relacionados aos diferentes processos desencadeados durante a digesto anaerbia:
a) a remoo de material orgnico durante a fermentao cida se limita liberao de
hidrognio. Somente cerca de 30 % do material orgnico afluente convertido em metano
pela via hidrogenotrfica. Desta forma, uma condio necessria para a remoo eficiente de
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material orgnico em um sistema de tratamento anaerbio que a metanognese acetotrfica
se desenvolva adequadamente;
b) A fermentao cida tende a provocar uma reduo de pH, devido produo de cidos
graxos volteis e outros produtos intermedirios. Por outro lado a metanognese se
desenvolver apenas quando o pH estiver prximo ao neutro. Portanto, se a taxa de remoo
de cidos volteis por meio da metanognese no acompanhar a taxa de produo dos
mesmos, pode surgir uma situao de instabilidade, gerando uma reduo adicional da
atividade metanognica, que a etapa limitante da velocidade do processo de digesto
anaerbia como um todo. Este problema pode ser evitado quando se mantm um equilbrio
entre as fermentaes cida e metanognica, por meio da manuteno de uma capacidade
metanognica alta e quando uma boa estabilidade do valor do pH estabelecida, proveniente
de uma alta capacidade de tamponamento.
Considerando o que foi exposto nota-se que o processo de tratamento
anaerbio de resduos ocorre a partir de uma srie de transformaes bioqumicas envolvendo
diferentes grupos de microrganismos que interagem estreitamente para promover essas
transformaes. Neste sentido a avaliao qualitativa e quantitativa da biomassa presente no
sistema de tratamento de fundamental importncia no apenas para o entendimento do
processo, como tambm para alcanar melhor desempenho e estabilidade no tratamento de
resduos.
A manuteno de altas populaes metanognicas no sistema tem sido
relatada como um fator crtico para uma desempenho estvel (INCE et al., 1995 e JAWED &
TARE, 1999). Portanto, a avaliao quantitativa e qualitativa da biomassa metanognica de
particular interesse para auxiliar a operao e controle de digestores anaerbios.
Os mtodos utilizados para avaliao de biomassa em digestores
anaerbios incluem a determinao dos slidos suspensos volteis (SSV), contagem de colnias,
quantificao da coenzima F420 e avaliao da atividade metanognica especfica (AME),
(PENNA, 1994).
A quantificao de SSV um mtodo inadequado, uma vez que no
permite a distino entre a populao microbiana e qualquer outro material orgnico (NOVAES,
1986), alm de no fornecer nenhuma indicao da atividade da biomassa ativa presente na
amostra ensaiada. A contagem de colnias um mtodo pouco prtico devido aos longos
perodos de incubao necessrios a esta tcnica (NOVAES, 1986).
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Tentativas de avaliao da populao metanognica tm sido feitas por
meio da quantificao do fator F420, que uma coenzima exclusiva das metanognicas.
Entretanto o contedo desta coenzima varia entre as diversas espcies metanognicas (De
Zeeuw6, 1984, apud PENNA, 1994), tornando este mtodo pouco confivel para avaliao da
biomassa.
A avaliao da atividade metanognica especfica tem se tornado um
mtodo atraente para determinar o desempenho das Archaea metanognicas, pois fornece
informaes sobre grupos de metanognicas e/ou de algumas espcies, alm de informaes
relativas velocidade da metanognese como um todo (DOLFING & BLOEMEN, 1985).
3.1.1 Avaliao da atividade metanognica especfica
A avaliao da atividade metanognica especfica consiste na
determinao
da taxa de produo de gs metano pela populao microbiana a partir de seus substratos
especficos. Uma srie de metodologias so empregadas para a realizao deste teste. PENNA
(1994) realizou uma ampla reviso das mesmas, de forma que neste trabalho sero destacadas,
em linhas gerais, algumas delas.
