JÉSSICA FRANCYNE FRIAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS - CECA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA DA BIOMASSA

PROPOSTA DE UM BIODIGESTOR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR
DOS RESÍDUOS ORGÂNICOS DO RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO – CAMPUS
A.C. SIMÕES

Rio Largo,
2016

JÉSSICA FRANCYNE FRIAS

PROPOSTA DE UM BIODIGESTOR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR
DOS RESÍDUOS ORGÂNICOS DO RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO – CAMPUS
A.C. SIMÕES

Dissertação
de
Mestrado
apresentada ao Programa de Pós
Graduação em Energia da Biomassa
da Universidade Federal de Alagoas,
como requisito parcial para a
obtenção do grau de Mestra em
Energia da Biomassa.

Orientador:
Eduardo
Cavalcante Amorim

Lucena

Rio Largo,
2016

iii

FOLHA DE APROVAÇÃO

AUTORA: JÉSSICA FRANCYNE FRIAS

(Proposta de um Biodigestor Para Geração de Energia a Partir dos Resíduos Orgânicos do
Restaurante Universitário – Campus A.C. Simões)

Dissertação submetida ao corpo
docente do Programa de PósGraduação em Energia da Biomassa
da Universidade Federal de Alagoas e
aprovada em 12 de dezembro de
2016.

__________________________________________________________________________
(Prof. Dr., Eduardo L. Cavalcante Amorim, Universidade Federal de Alagoas) (Orientador)
Banca Examinadora:

__________________________________________________________________________
(Profa. Dra., Karina Ribeiro Salomon, Universidade Federal de Alagoas) (Examinadora
Externa)

__________________________________________________________________________
(Profa. Doutoranda, Norma C. S. Amorim, Instituto Federal de Alagoas) (Examinadora
Externa)

__________________________________________________________________________
(Prof. Dr., Elton Lima Santos, Universidade Federal de Alagoas) (Examinador Interno)

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, por permitir mais esta realização e me dar forças para
seguir em frente;
A meus pais, por proporcionarem toda a estrutura necessária para a minha caminhada até
aqui;
A minha equipe de trabalho: Kamila Aderne e Isabela Lima, sem as quais não teria
conseguido superar os inúmeros obstáculos deste trabalho;
Ao meu orientador, Eduardo Lucena, que foi luz quando acreditávamos que nada iria dar
certo;
Ao Estúdio Aurora – Maquete e renderização, em nome de sua arquiteta, Eva Suellen, pela
representação do projeto técnico;
Ao pessoal dos laboratórios: Ronaldson, Williane, Norma, Nadjane, Gabryel, Stephanie,
Vinícius e Antônio, por toda ajuda e paciência;
Ao pessoal do RU: Tanyara, Milena, Amanda, sr. Luis, sr. André e sr. Henrique, pela presteza
em fornecer as informações necessárias e pela força (literalmente) na pesagem das
amostras;
Aos meus colegas de curso, em especial: Norma, Samy, Eduardo, Ana Maria e Analice, pelo
companheirismo e apoio durante toda a jornada;
Ao meu namorado Jorge e as minhas amigas: Rozália, Swlamita, Cindy, Sheille, Fabrícia,
Gesika, Larissa e Tuanne, por manter a minha sanidade em meio a todos os percalços;
A todos que contribuíram direta e indiretamente para este trabalho, o meu muitíssimo
obrigada!

“O período de maior ganho
em conhecimento e experiência
é o período mais difícil da vida de alguém.”

Dalai Lama

RESUMO

Visando reduzir os custos com energia elétrica na Universidade Federal de Alagoas, bem
como melhorar sua gestão de resíduos, este trabalho propõe uma configuração de
biodigestor para tratamento dos resíduos orgânicos do restaurante universitário e a
transformação do biogás gerado em energia. A redução do consumo de eletricidade
proveniente do sistema de abastecimento, a qual se origina predominantemente em
hidrelétricas, tende a reduzir a necessidade de construção de imensos reservatórios, os
quais causam impactos em todo o ecossistema aquático, além das linhas de transmissão que
percorrem grandes extensões. Além disto, a melhor gestão dos resíduos orgânicos evita que
estes tenham destinação inadequada, causando danos ao meio ambiente, como poluição,
proliferação de patógenos e emissão de gases de efeito estufa. Para este propósito, foi
realizado levantamento da quantidade de resíduos gerados, além das tecnologias de
biodigestão adequadas para este tipo de resíduo, concluindo-se que o modelo mais indicado
é o reator de fluxo contínuo com agitação (Continuous Flow Stirred Tank Reactor – CSTR).
Como este tipo de reator é amplamente utilizado na engenharia química, utilizaram-se
métodos de dimensionamento advindos desta área de conhecimento. Para a estimativa de
conversão em eletricidade, utilizou-se o teor de metano e sua taxa de conversão,
encontrada na literatura. Analisando os valores da fatura de eletricidade da universidade e a
estimativa de investimento inicial, conclui-se que a proposta apresenta um potencial de
geração de eletricidade de aproximadamente 700kWh, a qual, em análise inicial, viabiliza sua
implantação.

Palavras-chave: Resíduos orgânicos urbanos, metano, digestão anaeróbia, geração de
eletricidade.

vii

ABSTRACT
Aiming at reducing electricity costs at the Federal University of Alagoas, as well as improving
its waste management, this work proposes an anaerobic reactor configuration for the
treatment of organic waste from the University’s Restaurant and the transformation of the
biogas generated in energy. Reducing the consumption of electricity from the national net,
which originates predominantly in hydroelectric dams, tends to reduce the need to build
huge reservoirs, which impact the entire aquatic ecosystem, as well as transmission lines
that run large stretches. In addition, better management of organic waste prevents them
from being disposed of inappropriately, causing damage to the environment, such as
pollution, proliferation of pathogens and emission of greenhouse gases. For this purpose, it
was carried out a survey of the amount of waste generated, in addition to the biodigestion
technologies suitable for this type of residue. It was concluded that the most indicated
model is the Continuous Flow Stirred Tank Reactor (CSTR). As this type of reactor is widely
used in chemical engineering, sizing methods from this area of knowledge have been used.
For the estimation of conversion in electricity, the methane content and its conversion rate,
found in the literature, were used. Analyzing the values of the university's electricity bill and
the initial investment estimate, it is concluded that the proposal has an electricity generation
potential of approximately 700kWh, which, in an initial analysis, enables its implementation.
Key words: Urban organic waste, methane, anaerobic digestion, electricity generation.

viii

LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Diagrama dos processos de conversão energética da biomassa ............................................ 5
Figura 2 - Fluxograma da digestão anaeróbia ....................................................................................... 11
Figura 3 - Principais reatores anaeróbios de biomassa em suspensão ................................................. 14
Figura 4 - Principais reatores anaeróbios de biomassa fixa .................................................................. 15
Figura 5 - Representação do Sistema Dranco ....................................................................................... 22
Figura 6 - Sistema Axpo Kompogas ....................................................................................................... 24
Figura 7 - Representação do Sistema Valorga....................................................................................... 26
Figura 8 - Representação do Reator Laran ............................................................................................ 27
Figura 9 - Representação do Sistema de Garagem ............................................................................... 28
Figura 10 - Reator CSTR versão avançada ............................................................................................. 32
Figura 11 - Armazenamento de resíduos .............................................................................................. 35
Figura 12 - Armazenamento de resíduos .............................................................................................. 35
Figura 13 – Descongelamento e preparação do substrato para trituração .......................................... 36
Figura 14 - Trituração do substrato ....................................................................................................... 37
Figura 15 - Representação esquemática do sistema de biodigestão .................................................... 39
Figura 16 - Representação esquemática com dimensões ..................................................................... 43
Figura 17 - Representação tridimensional do sistema .......................................................................... 44
Figura 18 - Local proposto para o sistema de biodigestão ................................................................... 45
Figura 19 - Biodigestor .......................................................................................................................... 47
Figura 20 - Tanque de armazenamento do digerido ............................................................................. 47
Figura 21 - Tanque de longa duração do digerido ................................................................................ 47
Figura 22 - Gasômetro ........................................................................................................................... 47
Figura 23 - Motor de conversão ............................................................................................................ 48

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CSTR: Reator de fluxo contínuo com agitação (Continuous Flow Stirred Tank Reactor)
DBO5: Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO: Demanda Química de Oxigênio
ETA: Estação de tratamento de água
ETE: Estação de tratamento de esgoto
FORSU: Fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos
RALF: Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado
RSU: Resíduos sólidos urbanos
RU: Restaurante Universitário
ST: Sólidos totais
UASB: Reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (Upflow Anaerobic Sludge
Blanket Reactor)

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 1

DETERMINAÇÃO DE OBJETIVOS ...................................................................................................... 3

REVISÃO DE LITERATURA ................................................................................................................ 4
3.1. BIOMASSA .................................................................................................................................... 4
3.2. RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ..................................................................................................... 6
3.3. BIODIGESTÃO ANAERÓBIA ........................................................................................................... 7
3.4. INÓCULOS ................................................................................................................................... 12
3.5. TIPOS DE BIODIGESTORES .......................................................................................................... 13
3.6. PRODUÇÃO DE METANO NO BIODIGESTOR .............................................................................. 16
3.7. USO DE REATORES ANAERÓBIOS NO BRASIL ............................................................................. 16
3.8. USO DE REATORES ANAERÓBIOS NO TRATAMENTO DE RSU .................................................... 19
3.8.1. Dranco ................................................................................................................................. 20
3.8.2. Axpo Kompogas ................................................................................................................... 22
3.8.3. Valorga ................................................................................................................................ 24
3.8.4. Sistema de garagem (Túneis de Metanização) ................................................................... 27
3.9. CONSIDERAÇÕES SOBRE A REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................ 33

METODOLOGIA.............................................................................................................................. 34
4.1. CARACTERIZAÇÃO E MEDIÇÃO DO SUBSTRATO......................................................................... 34
4.2. DIMENSIONAMENTO DO BIODIGESTOR .................................................................................... 38

RESULTADOS E DISCUSSÕES:......................................................................................................... 41
5.1. MEDIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS.......................................................................... 41
5.2. ESCOLHA E DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BIODIGESTÃO ............................................. 42
5.4.

PROPOSTAS DE UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS PRODUZIDO.......................................................... 45

5.5.

ESTIMATIVA DE CUSTOS........................................................................................................ 46

5.5. VIABILIDADE ............................................................................................................................... 49
6.

