PRODUÇÃO DE METANO A PARTIR DE RESÍDUOS DO BENEFICIAMENTO DA
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS - UFAL
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS - CECA
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENERGIA DA BIOMASSA
THAÍSE EVILDA SARMENTO FERREIRA
PRODUÇÃO DE METANO A PARTIR DE RESÍDUOS DO BENEFICIAMENTO DA
ACEROLA
Rio Largo
2016
THAÍSE EVILDA SARMENTO FERREIRA
PRODUÇÃO DE METANO A PARTIR DE RESÍDUOS DO BENEFICIAMENTO DA
ACEROLA
Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação Mestrado Profissional em Energia
da Biomassa, Centro de Ciências Agrárias da
Universidade Federal de Alagoas, como
requisito parcial para obtenção do título de
Mestre em Energia da Biomassa.
Orientador:
Prof.
Dr.
Cavalcante de Amorim
Rio Largo, Maio de 2016
Eduardo
Lucena
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre ao
Programa de Pós-Graduação Mestrado Profissional em Energia da Biomassa do
Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Alagoas, pela comissão
julgadora que abaixo assina.
______________________________________________________________
Profº. Dr. Eduardo Lucena Cavalcante de Amorim – Orientador:
Mestrado Profissional em Energia da Biomassa do Centro de Ciências Agrárias
Universidade Federal de Alagoas
________________________________________________________________
Profº. Dr. Elton Lima Santos
Centro de Ciências Agrárias
Universidade Federal de Alagoas
________________________________________________________________
Profª. Dra. Karina Ribeiro Salomon
Centro de Tecnologia
Universidade Federal de Alagoas
________________________________________________________________
Profª. MSc. Norma Cândida dos Santos Amorim
Instituto Federal de Alagoas – IFAL
Rio Largo, Maio de 2016
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus por todas as oportunidades e realizações na minha vida;
À minha mãe por estar sempre presente;
Ao meu irmão Diogo, pela ajuda nos ajustes de formatação na dissertação;
Ao João Paulo pela paciência e companheirismo;
Ao amigo de graduação, pós-graduação e da vida Ícaro Victor, por tudo que passamos nessa
caminhada;
Ao Prof. Dr. Eduardo Lucena por todo o seu apoio, dedicação, paciência e inteligência;
Aos amigos de laboratório LSA, LTBA, PPGRHS e pós-graduação pela grande ajuda,
Nadjane, Margarete, Norma e Elvan;
Aos colegas de curso do Mestrado em Energia da Biomassa;
Ao Centro de Ciências Agrárias – CECA, Ao Centro de Tecnologia CTEC e à Universidade
Federal de Alagoas UFAL.
RESUMO
O Brasil e o mundo vêm passando por uma crise energética onde estão sempre buscando
alternativas eficientes, limpas que acompanhem o crescimento econômico no decorrer dos
anos. As energias renováveis estão ganhando seu espaço e reconhecimento em sua eficiência.
A biomassa vem se mostrando uma alternativa de combustíveis sólidos, líquidos e gasosos, a
partir de inúmeras matérias orgânicas. Este trabalho objetivou avaliar a produção de metano a
partir de resíduos do beneficiamento da acerola, utilizando dejetos da ovinocultura e
suinocultura como inóculos. O experimento foi dividido em duas etapas, com biodigestores
experimentais de bancada com capacidade de 2L, com duração de 112dias. Os tratamentos
foram nomeados em T1, T2, T3 e T4 com três repetições e dois brancos (testemunha), na
primeira etapa e na segunda etapa T1,T2 e T3 em duplicata,onde padronizou-se o inoculo a
10% e o substrato, resíduo da acerola, variando em T1 a 100%, T2 a 75%, T3 a 50% e T4 a
25%ena segunda etapa nos tratamentos T1 e T2 repetiu-se a concentração do substrato de
acordo com a primeira fase, 100% e 50%, mudando apenas o inóculo, pelo de suíno, e
mantendo a padronização a 10%, já no T3 saturou-se o substrato elevando a 300%. Na
primeira fase o tratamento que atingiu maior pico de produção de metano e em menor tempo
foi o Tratamento 1. Já na segunda o que atingiu maior produção de metano foi o Tratamento
3, e o que alcançou sua produção máxima em menor tempo foi o Tratamento 2.A análise dos
dados observados foi através do software Origin e o modelo aplicado foi o de Gompertz. Foi
possível concluir que os dejetos da suinocultura apresentam melhor desempenhoem relação
aos dejetos da ovinocultura, devido a um índice favorável a fermentação anaeróbia,
produzindo assim maior quantidade de metano. E em relação ao substrato, concluiu-se que
quanto mais concentrado, mais matéria orgânica as bactérias metanogênicas terão para
degradar, mesmo levando mais tempo pra a degradação, produzirá mais metano.
Palavras-chave: Acerola;biogás;dejetos; digestão anaeróbia; ovino, substrato e suíno.
ABSTRACT
Brazil and the world have been going through an energy crisis in which there's a search for
efficient alternatives, clean and that accompanying economic growth. Renewable energies are
gaining over the years their space and recognition for its efficiency. Biomass has proved to be
an alternative of solid, liquid and gaseous fuels from organic host materials. This study aimed
to evaluate the production of methane from processing the waste of acerola, using manure of
sheep breeding and pig farming as inoculants, in order to allocate appropriately the waste
discarded in the environment. The experiment was divided into two stages, with experimental
digesters bench with 2L capacity, lasting 112 days. The treatments were named T1, T2, T3
and T4 with three replications and two white (control), in the first stage and second stage T1,
T2 and T3 in duplicate where we standardized inoculum 10% and the substrate, residue of
acerola ranging T1 100%, T2 to 75% T3 50% and T4 25% in the second stage in T1 and T2
repeated the concentration of substrate according to the first stage, 100% and 50%, changing
only the inoculum, the pig, and maintaining standardization to 10%, since the T3 saturated
raising the substrate 300%. In the first phase of the treatment reached higher peak production
of methane and shorter treatment was 1. In the second reaching the highest methane
production was Treatment 3, and which reached their maximum production was shorter
Treatment 2. Data analysis was observed by Origin software and the applied model was the
Gompertz.It was concluded that the swine waste have better performance against the waste of
sheep breeding, due to a favorable rate anaerobic fermentation, producing larger quantity of
methane. And with respect to the substrate, it was concluded that the more the substrate, the
more organic matter will methanogenic bacteria to degrade, taking even more time to
degradation produce more methane.