Os primeiros testes para avaliao da atividade metanognica foram
feitos por De Zeeuw5 (1984) apud ARAJO (1995), e consistiam em medir a taxa de
produo de metano de amostras por meio de um sistema de deslocamento de lquido, tipo
frasco Mariotte. A carga orgnica e a concentrao de slidos suspensos volteis eram
conhecidas. O substrato utilizado consistia em uma mistura de cidos (actico, propinico e
butrico) ou na adio de apenas um cido, geralmente o actico. Solues de metais e
nutrientes eram adicionadas s amostras ensaiadas com o objetivo de evitar limitaes
nutricionais para a produo de metano.
Na metodologia proposta por DOLFING & BLOEMEN (1985) a
produo de metano era medida por cromatografia gasosa em amostras retiradas do volume
livre de frascos de soro (frascos-reatores), nos quais o lodo era ensaiado. Utilizava-se uma
seringa com trava de presso para que o gs amostrado se mantivesse na mesma presso do
frasco-reator. Os substratos testados foram os cidos actico, propinico e butrico, que eram
6 DE ZEEUW, W. J. Acclimatization of anaerobic sludge for UASB-reactor start-up. 1984. 157f. Doctoral Thesis Agricultural University Wageningen, The Netherlands, 1984.
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adicionados em conjunto ou separadamente. Alm do substrato adicionava-se uma soluo
tampo.
Duborguier (1989) apud VAZOLLER (1989) props uma metodologia
semelhante de DOLFING & BLOEMEN (1985), com a diferena que, neste caso, no era
utilizada soluo tampo, nem soluo de nutrientes ou de metais. O resultado da atividade
foi, ento, denominado, atividade metanognica especfica absoluta ou real, sendo obtida pela
diferena entre a atividade metanognica aparente do substrato (frasco-reator com lodo e
substrato) e a atividade do frasco controle (frasco-reator apenas com a amostra testada).
JAMES et al. (1990) desenvolveram um mtodo simplificado a partir
de uma adaptao de funcionamento do respirmetro de Warburg. Entretanto, um melhor
desempenho deste mtodo dependia da automao do sistema de medio de gases e da
otimizao do sistema de monitoramento do teste como um todo, como foi ressaltado pelos
prprios autores. Neste sentido, o trabalho desenvolvido por Monteggia7 (1991) apud INCE et
al (1995) e CHERNICHARO (1997), incorporando manmetros com sensores eltricos para o
monitoramento contnuo da produo de biogs, foi um importante avano para o ensaio de
atividade metanognica especfica (CHERNICHARO, 1997).
Recentemente foi estabelecido no mbito do PROSAB (Programa de
Pesquisa em Saneamento Bsico) um protocolo para o desenvolvimento do teste
(CHERNICHARO, 1997). Foi sugerida a adio de soluo tampo e de nutrientes. O
substrato utilizado como fonte de carbono foi o cido actico. A determinao da taxa de
produo de metano pode ser feita por cromatografia gasosa ou por meio do deslocamento de
lquido, em mini-manmetros ou transdutores de presso aps a passagem do biogs por uma
soluo alcalina para reteno do CO2 presente no biogs.
Outro aspecto a ser ressaltado para o teste de atividade metanognica
especfica referem-se s unidades de medida utilizadas pelos diferentes autores, que divergem
basicamente quanto medida de produo de metano (PENNA, 1994). Neste sentido, as
diferentes unidades podem ser uniformizadas por meio de relaes estequiomtricas,
tornando-se possvel a comparao entre elas. Cabe ressaltar, que para isso, necessrio que
os volumes de metano medidos refiram-se s condies normais de temperatura e presso
(CNTP) e que as atividades metanognicas medidas sejam as taxas especficas mximas de
converso de substratos da biomassa presente na amostra ensaiada (PENNA, 1994).
7 MONTEGGIA, L. The use of a specific methanogenic activity for controlling anaerobic reactors. 1991. Ph.D. tesis University of Newcastle, Tyne, 1991.
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Independente da metodologia empregada para avaliao da atividade
metanognica especfica, alguns aspectos podem influenciar o ensaio de forma que os
resultados obtidos possam ser subestimados. Entre esses aspectos, ressaltam-se a relao entre
a concentrao inicial de substrato e a concentrao inicial de biomassa (PENNA, 1994;
MORENO et al., 1999), assim como o tipo de substrato utilizado.