CONCLUSÕES ................................................................................................................................. 50

1. INTRODUÇÃO
A demanda por eletricidade nos centros urbanos tem aumentado significativamente
a cada dia. Da mesma forma, amplia-se a consciência da necessidade da sustentabilidade,
utilizando fontes de energia não poluentes. Por outro lado, cresce também a geração de
resíduos nas cidades, demandando alternativas adequadas para sua gestão.
A fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) pode ser utilizada para
geração de energia, apresentando-se como uma possível solução para estas questões.
Através da digestão anaeróbia, os resíduos orgânicos são convertidos em biogás, que pode
ser utilizado para combustão ou geração de energia, e material orgânico rico em nutrientes,
que pode servir de adubo orgânico.
Atentos a esta oportunidade, LEITE, et al (2009) avaliaram a eficácia do tratamento
anaeróbio de resíduos sólidos orgânicos oriundos de feiras livres e centrais de
abastecimento, concluindo que os sólidos voláteis foram reduzidos em 85%, com uma média
de produção de biogás de 0,25 Nm3 CH4 kg-1 DQOalimentada. Já LIBÂNIO (2002) avaliou a
viabilidade do tratamento integrado de RSU e chorume em um reator anaeróbio, obtendo
um valor de produção de gás de 0,15 L de CH4 /g DQOremov, enfatizando a eficácia na redução
da DQO. BARCELOS (2009) analisou a eficácia de diferentes inóculos no tratamento de RSU,
obtendo resultados entre 25% e 58% na degradação de SV, com produção de 117L a 144L de
biogás.
Nota-se nestas pesquisas uma predominância de estudos sobre a viabilidade do
tratamento e o potencial de geração de biogás, concordando com o que afirma a Secretaria
Nacional de Saneamento Ambiental, em sua série de livros publicada em 2015 com a
temática do biogás. Nesta, são enfatizadas as boas experiências nacionais da aplicação de
tecnologias anaeróbias no tratamento de esgoto doméstico, dos resíduos da indústria e da
agropecuária, mesmo que sem o aproveitamento de biogás gerado. O estudo chama
também atenção para o setor de resíduos sólidos, que ainda tem muito potencial para ser
desenvolvido, enfatizando que o aproveitamento da energia gerada, bem como do substrato
digerido, pode contribuir para valorizar o investimento nas tecnologias de tratamento.
Nesta temática, LEITE, et al (2003) pesquisou sobre o aproveitamento do biogás da
digestão dos RSU, utilizando para tal um reator anaeróbio compartimentado, obtendo uma
1

geração de 0,35 m3 CH4 .kg–1 DQOaplicada, avaliando também as dificuldades da aplicação de
tecnologias de tratamento de efluentes líquidos para resíduos sólidos. Nesta linha, diversas
pesquisas têm sido realizadas em universidades para o tratamento de resíduos de
restaurantes universitários, com ênfase para os estados de Santa Catarina e Pará, que
possuem vasta experiência nessa área.
Assim, após comprovar o potencial de geração de biogás dos RSU, verificar a
existência de tecnologias adequadas para este tipo de resíduo e os diversos motivos que
levam a sua não difusão (SNSA b, 2015), além da carência do aproveitamento energético dos
gases gerados, este trabalho visa contribuir com a difusão da tecnologia de digestão
anaeróbia específica para os resíduos orgânicos urbanos em escala real. Para isto, propõe a
utilização de biodigestores para o tratamento dos resíduos orgânicos do Restaurante
Universitário do Campus A. C. Simões, da Universidade Federal de Alagoas.

2. DETERMINAÇÃO DE OBJETIVOS

Objetivo geral:
Propor uma configuração de biodigestor adequada para produção de biogás a partir
da fração orgânica dos resíduos sólidos do Restaurante Universitário do campus A. C.
Simões.

Objetivos específicos:


Mensurar a produção de resíduos orgânicos no restaurante universitário;



Caracterizar estes resíduos;



Propor um sistema de tratamento com armazenamento e aproveitamento do
biogás;



Dimensionar o sistema proposto;



Estimar a área a ser utilizada pelo sistema;



Propor um local adequado para instalação do sistema no campus A. C.
Simões;



Estimar custos (investimento inicial) e viabilidade da implantação do sistema
de tratamento, considerando como possibilidades de aproveitamento do
biogás a combustão direta ou a geração de eletricidade.

3. REVISÃO DE LITERATURA

3.1. BIOMASSA
A biomassa é a fonte mais básica de obtenção de energia para as atividades dos seres
humanos. Em suas diversas formas, está presente em todas as partes do planeta, sendo
utilizada desde a combustão direta da madeira, uma tecnologia primitiva, até o
reaproveitamento de gases tóxicos residuais de outros processos e sua transformação em
combustível líquido, num processo denominado liquefação (ANEEL, 2005).
De acordo com a ANEEL (2005, p. 77): Do ponto de vista energético, biomassa é todo
recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser
utilizada na produção de energia, seja ela mecânica, térmica ou elétrica. O Atlas de Energia
Elétrica do Brasil, elaborado pela ANEEL em 2005, apresenta ainda como fontes de biomassa
os vegetais lenhosos e não lenhosos; os resíduos orgânicos agrícolas, industriais e urbanos; e
os biofluidos, representados pelos óleos vegetais.
Existem diversas tecnologias para a conversão de biomassa em energia e o uso de
cada uma delas varia conforme a fonte utilizada. Citando as principais, temos a combustão
direta, os processos termoquímicos, representados por: gaseificação1, pirólise2, liquefação3 e
transesterificação4; e os processos biológicos, como a digestão anaeróbia e a fermentação
(ANEEL, 2005, p. 87).
As tecnologias para cada fonte são apresentadas na figura 1:

Gaseificação é um processo que transforma combustíveis sólidos em gás.
Pirólise é a queima em condições subestequiométricas de oxigênio, para extração do material volátil, gerando
carvão.
3
Liquefação é a transformação de um combustível sólido em líquido.
4
Transesterificação é uma reação entre um éster e um álcool, através da qual se obtém o biodiesel.
2

Figura 1 - Diagrama dos processos de conversão energética da biomassa

Fonte: Balanço Energético Nacional - BEN, 1982 apud ANEEL, 2005.

Os principais exemplos de sucesso da aplicação da biodigestão para os resíduos
orgânicos urbanos são encontrados em países europeus que, por possuírem restrições ao
percentual de resíduos a ser aterrado, têm investido em tecnologias alternativas de
tratamento. Destacam-se neste cenário Alemanha e Holanda, por possuírem instalações de
digestores anaeróbios com a maior capacidade de tratamento por habitante, e com maior
difusão da tecnologia por centro de tratamento, respectivamente (MATTHEEUWS e DE
BAERE, 2012).

3.2. RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
De acordo com a Lei 12305 de 02 de agosto de 2010, resíduos sólidos correspondem
a:
Material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em
sociedade, a cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a
proceder, nos estados sólido ou semissólido (...).

Para GARCIA (2012, p. 6),
A gestão adequada dos resíduos sólidos urbanos (RSU) é um dos grandes desafios da
sociedade atual, especialmente nos países em desenvolvimento, mas com inúmeras
oportunidades para a transição para uma Economia Verde5. Mais do que a redução na
poluição, permite a diminuição do desperdício gerado pelas necessidades de consumo e o
reaproveitamento de materiais para poupar recursos naturais, como também tem grande
potencial de geração de empregos e inclusão social. O reaproveitamento dos resíduos sólidos
como matéria-prima, energia ou composto orgânico tem contribuição direta na conservação
de recursos naturais, sejam eles renováveis ou não, na preservação de ecossistemas e na
eficiência dos processos produtivos, uma vez que conduz à otimização dos custos ambientais
e econômicos associados ao ciclo de vida dos produtos.

Os resíduos sólidos urbanos são constituídos por matéria orgânica putrescível,
papéis, resíduos de poda e varrição, plástico, vidro, metais, ossos e outros materiais inertes.
A composição específica varia conforme os hábitos da população geradora. De acordo com a
pesquisa realizada pela ABRELPE, em 2013 os brasileiros geraram 209.280 ton/dia de RSU,
mas somente 189.219 ton/dia foram coletadas, o que representa um déficit de 20.061
ton/dia, as quais certamente tiveram destinação inadequada. Além disto, a pesquisa ainda
aponta um crescimento de 4,1% na geração de RSU, comparado ao ano anterior, valor
superior à taxa de crescimento populacional, que foi de 3,7% entre 2012 e 2013. Enfatiza-se
ainda, que dentre os resíduos coletados, 41,74% tiveram destinação final inadequada, sendo
depositados em lixões, sem qualquer controle ambiental.
Ainda segundo a ABRELPE (2013, p. 60), das 3.024 toneladas de RSU geradas por dia
em Alagoas, apenas 2.413 toneladas foram coletadas, e destas, 57,8% foram destinadas a
5

Economia Verde: economia que resulta em melhoria do bem-estar da humanidade e igualdade social, ao
mesmo tempo em que reduz significativamente riscos ambientais e escassez ecológica (PNUMA, 2011 apud
GARCIA, 2012).

lixões, 38,3% para aterros controlados, e somente 3,9% tiveram como destino final um
aterro sanitário. Estes dados evidenciam uma necessidade urgente da melhoria da gestão
dos resíduos sólidos urbanos em nosso estado, buscando alternativas tecnológicas
adequadas à realidade local.
GARCIA (2012, p. 7) aponta que do total de resíduos coletados no Brasil, 51,4%
referem-se a materiais orgânicos como restos de alimentos e resíduos de jardinagem, e 32%
correspondem a materiais recicláveis.
Em Maceió, o levantamento realizado por TAVARES et al. (2010, p. 4) aponta a
predominância de matéria orgânica entre os resíduos sólidos coletados, correspondendo a
60% do total, seguida pelos plásticos com 13,1%, papel/papelão: 8,4%, metais: 1,8% e
vidros: 1,0%. A média de geração de resíduos é de 0,9 kg/hab.dia.
Estes dados demonstram o grande potencial dos RSU gerados em Maceió, pois além
de possuir 24,3% de material reciclável, a fração orgânica é predominante, podendo ser
aproveitada para fins energéticos.
A reciclagem, a geração de energia e de compostos orgânicos utilizáveis como adubo,
agregam valor econômico aos RSU, incentivando a sua destinação correta e a preservação
ambiental.

3.3. BIODIGESTÃO ANAERÓBIA
Digestores anaeróbios têm sido amplamente utilizados no tratamento de resíduos
sólidos, incluindo resíduos da agricultura, excrementos animais, lodo proveniente de
sistemas de tratamento de esgoto e resíduos urbanos, e estima-se que milhões de
digestores anaeróbios têm sido construídos ao redor do mundo para este fim
(CHERNICHARO, 2007, p. 1).
A biodigestão anaeróbia vem sendo usada no tratamento de efluentes há mais de um
século, quando os reatores, chamados digestores anaeróbios, consistiam simplesmente de
tanques de concreto onde os resíduos eram colocados, devidamente misturados com água,
permitindo a sua decomposição anaeróbia. Com o passar dos anos, descobriu-se que o

tempo de retenção hidráulica6, que girava em torno de 60 dias ou mais, poderia ser
reduzido, com a manutenção da temperatura em torno de 35° e a mistura dos resíduos,
promovendo sua homogeneização. Estas descobertas levaram a um reator anaeróbio de alta
taxa, com tempo de retenção hidráulica entre 15 e 20 dias (GRADY e DAIGGER, 1999, p.
599).
A biodigestão nada mais é do que o processo natural de degradação da matéria
orgânica, realizado pelos microrganismos. De acordo com GRADY e DAIGGER (1999, p. 599),
o termo processo anaeróbio refere-se a diversas formas de sistemas de tratamento biológico
de efluentes nos quais o oxigênio e o nitrogênio são excluídos. Na maioria dos casos, estes
sistemas são operados para converter matéria orgânica biodegradável, solúvel e particulada,
em metano e dióxido de carbono.
Sendo assim, podemos dizer que, em condições anaeróbias, a decomposição da
matéria orgânica ocorre mais rapidamente do que na presença de oxigênio, e com a
formação de gases como um de seus produtos. Estes gases são denominados biogás, e
possuem elevado potencial energético.
O biogás é composto por: 40 a 70% de metano (CH4), 30 a 60% de dióxido de carbono
(CO2), e traços de hidrogênio (H2), sulfeto de hidrogênio (H2S) e vapor de água. Este biogás
pode ser usado para geração de energia elétrica, no aquecimento em processos industriais
e, quando purificado, deixando apenas o metano, pode ser usado como combustível em
motores Otto e como matéria prima na indústria química (ZANG e ZANG, 2012).
O aproveitamento energético do biogás promove a utilização ou reaproveitamento de
recursos renováveis; colabora com a não dependência de fonte de energia fóssil; aumenta a
oferta e possibilita a geração descentralizada de energia próxima aos centros de carga;
promove economia no processo de tratamento de resíduos, aumentando a viabilidade da
implantação de serviços de saneamento básico (ARCADIS Tetraplan, 2010, p. 4).