Keywords: Acerola;Anaerobic digestion ; biogas; sheep ; substrate; swine and waste.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: MATRIZ ENERGÉTICA ................................................................................................17
FIGURA 2: ETAPAS DA DIGESTÃO ANAERÓBIA ..........................................................................18
FIGURA 3: ÁGUA RESIDUAL E DEJETOS DE GRANJA SUINÍCOLA. .................................................21
FIGURA 4: ACEROLA DESCARTADA. ...........................................................................................23
FIGURA 5: DEJETOS DE OVINO ACUMULADOS EM APRISCOS .......................................................24
FIGURA 6: FLUXOGRAMA EXPERIMENTAL ..................................................................................26
FIGURA 7: ESTERCO DE OVINO COM ÁGUA DESTILADA. .............................................................28
FIGURA 8: RESÍDUO DA SUINOCULTURA ARMAZENADO EM BIODIGESTOR. .................................28
FIGURA 9: RESÍDUO DA ACEROLA. .............................................................................................29
FIGURA 10: MONTAGEM DOS REATORES ....................................................................................29
FIGURA 11: MONTAGEM DOS REATORES ....................................................................................29
FIGURA 12: REATORES DA PRIMEIRA ETAPA. .............................................................................30
FIGURA 13: REATORES DA PRIMEIRA ETAPA. .............................................................................30
FIGURA 14: REATORES DA SEGUNDA ETAPA. .............................................................................32
FIGURA 15: REATORES DA SEGUNDA ETAPA. .............................................................................32
FIGURA 16: CROMATÓGRAFO ....................................................................................................33
FIGURA 17: SERINGA GASTIGHT ................................................................................................34
FIGURA 18: CONCENTRAÇÃO DA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) NOS REATORES
ANAERÓBIOS DURANTE O EXPERIMENTO DA PRIMEIRA ETAPA. ........................................43
FIGURA 19:CONCENTRAÇÃO DA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) NOS REATORES
ANAERÓBIOS DURANTE O EXPERIMENTO DA SEGUNDA ETAPA. ........................................44
FIGURA 20: GRÁFICO 1. MÁXIMA TAXA DE PRODUÇÃO DE METANO POR MMOL/L HEADSPACE DA
PRIMEIRA FASE. ...............................................................................................................46
FIGURA 21: GRÁFICO 2. RELACIONA A MÁXIMA TAXA DE PRODUÇÃO DE METANO POR MMOL/L
HEADSPACE DE ACORDO COM CADA REATOR, SENDO POSSÍVEL OBSERVAR TAMBÉM O
TEMPO EM DIAS,NA SEGUNDA ETAPA. ..............................................................................49
FIGURA 22: GRÁFICO 3: GRÁFICO COMPARATIVO DE REATORES COM CONCENTRAÇÃO DE
SUBSTRATO A 100% EM DIFERENTES INÓCULOS ..............................................................50
FIGURA 23: GRÁFICO 4: GRÁFICO COMPARATIVO DE REATORES COM CONCENTRAÇÃO DE
SUBSTRATO A 50% EM DIFERENTES INÓCULOS ................................................................51
FIGURA 24: GRÁFICO 5: CURVA SIGMOIDE DO REATOR T1 FASE 1. ............................................51
FIGURA 25: GRÁFICO 6: CURVA SIGMOIDE DO REATOR T2 FASE 1. ............................................52
FIGURA 26: GRÁFICO 7: CURVA SIGMOIDE DO REATOR T3 FASE 1. ...........................................53
FIGURA 27: GRÁFICO 8: CURVA SIGMOIDE DO REATOR T4 FASE 1. ............................................53
FIGURA 28: GRÁFICO 9: CONCENTRAÇÃO MÉDIA DE CH4 (MOL) AO LONGO DO TEMPO NO
REATOR T1 FASE 2 COM AJUSTE LINEAR E PONTO DE INFLEXÃO. .....................................54
FIGURA 29: GRÁFICO 10: CONCENTRAÇÃO MÉDIA DE CH4 (MOL) AO LONGO DO TEMPO NO
REATOR T2 FASE 2 COM AJUSTE LINEAR E PONTO DE INFLEXÃO. .....................................54
FIGURA 30: GRÁFICO 11: CONCENTRAÇÃO MÉDIA DE CH4 (MOL) AO LONGO DO TEMPO NO
REATOR T3 FASE 2 COM AJUSTE LINEAR E PONTO DE INFLEXÃO. .....................................55
LISTA DE TABELAS
TABELA 1. CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS ANALISADOS E SEUS RESPECTIVOS RESULTADOS. 27
TABELA 2: PRIMEIRA ETAPA DO EXPERIMENTO ..........................................................................30
TABELA 3: MONTAGEM DA SEGUNDA ETAPA DO EXPERIMENTO. ................................................32
TABELA 4: DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO DOS REATORES DA PRIMEIRA ETAPA. .................36
TABELA 5: DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO DOS REATORES DA SEGUNDA ETAPA. .................37
TABELA 6: SÓLIDOS TOTAIS, FIXOS E VOLÁTEIS DOS REATORES DA PRIMEIRA ETAPA. ..............37
TABELA 7: SÓLIDOS TOTAIS, FIXOS E VOLÁTEIS DOS REATORES DA SEGUNDA ETAPA. ..............38
TABELA 8: SOMA DOS RESÍDUOS QUADRADOS DOS AJUSTES NÃO-LINEARES. .............................41
TABELA 9: RESULTADOS DA AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA NOS SUBSTRATOS DOS REATORES DA
PRIMEIRA ETAPA NO MOMENTO DE PARTIDA REACIONAL E FINALIZAÇÃO EXPERIMENTAL.
........................................................................................................................................42
TABELA 10: APLICAÇÃO DOS DADOS DA 1A FASE NO ORIGIN ....................................................45
TABELA 11: APLICAÇÃO DOS DADOS DA 2A FASE NO ORIGIN ....................................................47
TABELA 12: COMPARAÇÃO ENTRE MESMAS CONCENTRAÇÕES DE SUBSTRATO E INÓCULOS
DIFERENTES. ....................................................................................................................50
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1: EQUAÇÃO X – EQUAÇÃO PARA CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO DOS ST .................35
EQUAÇÃO 2: EQUAÇÃO Y – EQUAÇÃO PARA CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO DOS STV...............35
EQUAÇÃO 3: EQUAÇÃO Z – EQUAÇÃO PARA CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO DOS STF................36
EQUAÇÃO 4: EQUAÇÃO DA RETA PARA CONCENTRAÇÃO X ÁREA CROMATOGRÁFICA DE CH4 ...39
EQUAÇÃO 5: EQUAÇÃO DA RETA PARA CONCENTRAÇÃO X ÁREA CROMATOGRÁFICA DE CO2 ...39
EQUAÇÃO 6: EQUAÇÃO DE CONVERSÃO DO VOLUME DA AMOSTRA PARA O HEADSPACE............39
EQUAÇÃO 7: EQUAÇÃO GERAL DOS GASES.................................................................................40
EQUAÇÃO 8: EQUAÇÃO DO AJUSTE LINEAR DE GOMPERTZ DO TRATAMENTO 1 – 1ª FASE ..........41
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ........................................................................................................12
2
OBJETIVOS .............................................................................................................16
2.1
Geral..........................................................................................................................16
2.2
Específicos ................................................................................................................16
3
REVISÃO DE LITERATURA .................................................................................17
3.1
Matriz energética ......................................................................................................17
3.2
Digestão anaeróbica ..................................................................................................18
3.3
Biodigestores.............................................................................................................19
3.4
Dejetos da suinocultura .............................................................................................20
3.5
Biogás .......................................................................................................................21
3.6
Acerola ......................................................................................................................22
3.7
Ovino-caprinocultura ................................................................................................24
4
METODOLOGIA .....................................................................................................26
4.1
Caracterização dos Resíduos.....................................................................................26
4.2
Inóculos .....................................................................................................................27
4.3
Substrato ...................................................................................................................28
4.4
Reatores: Montagem dos reatores .............................................................................29
4.5
Experimento ..............................................................................................................33
4.6
Análises finais ...........................................................................................................34
4.6.1
Demanda Química de Oxigênio – DQO (APHA, 1999)...........................................34
4.6.2
Sólidos Totais – ST (ALPHA, 1999)........................................................................35
4.6.3
Sólidos Totais Voláteis – STV (ALPHA, 1999).......................................................35
4.6.4
Sólidos Totais Fixos – STF (ALPHA, 1999)............................................................36
4.6.2
Curvas de determinação do metano e dióxido de carbono........................................38
4.6.3
Cálculo para determinação do metano......................................................................39
5
RESULTADOS E DISCUSSÃO ..............................................................................42
5.1
Análises físico-químicas ...........................................................................................42
5.2
Produção de Metano .................................................................................................45
5.3
Comparação entre mesmas concentrações de substrato e inóculos diferentes .......49
5.4
Produção de Metano (CH4) .......................................................................................51
6
CONCLUSÕES ........................................................................................................56
REFERÊNCIAS........................................................................................................................57
ANEXOS ..................................................................................................................................63
1
INTRODUÇÃO
O mundo se encontra diante de uma grave situação para seu suprimento sustentável de
energia, este problema tem um número reduzido de soluções, principalmente no que tange aos
combustíveis fósseis. Cada país deverá concentrar esforços de imediato para que ele possa
dispor da maior flexibilidade possível de opções no campo energético. Para tal, é essencial
inverter o atual quadro de consumo, dependente de poucas fontes energéticas em fase de
esgotamento,para uma estrutura de consumo na qual seja utilizado um maior número de
alternativas, principalmente para os países em desenvolvimento como o Brasil, é que surge a
biomassa, que por ser renovável constitui a mais promissora fonte alternativa para uma
situação de suprimento energético que só tende a se agravar.
A partir da biomassa podem ser produzidos combustíveis sólidos, líquidos e gasosos.
Independente da forma e da fonte de energia utilizada, tem se mostrado, ao longo de
décadas,um dos determinantes fatores de desenvolvimento econômico e social dos países
industrializados e, por extensão, se tornando igualmente determinante em muitos aspectos da
vida econômica e social no contexto atual (Coutoet al., 2004).
Hoje em dia tanto em residências quanto empresas, restaurantes, dentre outros
estabelecimentos, geram inúmeros resíduos, tanto inorgânicos quanto orgânicos. Resíduos
inorgânicos (papéis, vidros, plásticos), muitos são reaproveitados e reciclados evitando assim
acúmulo no meio ambiente.Já os resíduos orgânicos (carnes, vegetais, frutos, cascas,
sementes), podem ser reaproveitados de inúmeras maneiras, pois esse tipo de resíduo pode ser
usado para a produção de energia, o biogás, devido ao processo de decomposição da matéria
orgânica na ausência do oxigênio, gerando assim metano e o gás carbônico.