A concentrao de substrato no deve limitar a atividade metanognica
seja por falta de alimento (INCE et al., 1995), seja por inibio quando em concentraes
excessivas. No protocolo apresentado pelo PROSAB (CHERNICHARO, 1997) as relaes
iniciais entre substrato e biomassa variaram de 0,4 a 1,0 g HAc-DQO g-1 SV, sendo que em
ensaio para determinao da AME de um lodo anaerbio, a maior atividade foi alcanada com
a relao 0,8 g HAc-DQO g-1 SV. No trabalho de INCE et al. (1995), a relao utilizada para
o ensaio de AME foi de 0,46 g HAc-DQO g-1 SV para lodo de reator tratando gua residuria
de cervejaria. DIEZ et al. (1999) estudaram taxas de carga orgnica iniciais variando de 0,31
a 1,34 g HAc-DQO g-1 SV. Em estudo realizado sobre metodologias do teste de atividade
metanognica especfica, PENNA (1994) utilizou diversas relaes iniciais entre substrato e
biomassa para diferentes lodos e destacou que em funo do tipo de lodo e de sua atividade
metanognica, deve ser pesquisada a relao tima entre a quantidade de substrato e biomassa
inicial, que conduzam atividade metanognica especfica mxima durante o ensaio.
Em relao ao tipo de substrato utilizado, verifica-se que em muitos
trabalhos e metodologias a fonte de carbono utilizada ou sugerida foi apenas o cido actico
(INCE et al., 1995; CHERNICHARO, 1997; KALYUZHNYI et al., 1998; DIEZ et al., 1999;
MORENO et al., 1999). Em outros trabalhos (DOLFING & BLOEMEN, 1985; ARAJO,
1995; e BORJA et al, 1996) tem sido utilizada uma mistura de H2/CO2. Entretanto,
DOLFING & BLOEMEN (1985) destacaram que agitao vigorosa necessria para a
obteno de resultados confiveis quando se utiliza essa mistura como substrato, e sugerem a
substituio da mesma por formiato. Alguns estudos foram realizados utilizando-se o formiato
como fonte de carbono, entre estes, pode-se destacar os trabalhos de ARAJO (1995),
OLIVEIRA (1997) e LAY et al. (1998). Os cidos propinico e butrico foram tambm
utilizados separadamente em alguns estudos (DOLFING & BLOEMEN, 1985; ARAJO,
1995; LAY et al., 1998).
A utilizao de cidos volteis individualmente interessante quando se
objetiva a identificao de gneros de bactrias presentes no lodo, o estudo da degradao de
cada substrato, assim como a determinao das taxas mximas de converso de cada um deles
(ARAJO, 1995). Entretanto, quando se pretende uma anlise da atividade metanognica
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mxima, a utilizao de uma mistura de cidos mais adequada (LIN et al., 1986), uma vez
que propiciar a presena de substratos especficos de todas as espcies metanognicas
presentes.
3.1.1.1 Aplicao dos testes de atividade metanognica especfica
A avaliao da atividade metanognica especfica de lodos anaerbios
tem sido muito aplicada com a finalidade de se classificar o potencial da biomassa em
converter substratos especficos em produtos finais, o metano e dixido de carbono. Este teste
mostra-se como uma importante ferramenta para uma srie de aplicaes (CHERNICHARO,
1997):
a) como anlise de rotina para quantificar a atividade metanognica;
b) para avaliar o comportamento da biomassa em relao a compostos inibidores;
c) para determinar a toxicidade de determinados compostos presentes em efluentes lquidos e
resduos slidos;
d) para determinar o grau de degradabilidade de vrios substratos;
e) para monitorar possveis modificaes na atividade do lodo aps longos perodos de
operao de reatores;
f) para determinar a carga orgnica mxima suportada por determinado tipo de lodo, a fim
de acelerar a partida de sistemas de tratamento;
g) para avaliar parmetros cinticos.