Além disto, a utilização do biogás para geração de energia impede que o metano nele
contido seja liberado para a atmosfera, podendo incluir a atividade no MDL (Mecanismo de
Desenvolvimento Limpo), gerando renda com a venda de créditos de carbono.

Tempo de retenção hidráulica: tempo que o resíduo permanece no reator, até que a reação esteja completa e
estabilizada.

Porém, para que a biodigestão ocorra de forma satisfatória, gerando biogás em
quantidade e qualidade ideais para utilização nas atividades humanas, é preciso propiciar as
condições adequadas para a atividade bacteriana.
Hoje, sabe-se que os fatores que influenciam na produção de biogás vão além da
temperatura, a saber:


Impermeabilidade

ar:

microrganismos

metanogênicos

são

essencialmente anaeróbias, portanto, o biodigestor deve ser perfeitamente vedado;


Temperatura: A faixa ideal para produção de biogás é de 35 a 45 °C

(microrganismos mesofílicos). Também se pode obter biogás com biodigestores operando na
faixa de 50 a 60 °C (microrganismos termofílicos). O mais importante é que não deve haver
variações bruscas de temperatura, pois as bactérias não sobrevivem e, portanto, a produção
do biogás diminui consideravelmente;


Alcalinidade e pH: Os microrganismos que produzem o metano sobrevivem

em faixa estreita de pH (6,5 a 8,0). Assim, enquanto os microrganismos produtores de ácido
(estágio 1 e 2 da digestão anaeróbia) estão em atividade, os microrganismos produtores de
metano consomem esses ácidos, mantendo o meio neutro. Entretanto, as reações
envolvidas nos estágios 1 e 2 são muito mais rápidas que a produção do metano, por isso, ao
iniciar a produção do biogás, é necessário que uma população de microrganismos
metanogênicos já esteja presente para que o processo seja bem-sucedido.


Teor de água: o teor de água dentro do biodigestor deve variar de 60% a 90%

do peso do conteúdo total.


Nutrientes: Os principais nutrientes dos microrganismos são carbono,

nitrogênio e sais orgânicos. Uma relação específica de carbono para nitrogênio deve ser
mantida entre 20:1 e 30:1. A principal fonte de nitrogênio é o dejeto humano e de animais,
enquanto os polímeros presentes nos restantes das culturas representam o principal
fornecedor de carbono. A produção de biogás não é bem-sucedida se apenas uma fonte de
material for utilizada (ANDREOLI et al., 2003, p. 125).
Para CHERNICHARO (2007, p. 5), digestão anaeróbia representa um ecossistema
biológico precisamente balanceado, onde diferentes populações de microrganismos
apresentam funções especializadas, e a quebra de compostos orgânicos é normalmente
9

considerada um processo de dois estágios. No primeiro estágio, um grupo de
microrganismos anaeróbios facultativos converte (por hidrólise e fermentação) os
componentes orgânicos complexos (carboidratos, proteínas e lipídeos) em materiais
orgânicos simples, principalmente ácidos graxos voláteis, bem como dióxido de carbono e
hidrogênio gasosos. No segundo estágio, os ácidos orgânicos e hidrogênio são convertidos
em metano e dióxido de carbono. Esta conversão é realizada por um grupo especial de
microrganismos, denominado metanogênicos, que são procarióticos estritamente
anaeróbios. As archaeas metanogênicas dependem do substrato gerado pelos
microrganismos formadores de ácidos, consistindo assim, de uma interação microbiana.
Este processo microbiológico pode ainda ser subdividido em outras etapas,
convencionalmente quatro, sucessivas e interdependentes: hidrólise, acidogênese,
acetogênese e metanogênese (Figura 2).
Hidrólise: corresponde à quebra de substratos complexos em cadeias de menor
tamanho, através de enzimas produzidas pelos microrganismos fermentativos hidrolíticos,
liberando moléculas assimiláveis. (CASSINI et al., 2003, p. 21). A hidrólise de carboidratos
leva algumas horas, proteínas e lipídeos alguns dias, lignocelulose e lignina são degradadas
lenta e parcialmente (DEUBLEIN e STEINHAUSER, 2011, apud KISPERGHER, 2013). Deste
modo, a demora no processo de hidrólise pode ser um fator limitante à produção de
metano. Para evitar que isto ocorra, muitas vezes são aplicados mecanismos físicos,
químicos ou combinados para aumentar a biodegradabilidade dos resíduos, provocando a
quebra dos polímeros, facilitando a solubilização (CASSINI et al., 2003, p. 21).
Acidogênese: Os produtos solúveis oriundos da fase anterior são metabolizados por
microrganismos fermentativos, sendo convertidos em ácidos graxos voláteis, álcoois,
hidrogênio e dióxido de carbono (PAULA JÚNIOR et al., 2003, p. 54).
Acetogênese: Microrganismos acetogênicos oxidam os produtos gerados na fase
acidogênica em substratos apropriados para os organismos metanogênicos. Os produtos
desta fase são ácido acético, hidrogênio e dióxido de carbono (CHERNICHARO, 2007, p. 7).
Metanogênese: é a etapa final do processo, efetuada pelas archaeas metanogênicas,
que são divididas em dois grupos principais em função de sua afinidade com diferentes
substratos: acetoclásticas, que utilizam ácido acético na produção de metano; e
10

hidrogenotrófica, que utilizam hidrogênio e dióxido de carbono para a formação de metano
(PAULA JÚNIOR et al., 2003, p. 54).
A rota de digestão anaeróbia pode ser visualizada na Figura 2:
Figura 2 - Fluxograma da digestão anaeróbia

Fonte: Fernandes, 2016.

Ainda segundo PAULA JÚNIOR et al. (2003, p. 54), quando há presença de sulfato no
substrato, as bactérias redutoras de sulfato passam a competir com as demais pelos
substratos disponíveis, e geram hidrogênio como produto final.
O resíduo da digestão anaeróbia é um composto orgânico rico em nutrientes, que, a
depender de suas características, pode ser utilizado em substituição ao fertilizante sintético
na agricultura. Mesmo que o resíduo não possa ser reutilizado, a digestão anaeróbia é válida
devido à redução de volume e de patógenos, além do aproveitamento energético do biogás.

3.4. INÓCULOS
De acordo com LEITE et al. (2003, p. 98), os processos anaeróbios empregados no
tratamento de resíduos sólidos ainda não constituem prática muito bem difundida no Brasil,
pela falta de configurações de sistemas de tratamento e, sobretudo, pelo tempo bastante
longo necessário para a bioestabilização anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos, quando
comparados aos processos aeróbios. Para diminuir o tempo de bioestabilização, a utilização
de inóculos tem mostrado resultados satisfatórios.
A co-digestão da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) com outros
tipos de resíduos, notadamente excrementos animais, pode otimizar o processo de
tratamento, melhorando a produção de biogás e acelerando o processo de digestão, pelo
equilíbrio de nutrientes e fornecimento de inóculo7. Estudos apontam para percentuais
entre 5% e 20% de lodo de esgoto sanitário, em relação ao lixo orgânico, para o incremento
e aceleração da produção de biogás. Outros fazem esta relação com base no teor de sólidos
totais presentes nos dois tipos de resíduos, indicando uma proporção de 80:20 entre lodo
primário e FORSU (CRAVEIRO, 1982 e DEMIREKLER & ANDERSON, 1998, apud LEITE et al.,
2003, p 104). Esta correlação é feita devido à relação entre a produção de biogás e o teor de
sólidos voláteis existentes no substrato, visto que estes originam o gás. Procura-se, desta
forma, minimizar a interferência de diferentes quantidades de sólidos voláteis no volume de
gás final, para uma comparação precisa da atividade dos diferentes tipos de resíduos na
eficiência do sistema.
Vários tipos de inóculos são propostos na literatura, tais como rúmen de bovinos e
dejetos de bovinos e suínos, obtendo resultados entre 25% e 58% na degradação de SV, com
produção de 117L a 144L de biogás (BARCELOS, 2009); lodos de estações de tratamento de
efluentes sanitários (ETEs) (SILVA, 2014) e recirculação do chorume, previamente inoculado
com lodo de ETEs, obtendo um valor de produção de gás de 0,15 L de CH4 /g DQOremov
(LIBÂNIO, 2002).
Mesmo tendo como preponderante a eficiência de cada inóculo, o material ideal é o
que exista em abundância próximo ao centro gerador e a unidade de tratamento de
resíduos, por motivos de logística e redução de custos.
7

Inóculo: comunidade de microrganismos decompositores introduzidos no processo para promover o início e
aceleração da degradação da matéria orgânica.

3.5. TIPOS DE BIODIGESTORES
Conforme CETESB (2016), os reatores anaeróbios foram concebidos para tratar
resíduos semissólidos como estrume de animais, lixo doméstico e para a estabilização de
lodos provenientes dos tratamentos de efluentes. Esses reatores se constituem de tanques
simples, sem recirculação de lodo com ou sem agitação. Seus tempos de retenção variam de
15 a 60 dias. São chamados de reatores convencionais, de baixa taxa.
Em processos intermitentes faz-se uso de reatores em batelada, nos quais o material
entra, é processado e totalmente retirado do reator, que será preparado para nova reação.
Já nos processos de geração contínua de material, a alimentação e reação no reator
anaeróbio são contínuas, mantendo um fluxo constante de entradas e saídas. De acordo
com FERNANDES (2013, p. 13) os modelos de digestores contínuos podem ser divididos em
dois grupos fundamentais:


Reatores de biomassa em suspensão (ou sem suporte)



Reatores de biomassa fixa (ou com suporte)
Nos reatores de biomassa em suspensão, os resíduos formam flocos ou grânulos e

encontram-se suspensos no líquido presente no interior do digestor. Particularmente
indicados para o tratamento de resíduos semissólidos, com uma fração de sólidos voláteis
que pode chegar aos 25%, estes digestores podem ainda ser dotados de sistemas de
agitação e aquecimento (FERNANDES, 2013, p.13). Os tipos de reatores de biomassa em
suspensão encontram-se ilustrados na figura 3:

Figura 3 - Principais reatores anaeróbios de biomassa em suspensão

Fonte: Fernandes (2013, p.13) apud CCE.