A acerola ou cereja das Antilhas (Malpighia glabra L.) é originária da América
tropical, sendo amplamente cultivada nas regiões Nordeste e Sudeste do Brasil. Os elevados
teores de vitamina C, ou ácido ascórbico, naturalmente encontrados neste fruto, tem
favorecido a ampliação de oportunidades para o seu cultivo, processamento e comercialização
(Agostini Costa, 2003).O processamento de frutas pelas indústrias geram grandes quantidades
de resíduos, que podem ser perfeitamente utilizados no desenvolvimento de novos produtos
alimentícios, aumentando seu valor agregado (Oliveiraet al., 2002). Sabe-se que durante o
processamento de alguns frutos ocorrem perdas de ácido ascórbico, variando de acordo com o
processo e equipamentos utilizados (Matsuura e Rolim,2002). No entanto, mesmo após o
12
processamento da acerola, os produtos gerados retêm um alto conteúdo desta vitamina
(Semensato, 1997).
A indústria de beneficiamento de frutas gera um elevado volume de resíduos, os quais
são constituídos de cascas, sementes e bagaços, que por apresentarem um elevado teor de
açúcares estão muito susceptíveis ao desencadeamento de processos fermentativos. A
destinação final inadequada desses resíduos pode gerar impactos ambientais, dentre eles mau
cheiro nos locais de descarga e atração de insetos e animais (Souza e Sandi, 2001). Boa parte
do resíduo gerado é descartado, sendo apenas uma parte doada para pequenos criadores de
gado nas proximidades de indústrias (Silva, 2002). De acordo com (Ruggiero, 1996) um dos
objetivos da indústria de alimentos é encontrar formas de aproveitamento para os seus
resíduos, transformando-os em benefícios financeiros e minimizando impactos ambientais.
Além das indústrias de alimentos outras atividades, como produção animal, também
incrementam a economia e pedem gerar impactos ambientais negativos.
A produção de animais têm sofrido grandes modificações nas últimas décadas,
passando de um sistema de criação extensivo para um modelo intensivo de confinamento. O
sistema de produção de animais confinados SPACs visa principalmente reduzir os custos de
produção e aumentar a eficiência do processo. O Brasil tem se destacado internacionalmente
nesse contexto, aumentando suas exportações e gerando divisas para o país. No entanto, os
problemas ambientais também têm se intensificado, em função de resíduos gerados diante
deste tipo de confinamento, criando-se a necessidade de alternativas que permitam minimizar
o problema e, na medida do possível, agregar algum valor aos resíduos dos SPACs. Assim, a
geração e utilização de biogás apresenta-se como uma alternativa interessante para contribuir
na mitigação desses impactos ambientais.
A produção de pequenos ruminantes, associada a técnicas de tratamento e reciclagem
dos resíduos gerados na atividade, representa alternativa viável em termos ambientais e
econômicos, sobretudo para pequenos produtores ou em áreas reduzidas. Para (El Aich e
Waterhouse, 1999) a criação de ovinos e caprinos justifica-se pela elevada capacidade de
adaptação desses animais, sobretudo dos caprinos, em locais como regiões de estepe, de
rochas, declives ou mesmo consideradas pobres e, portanto, desprezadas para agricultura.
O suprimento mais importante de nutrientes para as pastagens provém das excreções
dos animais, na forma de esterco e de urina (Haynes e Williams,1999). Uma única excreção
equivale a 1.200 g de esterco e 200 mL de urina, retornando 3,4–3,6 e 0,3–1,4 %,
respectivamente, do Nitrogênio consumido diariamente por ovinos (Allen et al., 1996). Os
13
excrementos de ovinos apresentam baixa relação C:N, permitindo rápida mineralização e, ou,
mantendo a disponibilidade dos nutrientes no solo. Esses materiais acumulam-se no solo,
aumentando a quantidade de matéria orgânica e estimulando o metabolismo microbiano
(Carran e Theobald, 2000). Com o aumento da disponibilidade de substratos orgânicos e
nutrientes, a atividade das enzimas protease, desaminase e urease e o C da biomassa
microbiana foram estimulados (Cameron 1999 e Bolet al. 2003).Contudo, o impacto da taxa
de lotação de ovinos nos microrganismos e de suas atividades não tem sido devidamente
estudado no solo sob pastos.
A suinocultura brasileira está bem consolidada, e podemos identificar isso devido ao
país ser o 4º maior produtor e exportador de carne suína no âmbito mundial. O rebanho é
estimado em 2,4 milhões de matrizes, e com uma cadeia produtiva reunindo em torno de 50
mil produtores. Tem se observado expansão na atividade, consequentemente, deve-se ter cada
vez mais interesse na destinação correta dos dejetos e resíduos produzidos pelo rebanho que
possuímos em todo o nosso país (Revista Agropecuária 2013).
De acordo com (Oliveira e Nunes, 2005) a expansão da suinocultura, proporciona
características de grande concentração de animais por área, assim observam-se consequências
como risco de poluição hídrica com presença de alta carga orgânica, e também presença de
coliformes fecais que são microrganismos oriundos dos dejetos, e todos esses fatores
associados a outros problemas de resíduos domésticos e industriais, levam a grandes
consequências como a destruição dos recursos naturais renováveis, especialmente a água.
A suinocultura é considerada pelos órgãos de controle ambiental a atividade
agropecuária que ocasiona maior impacto ambiental (Rizzoni, 2012). Em termos
comparativos, a geração de dejetos suínos correspondem a 1:4 o equivalente populacional
humano, exemplificando, podemos considerar que uma criação com mil animais em
terminação é semelhante a uma cidade de 4 mil habitantes (Schultz, 2007).Os dejetos suínos
são constituídos por fezes, urina, água desperdiçada pelos bebedouros e de higienização,
resíduos de ração, pêlos, poeiras e outros materiais decorrentes do processo criatório (Rizzoni,
2012).
Ainda, de acordo com (Oliveira e Nunes, 2005) certificam que para a sobrevivência
das zonas de produção intensiva de suínos, é preciso encontrar sistemas alternativos que
reduzem a emissão de odores, gases nocivos e riscos de poluição das fontes de água. E isso
torna-se um desafio para os produtores da atualidade, pois terão que se adequar às exigências
da sustentabilidade ambiental, social e econômica.
14
De acordo com (IPCC, 1995) a produção de metano a partir dos dejetos animais em
condição anaeróbia, tem a capacidade de gerar grande volume do gás metano, em números
pode-se dizer que as emissões globais provenientes dessa fonte, são estimadas em cerca de 25
milhões de toneladas por ano, o que corresponde a 7% das emissões totais do metano.
Este trabalho objetivou testarresíduos de acerola, dejetos da suinocultura e dejetos da
ovinocultura ,que posteriormente seriam descartados no meio ambiente, para a produção de
biogás.
15
2
OBJETIVOS
2.1
Geral
•
O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial da produção de metano a partir dos
resíduos do beneficiamento da acerola, utilizando como inóculo os dejetos da
suinocultura e ovinocultura.
2.2
Específicos
•
Avaliar a produção de metano utilizando dejetos da ovinocultura como inóculo;
•
Avaliar a produção de metano utilizando dejetos da suinocultura como inóculo;
•
Avaliar a influência das concentrações do substrato da acerola para a produção de
metano.
16
3
REVISÃO DE LITERATURA
3.1
Matriz energética
A biomassa representa a quarta fonte de energia em nível global e constitui o principal
combustível para 75% da população mundial. No contexto energético satisfaz hoje 14% da
demanda energética mundial, com uma significativa participação na matriz energética dos
países subdesenvolvidos. O Brasil, o contexto da geração de energia a partir de fontes
renováveis, ocupa atualmente uma posição de destaque no cenário mundial, ao produzir 95%
de sua energia hidráulica e ter 30% do consumo local de energia de base a partir de elementos
bióticos, ou seja, a biomassa ( Pnud, 2003). Na figura 1 podemos observar o aumento da
participação das energias renováveis nos anos de 2013 e 2014 de acordo com o Balanço
Energético Nacional do Brasil.
Figura 1: Matriz energética
Fonte: Balanço energético Nacional.
17
3.2
Digestão anaeróbica
A digestão anaeróbia é um processo conhecido há muito tempo e seu emprego para a
produção de biogás para a conversão em energia de cozimento, iluminação e como
biofertilizante é muito popular nos países asiáticos, a exemplo da China e Índia.