Alguns dos inmeros trabalhos utilizando o teste de atividade
metanognica so descritos brevemente a seguir.
DOLFING & BLOEMEN (1985) utilizaram esse teste para o estudo da
influncia sobre a atividade metanognica de diversos parmetros como substrato e pH, alm
de avaliarem processos de inibio e toxicidade da digesto anaerbia por substncias como
cloreto de sdio e amnia. Ainda com relao inibio e toxicidade, BORJA et al. (1996)
avaliaram o efeito de diferentes concentraes de amnia sobre a biomassa por meio dos
testes de atividade.
SOTO et al. (1993) aplicaram o teste de atividade metanognica para
estimar a carga orgnica inicial a ser aplicada ao lodo, determinar a atividade do lodo ao
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longo do processo de operao do reator, avaliando no apenas a atividade metanognica, mas
tambm a hidroltica e acidognica. A partir desse ensaio, os autores determinaram
parmetros cinticos referentes aos estgios de hidrlise, acidognese e metanognese que
caracterizam o processo anaerbio.
INCE et al. (1995) determinaram a taxa de carga orgnica mais
adequada durante a partida do reator utilizando o ensaio de atividade metanognica. Os
pesquisadores KALYUZHNYI et al (1998), LAY et al. (1998), NOPHARATANA et al.
(1998) e JAWED & TARE (1999) utilizaram o teste para monitoramento e determinao da
biomassa em reatores anaerbios.
No trabalho de ARAJO (1995) avaliou-se a influncia da estrutura
populacional do biofilme na degradao dos cidos graxos volteis e, consequentemente, na
produo de metano. Alm disso, determinou-se o comportamento da atividade metanognica
do biofilme, frente s diversas fontes testadas ao longo do perodo de operao do reator.
O teste de atividade metanognica tambm foi empregado por
OLIVEIRA (1997) com a finalidade de avaliar a atividade metanognica do lodo em
diferentes condies operacionais (carga orgnica e temperatura), em diferentes regies da
manta de lodo e do lodo bruto e dos grnulos, separadamente, em reator anaerbio UASB
tratando guas residurias de suinocultura.
importante ressaltar que o ensaio de atividade metanognica
especfica uma ferramenta interessante para o acompanhamento do desempenho do sistema,
entretanto, apresenta limitaes quando se pretende comparar diferentes sistemas, em funo
das particularidades dos lodos provenientes de diferentes plantas, assim como, das inmeras
variaes nas metodologias para o ensaio.
3.2. Fatores que interferem na digesto anaerbia
O processo de digesto anaerbia pode ser influenciado por uma srie
de fatores, favorecendo ou no a partida do processo, a degradao do substrato, o
crescimento e declnio dos microrganismos envolvidos, a produo de biogs, assim como,
podem determinar o sucesso ou a falncia do tratamento de determinado resduo. Entre esses
fatores pode-se citar a temperatura, o pH, a presena de nutrientes, a composio do substrato,
o teor de slidos totais, e como consequncia destes, a interao entre os microrganismos
envolvidos no processo.
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A temperatura um fator extremamente importante na digesto
anaerbia, uma vez que influi na velocidade do metabolismo bacteriano, no equilbrio inico e
na solubilidade dos substratos (FORESTI et al., 1999). O efeito da temperatura sobre o
processo de digesto anaerbia tem sido estudado por diversos autores nas faixas psicroflica,
abaixo de 20C (MASS & DROSTE, 1997; VARTAK et al.,1997; LOKSHINA & VAVILIN, 1999; MASS et al.,2000; e MASS & DROSTE, 2000), mesoflica, entre 20 e
45C (TORRES-CASTILHO et al., 1995; BROUGHTON et al., 1998; CHEN & SHYU, 1998), e termoflica, entre 50 e 70C (ZTRK, 1993; LEPISTO & RINTALA, 1996). LUCAS JR. (1994) afirmou que a definio de uma temperatura
operacional extremamente importante do ponto de vista biolgico e econmico, uma vez
que a taxa de produo de biogs depende da temperatura. Biodigestores operando na faixa
termoflica produzem maior quantidade de biogs em menor perodo quando comparados com
aqueles operados na faixa mesoflica, resultando em menores tempos de reteno hidrulica
(perodo em que o resduo permanece no interior do biodigestor), implicando em menor
volume para o tratamento e, consequentemente, menores custos de implantao. Entretanto, o
baixo custo da cmara de fermentao compensado pelos custos de aquecimento, uma vez
que, geralmente, o gs produzido insuficiente para aquecer os resduos a serem tratados.