Ainda de acordo com FERNANDES (2013, p. 13), o modelo de digestor mais utilizado é
o reator de fluxo contínuo com agitação (CSTR - Continuous Flow Stirred Tank Reactor), uma
vez que é caracterizado pela alimentação e saída de efluente contínuas. O sistema de
agitação proporciona o contato entre o afluente e os microrganismos, criando condições de
mistura fundamentais ao funcionamento adequado do sistema. Necessita de um elevado
tempo de retenção, de forma a garantir que mesmo a matéria de degradação mais lenta seja
decomposta, visto que este modelo não usufrui de nenhum mecanismo para retenção da
biomassa microbiana. Devido às suas características é adequado para a digestão de resíduos
concentrados como resíduos pecuários e lamas de esgoto, com elevado teor de sólidos e de
material grosseiro.
O reator de contato é semelhante ao CSTR, apresenta um elevado tempo de retenção
e tem como principal característica o controle da perda de biomassa ativa no digestor
através de um sistema de separação e recirculação de lama.
A nível industrial o processo de um UASB é o mais requerido, sendo muito usado no
tratamento de águas residuais diluídas. Consiste na formação de densos grânulos de
microrganismos que, devido à sua elevada densidade, apresentam facilidade de

sedimentação. O processo de um UASB tem capacidade para tratar elevadas cargas
orgânicas de natureza solúvel com bons rendimentos.
Por fim, o modelo fluxo-pistão caracteriza-se pela entrada do resíduo num dos
extremos do tanque, provocando o deslocamento de todo o conteúdo do digestor,
culminando com a saída, do lado oposto, da mesma quantidade de resíduo tratado. O biogás
formado fica retido numa cobertura em tela flexível e impermeável. (FERNANDES, 2013, p.
13)
Nos reatores de biomassa fixa é utilizado um meio de suporte onde os
microrganismos podem se fixar, geralmente constituído por plástico (filtro anaeróbio e leito
móvel), pedra ou partículas pequenas de plástico, areia, carvão, etc. Este suporte é usado de
forma a proporcionar um tempo de retenção da matéria superior ao tempo de retenção
hidráulico do efluente. Estes tipos de reatores são principalmente usados no tratamento de
resíduos de maior solubilidade (FERNANDES, 2013, p.13-14). Os tipos de reatores de
biomassa fixa encontram-se ilustrados na figura 4:
Figura 4 - Principais reatores anaeróbios de biomassa fixa

Fonte: Fernandes (2013, p. 14) apud CCE.

3.6. PRODUÇÃO DE METANO NO BIODIGESTOR
Para CASSINI (2003):
Nos reatores anaeróbios, a formação de metano é altamente desejável, uma vez que a
matéria orgânica, geralmente medida como DQO, é efetivamente removida da fase líquida,
pois o metano apresenta baixa solubilidade em água. Logo, procura-se acelerar o processo de
digestão anaeróbia nos reatores, criando condições favoráveis, e estas se referem tanto ao
próprio projeto do sistema de tratamento como às condições operacionais nele existentes.

Os microrganismos metanogênicos são anaeróbios estritos que compartilham uma
bioquímica complexa para síntese de metano como parte de seu metabolismo para geração
de energia. São microrganismos de crescimento lento e que apresentam grande
sensibilidade as condições externas, sendo o primeiro grupo a sofrer os efeitos de situações
de estresse ambiental (CHERNICHARO, 2007).
Para proteger os organismos, é necessário que o reator tenha baixa permeabilidade
térmica, completo isolamento aeróbio e uma hidráulica que permita a homogeneização do
substrato, a fim de permitir que todas as etapas da biodigestão se deem de maneira
adequada. Além disto, a presença do oxigênio dissolvido pode a vir constituir um problema,
caso o projeto do reator seja inadequado, permitindo intensa aeração do substrato antes de
entrar no sistema de tratamento (CHERNICHARO, 2007).
Em condições normais de produção, o biogás não é tóxico graças a seu baixo teor de
monóxido de carbono (inferior a 0,1%). Por outro lado, em razão das impurezas que contém,
o biogás pode ser muito corrosivo, principalmente pela ação do gás sulfídrico, que ataca,
além de outros materiais, o cobre, o latão e o aço, dependendo de sua concentração.
(CASSINI, 2003) Estes fatores devem ser levados em consideração na escolha dos materiais
que devem compor o sistema de biodigestão, a fim de evitar corrosões e consequentes
danos aos equipamentos.

3.7. USO DE REATORES ANAERÓBIOS NO BRASIL
A utilização energética de resíduos e efluentes orgânicos provenientes da produção
agropecuária, da indústria e de serviços municipais de saneamento (RSU, esgotos e lodos
sanitários), por meio da digestão anaeróbica, tem uma importância crescente no Brasil, uma
16

vez que essas tecnologias permitem aliar a produção energética aos serviços de saneamento
básico ambiental (CETESB, 2016).
O tratamento através da digestão anaeróbia se mostra uma solução atrativa para o
Brasil, por ser um tratamento aliado à produção energética aplicado em um país com
condições climáticas favoráveis. Ressalta-se, entretanto que, em muitos casos, o processo
anaeróbio não é suficiente para atingir os padrões de lançamento brasileiros, sendo
necessário um pós-tratamento. O Brasil é experiente no uso da digestão anaeróbia no
tratamento do esgoto doméstico, dos resíduos da indústria e da agropecuária, mesmo que
sem o aproveitamento de biogás gerado. Apesar disso, o setor de resíduos sólidos ainda tem
muito potencial para ser desenvolvido e o aproveitamento da energia gerada, bem como do
substrato digerido, pode contribuir para valorizar o investimento nas tecnologias de
tratamento (ARCADIS, 2015).
Os reatores de mistura contínua (CSTR - Continuous Flow Stirred Tank Reactor) são a
tecnologia padrão para a digestão anaeróbia de substratos mais densos (ST de 15%), com
características favoráveis para bombeamento e mistura. Essa tecnologia é mais aplicada nos
setores da agropecuária, da indústria e no tratamento de lodos sanitários, sendo utilizada
com menor frequência no tratamento de resíduos orgânicos urbanos, pois a tecnologia exige
substratos praticamente livres de impurezas e suficientemente úmidos (SNSA a, 2015). No
Brasil é pouco utilizada, e seu uso é predominante na digestão de resíduos animais.
As lagoas anaeróbias cobertas são fáceis de serem construídas e há grande
experiência de uso no Brasil para o tratamento de efluentes provenientes da agropecuária,
especialmente na zona rural da região sudeste (LUCAS JÚNIOR, 2009), da indústria
(laticínios, carne e outros) e do tratamento do esgoto sanitário. Geralmente não são capazes
de tratar completa e adequadamente os efluentes e, em muitos casos, não apresentam
cobertura eficaz, deixando escapar gás metano para a atmosfera. As lagoas anaeróbias
cobertas com misturador são muito comuns e representam o estado da arte em países com
climas tropicais, como o Brasil, combinando vantagens das lagoas cobertas com as do CSTR.
No setor agropecuário brasileiro, a maioria das lagoas anaeróbias necessita de melhorias
para que o biogás possa ser aproveitado energeticamente. O problema das lagoas se
encontra geralmente em sua manutenção, pois não há, no Brasil, serviço especializado. No
17

setor de tratamento de esgotos, por sua vez, as lagoas vêm sendo substituídas pelos
reatores UASB (KOZAK et al, 2012).
Os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor) são os reatores mais
compactos utilizados para o tratamento de efluentes industriais e, em locais de clima
quente, também do esgoto sanitário. O UASB e suas variações técnicas, como o RALF (Reator
Anaeróbio de Leito Fluidizado), têm como caraterísticas básicas: o tratamento do efluente
com baixo tempo de retenção hidráulica (4-12h), a entrada de efluente no fundo do reator,
onde se forma um filtro biologicamente ativo de grânulos (lodo), e o fluxo ascendente à
parte superior, onde se separam a biomassa, o biogás e o efluente tratado, através do
separador trifásico. Vale ressaltar que o Brasil é um dos países com mais experiência na
utilização de UASB para o tratamento de esgotos sanitários, porém, ainda são poucas as
ETEs que aproveitam o biogás energeticamente. Destaca-se ainda que, no Brasil, o uso de
UASB para efluentes industriais se limita ainda a casos especiais, por exemplo, em
cervejarias. Em relação à crescente importância dessa tecnologia no mercado internacional e
às boas experiências que existem no Brasil, na sua aplicação para o esgoto sanitário, o
potencial para os efluentes industriais é muito grande. Na América Latina, estima-se que há
cerca de 700 reatores UASB para tratamento de esgoto doméstico (CHERNICHARO, 2007).
Da mesma forma que o tratamento de esgoto, a digestão de lodo tem como objetivo
o tratamento, ou seja, a estabilização de lodos do tratamento de esgoto.
Os reatores de digestão anaeróbia seca têm importância no tratamento de grandes
volumes de substratos com pouca umidade, principalmente resíduos sólidos municipais e
industriais. No Brasil, devido à quase inexistência de coleta seletiva dos resíduos urbanos, as
tecnologias de digestão seca são mais apropriadas, pois são menos sensíveis à presença de
impurezas. Caso haja segregação na fonte dos resíduos orgânicos ou coleta exclusiva de
grandes geradores, pode-se utilizar a digestão úmida termofílica, que já promove a
higienização do material digerido (SNSA a, 2015).
Um exemplo de uso dos reatores anaeróbios encontra-se no trabalho de BARBOSA
(2016), o qual desenvolveu um modelo de biossistema integrado utilizando a biomassa
gerada pela suinocultura, obtendo alta eficiência na remoção da Demanda Química de
Oxigênio (DQO) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) analisados do efluente. A
18

produção média do biogás foi de 0,60 ±0,83 m3.h-1, atingindo 68,1% de metano (CH4); a
média de produção de 0,41 m3.h-1 de CH4, sendo a produção máxima de 1,5 m3.h-1 de CH4. O
gerador a biogás produziu o equivalente a 3 kVA.

3.8. USO DE REATORES ANAERÓBIOS NO TRATAMENTO DE RSU
Apesar dos inúmeros benefícios, a aplicação da metanização para o tratamento da
fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) ocorreu mais recentemente, tendo
sofrido uma expansão expressiva na última década, principalmente na Europa
(MATTHEEUWS e DE BAERE, 2012).
De acordo com SNSA b (2015, p. 16):
Pelo fato dos sistemas de metanização terem sido desenvolvidos inicialmente para o
tratamento de efluentes líquidos e operarem, portanto, como processo úmido, inúmeras
variantes técnicas e operacionais foram sendo introduzidas com o intuito de que a
metanização se tornasse um processo aplicável a resíduos e efluentes com diferentes
características e que obtivesse cada vez maior eficiência.
O tratamento da FORSU, em particular, introduziu condicionantes antes não experimentadas
com outros resíduos e efluentes, principalmente em função das particularidades destes
resíduos (heterogeneidade, teor de sólidos, alto teor de materiais impróprios, etc.), o que
acarretou no desenvolvimento e evolução de uma linha tecnológica focada exclusivamente
nestes materiais.

Segundo AUSTERMANN et al. (2007), as tecnologias de metanização dos RSU podem ser
diferenciadas conforme algumas características básicas de processo:


Temperatura do processo, sendo mesofílico (37° - 42°C) ou termofílico (50° – 60°C);



Sistema de operação, basicamente relacionado aos processos de introdução /
extração do substrato, podendo ser por processo contínuo, semicontínuo ou
descontínuo (bateladas sequenciais);



Concentração de sólidos totais (ST), operando via úmida8, via seca9 ou extrasseca10;



Divisão das etapas de digestão, em um estágio único ou multiestágio.