O interesse pelo biogás, no Brasil, intensificou-se nas décadas de 1970 e 1980,
especialmente entre os suinocultores. Programas oficiais estimularam a implantação de muitos
biodigestores focados, principalmente, na geração de energia e na produção biofertilizante e
diminuição do impacto ambiental. O objetivo dos programas governamentais era reduzir a
dependência das pequenas propriedades rurais na aquisição de adubos químicos e de energia
térmica para os diversos usos (cozimento, aquecimento, iluminação e refrigeração), bem
como reduzir a poluição causada pelos dejetos animais e aumentar a renda dos criadores
(Iclei, 2009).
A digestão anaeróbia é um dos vários processos existentes para tratamento dos
resíduos animais e representam um método bastante atrativo, pois promovem a geração do
biogás, como fonte de energia alternativa, e do biofertilizante (Augenstein et al., 1994 e Saha,
1994). Além disso, a prática contribui para o saneamento, reduzindo o número de patógenos
no produto final. Na Figura 2 podemos acompanhar as fases da digestão anaeróbia.
Figura 2: Etapas da Digestão Anaeróbia
Fonte: IPCC, 2011
18
A digestão anaeróbia, ou fermentação metanogênica, é produzida por grupos de
bactérias fermentativas hidrolíticas (1ª fase), bactérias fermentativas acidogênicas (2ª fase),
bactérias acetogênicas e pelas Archaeas metanogênicas (4ª fase), as quais são as responsáveis
pela produção de metano (Barreto e Campos, 2009). De acordo com (Luste et al, 2009), esse
processo oferece diversas vantagens, como a minimização da quantidade de efluentes
orgânicos lançados no ambiente e da emissão de gases e seus materiais oriundos da
degradação incontrolada e, ainda, a produção de biogás, com teor de metano de 50 a 70%, que
pode ser usado como eletricidade, fonte de calor e, também, combustível veicular.
O mecanismo de decomposição anaeróbia se desenvolve pela ação de um consórcio de
microrganismos, em que um dos produtos finais da degradação é o metano. O biogás, produto
da degradação anaeróbica, é composto majoritariamente por metano (50%–70%) e CO2. Esse
gás pode ser coletado dos sistemas de degradação anaeróbica e utilizado como combustível
(geração de calor ou energia). Os sistemas mais representativos para tratamento de dejetos
animais via degradação anaeróbica são os biodigestores. Os biodigestores são sistemas
fechados de degradação anaeróbica em que os gases produzidos são coletados e armazenados
em compartimentos chamados gasômetros para posterior utilização ou simples queima. Vários
modelos de biodigestores têm sido desenvolvidos e adaptados para se buscar um aumento da
eficiência desses sistemas aliado a uma redução de custos dos equipamentos (Júnior, 2009).
3.3
Biodigestores
Biodigestores são estruturas projetadas e construídas de modo a produzir a degradação
da biomassa residual sem que haja qualquer tipo de contato com o ar. Isso proporciona
condições para que alguns tipos especializados de bactérias, passem a predominar no meio e,
com isso, provoquem uma degradação mais acelerada da matéria (Júnior, 2009). Devido à
ação de microrganismos, a decomposição da matéria causa um gás chamado Biogás, que fica
armazenado na área livre da cúpula do biodigestor; nesse caso, transformado em gasômetro
ou com função de acumulação do gás no gasômetro. Após essa transformação, o biogás é
canalizado e pode ser utilizado para diversos usos: Processos de aquecimento ou resfriamento
e geração de energia elétrica da qual utilize esse combustível (Júnior, 2009).
Existem vários tipos de biodigestores, mas, em geral, todos são compostos,
basicamente, de duas partes: um recipiente (tanque) para abrigar e permitir a digestão da
biomassa, e o gasômetro (campânula), para armazenar o biogás. Dentro do biodigestor em
19
total ausência de oxigênio e luz, as bactérias anaeróbias digerem a biomassa, sendo essa
digestão ou fermentação, constituída de 3 etapas.
Na etapa 1 (ou etapa sólida), substâncias como carboidratos, lipídios e proteínas são
atacadas por bactérias fermentativas comuns para a produção de ácidos graxos, glicose e
aminoácidos. Na etapa 2 (ou etapa líquida), as substâncias formadas anteriormente são
atacadas pelas bactérias acetogênicas e bactérias acidogênicas, formando ácidos orgânicos,
principalmente, o propiônico e o acético, ainda formando o dióxido de carbono, acetatos e H2.
E na etapa 3 (ou etapa gasosa), as bactérias metanogênicas atuam sobre os ácidos orgânicos
para produzir biogás, sendo esse formado principalmente por metano (CH4) e dióxido de
carbono (CO2) (Farret,1999).
3.4
Dejetos da suinocultura
A expansão da atividade suinícola no país e o incremento tecnológico nos sistemas de
produção, tem resultado em aumento na geração de dejetos os quais são, muitas vezes,
lançados em rios, mananciais e nos solos. Devido à adoção de sistemas confinados de
produção de suínos, grandes quantidades de dejetos são produzidas. Valores compreendidos
entre 5,7 e 7,6L por suíno por dia são constatados para suínos em faixa de peso de 57 a 97 kg;
este volume de dejetos produzidos pode situar-se entre 10 e 8% da massa do animal (Sevrin
Reyssac et al., 1995).
Dejetos gerados de suinoculturas apresentam elevado potencial de poluição mas, por
outro lado, podem ser uma alternativa energética como fertilizante e, também, como alimento
para outras espécies (Oliveira, 1993). Quando bem escolhido e conduzido, o manejo adotado
permite o aproveitamento integral dos dejetos, dentro das condições estabelecidas em cada
propriedade. Como podemos vê, na figura 3 um tratador coleta os resíduos da granja, gerando
assim uma água residual de uma granja suinícola.
20
Figura 3: Água residual e dejetos de granja suinícola.
Fonte http://www.portalsuinoseaves.com.br/
3.5
Biogás
O biogás, conhecido como o gás dos pântanos, foi descoberto por Shirley em 1667 e é
produzido por fenômenos naturais existentes em várias partes do planeta, como em pântanos,
oceanos e água doce e por fontes antropogênicas, como em plantações de arroz alagado,
tratamento de efluentes, aterro sanitário, etc. (Cassini, 2003). Segundo (Metcalf e Eddy,
2003), o biogás é composto, na sua maior parte, de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2),
contendo, ainda, traços de vapor de água (H2Ovapor), gás sulfídrico (H2S), nitrogênio (N2),
oxigênio (O2), hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO), amônia (NH3), mercaptanas
(álcool de enxofre) e outros gases.
Biogás é um combustível de alta qualidade, pois com teor de metano ao redor de 60%
possuium valor cerca de 6 kWh/m3, segundo (Gubler, 2006) e (Robra, 2006). O biogás pode
ser usado de várias maneiras e com alta eficiência,principalmente para geração de energia no
cozimento, no aquecimento de água, secagem e arrefecimento(Gubler,2006).
Após a produção do biogás, a biomassa fermentada deixa sob a forma líquida, rica em
material orgânico (húmus), o biofertilizante que, se aplicado ao solo, melhora as qualidades
físicas, químicas e biológicas deste. A principal razão para a grande capacidade de fertilização
do biofertilizante se encontra no fato da digestão da biomassa (no interior do biodigestor)
diminuir drasticamente o teor de carbono presente na mesma.
A geração de biogás a partir de resíduos animais é dependente, além da temperatura,
pH, alcalinidade e do manejo adotado no SPAC, também da própria característica do resíduo,
21
que é o substrato para o crescimento dos microrganismos no biodigestor. Essa diferença na
capacidade de geração de biogás está associada a vários fatores, como dieta dos animais e
sistema digestivo, que fazem com que sejam produzidos resíduos de características distintas
com potencialidades distintas na produção de biogás (Oliveira, 2005).
3.6
Acerola
A acerola Malpighia emarginata D.C., pelo seu inegável potencial como fonte natural
de vitamina C e sua grande capacidade de aproveitamento industrial, têm atraído o interesse
dos fruticultores e passou a ter importância econômica em várias regiões do Brasil (Nogueir et
al., 2002). O Brasil é o maior produtor, consumidor e exportador de acerola no mundo
(Carvalho, 2000). Existem plantios comerciais em praticamente todos os estados
brasileiros(Alves, 1996). Contudo, é na região nordestina, por suas condições de solo e clima,
onde a acerola se adapta melhor (Paivaet al., 1999).
As indústrias processadoras de frutas tropicais processam, no Brasil, cerca de 34,40
mil toneladas de acerolas por ano, o que equivale a 7,16% do total de frutas processadas por
estas empresas. As acerolas processadas geram, aproximadamente, 18 mil toneladas de sucos
e polpas por ano, concentrando-se esta produção na região nordeste (Astn e Apex, 2001).