Neste sentido, o tratamento na faixa termoflica torna-se interessante apenas quando o resduo
a ser tratado encontra-se em temperatura mais elevada (LETTINGA et al., 1997).
As Archaea metanognicas envolvidas no processo de digesto
anaerbia constituem a populao mais sensvel a alteraes de pH, segundo SPEECE (1996)
a operao do reator anaerbio deve ocorrer em pH entre 6,5 e 8,2 para evitar inibio da
metanognese. Ainda segundo esse autor, uma operao adequada do reator em pH at 6
possvel em determinadas condies.
A disponibilidade de certos nutrientes essencial para o crescimento e
atividade microbiana. Estudos sobre requerimentos nutricionais para o tratamento anaerbio
apontam para um importante papel de ons inorgnicos, especialmente metais traos para a
estimulao do metabolismo microbiano anaerbio. Segundo SPEECE (1983), a deficincia
de ferro, cobalto e nquel foi a causa de resultados negativos no tratamento de efluentes
industriais no passado.
DAMIANOVIC (1992) em reviso de literatura sobre aspectos
nutricionais em processos anaerbios fez referncias a uma srie de trabalhos que
comprovaram a importncia desses micronutrientes na estimulao do processo, sendo que a
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maioria desses trabalhos foi realizada em ensaios de crescimento de culturas de laboratrio. O
nico metal trao testado em reatores de grande porte foi o ferro, com resultados bastante
satisfatrios.
O carbono, nitrognio e fsforo so essenciais para todos os processos
biolgicos. A quantidade de N e P necessria para a degradao da matria orgnica presente
depende da eficincia dos microrganismos em obter energia para a sntese, a partir de reaes
bioqumicas de oxidao do substrato orgnico (FORESTI et al., 1999). A relao DQO:N:P
de 500:5:1 parece ser suficiente para atender s necessidades de macronutrientes dos
microrganismos anaerbios (SPEECE, 1996). O enxofre tambm considerado um dos
nutrientes necessrios metanognese, e evidncias preliminares apontam para um elevado
requerimento de sulfetos desses microrganismos (SPEECE, 1983). Os microrganismos
assimilam enxofre na forma de sulfetos, que so originados a partir da reduo biolgica de
sulfatos (constituinte comum a muitas guas residurias), (FORESTI et al., 1999).
O nitrognio, embora essencial ao processo, pode tornar-se um fator
inibitrio quando em altas concentraes na forma de amnia. As concentraes do on
amnia (NH4+) e amnia livre (NH3) so ditadas pelo pH, com altos valores de pH a forma
NH3 prevalece, e mais inibitria que a forma ionizada (MATA-ALVAREZ et al., 2000).
BORJA et al. (1996) relataram a inibio no processo de produo de
metano a partir de dejetos de bovinos quando a concentrao de amnia chegou a 5 g L-1, em
reatores operados continuamente. A velocidade de produo de metano diminuiu 25 %
quando 5 e 7 g-N L-1 foram adicionadas, em comparao com o controle, com 2 g-N L-1.
Entretanto, os autores observaram que o processo no foi afetado com a concentrao de 4 g-
N L-1, quando o aumento na concentrao de amnia foi gradual. Em reatores com
concentraes de 6 e 7 g-N L-1, aps longo perodo de exposio, o processo alcanou a
estabilidade, embora com baixa produo de metano. Os autores concluram que a
instabilidade do processo devido a altas concentraes de amnia resultou no acmulo de
cidos graxos volteis, os quais levaram a uma diminuio do pH, com consequente declnio
na concentrao de amnia livre, explicando a habilidade do processo em alcanar a
estabilidade em altas concentraes de amnia, com uma produo baixa, mas estvel de
metano.