Via úmida: adição de água para diluição do substrato, até uma concentração máxima de 15% de sólidos totais.
Via seca: teores de sólidos totais entre 15% e 35%.
10
Via extrasseca: teores de sólidos totais na faixa de 35 a 50%. Fonte: SNSAb, 2015, p. 18.
9

Os processos de via úmida são caracterizados pela adição de água ou efluente líquido
proveniente do lodo digerido no sistema ao resíduo até a obtenção do percentual de ST
requerido pela tecnologia. Geralmente, utilizam reatores do tipo mistura completa, sendo a
agitação do material realizada por agitadores mecânicos internos, recirculação via
bombeamento do material em digestão ou pela injeção de biogás comprimido na base do
reator (AUSTERMANN et al., 2007).
Processos via seca não diluem o material de entrada, mas comumente utilizam uma
unidade para o condicionamento do resíduo, visando a sua inoculação, homogeneização e
fluidificação antes de sua introdução no reator adicionando lodo da recirculação
(AUSTERMANN et al., 2007). Devido à possibilidade de aplicação de uma maior carga
orgânica, os reatores via seca requerem menor volume do que os via úmida; entretanto,
devido à maior densidade do material em digestão, o processo requer a utilização de
equipamentos mais potentes e robustos (SNSA b, 2015, apud VANDEVIVERE et al., 2002).
Já os sistemas extrassecos são reatores que operam com elevado teor de sólidos (35
a 50%), mas em operação descontínua, em regime de bateladas sequenciais, sendo a FORSU
introduzida por pás carregadeiras em reatores do tipo túneis de metanização, também
conhecido

como

sistemas

garagem.

Visando

continuidade

operação

consequentemente, de produção de biogás, as plantas têm sido projetadas com quatro ou
mais reatores, possibilitando a introdução e remoção de substrato de maneira sequencial e
operação em estágios distintos de metanização (AUSTERMANN et al., 2007).
De acordo com o SNSA b (2015, p. 25), as tecnologias via seca e via extrasseca são
referenciadas como os processos biológicos mais adequados para o tratamento da FORSU
por serem mais estáveis e constituídas por sistemas mais robustos, que possuem menor
consumo energético, geram menos efluente líquido e possuem uma menor demanda de
água em comparação com os processos úmidos. Sendo assim, citam-se as principais
tecnologias:

3.8.1. Dranco
A tecnologia Dranco é de propriedade da empresa belga fundada em 1988, Organic
Waste Systems (OWS). O sistema Dranco é um processo de digestão anaeróbia termofílico
20

via seca. O reator é de único estágio, fluxo contínuo, vertical, de formato cilíndrico e fundo
cônico, tendo seu design similar a um silo de armazenamento. Tal reator pode ser construído
em concreto armado ou aço, aceita uma grande variedade de resíduos orgânicos e trabalha
com teores de ST variando entre 15% e 40% na introdução (SNSA b, 2016).
Os resíduos de entrada são aquecidos via injeção de vapor, o que eleva sua
temperatura a aproximadamente 50°C.
O processo de alimentação ocorre uma vez ao dia, via bombas similares às utilizadas
no bombeamento de concreto, introduzindo o material na parte superior do reator e a
extração pela base, promovendo um fluxo descendente do material. O sistema de mistura
dispensa agitadores mecânicos, sendo realizado por recirculação do material em digestão,
processo esse que ocorre geralmente de forma contínua. Durante esse processo, o resíduo a
ser alimentado é misturado ao material em digestão em proporções de até de 6:1 (material
digerido: resíduo fresco) (RIS INTERNATIONAL, 2005 p. 42).
O tempo de detenção hidráulica varia de 20 a 30 dias e a produtividade de biogás
entre 80 e 120 Nm3 /t. O material extraído é desaguado via prensas a um teor de 50% de ST,
sendo posteriormente estabilizado aerobiamente, por aproximadamente duas semanas e o
líquido, com elevadas concentrações de matéria orgânica e amônia, necessita de tratamento
posterior (RIS INTERNATIONAL, 2005 p. 42). A representação do sistema Dranco encontra-se
na figura 5.

Figura 5 - Representação do Sistema Dranco

Fonte: SNSA b, 2015.

3.8.2. Axpo Kompogas
O processo Kompogas atualmente é de propriedade da Axpo, da Suíça. A tecnologia é
licenciada em diversas partes do mundo, inclusive no Brasil, pela empresa alemã Kuttner. O
sistema Kompogas é um processo de digestão anaeróbia via seca, majoritariamente operado
na faixa termofílica (55°-60°C). O reator é de único estágio, fluxo pistão com alimentação
semicontínua, horizontal de formato retangular e fundo cilíndrico ou totalmente cilíndrico,
construído em concreto armado ou aço (SNSA b, 2015).
O resíduo que alimenta o reator, após ser triado e triturado, é armazenado em um
tanque intermediário por dois dias, no qual é aquecido e o teor de matéria seca ajustada a
28%, com a adição do efluente líquido do processo de desaguamento do lodo digerido.
Desse tanque, o material é direcionado ao reator com o auxílio de uma bomba de pistão. O
material digerido é desaguado via prensas ou centrífugas até atingir um teor de matéria seca
de 50%, sendo que o sólido resultante necessita ser estabilizado aerobiamente, por
aproximadamente duas semanas e o líquido, com elevadas concentrações de matéria
22

orgânica e amônia, necessitando de tratamento posterior. A gestão do material digerido e
do efluente do processo de desaguamento varia de unidade para unidade (RIS
INTERNATIONAL, 2005).
Em plantas de menor escala são utilizados reatores pré-fabricados em aço, com
dimensões padrão de 25m de comprimento e 4m de diâmetro. Para unidades de maior
capacidade, os reatores são construídos em concreto armado. A agitação do material em
digestão é realizada pela rotação de pás fixadas transversalmente a um único eixo
longitudinal ao reator (HZI, 2016). A representação do sistema encontra-se na figura 6.
Projetado especificamente para FORSU, os reatores com tecnologia Kompogas
podem trabalhar também com resíduos de poda, de indústrias processadoras de alimentos,
entre outros. Em termos de área, uma planta de 50.000t/ano necessita de
aproximadamente 12.000m2 (HZI, 2016).
A produção média esperada de biogás para plantas com tecnologia Kompogas é de
100 Nm3/t de resíduos orgânicos e 150 Nm3/t de resíduos com elevado teor de restos
alimentares (HZI, 2016).
A tecnologia Kompogas é a única que possui representante comercial no Brasil, sendo
representada desde 2009 pela Küttner Brasil (RIS INTERNATIONAL, 2005).

Figura 6 - Sistema Axpo Kompogas

Fonte: SNSA b, 2015.

3.8.3. Valorga
O processo Valorga foi originalmente desenvolvido na França com base na patente
registrada por Ducellier G. e Isman M. Recentemente, a tecnologia foi adquirida pela
empresa espanhola Urbaser. O processo Valorga foi inicialmente projetado para tratar
resíduos orgânicos, mas, posteriormente, foi adaptado para o tratamento da FORSU (SNSA
b, 2015).
24

O sistema Valorga é um processo de digestão anaeróbia via seca, majoritariamente
operado na faixa mesofílica, sendo o reator de único estágio, fluxo semicontínuo, vertical, de
formato cilíndrico, construído em concreto armado. O sistema de alimentação é realizado de
forma semicontínua com a introdução do material via bombas similares às utilizadas para
bombeamento de concreto. A extração do lodo se dá por um processo de abertura e
fechamento de válvulas que, em função da coluna de lodo, exerce uma pressão que propicia
a extração do material sem a necessidade da utilização de bombas. Como sistema auxiliar,
uma bomba de pistão pode ser utilizada nesse processo (RIS INTERNATIONAL, 2005 p. 59).
No interior do reator existe uma parede com um comprimento de aproximadamente
2/3 do diâmetro do reator, separando a região de introdução da região de extração do lodo.
Isso propicia ao material ser digerido em um sistema de fluxo pistão. O material digerido é
desaguado via prensas ou centrífugas até atingir um teor de matéria seca de 50%, sendo que
o sólido resultante necessita ser estabilizado aerobiamente, por aproximadamente duas
semanas e o líquido, com elevadas concentrações de matéria orgânica e amônia, necessita
de tratamento posterior (VALORGA INTERNATIONAL, 2015).
A agitação do material em digestão é realizada pela injeção de biogás comprimido (6
a 8 bar) através de orifícios localizados na base do reator, não existindo elementos
mecânicos em seu interior. A manutenção da temperatura ocorre via injeção de vapor
d’água aquecido no material afluente (VALORGA INTERNATIONAL, 2015). A representação
do sistema Valorga encontra-se na figura 7.
Esses reatores operam com um teor de ST da ordem de 20 a 30%, um tempo de
detenção hidráulica variando entre 18 e 30 dias, com taxa de produção de biogás variando
entre 82 e 106 m³por tonelada de FORSU alimentada e consomem cerca de 25% da energia
produzida (VALORGA INTERNATIONAL, 2015).
De acordo com informações da empresa11, a capacidade média das plantas com
tecnologia Valorga é de 127.652 t/ano, sendo a planta de Fos Sur Mer, na França, a de maior
capacidade (497.600 t/ano). Atualmente existem 31 plantas construídas ou em construção,
no mundo com tecnologia Valorga (VALORGA INTERNATIONAL, 2015).

www.valorgainternational.fr

Figura 7 - Representação do Sistema Valorga

Fonte: SNSA b, 2015

3.8.4. Laran (Linde–BRV)
O processo Laran foi originalmente desenvolvido pela empresa Linde BRV Biowaste
Technologies, atualmente é propriedade da austríaca STRABAG Umweltanlagen GmbH.
O sistema Laran, originalmente conhecido como Linde–BRV, é um processo de
digestão anaeróbia via seca, que pode operar nas faixas termofílica ou mesofílica, com
reator de único estágio, fluxo pistão semicontínuo, horizontal de formato retangular,
construído em concreto armado (SNSA b, 2015).
Pode ser alimentado com diversos tipos de resíduos orgânicos, aceitando teores de
matéria seca entre 15% a 45%. O resíduo é introduzido no reator por uma unidade compacta
de alimentação. O material digerido é extraído com o auxílio de uma bomba e tanque de
vácuo, podendo ser recirculado ou desidratado por uma prensa, seguida por uma centrífuga,
sendo geralmente estabilizado em túneis de compostagem aeróbia. A produção de biogás
esperada no reator Laran é da ordem de 100 Nm3 por tonelada de FORSU alimentada
(STRABAG, 2015).

O sistema Laran trata diversos tipos de resíduos com elevado teor de sólidos,
aceitando resíduos orgânicos de poda, agrícolas, de indústrias, além de FORSU. O processo
de agitação é realizado com o auxílio de pás rotatórias perpendiculares às paredes laterais
do reator, fixados em eixos perpendiculares ao fluxo do material em digestão. Esse sistema
evita a formação de escuma e sedimentação de inertes. Um mecanismo de piso móvel
auxilia no transporte e retirada da massa digerida. Devido ao registro de patente do reator
cilíndrico da Kompogas, esse sistema foi desenvolvido com o formato retangular, o que
impossibilitou a utilização do eixo longitudinal para fixação dos agitadores mecânicos (RIS
INTERNATIONAL, 2005). A representação do sistema encontra-se na figura 8.
A capacidade média das plantas com tecnologia Laran é de 49.132 t/ano, sendo a
planta de Valladolid, na Espanha, a de maior capacidade (200.000 t/ano). Em 2008 existiam
21 plantas construídas ou em construção com essa tecnologia no mundo (RIS
INTERNATIONAL, 2005).
Figura 8 - Representação do Reator Laran

Fonte: STRABAG, 2015.