A acerola apresenta potencial para industrialização, uma vez que pode ser consumida
sob forma de compotas, geléias, utilizada no enriquecimento de sucos e de alimentos
dietéticos, na forma de alimentos nutracêuticos, como comprimidos ou cápsulas, empregados
como suplemento alimentar, chás, bebidas para esportistas, barras nutritivas e iogurtes
(Carpentieri Pípolo et al., 2002). Para uso doméstico,geralmente é consumida ao natural e na
forma de sucos, geléias e doces de massa (Ritzinger e Ritzinger, 2004).
Dentre as características físicas, químicas e físico-químicas da acerola, o fruto da
aceroleira, é uma drupa, carnosa, variando na forma, tamanho e peso. Nela, o epicarpo (casca
externa) é uma película fina; o mesocarpo é a polpa e o endocarpo é constituído por três
caroços unidos, com textura pergaminácea, que dão ao fruto o aspecto trilobado. Cada caroço
pode conter no seu interior uma semente, com 3 a 5 mm de comprimento, de forma ovóide e
com dois cotilédones (Almeidaet al., 2002).
A composição química, inclusive a distribuição de componentes do aroma, é
dependente das espécies, condições ambientais e, também, do estádio de maturação da fruta
(Vendramini e Trugo, 2000). O teor de vitamina C e outras características atribuídas à
22
qualidade da acerola, tais como coloração, peso e tamanho dos frutos, teor de sólidos solúveis
e pH do suco, além de serem afetadas pela desuniformidade genética dos pomares, sofrem
influência de vários outros fatores, como precipitações pluviais, temperatura, altitude,
adubação, irrigação e a ocorrência de pragas e doenças (Nogueira et al., 2002).
A acerola é um fruto climatérico, com elevado pico da taxa respiratória (900 mL CO2
kg-1h), mas com uma baixa taxa no pico de produção de etileno (3 µL C2H4kg-1h) (Carrington
e King, 2002). Segundo (Araújo, 1994) a acerola sofre alterações rapidamente após a colheita
na cor,aroma, sabor e textura.
Uma alternativa que vem ganhando corpo desde o início da década de 1970 consiste
no aproveitamento de resíduos (principalmente cascas) de certas frutas como matéria-prima
para a produção de alguns alimentos perfeitamente passíveis de serem incluídos na
alimentação humana. Trata-se de uma proposta plausível, concreta, visto que esses resíduos
representam extraordinária fonte de materiais considerados estratégicos para algumas
indústrias brasileiras. Na figura 4, a acerola é descartada e acumulada para uma destinação
final.
Figura 4: Acerola descartada.
Fonte: Dados da Pesquisa 2015
23
A acerola é um fruto tropical de grande potencial econômico e nutricional, devido,
principalmente, ao seu alto conteúdo de vitamina C, que associada aos carotenóides e
antocianinas presentes, destacam esse fruto no campo dos alimentos funcionais. Além disso,
pode-se destacar, ainda, o seu fácil cultivo, o sabor e aroma agradáveis e a grande capacidade
de aproveitamento industrial, que viabiliza a elaboração de vários produtos ao mesmo tempo
em que promove a geração de empregos.
3.7
Ovino-caprinocultura
O semiárido brasileiro ocupa área de aproximadamente 900.000 km2, cerca de 10% do
território do País. Neste contexto, a ovinocaprinocultura é uma das alternativas
socioeconômicas mais importantes, com destaque para a agricultura familiar. Um grave
problema enfrentado pelos agricultores familiares é a escassez de fontes energéticas para fins
produtivos, cocção, resfriamento, aquecimento e iluminação. Osovinos, tendem a acumular
muitos dejetos, como podemos observar na Figura 5.
Figura 5: Dejetos de ovino acumulados em apriscos
Fonte: Globo rural http://globoplay.globo.com/v/4362292/
O manejo inadequado dos dejetos é outro grave impasse atuando frequentemente
como vetor de doenças e contaminando a água e o solo. Os problemas epidemiológicos
constatados no meio rural estão relacionados com os agentes causadores de infecções dentro
das propriedades; portanto, a prevenção dos fatores que contribuem para sua ocorrência
protege os animais contra o risco de infecções e o público, contra zoonoses ou outros riscos
sanitários provocados pelo lançamento de resíduos no ambiente (Oliveira, 1997).
24
A utilização de biodigestores contribui para integração e sustentabilidade das
atividades agropecuárias aproveitando o dejeto ao qual, normalmente, é dado pouco ou
mesmo nenhum valor comercial, convertendo-o em duas grandes fontes de desenvolvimento:
em energia e adubo. Para cocção, o biogás é o combustível mais limpo de todos, seguido do
GLP e querosene em fogão pressurizado, conforme a escada energética (Sanga, 2004). O
biogás e o biofertilizante permitem aumento da produção agrícola e a transformação dos
produtos tradicionais rurais, agregando valor, organizando a produção, aumentando a
conservação dos produtos e melhorando a logística de comercialização para os agricultores
familiares.
25
4
METODOLOGIA
O experimento foi realizado no Centro de Tecnologia (CTEC) da Universidade
Federal de Alagoas – UFAL, situado no Campus A.C. Simões. Foi dividido em duas etapas,
com biodigestores experimentais de bancada, com duração de 112dias. Os tratamentos foram
nomeados em T1, T2, T3 e T4 com três repetições e dois brancos (testemunha), na primeira
etapa e na segunda etapa T1,T2 e T3 em duplicata. No fluxograma a seguir pode-se
acompanhar o passo a passo da metodologia do experimento.
Coleta dos resíduos
Caracterização dos resíduos
Montagem daBancada
Acompanhamento Experimento
Análises Finais
Experimento
Fi
Dados observados: Origin
Figura 6: Fluxograma experimental
Fonte: Dados da pesquisa 2015
4.1
Caracterização dos Resíduos
Antes da montagem do experimento foram realizadas as caracterizações dos resíduos.
As caracterizações foram realizadas nos resíduos da acerola, de ovinos e suínos. As análises
realizadas foram: a obtenção de matéria seca, acidez, sólido solúvel, brix, AR DNS, ART,
cinzas, teste de umidade, fibra bruta, DQO (Apha, 1999), proteína total, fósforo e sólidos
totais, fixos e voláteis.
26
Para caracterização dos resíduos de acerola e dejetos de ovinos, por se tratarem de
resíduos sólidos, adotou-se uma solução contendo 2g do resíduo em50mL de água destilada,
para as análises de matéria seca, pH, sólido solúvel, brix, ART, AR DNS, cinzas,umidade,
fibra bruta, proteína total. Na determinação da matéria seca, os resíduos passaram 24h em
uma estufa a 105°C. Já nas análises de DQO foram utilizados 3g das amostras diluídos em
100mL de água destilada. Na DQO dos resíduos da acerola a diluição foi feita de 1:50, DQO
nos dejetos de ovino a diluição aplicada foi de 1:100 e na DQO dos dejetos de suinocultura
1:25.
A Tabela 1 Apresenta os métodos da caracterização dos resíduos analisados.
PARÂMETROS
MÉTODOS
Matéria Seca
Gravimétrico
Acidez
IAL 310/IV
DQO
Standard Methods (Apha 1999)
Sólido Solúvel Brix
Refratrometria
AR DNS
Leitura Absorvância Regular 540nm
Cinzas
IAL 018/IV
Umidade
IAL 012/IV
% Fibra Bruta
Hennemberg 1864
Proteína Total
Kjeldahl
Fósforo
Standard Methods (Apha 1999)
Sólidos Totais Fixos
Standard Methods (Apha 1999)
e Voláteis
Tabela 1. Caracterização dos resíduos analisados
Fonte: Dados da pesquisa 2015.
4.2
Inóculos
Os dejetos dos ovinos, utilizados como fonte de inóculo do experimento, foram
coletados no aprisco do Centro de Ciências Agrárias da UFAL situado na BR 104 Rio Largo AL, onde são criados cerca de 60 ovinos em diferentes fases produtivas. Os ovinos têm como
27
base de alimentação pastagem e suplementação diária (resíduos de panificação, milho, soja,
sais minerais) em torno de 300g por animal.
Figura 7: Esterco de ovino com água destilada.
Fonte: Dados da pesquisa 2015.
O resíduo de suinocultura, foi coletado no tanque de armazenamento de resíduos do
Biodigestor em funcionamento situado no Centro de Ciências Agrárias da UFAL, BR 104 Rio
Largo – AL, onde é alimentado com resíduos da granja suinícola. Na figura 7 mostra o
biodigestor localizado no Centro de Ciências Agrárias.
Figura 8: Resíduo da suinocultura armazenado em biodigestor.