A inibio do processo de digesto anaerbia por altas concentraes de
amnia foi tambm associada temperatura na qual se desenvolve o processo. Na faixa
termoflica a concentrao de amnia livre aumentou com a elevao da temperatura
(HANSEN et al., 1998). Portanto, o tratamento por digesto anaerbia na faixa termoflica de
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resduos com alto contedo de amnia ou com compostos que liberam rapidamente amnia
deve ser conduzido com ateno especial, buscando-se a adaptao da biomassa microbiana
ao resduo.
O processo de digesto anaerbia tambm influenciado pela presena
de outros compostos potencialmente txicos. No tratamento anaerbio de efluentes industriais
a presena de alguns componentes prejudiciais aos microrganismos deve ser considerada.
Dentre esses compostos destacam-se os metais pesados, solventes orgnicos, inibidores
qumicos como o cloranfenicol, inibidores formados como produtos secundrios, como o
cianeto, entre outros (SPEECE, 1983).
No que se refere a resduos originados na produo animal, a
administrao de antibiticos aos animais, o uso de desinfetantes e pesticidas pode influir
negativamente sobre a populao microbiana, uma vez que esses compostos so encontrados
em larga escala na propriedade rural e podem misturar-se aos dejetos aps a lavagem das
instalaes.
Outro aspecto a ser considerado no processo de digesto anaerbia e de
extrema importncia a concentrao de cidos graxos volteis (AGV), que so produtos
intermedirios da digesto anaerbia. Altas concentraes de AGV podem estar relacionadas
instabilidade nas inter-relaes estabelecidas entre as diferentes populaes anaerbias.
Para que a digesto anaerbia ocorra normalmente, a concentrao de
AGV deve estar em equilbrio com a alcalinidade do sistema (LIN et al., 1986). A inibio do
processo por cidos graxos volteis est associada ao pH. Baixos valores de pH esto
geralmente associados a altas concentraes de cidos graxos volteis (KUS & WIESMANN,
1995), e, consequentemente, falncia do processo.
Um sistema de tratamento anaerbio operando de forma satisfatria
apresenta no seu efluente baixas concentraes de cido actico, e s vezes, pequenas
quantidades de outros cidos. Em sistemas instveis h acmulo de cidos actico,
propinico, butrico, valrico e isovalrico (SUMMERS & BOUSFIELD, 1980; GOURDON
& VERMANDE, 1987; HILL et al., 1987; HILL, 1989). A presena desses cidos no efluente
em propores semelhantes ao afluente indica que as populaes microbianas que
metabolizam esses cidos esto em desequilbrio, devido baixa concentrao de determinada
espcie (HILL, 1987).
O incio de operao de um biodigestor constitui um aspecto crucial na
determinao do sucesso no tratamento de resduos. O ponto chave na partida do processo
est relacionado com a existncia de uma populao microbiana adaptada ao resduo em
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questo, que pode ser suprida por microrganismos presentes no prprio resduo (inculo
natural), ou pode ser introduzida no biodigestor por meio da utilizao de inculos de outras
fontes.
Uma avaliao quantitativa e qualitativa do potencial microbiano do
resduo, assim como do inculo a ser utilizado, importante no sentido de reduzir ao mnimo
o perodo de adaptao e acelerar o processo de digesto anaerbia.
Estudos feitos por LUCAS JR. et al. (1993) sobre a utilizao de inculo
adicional no desempenho de biodigestores operados com resduos de frangos de corte
demonstraram o aumento do potencial e antecipao da produo de biogs quando se utilizou
este inculo, independente do teor de slidos totais. TORRES CASTILLO et al. (1995)
observaram melhor desempenho de biodigestores com a utilizao de dejetos de bovinos e de
sunos como inculo. Outros trabalhos enfocando a utilizao de inculo como forma de
melhorar o desempenho de biodigestores incluem AUBART & FAUCHILLE (1983),
CALLANDER & BARFORD (1983), TRITT & KANG (1991), CHEN & HASHIMOTO
(1996), e BROUGHTON et al. (1998).