3.8.4. Sistema de garagem (Túneis de Metanização)
O sistema de metanização tipo garagem se caracteriza pela sua construção em forma
de túneis, ou garagens, operando em bateladas sequenciais, ou seja, os túneis são
sequencialmente abertos, esvaziados e alimentados com FORSU. Trata-se de um processo de
digestão anaeróbia via extrasseca, operado na faixa mesofílica, sendo o reator disposto na
horizontal, de formato retangular, construído geralmente em concreto armado (SNSA b,
2015).
27

O sistema de alimentação e extração é realizado via pá carregadeira. O resíduo
permanece no interior do reator pelo período total de metanização. Como sistema auxiliar,
realiza-se a recirculação do lixiviado, que é direcionado a um reator de líquido para posterior
reintrodução no processo, via aspersão no material em digestão. No interior dos túneis de
metanização não existe sistema de agitação, sendo o processo otimizado com a recirculação
do lixiviado (SNSA b, 2015).
Terminado o processo de metanização, ar ambiente é injetado no túnel reator de
forma a eliminar o metano presente, minimizando riscos de explosão durante a abertura do
reator para a retirada do material digerido. Após a extração, o material digerido é
encaminhado para compostagem, onde o processo de estabilização é finalizado (SNSA b,
2015). A representação do sistema encontra-se na figura 9.
O grande diferencial deste sistema é a possibilidade de utilização de resíduo com
elevado teor de impróprios (plásticos, vidros, madeira pedras e outras). Devido ao fato do
reator ser continuamente aberto para remoção do material digerido, não há possibilidade de
acúmulo de impróprios no seu interior, fato que ocorre com frequência nas tecnologias de
fluxo pistão e prejudica o funcionamento (SNSA b, 2015).
Figura 9 - Representação do Sistema de Garagem

Fonte: SNSA b, 2015

As principais características operacionais das diferentes tecnologias estão resumidas
na tabela 1, comparando-se vantagens e desvantagens de cada uma.
Tabela 1 - Comparação das Características de Tecnologias de Metanização
PROCESSO /

CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS

TECNOLOGIA
Processo

Pontos Fortes

Dranco

» Agitação via recirculação por bombas hidráulicas;
» Inexistência de elementos internos ao reator, reduzindo problemas e
demanda de manutenção;
» Existência

de departamento de pesquisa e

desenvolvimento

competente, ativo em publicações e melhorias de processo.
Pontos Fracos
» Necessidade de correção do teor de matéria seca com adição de insumos
que necessitam ser adquiridos (normalmente terras diatomáceas);
» Necessidade de constante recirculação do material em digestão para
impedir a sedimentação dos mesmos;
» Sistema de introdução do material via bombas do tipo pistão, que
necessitam limpeza manual diária;
» Níveis muito altos de impurezas no RSU exigem pré-tratamento.
Processo
Kompogas

Pontos Fortes
» Sistema de agitação eficiente, apesar da presença de elementos
mecânicos internos;
» Experiência no mercado;
» Experiência com diferentes tipos de substratos.
Pontos Fracos
» Sistema de agitação mecânico e interno ao reator, sendo que a

manutenção dos mesmos requerer a interrupção do processo;
» Possibilidades de falhas no sistema de extração, sendo necessário um
procedimento manual de desobstrução da tubulação;
» Níveis muito altos de impurezas no RSU exigem pré-tratamento.
Processo

Pontos Fortes

Valorga

» Engenharia do reator permite a instalação de plantas com elevada
capacidade instalada;
» Agitação pneumática, sem elementos mecânicos;
» Maior simplicidade construtiva que as tecnologias secas tradicionais.
Pontos Fracos
» Sistema de agitação via injeção de biogás comprimido na parte inferior,
demandando limpeza manual diária para desobstrução dos canais de
injeção;
» Necessidade de constante recirculação do material em digestão, para
impedir a sedimentação dos mesmos;
» Sistema de introdução do material via bombas do tipo pistão, que
necessitam limpeza manual diária;
» Níveis muito altos de impurezas no RSU exigem pré-tratamento.

Processo

Pontos Fortes

Laran

» Sistema de extração eficiente;
» Experiência no mercado.
Pontos Fracos
» Sistema de agitação mecânico e interno ao reator, sendo que a
manutenção dos mesmos requer interrupção do processo;
» Sistema de extração por bomba de vácuo, necessitando tanques e
equipamentos adicionais;
30

» Níveis muito altos de impurezas no RSU exigem pré-tratamento.
Túneis

de Pontos Fortes

metanização

» Índices de desempenho comprovados em escala real;
» Robustez do processo biológico;
» Suporta maiores teores de impróprios se comparada com outras
tecnologias;
» Utilização de grade lateral e canaletas ao longo dos túneis para auxiliar
na drenagem do lixiviado.
Pontos Fracos
» Deficiência no processo de aeração do material;
» Emissões fugitivas de metano.
Fonte: SNSA b, 2015.

3.9. DIMENSIONAMENTO DE BIODIGESTORES
Os parâmetros de dimensionamento diferem conforme o tipo de biodigestor
escolhido, mas todos têm em comum o fato de seu volume útil ser dado pela relação entre a
carga orgânica recebida e o tempo de retenção, ou seja, qual a quantidade de afluente e por
quanto tempo ela permanecerá no reator (SPERLING, 2013).
Para escolha do modelo utilizado neste trabalho, foi levada em consideração a
dificuldade de operação das tecnologias de metanização seca, além da necessidade de
importação dos equipamentos, o que encareceria a instalação. Desta forma, como o resíduo
é proveniente de um grande gerador e praticamente isento de impurezas (pedras, metais,
plásticos) optou-se pelo modelo CSTR, atuando em via úmida, dado teor natural de umidade
do resíduo. Um reator CSTR completo é ilustrado na Figura 10:

Figura 10 - Reator CSTR versão avançada12

Fonte SNSA a, 2015, p. 41 apud Farmatic GmbH.

Como os reatores CSTR têm seu uso mais difundido nos setores de Engenharia
Química, buscou-se nesta área de conhecimento os parâmetros necessários para seu
dimensionamento. FOGLER (2013), afirma que a concentração e volume dentro do reator
devem permanecer constantes. Para isto, a vazão de entrada deve ser equivalente a vazão
de saída, considerando para isto a taxa de reação e quanto material fica retido, ou seja, o
momento em que a reação entra em equilíbrio. O material retido deve possuir baixa
densidade e permanecer em mistura para permitir a homogeneização, e as paredes devem
possuir o isolamento térmico e ao ar necessários para o processamento adequado da
reação.

Versão avançada: usada no tratamento de resíduos industriais com maior valor energético, demandando
maiores investimentos, devido à maior velocidade do processo e da elevada suscetibilidade a perturbações. O
investimento referido, quando se trata de sistema CSTR, inclui gastos com automação para monitoramento e
controle, como também a maior qualidade do material.

3.9. CONSIDERAÇÕES SOBRE A REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O Brasil possui imensa riqueza em fontes de biomassa, bem como de tecnologias
adequadas para cada um dos tipos disponíveis, o que poderia diversificar nossa matriz
energética, reduzindo custos e impactos ambientais das energias hídrica e térmica.
A biodigestão é uma alternativa bastante viável para geração descentralizada de
energia, aliada ao tratamento de resíduos, tornando-se bastante útil em termos sanitários e
energéticos.
O uso de inóculos tende a reduzir o tempo de retenção nos biodigestores,
promovendo maior eficiência no uso da tecnologia e consequente redução de custos.
Para a geração de metano, é necessário garantir as condições adequadas ao
processamento da reação, a qual é realizada por bactérias extremamente sensíveis a
variações térmicas e a presença de oxigênio, além de substâncias inibidoras.
O Brasil está em boa posição quando se trata do uso de biodigestores para o
tratamento de resíduos agropecuários, tem pouca expressividade no tratamento de resíduos
industriais e deixa a desejar no uso de biodigestores para tratamento de resíduos orgânicos
urbanos. Em todas as alternativas, o potencial de geração de biogás é promissor, e os ganhos
financeiros devido a sua conversão em energia poderiam estimular a difusão da tecnologia.
As tecnologias existentes para o tratamento da FORSU estão bem consolidadas,
porém seu uso ainda não está difundindo no Brasil, seja pela falta de políticas públicas de
tratamento dos RSU, seja pela ausência de empresas representantes da tecnologia em solo
nacional. Todavia, o mercado é bastante promissor, tendo como aliada a Política Nacional de
Resíduos Sólidos e a crescente demanda por eletricidade de fontes renováveis.

4. METODOLOGIA
4.1. CARACTERIZAÇÃO E MEDIÇÃO DO SUBSTRATO
O substrato utilizado foi proveniente do Restaurante Universitário campus A. C.
Simões, que atende a comunidade acadêmica. Este material é composto de resíduos
orgânicos da preparação de alimentos e de restos deixados nos pratos. Não foi feita
caracterização específica para os tipos de alimentos, pois, de acordo com ALIBARDI E COSSU
(2015, p. 148), este tipo de caracterização tende a dificultar a tomada de conclusões a
respeito do potencial de geração de biogás dos resíduos, dada à impossibilidade de
repetição precisa das proporções dos diferentes alimentos. Além do que, a variabilidade dos
alimentos apresentados em peso úmido leva a diferentes produções de biogás, seja por
apresentarem melhores condições de operação ou simplesmente por um determinado tipo
de alimento gerar mais gás que outro. Ao invés disto, o estudo foi baseado no teor de
sólidos existente no substrato.
Através de pesquisa com as nutricionistas responsáveis pelo RU, identificou-se que a
geração dos resíduos é dada em duas etapas. A primeira consiste nos resíduos da
preparação das refeições, notadamente o almoço, portanto, no período da manhã. Este
material é composto predominantemente por cascas, talos, sementes e folhas de vegetais,
vísceras e, em menor quantidade, restos de sopa, macaxeira, inhame, batata doce, cuscuz e
carnes. Seu descarte é feito por volta das 11h, e o material é coletado por terceiros para
alimentação de suínos. A segunda parte é composta pelas sobras de alimentos, tanto dos
servidos quanto dos deixados nos pratos pelos estudantes. Sua composição é dada por
feijão, arroz, macarrão, farofa, verduras, frutas e carnes. Sua coleta é feita por volta das 14h,
para os mesmos fins. Os resíduos gerados durante a noite ficam armazenados (Figuras 11 e
12) e são misturados aos da preparação de alimentos.