Fonte: Dados da pesquisa 2015.
4.3
Substrato
O substrato utilizado nos experimentos foram os resíduos descartados do
beneficiamento da acerola, que foi coletado no município de Capela, localizado na Zona da
28
Mata de Alagoas, que fica a 63 km da capital alagoana na fazenda Palmares. A plantação de
acerola ocupa área de um hectare que produz em média de 15 a 20 caixas de acerola por
semana, cada caixa contém em torno de 10 kg, onde parte da produção é vendida na feira da
cidade e a outra parte quando está bastante madura é produzida a polpa da fruta também para
a comercialização. Gerando assim, resíduos da fruta, sem uma destinação final adequada e
reaproveitada, como podemos vê na figura 9.
Figura 9: Resíduo da acerola.
Fonte: Dados da pesquisa.
4.4
Reatores: Montagem dos reatores
Os experimentos foram montados no laboratório de saneamento ambiental (LSA) da
UFAL. Para montagem dos experimentos foi necessário triturar e homogeneizar o esterco e o
resíduo da acerola, conforme Figuras 9 e 10.
Figura 10: Montagem dos reatores
Figura 11: Montagem dos reatores
Fonte: Dados da pesquisa 2015.
Na primeira etapa foram utilizados 14 biodigestores experimentais de bancada,
modelo batelada, a partir de garrafas pet descartáveis com volume total de 2L cada, onde o
29
volume reacional foi de 1L e 1L de headspace mantidos em um isopor térmico a uma
temperatura de aproximadamente 26o C.
Figura 12: Reatores da primeira etapa.
Figura 13: Reatores da primeira etapa.
Fonte: Dados da pesquisa 2015.
Para garantir a anaerobiose foi injetado nitrogênio nos reatores para substituir o ar
atmosférico. O pH inicial dos reatores foram padronizados, adicionando NaCl e H2SO4, entre
7 e 7,5, pois de acordo com (Speece, 1996)é a faixa onde apresenta melhor produção do
metano.
Os experimentos foram divididos em dois momentos. O primeiro momento foi
composto por quatro tratamentos com três repetições, perfazendo 12 parcelas e dois brancos
(testemunha), totalizando 14 biodigestores. A solução do inoculo a partir da ovinocultura foi
padronizada a 10% (v/v), o qual foi composto por 3g de esterco com 100mL de água destilada
e a concentração da acerola variou de 100 a 25%. Os reatores foram nomeados com T1, T2,
T3 e T4, onde, T1 teve 100% de substrato,T2 75% de substrato, T3 50% de substrato e T4
25% do substrato da ovinocultura. A porcentagem na montagem dos reatores foi baseada nos
valores das DQOs do substrato e dos resíduos utilizados. O objetivo desse momento foi
avaliar o efeito da concentração do substrato (resíduo da acerola), em termos de DQO,
utilizando dejeto de ovino como inóculo. A Tabela 2 mostra a primeira etapa do experimento.
Tabela 2: Primeira etapa do experimento
T1 100%
T2 75%
T3 50%
3g ovino + 100mL
3g ovino + 100mL
3g ovino + 100mL
H2O destilada
H2O destilada
H2O destilada
T4 25%
3g ovino +
100mL
H2Odestilada
30
27g acerola +
20,25g acerola +
13,5g acerola +
6,75g acerola +
900 mL
900 mL
900 mL
900 mL
H2O destilada
H2O destilada
H2O destilada
H2O destilada
1000mL Volume
1000 mL Volume
1000 mL Volume
1000 mL Volume
Reacional
Reacional
Reacional
Reacional
DQO inicial=
DQO inicial
DQO inicial
DQO inicial
6186mg/L
=4921mg/L
=3655mg/mL
=2390mg/L
Fonte: Dados da pesquisa 2015.
O segundo momento foi composto por 6 biodigestores experimentais de bancada
modelo batelada, nomeados em T1R1/T1R2, T2R1/T2R2 e T3R1/T3R2, onde 4 foram de
garrafas pet descartáveis de 2L e os outros 2 foram utilizados frascos Duran® com 2000mL
de volume total. O volume reacional foi de 1L e 1L de headspace, mantidos também em um
isopor térmico a uma temperatura de 26oC. Nos tratamentos T1 e T2 repetiu-se a concentração
do substrato de acordo com a primeira fase, 100% e 50%, mudando apenas o inóculo, o de
suíno, e mantendo a padronização do inóculo a 10%.Já no T3 saturou-se o substrato de
acerola elevando a 300% da DQO bruta e manteve o inóculo a 10% (v/v). O segundo
momento objetivou avaliar o aumento da concentração do substrato e também outro tipo de
inóculo (resíduos de suinocultura). Nas Figuras 13 e 14, temos os reatores utilizados na
segunda etapa do experimento, e na Tabela 15 mostra como a segunda etapa foi dividida.
31
Figura 14: Reatores da segunda etapa.
Figura 15: Reatores da segunda etapa.
Fonte: Dados da pesquisa.
Tabela 3: Montagem da segunda etapa do experimento.
Tratamento 1
Tratamento 2
Tratamento 3
T1 100%
T2 50%
T3 300%
100 mL lodo biodigestor
100 mL lodo biodigestor
100mL lodo biodigestor
27g acerola +
13,5g acerola +
81g acerola +
900 mLH2O destilada
900 mLH2O destilada
900 mLH2O destilada
1000 mL Volume Reacional
1000 mL Volume Reacional
1000 mL Volume
Reacional
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
32
4.5
Experimento
A mensuração dos gases foi realizada 48 horas após a montagem e partida dos
reatores. Os gases foram determinados e mensurados através de cromatografia gasosa, de
acordo com a metodologia proposta por (Maintinguer et al.2008).
A determinação da produção de metano e composição do biogás foi efetuada com
injeção manual por meio da retirada de 1000µL ou 1mLde amostra da fase gasosa headspace,
utilizando seringa gastight com trava. Foi utilizado cromatógrafo a gás, Shimadzu GC-2010Plus, equipado com detector de condutividade térmica. A coluna utilizada foi a Supelco
Carboxen 1010 Plot (30 m de comprimento e diâmetro interno de 0,53 mm) e detector de
condutividade térmica. As condições cromatográficas foram:
§
Gás de arraste: Argônio sob fluxo de 21,9 cm. s-1;
§
Temperaturas do forno: 30 ºC:
§
Temperatura da coluna: 200 ºC e
§
Temperatura do detector: 230 ºC.
Na figura 16 temos o modelo do cromatógrafo utilizado no experimento e na figura 17
o tipo da seringa que coletou os gases na cromatografia.
Figura 16: Cromatógrafo
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
A coleta da produção dos gases foi mensurada 3 vezes por semana, no período da
manhã entre os horários de 10h e 12h. A duração do experimento foi de 57 dias. As análises
da produção dos gases foram realizadas através de um cromatógrafo GC – 2010 Plus, onde foi
retirado 1000µL da amostra gasosa utilizando uma micro seringa gastight e avaliado teores de
produção dos gases metano e dióxido de carbono.
33
Figura 17: Seringa Gastight
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
4.6
Análises finais
Após o final do período do experimento, os reatores foram desativados e foram
realizadas as seguintes análises em todos os reatores: DQO e Sólidos Totais, Fixos e Voláteis.
4.6.1 Demanda Química de Oxigênio – DQO (Apha, 1999)
A análise foi precedida do preparo da diluição da amostra na concentração de 3g:100,
em balão volumétrico de 100 mL foi adicionado 1mL de amostra bruta e completado com
água destilada até o menisco para a DQO dos dejetos de ovinos, 3g: 100 m/v em balão
volumétrico de 50 mL para a acerola e para a DQO do resíduo de suíno o balão volumétrico
utilizado foi o de 25mL . Em um tubo de DQO previamente lavado, foi adicionado com pipeta
automática de volume variável 1,5 mL da solução de digestão (dicromato de potássio e sulfato
34
de mercúrio) e 3,5 mL da solução de ácido sulfúrico e sulfato de prata. Adicionou-se 2mL da
amostra diluída previamente, os tubos foram fechados e agitados.
Com o digestor aquecido a 150ºC, os tubos foram incubados por 120 minutos, quando
findo esse tempo, resfriaram-se os tubos no escuro. A leitura foi realizada através de
espectrofotometria em absorbância com 620 nm de comprimento de onda.