Outro aspecto importante a ser observado na digesto anaerbia o teor
de slidos totais (ST) do substrato. LUCAS JR. et a.l. (1993) encontraram melhor produo
de biogs em biodigestores modelo batelada quando o teor de ST do substrato era menor, 8 %,
em relao a um teor de ST de 16 % e a presena de inoculo adcional antecipou o pico de
produo de biogs nos dois casos (8 e 16 % de ST). Outros estudos enfocando a influncia
da concentrao de ST sobre o processo de digesto anaerbia incluem AUBART &
FAUCHILLE (1983) e ITODO & AWULU (1999).
3.3. Tratamento anaerbio de resduos
O processo de digesto anaerbia hoje uma tecnologia bem
estabelecida para o tratamento de uma ampla variedade de resduos gerados pelas atividades
humanas (CALLAGHAN et al., 1999). Segundo LETTINGA (1997) o tratamento anaerbio
de resduos pode ser considerado como principal mtodo da concepo de proteo ambiental
e preservao de recursos. Esta concepo baseia-se no mnimo uso de energia e gua, alm
de mximo reuso dos produtos gerados aps o tratamento. Neste sentido, resduos gerados
pelas diferentes atividades humanas podem tornar-se uma importante fonte de gua,
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fertilizantes, condicionadores do solo e tambm, fonte de energia (VAN LIER & LETTINGA,
1999).
Comparando os mtodos aerbios tradicionais ao processo anaerbio de
tratamento de resduos, podem ser destacadas diversas vantagens, relatadas por vrios autores
(TRITT et al., 1991; FORESTI, 1994; PERLE et al., 1995; VAN HORN et al.,1994;
TORRES-CASTILLO et al., 1995; LETTINGA, 1996; VARTAK et al., 1997; DIEZ et al.,
1999; VAN LIER et al, 1999; ZEEMAN et al., 1999; MATA-ALVAREZ et al., 2000):
a) baixo consumo de energia, por no exigir a introduo forada de oxignio no
meio;
b) baixo custo de investimento;
c) requerimento de pequena rea para implantao;
d) baixa produo de lodo, estimada como sendo inferior a 20 % daquela apresentada
por processos aerbios convencionais;
e) limitado impacto ambiental;
f) possibilidade de recuperao e utilizao do gs metano como combustvel;
g) possibilidade de utilizao do efluente como biofertilizante;
h) alta eficincia de tratamento;
i) possibilidade de aplicao de altas taxas de carregamento volumtrico nos sistemas
anaerbios modernos;
j) reduo da emisso atmosfrica de metano e componentes com odor pelos
resduos;
k) possibilidade de preservao dos organismos anaerbios, sem alimentao por
longos perodos, sem que haja deteriorao de sua atividade.
As principais desvantagens esto relacionadas sensibilidade do
processo a mudanas das condies ambientais. A biodigesto anaerbia depende muito mais
de mecanismos reguladores intrnsecos que de controles externos. Esses mecanismos
autoreguladores decorrem das interaes entre os diversos grupos microbianos que participam
do processo com funes distintas e especficas, capazes de manter o pH e o potencial redox
do sistema, no sentido de otimizar a metanognese (FORESTI, 1994).
O processo de digesto anaerbia vem sendo amplamente utilizado para o tratamento de uma srie de resduos, notadamente de esgoto sanitrio. Entretanto outros resduos, incluindo aqueles que apresentam caractersticas que poderiam prejudicar a digesto
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anaerbia, como presena de componentes txicos e falta de nutrientes vm sendo estudados e seu tratamento por esse sistema tem se tornado possvel por meio da co-digesto com outros resduos que minimizem o efeito txico de determinados compostos ou que supram a carncia de nutrientes (ANGELIDAKI et al., 1997; CALLAGHAN et al., 1999; WIEGANT et al., 1999). Na Tabela 2 so apresentados exemplos de diversos resduos que vem sendo estudados e apresentam potencial para o tratamento anaerbio, seja como substrato nico ou por meio da co-digesto. TABELA 2. Exemplos de alguns resduos com potencial para o tratamento por digesto
anaerbia.