Figura 11 - Armazenamento de resíduos

Fonte: a autora, 2016
Figura 12 - Armazenamento de resíduos

Fonte: a autora, 2016

Sabendo desta dinâmica, foram realizadas duas pesagens diárias, nos horários de
geração, afim de quantificar o resíduo. Esta ação foi realizada durante duas semanas,
totalizando vinte pesagens (duas vezes ao dia, por dez dias úteis), a fim de obter material
representativo da variação de cardápio e hábitos de geração. A cada pesagem foram
coletadas amostras de aproximadamente 1kg, as quais foram sendo armazenadas em
congelador, a fim de evitar degradação e perda de substâncias.
Para determinação do valor médio de geração, foram somados os valores diários e
divididos pelo número de amostras.
Ao fim da coleta, o substrato foi misturado (figura 13) e triturado num liquidificador
simples (figura 14), para reduzir o tamanho das partículas de material e aumentar a área
superficial para atuação dos microrganismos, formando uma pasta homogênea, conforme os
métodos propostos por SILVA (2014, p. 28) e CAMPUZANO e GONZALEZ-MARTINEZ (2015, p.
248). Não foi realizada mistura por quarteamento ou método similar devido a já
homogeneização realizada pelo liquidificador, apenas realizou-se agitação do material
triturado para a homogeneização completa.
Figura 13 – Descongelamento e preparação do substrato para trituração

Fonte: a autora, 2016

Figura 14 - Trituração do substrato

Fonte: a autora, 2016.
A fim de obter um material demonstrativo das características de operação do reator,
a pasta de resíduo foi misturada ao inóculo, sendo utilizados para tal os dejetos suínos
provenientes de criação no Centro de Ciências Agrárias – CECA, UFAL, na proporção de 10%
em volume, conforme BARCELOS (2009, p. 39).
Realizou-se a correção do pH, sendo o inicial em torno de 4, e o final próximo a 7
(neutro), utilizando para tal solução de NaOH existente no laboratório de saneamento
ambiental, em quantidade suficiente até atingir o pH desejado.
Determinou-se o teor de sólidos totais e o teor de sólidos voláteis presentes na
mistura de pasta de resíduos e inóculo, tal como deve ocorrer no digestor, pois os teores de
sólidos são determinantes para a estimativa de volume de biogás produzido. As análises
foram realizadas conforme a metodologia do Laboratório de Saneamento Ambiental – CTEC,
UFAL, a qual segue o Standard Methods. Seguindo a mesma referência metodológica, foi
determinado também o parâmetro físico-químico de DQO (demanda química de oxigênio),
sendo uma forma de mensurar o teor de matéria orgânica presente no afluente e a
eficiência do tratamento, com a medição do mesmo parâmetro no digerido. (ALIBARDI e
COSSU, 2015, p. 148).
37

De posse do valor da massa de resíduos, foi determinada a densidade média
aparente, através da relação de densidade (equação 1), utilizando para tal um béquer e uma
balança de precisão, realizando a medição da massa correspondente ao volume de 10 mL da
mistura de pasta de resíduos e inóculo:
𝜌=

𝑚
𝑣

𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒

Onde:
ρ = densidade aparente
m = massa da mistura de resíduos e inóculo
v = volume ocupado pela mistura

4.2. DIMENSIONAMENTO DO BIODIGESTOR
Sabendo a massa de resíduos e sua densidade, calculou-se o volume de resíduos a
serem processados no biodigestor. De acordo com a equação adaptada de FOGLER (2013, p.
34) para o dimensionamento de reatores CSTR, temos (equação 2):
𝑉=

𝑣𝑎 ∗ 𝑡
(−𝑟𝑎)

𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 𝐶𝑆𝑇𝑅

Na qual:
V = volume do reator
va = vazão de entrada do efluente
t = tempo de retenção
-ra = fator de saída
Visando uma estrutura com menor área de contato, a fim de reduzir as trocas de
calor com o ambiente, ao mesmo tempo em que se maximiza seu volume, o formato ideal
seria o esférico; porém, considerando aspectos construtivos, optou-se por um digestor de
formato cilíndrico reto, tendo seu volume definido pela equação 3:
𝑣 = 𝜋 ∗ ℎ ∗ 𝑟2

𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 3: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜

Onde:
v = volume do cilindro
h = altura do cilindro
r = raio da base do cilindro
38

Sabendo-se que, no cilindro reto, diâmetro (D) = (h) altura, e possuindo o valor do
volume, dado pela equação 2, encontram-se assim os valores de h (altura) e r (raio), que
foram arredondados a fim de facilitar aspectos construtivos, conforme a equação 4:
1

𝑉 3
𝑉 = 𝜋 ∗ 𝑟 2 ∗ 2𝑟 => 𝑉 = 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟 3 => 𝑟 = (
)
2∗𝜋

𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4: 𝑟𝑎𝑖𝑜 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟

4.3. ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE METANO
De acordo com NEVES (2008, p. 967) o potencial de geração de metano a partir dos
resíduos de restaurante varia de 0,40 a 0,49 m3 CH4/kg SV. De posse dos valores de sólidos
voláteis, estimou-se o volume de gás através desta relação.
A representação do sistema encontra-se na figura 15.
Figura 15 - Representação esquemática do sistema de biodigestão

Fonte: adaptado de CARRILHO (2012, p. 81)

4.4.

PROPOSTAS DE UTILIZAÇÃO DO METANO

4.4.1. Cenário A: Uso como gás de cozinha
Na ausência de dados sobre o consumo de GLP na cozinha do restaurante
universitário, estimou-se o valor através da equação:
𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑖çõ𝑒𝑠 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 ∗ 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝐺𝐿𝑃 𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑖çã𝑜 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐺𝐿𝑃.
Onde o consumo médio de GLP = 0,00243 kg/ refeição (SOUZA, 2012).

Para a conversão em biogás, utilizou-se a equação:
𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝐺𝐿𝑃 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑛𝑜 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 / 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝐺𝐿𝑃 ∗
𝑟𝑒𝑙𝑎çã𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝐺𝐿𝑃 𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 = 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑚ê𝑠.
Onde:
Densidade do GLP = 2,5 m³/Kg (SUPRAGÁS, 2017)
E 1 m³ biogás = 1,5 m³ GLP (POMPERMAYER e PAULA JÚNIOR, 2003).

Para a estimativa de custos, utilizou-se a equação:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝐺𝐿𝑃 / 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝐺𝐿𝑃 𝑝𝑜𝑟 𝑏𝑜𝑡𝑖𝑗ã𝑜 ∗ 𝑝𝑟𝑒ç𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑜𝑡𝑖𝑗ã𝑜 =
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑒𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑢𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠.

4.4.2. Cenário B: Conversão em Eletricidade
Para a conversão do biogás em eletricidade, utilizou-se o fator de conversão
apresentado em FEN (2013): 0,84 kwh/m³ de metano:
𝐸𝑙𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = fator de conversão [

𝑘𝑤ℎ
𝑚3
]
∗
quantidade
de
metano
gerada
[
]
𝑚3
𝑚ê𝑠

E, para estimar a economia financeira com o uso do biogás como fonte de energia,
utilizou-se o valor do kwh apresentado pela ELETROBRÁS (2016) na fatura do mês de
outubro = R$ 0,70, multiplicando-se este valor pela geração de eletricidade encontrada na
equação anterior.
40

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES:
5.1. MEDIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS
A partir da pesagem dos resíduos do restaurante universitário, obtiveram-se os valores
apresentados na tabela 2:
Tabela 2 - Massa de resíduos coletados no RU

Data

Dia

02/ago
03/ago
04/ago
05/ago
09/ago
12/ago
15/ago
17/ago
18/ago
22/ago

terça
quarta
quinta
sexta
terça
sexta
segunda
quarta
quinta
segunda

Manhã
Tarde
Soma [kg/dia]
(preparo) [kg] (sobras) [kg]
119,2
221,7
340,9
337,9
257,4
595,3
200,0
198,0
398,0
386,15
129,3
515,5
437,7
147,3
585,0
186,1
198,1
384,2
372,4
390,7
763,1
343,7
141,6
485,3
327,7
197,8
525,5
128,7
221,9
350,6
2839,55
2103,66
4943,21
Total [kg/10 dias]
4943,21
Total médio [kg/dia]
494,3
Fonte: a autora

Observa-se que a maior parte dos resíduos é gerada durante a preparação dos
alimentos (período da manhã), e que o descarte oriundo de sobras é bastante expressivo,
necessitando de ações de conscientização perante a comunidade acadêmica para redução
do desperdício, incluindo estudantes e colaboradores do RU, os quais servem porções
superiores à capacidade de saciedade dos estudantes, seja a pedido destes ou por falta de
treinamento adequado.
A partir das análises feitas à mistura de pasta de resíduos e inóculo, realizadas no
Laboratório de Saneamento Ambiental do CTEC – UFAL, obtiveram-se os valores de
parâmetros físico-químicos apresentados na tabela 3:

Tabela 3 - Parâmetros físico-químicos

Parâmetros
sólidos totais [mg/L]
sólidos voláteis [mg/L]
DQO [mg/L]

Valores
144.833,33
116.583,33
34.893,77

Fonte: a autora

Observa-se que o teor médio de sólidos voláteis (linha 2) corresponde a 80% dos
valores de sólidos totais (linha 1) e a 10% da massa de resíduos (tabela 2, penúltima linha),
valores compatíveis com os encontrados na literatura, em BARCELOS (2009, p. 43).

5.2. ESCOLHA E DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BIODIGESTÃO
Para escolha do modelo utilizado neste trabalho, foi levada em consideração a
dificuldade de operação das tecnologias de metanização seca, além da necessidade de
importação dos equipamentos, o que encareceria a instalação. Desta forma, como o resíduo
é proveniente de um grande gerador e praticamente isento de impurezas (pedras, metais,
plásticos) optou-se pelo modelo CSTR, atuando em via úmida, dado teor natural de umidade
do resíduo.
Utilizando a equação 1, encontrou-se que a densidade aparente da mistura entre
substrato e inóculo é igual a 1076 g/L. Multiplicando este valor pela massa de resíduos (500
kg/dia), levando em consideração as adequadas conversões de unidades, obteve-se o
volume do material a ser digerido: 0,465 m3/dia.
Aplicando estes valores na equação 2, temos o volume do biodigestor:
0,465 [
𝑉𝑏𝑖𝑜𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟 =

𝑚3
𝑑𝑖𝑎𝑠
] ∗ 30 [
]
𝑑𝑖𝑎
1 𝑚ê𝑠
= 13,941 m3 /𝑚ê𝑠
(1)

Onde 30 dias é o tempo de retenção, conforme CARRILHO (2012, p. 22), e 1 é a taxa
de saída, visto que a saída do reator CSTR é constante e equivalente à entrada a partir do fim
da reação (FOGLER, 2013, p. 10), que só deve ser atingido após o período de retenção.
42

Para a estimativa do volume de metano a ser gerado, utilizou-se a taxa máxima de
conversão apresentada em NEVES (2008, p. 967): 0,49 m3 CH4/kg SV. Observando a tabela 3,
sabemos que os sólidos voláteis correspondem a 10% do total de resíduos, ou seja, 54,17 kg
SV/dia, ou ainda, 1625,23 kg SV/mês durante o tempo de retenção. Multiplicando este valor
pela taxa de conversão, temos que o volume de metano a ser gerado é de:
𝑉𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜 = 1625,23 ∗ 0,49 = 796,36 m3 /𝑚ê𝑠
Como estes valores foram obtidos em condições normais de temperatura e pressão,
é

possível

reduzir

este

volume

aplicar

lei

dos

gases

ideais

(Pressão=Volume*Temperatura) comprimindo a uma pressão de 20 MPa (INMETRO, 2007,
p. 2), obtendo um volume de 4,03 m3 de metano.
As dimensões do sistema encontram-se ilustradas na Figura 16 e a representação
tridimensional na Figura 17.
Figura 16 - Representação esquemática com dimensões

Fonte: adaptado de CARRILHO (2012, p. 81) com dados da autora.