4.6.2 Sólidos Totais – ST (Apha, 1999)
Para determinação dos sólidos totais, foi mensurado o peso (P0) da cápsula de
porcelana após sair da mufla a 550ºC por 1 hora, seguida por esfriamento em dessecador e
pesadas. Em seguida, foi Transferida para a cápsula 50mL da amostra bruta, medidos em
proveta de 100mL e colocado em estufa a temperatura de 103-105ºC durante
aproximadamente 24 horas. Retirada da estufa foram colocadas em dessecador até esfriarem e
a cápsula foi novamente pesada, obteve-se assim o peso seco (P1), sendo determinados pela
equação x.
⎛ mg ⎞ (P − P ).10 6
ST ⎜⎜ ⎟⎟ = 1 0
Vamostra
⎝L ⎠
Equação 1: Equação x – Equação para cálculo da concentração dos ST
4.6.3 Sólidos Totais Voláteis – STV (Apha, 1999)
Na determinação dos sólidos totais voláteis a cápsula retirada da estufa e pesada, foi
submetida à calcinação em mufla a 550ºC por 1 hora, sendo retiradas em seguida da mufla,
esfriadas em dessecador e pesadas em balança de precisão, obtendo-se assim o peso (P2),
sendo calculados pela equação y abaixo:
⎛ mg ⎞ (P1 − P2 ).10 6
ST ⎜⎜ ⎟⎟ =
Vamostra
⎝L ⎠
Equação 2: Equação y – Equação para cálculo da concentração dos STV
35
4.6.4 Sólidos Totais Fixos – STF (Apha, 1999)
Os sólidos totais fixos são a porção do resíduo que resta após a calcinação a 550ºC por
1 hora, e foram calculados pela equação z abaixo:
⎛ mg ⎞ (P − P ).10 6
ST ⎜⎜ ⎟⎟ = 2 0
Vamostra
⎝L ⎠
Equação 3: Equação z – Equação para cálculo da concentração dos STF
DQO REATORES 1a FASE
Diluição 1:10
Tabela 4: Demanda Química de Oxigênio dos reatores da primeira etapa.
Reatores
T1 100%
DQO inicial
6186mg/L
T2 75%
4921mg/L
T3 50%
3655mg/L
T4 25%
2390mg/L
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
36
DQO REATORES 2a FASE
Diluição 1:25
Tabela 5: Demanda Química de Oxigênio dos reatores da segunda etapa.
Reatores
T1 100%
DQO inicial
5924mg/L
T2 50%
3393mg/L
T3 300%
1604 mg/L
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
SÓLIDOS TOTAIS,FIXOS E VOLÁTEIS 1ª Fase
Tabela 6: Sólidos Totais, Fixos e Voláteis dos reatores iniciais da primeira etapa em mg/L.
ST
STV
SF
T1
1,675333
1,426667
0,248667
T2
1,746667
1,54
0,206667
T3
1,589333
1,386667
0,202667
T4
0,910667
724
186,6667
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
37
SÓLIDOS TOTAIS,FIXOS E VOLÁTEIS 2aFase
Tabela 7: Sólidos Totais, Fixos e Voláteis dos reatores iniciais da segunda etapa.
Sólidos Totais
T1 100%
5,520.0 mg/L
T2 50%
3,838.8 mg/L
T3 300%
12,244.8 mg/L
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
4.6.2 Curvas de determinação do metano e dióxido de carbono
A curva de calibração do metano foi estabelecida para que as áreas obtidas no
cromatógrafo fossem convertidas para valores de massa de gás (moles CH4). Para tanto, foram
injetados diferentes volumes (0,025 a 0,15 mL) de metano com pureza de 99,9%, e por meio
da equação geral dos gases (PV= nRT) encontrou-se a concentração em moles de metano para
cada volume injetado.
Desta forma, pôde-se estabelecer uma relação entre área cromatográfica e quantidade
de metano. A partir desses dados, traçou-se um gráfico de áreas de metano em função da
quantidade de metano em moles.
Para este trabalho determinou-se a reta padrão do metano e do dióxido de carbono
(Anexo1), a partir de volumes fixos onde foram injetados em triplicata e a média dos valores,
utilizou-se para compor a reta padrão, dando origem a equação da reta descritas abaixo,
conforme demonstradas no anexo 3 para o metano e dióxido de carbono,respectivamente:
Conc. CH4 (mol) = 2,2630569x10-12área cromatográfica+ 2,7372862x10-07
R² = 0,99894783
38
Equação 4: Equação da reta para concentração x área cromatográfica de CH4
Conc. CO2 (mol) = 8,2983807x10-12área cromatográfica+ 2,8420608x10-07
R² = 0,99809042
Equação 5: Equação da reta para concentração x área cromatográfica de CO2
4.6.3
Cálculo para determinação do metano
Para o cálculo da determinação da produção de metano foi aplicado o mesmo método
que o utilizado por (Lapa, 2006), (Oliveira, 1997) e (Steil, 2007). Sendo obtidos seguindo os
passos descritos a seguir:
a) As áreas do metano foram convertidas utilizando a equação padrão da reta em Mol de
CH4;
b) Foram acumuladas as concentrações de metano da seguinte forma:
– No tempo 0, a concentração de metano era aquela obtida no headspace do frasco
nesse tempo;
– No tempo 1, a concentração de metano era aquela obtida no headspace do frasco
nesse tempo, mais a concentração de metano obtida no tempo anterior (zero);
– No tempo 2, a concentração de metano era aquela obtida no headspace do frasco
nesse tempo; mais a concentração de metano obtida no tempo 0, e no tempo 1. E assim
sucessivamente;
c) Os valores de metano obtidos na amostra de 0,01 mL sacada dos reatores foram
convertidos para o headspace de cada frasco através da seguinte equação:
[CH 4 ]no headspace (mol ) = [CH 4 ]na amostra *volume do headspace
Volume de amostragem (0,001mL)
Equação 6: Equação de conversão do volume da amostra para o headspace
Em que,
[CH4] no headspace (mmol) = Quantitativo de metano no headspace
[CH4] na amostra = Quantidade de metano na amostra injetada no cromatógrafo
Volume do headspace = Volume total do headspace do reator
Volume de amostragem = Volume sacado no reator e injetado no cromatógrafo
39
d) Os volumes acumulados de metano nos headspace em mol/L, foram convertidos em
LCH4/L através da equação abaixo:
PV =nRT
Equação 7: Equação geral dos gases
Em que,
P = 696,7 mmHg
V = Volume a ser convertido
n = Número de mol do gás
R = 62,3 mmHg
T = 237 + 26ºC
e) Foi utilizado o desvio padrão (σ) e o coeficiente de variação (CV) como composição
da média das replicas dos reatores.
f) Para ajuste dos dados experimentais, obtidos através das médias de produção de
metano CH4 dos reatores em batelada, foram aplicadas as sigmóides de Gompertz
através do Software Origin Pro 8. A máxima produção de metano foi estimada através
do ponto de inflexão – ponto no qual ocorre a taxa máxima de variação da função –
dos modelos de regressão não-linear ajustados aos dados observados.
Para a escolha do melhor ajuste, tomou-se a menor soma dos quadrados dos resíduos
como critério de decisão do melhor ajuste,optou-se pela realização da sigmóide de Gompertz
como pode ser observado nos resultados abaixo. Foi utilizada a equação abaixo, conforme
curva de exemplo:
40
CH4
SGompertz Fit of CH4
CH4 (mol)
0,006
0,003
0,000
0
600
1200
tempo (hora)
Y=a * exp (-exp (-k *(x-xc)))
Equação 8: Equação do ajuste linear de Gompertz do Tratamento 1 – 1ª fase
Tabela 8: Soma dos resíduos quadrados dos ajustes não-lineares.
Reatores
Gompertz
Soma dos Resíduos
T1
5,99E -06
T2
3,04E-07
T3
2,85E-07
T4
2,27E-07
Fonte: Dados da pesquisa, 2015.
g) A sigmóide ajustada foi posteriormente derivada, numericamente, com o mesmo
software, a fim de se determinar as velocidades máximas de formação do metano.
h) Utilizou-se como valor da biomassa a médiado teor de STV determinado no inicio do
ensaio, a fim de observar o comportamento da produção de metano em função do
conteúdo de STV.
41
5
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesse item serão apresentados os resultados obtidos durante a execução do
experimento, os quais estão incluídos as análises físico-químicas inicial e final do
experimento, do momento da partida e finalização reacional e a quantificação e qualificação
do biogás produzido.
Todos os dados apresentados foram formados a partir da média realizada proveniente
da triplicata dos reatores em batelada na primeira fase e em duplicata na segunda fase.