Substrato Temperatura de operao
Referncia
Resduos de aves de postura Mesoflica AUBART & FAUCHILLE (1983)
Efluente de leiteria Mesoflica PERLE et al. (1995) Palha de cevada Mesoflica TORRES-CASTILLO et al.
(1995)
Esgoto sanitrio Psicroflica LETTINGA (1996) Efluente de indstria de
processamento de alimentos e dejetos de bovinos
Mesoflica
MADHUKARA et al. (1997)
Efluente de fbrica de processamento de azeite de oliva e dejetos de bovinos
Termoflica ANGELIDAKI et al. (1997)
Resduos de sunos Psicroflica Mesoflica
MASS & DROSTE (1997) PLAIXATS et al. (1988)
Resduos de bovinos Psicroflica VAVILIN et al. (1998) VARTAK et al. (1997)
Carcassas de aves Mesoflica e termoflica
CHEN &SHYU (1998)
Resduos slidos municipais Mesoflica NOPHARATANA et al.(1998) Resduos de bovinos de corte Mesoflica GARCA-OCHOA et al.(1999) Efluente de abatedouro Mesoflica BATSTONE et al.(1997) e (2000)
e NEZ & MARTNEZ (1999)
Efluente de curtume e esgoto domstico
Mesoflica WIEGANT et al. (1999)
Frao orgnica de resduos slidos municipais e dejetos de bovinos
Mesoflica MASS et al. (2000) CALLAGHAN et al. (1999)
Resduos de frangos de corte Mesoflica SANTOS (1997) e (2001)
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Por meio da digesto anaerbia obtm-se a remoo efetiva de
componentes orgnicos biodegradveis, levando mineralizao e liberao de compostos
como NH4+, PO4-3, S-2, que podem, se necessrio, ser removidos em ps-tratamento
(LETTINGA, 1996). Como o tratamento anaerbio basicamente um processo de
mineralizao, mtodos de ps-tratamento (biolgicos ou fsico-qumicos) podem ser
requeridos para melhorar as condies do resduo tratado para reuso e/ou emisso.
3.3.1. Resduos da avicultura e suinocultura
Os resduos gerados na produo animal constituem-se em substratos
complexos contendo matria orgnica particulada e dissolvida como polissacardeos, lipdios,
protenas, cidos graxos volteis, elevado nmero de componentes inorgnicos, bem como
alta concentrao de microrganismos patognicos, todos de interesse na questo ambiental.
O poder poluente dos dejetos animais extremamente alto, face ao
elevado nmero de contaminantes que possui, cuja ao individual ou combinada, representa
uma fonte potencial de contaminao e degradao do ar, dos recursos hdricos e do solo.
Estes fatos vm exigindo a fixao de parmetros de emisso cada vez mais rigorosos pela
legislao ambiental, visando a preservao dos recursos naturais, do conforto e da sade
humana.
Os nutrientes e a matria orgnica contidos nos dejetos animais
constituem componentes naturais do ambiente e so, na verdade, recursos a serem reciclados
nos ecossistemas (VAN HORN et al., 1994). Entretanto, quando esses nutrientes encontram-
se em excesso nos sistemas possuem efeitos altamente deletrios.
ATKINSON & WATSON (1996) relacionaram os impactos ambientais
da produo animal aos seguintes provveis fatores:
a) balano entre as produes de diferentes animais e as prticas utilizadas para a criao de
cada um deles;
b) potencial existente para a reciclagem de resduos e para a reduo de entrada de
componentes nos vrios sistemas de produo animal;
c) possibilidade de integrao da produo animal a sistemas agrcolas mais completos;
d) impacto da criao de a