Figura 17 - Representação tridimensional do sistema

Fonte: Estúdio Aurora Maquete e renderização, sob projeto da autora.

5.3. ÁREA A SER UTILIZADA E PROPOSTA DE LOCALIZAÇÃO
Somando as áreas ocupadas pelos equipamentos de geração de gás, temos:
1 + 𝜋 ∗ 3² + 1 + 𝜋 ∗ (3,4)² = 66,6 𝑚².
Adicionando a isto as conexões e espaços entre equipamentos (CAMAROTTO, 2006),
temos uma adição de 10% na área, estimando o espaço total em 75 m², considerando
apenas os equipamentos de produção de biogás. Se o gás for utilizado na cozinha, não há
necessidade de acréscimo de área. Caso opte-se por convertê-lo em eletricidade, deve-se
adicionar a área ocupada pelo motor de conversão, a qual será definida pelo modelo
escolhido. Propõe-se que o sistema seja instalado em terreno adjacente à fonte geradora,
conforme apresentado na figura 18:

Figura 18 - Local proposto para o sistema de biodigestão

Sistema de biodigestão

Fonte: Google maps (2016) com marcação da autora.

5.4.

PROPOSTAS DE UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS PRODUZIDO

5.4.1. CENÁRIO A – COMBUSTÃO DIRETA
O Restaurante Universitário do Campus A. C. Simões atende diariamente cerca de
1400 comensais, com almoço e jantar (UFAL, 2017). Considerando um consumo de 0,00243
kg GLP/refeição (SOUZA, 2012), temos um consumo de 6,8 kg de GLP por dia, ou 204,2 kg
GLP/ mês:
1400 [𝑟𝑒𝑓𝑒𝑖çõ𝑒𝑠] ∗ 2 [

𝑟𝑒𝑓𝑒𝑖çõ𝑒𝑠
𝑑𝑖𝑎

𝑘𝑔 𝐺𝐿𝑃

] ∗ 30 [𝑑𝑖𝑎𝑠] ∗ 0,00243 [𝑟𝑒𝑓𝑒𝑖çã𝑜] = 204,2 [ 𝑚ê𝑠 ] .

Em termos de biogás, isto equivale a 54,4 m³/ mês:
𝑘𝑔 𝐺𝐿𝑃

𝑘𝑔 𝐺𝐿𝑃

𝑚3 𝐺𝐿𝑃

𝑚3 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠

204,2 [ 𝑚ê𝑠 ] / 2,5 [𝑚3 𝐺𝐿𝑃] ∗ 1,5 [𝑚3 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠] = 54,4 [

𝑚ê𝑠

Fontes: 1 kg GLP = 2,5 m³ (SUPRAGÁS, 2017); 1 m³ biogás = 1,5 m³ GLP
(POMPERMAYER e PAULA JÚNIOR, 2003).
Considerando o preço do botijão com 13 kg de gás de cozinha em torno de 50 reais
(G1, 2016), temos uma economia mensal estimada em 785,08 reais/mês:
𝐺𝐿𝑃

𝐺𝐿𝑃

𝑟𝑒𝑎𝑖𝑠

204,12 [𝑘𝑔 𝑚ê𝑠] / 13 [𝑘𝑔 𝑏𝑜𝑡𝑖𝑗ã𝑜] ∗ 50 [𝑏𝑜𝑡𝑖𝑗ã𝑜] = 785,08 [ 𝑚ê𝑠 ].
45

Para a geração de metano de 796,4 m³, em um mês será gerado biogás suficiente
para atender a 15 vezes a demanda do restaurante, podendo o acréscimo ser utilizado para
outros fins, como a geração de eletricidade.

5.4.2. CENÁRIO B - CONVERSÃO EM ELETRICIDADE
De acordo com FEN (2013, p. 5) 1 m3 de metano equivale a 0,84 kwh de eletricidade.
Utilizando esta relação, temos que o potencial de geração de eletricidade mensal do sistema
é de:
𝐸 = 0,84 𝑘𝑤ℎ/𝑚³ ∗ 796,36 𝑚3 /𝑚ê𝑠 = 668,95 𝑘𝑤ℎ/𝑚ê𝑠
Este valor equivale ao consumo mensal de cinco residências, ou seja, 20 pessoas.
O consumo médio de eletricidade no Campus A. C. Simões, incluindo o hospital
universitário, é de 942610 kWh (Eletrobrás, outubro de 2016). Logo, o biodigestor tem
potencial para atender a 0,07% da demanda, o que, considerando o custo médio do kWh em
R$ 0,70 (Eletrobrás, outubro de 2016), proporciona uma redução de custos de R$
468,3/mês.

5.5.

ESTIMATIVA DE CUSTOS

O sistema de biodigestão inicia-se pela trituração dos resíduos, a fim de reduzir seu
tamanho e aumentar a área superficial, facilitando a ação das bactérias. Em seguida, o
triturado é enviado para o biodigestor, que é um reservatório anaeróbio, sugerindo-se a
utilização de uma caixa d’água tipo tanque com tampa de rosca (figura 19). O gás deve ser
armazenado em um reservatório específico, sugerindo o tipo denominado gasômetro,
formado por uma manta de pvc de alta resistência (figura 20). O material tratado vai para
um reservatório do digerido, sugerindo a utilização de caixa d’água comum de mil litros
(figura 21), e após isto, vai para um reservatório de longa duração para estabilização do
digerido, que pode ser também uma caixa d’água comum com volume de dez mil litros
(figura 22). Além destes, é necessário um motor para homogeneização do material dentro
do digestor, além do gerador para conversão do biogás em eletricidade (figura 23).
46

Figura 19 - Biodigestor

Caixa d’água fortlev 20000 L em polietileno = R$ 11.900,00 (Mercado Livre, 2016)
Figura 20 - Tanque de armazenamento do digerido

Caixa d’água fortlev 1000 L em polietileno = R$ 299,00 (Mercado Livre, 2016)
Figura 21 - Tanque de longa duração do digerido

Caixa d’água fiberlight 10 000L em fibra de vidro = R$ 2.799,00 (Mercado Livre, 2016)
Figura 22 - Gasômetro

Instalado sobre uma base de concreto e é constituído por uma membrana exterior,
uma interior, e outra inferior. Preço: R$ 70.000,00 (Mercado Livre, 2016)

Figura 23 - Motor de conversão

Grupo Gerador De Energia MWM 100 Kva. Preço: R$ 42.000,00 (Mercado Livre, 2016)

Para o cenário A, temos a estimativa de custo das principais unidades apresentada na
Tabela 4:
Tabela 4 - Custos dos principais equipamentos - A
Equipamento

Preço

Biodigestor

Caixa d'água Fortlev 20000L em polietileno

R$ 11.900,00

Armazenamento do digerido

Caixa d'água Fortlev 1000L em polietileno

R$ 299,00

Armazenamento de longa duração Caixa d'água Fiberlight 10000L em fibra de vidro

R$ 2.799,00

Gasômetro

Membrana de PVC

R$ 70.000,00

Total equipamentos

R$ 84.998,00

Total + mão de obra e acessórios

R$ 127.497,00

Fonte: Mercado Livre, 2016.

Acrescentando 50% do valor da mão de obra, mais os acessórios (tubos e conexões)
(ARQUITECASA, 2016), estima-se um investimento inicial de 130 mil reais.
Para o cenário B, com o biogás utilizado para geração de eletricidade, acrescenta-se o
custo do motor de conversão, modelo específico para biogás, sem necessidade de
tratamento prévio:

Tabela 5 - Custos dos principais equipamentos - B
Equipamento

Preço

Biodigestor

Caixa d'água Fortlev 20000L em polietileno

R$ 11.900,00

Armazenamento do digerido

Caixa d'água Fortlev 1000L em polietileno

R$ 299,00

Armazenamento de longa duração Caixa d'água Fiberlight 10000L em fibra de vidro

R$ 2.799,00

Gasômetro

Membrana de PVC

R$ 70.000,00

Motor de conversão

Grupo gerador de energia 100 kVa MWM

R$ 42.000,00

Total equipamentos

R$ 126.998,00

Total + mão de obra e acessórios

R$ 190.497,00

Fonte: Mercado Livre, 2016.

Desta forma, considerando novamente o acréscimo de 50% do valor da mão de obra,
mais os acessórios (tubos e conexões) (ARQUITECASA, 2016), estima-se um investimento
inicial de 200 mil reais.

5.5. VIABILIDADE
Como a estimativa de economia com a implantação do uso do biodigestor varia entre
500 e 800 reais/mês (combustão e geração de eletricidade, respectivamente), a recuperação
do investimento inicial se daria em até 11 anos, considerando apenas a redução dos custos
com a fatura de energia elétrica e uma taxa de juros de 13,5% a.a. (BCB, 2016).
Hoje, os resíduos produzidos no restaurante são doados para alimentação animal,
constituindo riscos de patogenicidade para os suínos que os consomem, bem como para os
seres humanos que venham a se alimentar destes. Além disto, esta prática não beneficia a
comunidade acadêmica, consistindo apenas de uma atividade de gestão dos resíduos que
impede o seu descarte em local inadequado.
Com o uso do biodigestor, além da redução de custos com eletricidade, agrega-se
valor a estes resíduos, podendo participar do comércio de créditos de carbono, devido à
utilização do metano gerado e seu não lançamento para a atmosfera. Além disto, há a
possibilidade de comercialização do material digerido, a tarifas módicas, como
biofertilizante.
Além disto, o biodigestor proporciona uma fração de autonomia energética para a
comunidade acadêmica, reduzindo a total dependência da rede convencional de
abastecimento elétrico.
49

6. CONCLUSÕES

Após a realização deste trabalho, conclui-se que o restaurante universitário do campus A.
C. Simões descarta cerca de meia tonelada de resíduos orgânicos por dia, material que hoje
é utilizado na alimentação de suínos. Estes resíduos apresentam um potencial de geração de
biogás que extrapola em 15x o consumo mensal do RU para preparação de alimentos, ou,
um potencial de geração de eletricidade de quase 700 kwh, quantidade suficiente para
atender a 0,07% da demanda do Campus, um equivalente populacional de cinco residências,
ou 20 habitantes. Esta geração poderia ser incrementada com o aproveitamento energético
do metano proveniente do tratamento do esgoto sanitário do Campus, aumentando
consideravelmente o suprimento de eletricidade.
Para isto, é necessário investir na construção de um biodigestor, cujo modelo
recomendado é o reator de fluxo contínuo com agitação (CSTR), devido a sua operação
simples e características hidráulicas compatíveis com a do substrato.
Nota-se ainda que o investimento necessário estimado é da ordem de 200 mil reais,
gerando uma economia de até 800 reais por mês, levando ao retorno do investimento em
até 11 anos, o que viabiliza sua construção. Sugere-se que seja feita uma análise mais
aprofundada da viabilidade econômica, sendo incontestável a viabilidade ambiental, dada a
redução do potencial poluidor do resíduo, seja através de contaminação de animais por
patógenos ou pela emissão de gases de efeito estufa.
Recomenda-se a construção de uma planta piloto, bem como realização de análises ao
final do tratamento para avaliar sua eficácia, além da definição da destinação final do
digerido, a qual se recomenda uso em áreas de cultivo da universidade, especialmente no
Centro de Ciências Agrárias.

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