5.1
Análises físico-químicas
Na tabela 9, pode-se observar que os valores do pH no momento inicial do
experimento foi padronizado entre 7 e 7,5 que é o valor favorável para a metanogênese,
segundo (Batista, 1981) e (Costa, 2009), arqueias produtoras de metano sobrevivem numa
faixa estreita de pH (6,5 e 8,0).Na tabelaé apresentado os valores da DQO inicial e final da
primeira etapa, onde após a desmontagem foi possível calcular a eficiência do consumo da
DQO e os resultados dos Sólidos Totais Fixos e Voláteis inicial e final.
Final
Inicial
Tabela 9: Resultados da avaliação físico-química nos substratos dos reatores da primeira etapa no momento de
partida reacional e finalização experimental.
T1
T2
T3
T4
pH
7,39
7,55
7,19
7,59
DQO (mg/L)
6186
4921
3655
2390
ST (mg/L)
1,6753
1,7466
1,5893
910
STV (mg/L)
1,426
1,540
1,386
724
STF (mg/L)
248
206
202
186
DQO (mg/L)
3680
2167
1627
1207
ST (mg/L)
1,124
1,222
956
838
STV (mg/L)
829
937
706
674
STF (mg/L)
294
285
249
164
42
Eficiência
DQO %
41%
56%
55%
49%
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
Conforme pode ser observado na tabela 9 o reator que expressou maior eficiência de
consumo da DQO foi o T2, onde sua concentração de substrato era de 75%, no entanto teve
um consumo elevado da matéria orgânica.
Já o reator que apresentou menor eficiência de consumo de DQO foi o reator T1.
Segundo (Dold et.al., 1980), as partículas sólidas orgânicas adsorvidas são armazenadas e
hidrolisadas. A capacidade de adsorção e sedimentação do lodo em reator sequencial em
batelada é preponderante na remoção de material particulado. Segundo este pesquisador, os
compostos liberados após a hidrólise são metabolizados pela biomassa presente no reator.
Figura 18: Concentração da demanda química de oxigênio (DQO) nos reatores anaeróbios durante o experimento
da primeira etapa.
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
Analisando a figura 18 observa-se que os reatores que obtiveram maior eficiência de
consumo da DQO foram os T2 e T3, com concentrações de substrato consequentemente 75%
e 50%, com eficiência de consumo de DQO a 56 e 55% respectivamente. Já o reator que
apresentou menor eficiência foi o T1 com 100% de substrato, e eficiência do consumo de
43
DQO de 41%. O reator T4 com concentração de substrato a 25% apresentou uma eficiência
de consumo de 49%.
Nos resultados das DQOs da segunda fase do experimento onde foi utilizado o inoculo
da suinocultura, observou-se que a eficiência de consumo da DQO no reator T1 foi de 47%,
maior do que a eficiência do reator T1, 41%, da primeira fase onde a concentração do
substrato também foi de 100%. Já no reator T2 com concentração de substrato a 50%, sua
eficiência de DQO foi de 68%, onde na primeira etapa do experimento o reator T3, também
com 50% de concentração de substrato, teve a uma eficiência da DQO de55%. Já no reator T3
que teve o substrato saturado a 300%, sua eficiência de DQO atingiu 86%. Observou-se que
com maior a concentração do substrato e com o inóculo da suinocultura, a eficiência da DQO
atinge uma maior porcentagem.
16000
DQO (mg/L)
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
T1
T2
T3
Reatores
DQO inicial
DQO final
Figura 19: Concentração da demanda química de oxigênio (DQO) nos reatores anaeróbios durante o
experimento da segunda etapa.
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
Proporcionalmente abaixo do ensaio com dejetos bruto de suinocultura, realizado por
(Angonese et al., 2006), que observou redução de 77% no valor da demanda química de
oxigênio – DQO que iniciou com 49.953 mg/L e foi reduzida para 11.240 mg/L.
Estercos que possuem alta quantidade de água e frações resistentes apresentam menor
rendimento em metano por sólidos voláteis e DQO, do que substratos facilmente degradáveis,
como outros resíduos orgânicos (Moller et al., 2004).
44
Segundo (IPCC,2006) os processos de tratamento anaeróbio podem apresentar elevada
eficiência de conversão de DQO em metano com uma mínima produção de biomassa.
5.2
Produção de Metano
Nos resultados obtidos na primeira fase do experimento, foi possível observar que o
reator com concentração de substrato a 100% atingiu uma maior taxa de produção de metano
por mmol de CH4 por litro de headspace, o que equivale a um volume de 5,54E-03 mmol CH4
/L headspace. Na tabela 10 podemos observar os resultados das análises dos dados através do
software Origin e o modelo aplicado foi o de Gompertz.
T1 – Concentração de substrato a 100% = 5,54E-03 mmol CH4 /L headspace
T2 – Concentração de substrato a 75% = 5,20E-03 mmol CH4 /L headspace
T3 – Concentração de substrato a 50% = 5,19E-03mmol CH4 /L headspace
T4 – Concentração de substrato a 25% =5,15E-03 mmol CH4 /L headspace
Tabela 10: Aplicação dos dados da 1a fase no Origin
Gompertz
Gompertz
Gompertz
Gompertz
B
T1
T2
T3
T4
a
9,25E-03
8,42E-03
9,55E-03
9,16E-03
9,21E-03
xc
737,34797
606,74779
761,75518
732,75494
741,57939
k
0,00152
0,00179
0,00148
0,00154
0,00152
R^2
0,99486
0,99047
0,99458
0,99485
0,99497
Soma dos resíduos
0,00000
5,99E-07
3,04E-07
2,85E-07
2,75E-07
Máxima prod
5,17E-03
5,54E-03
5,20E-03
5,19E-03
5,15E-03
CH4 (mmol
CH4/L)headspace)
45
Volume (mLCH4)
0,127
0,136
0,128
0,127
0,126
Tempo (dias)
30,72
25,28
31,74
30,53
30,90
Temperatura (°C)
26
26
26
26
26
Concentração
0%
100%
75%
50%
25%
B
T1
T2
T3
T4
do substrato
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
A figura 20 do gráfico 1 relaciona a máxima taxa de produção de metano por mmol/L
headspace da Primeira Fase de acordo com cada reator, sendo possível observar também o
50
6,00E-03
40
5,00E-03
4,00E-03
30
3,00E-03
20
2,00E-03
10
1,00E-03
0
0,00E+00
0
1
2
3
4
5
Máxima taxa de CH4
(mmol/Lheadspace)
Tempo (dias)
tempo em dias em que houve a taxa máxima de produção de CH4 .
6
Reatores
Tempo
Máxima taxa de produção de CH4
Figura 20: Gráfico 1. Máxima taxa de produção de metano por mmol/L headspace da primeira fase.
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
46
Nos resultados obtidos na segunda fase do experimento, foi possível observar que o
reator T3 com concentração saturada de substrato a 300% atingiu uma maior taxa de produção
de metano por mmol de CH4 por litro de headspace, o que equivale a um volume de 3,50E+00
mmol CH4 /L headspace,o que equivale a 85,92 mL, no entanto só no 62º dia, atingiu sua
máxima taxa de produção de CH4. O reator que atingiu primeiro o ponto máximo de produção
de metano foi o reator T2, 20º dia, no entanto foi o que produziu menos CH42,56E -02
mmol/CH4 /L headspace. O segundo reator que atingiu o ponto máximo de produção de
metano foi o T1 no 36º dia e sua taxa máxima de produção de CH4 foi de 5,78E -03mmol/CH4
/L headspace.
T1 – Concentração de substrato a 100% = 5,78E-03 mmol CH4 /L headspace
T2 – Concentração de substrato a 50% = 2,56E-02mmol CH4 /L headspace
T3 – Concentração de substrato a 300% = 3,50E +00mmol CH4 /L headspace
Konzen (1983), citou que 1m3 de esterco de suínos produz em torno de 50m3 de
biogás, ou seja, aproximadamente 0,051 m3 de biogás por kg de dejeto, sendo 1m3 de biogás
equivalente a 0,66 litros de diesel ou 0,7 litros de gasolina, conforme citado por (Oliveira,
1993).Na segunda etapa do experimento, utilizando 100mL da água residual dos dejetos
suinocultura , foi possível produzir 0,142mL de CH4 no T1, 0,627mL de CH4 no T2 e 85,92
mL de CH4 no T3.
A produção média diária de biogás foi de 31,5 m3, equivalente a 0,63 m3 m-3 do
biodigestor. Já (Zhang et al., 1990) em estudo realizado com dejetos de suínos, encontrou
valores de 0,57 m3 m-3 de biodigestor.
O carbono biodegradável nos alimentos para animais é digerido no rúmen e no
intestino dos bovinos. Assim, esterco de bovino possui menor potencial para produção de
biogás comparado ao esterco de suínos ou de aves. Segundo (Weiland, 2001) a concentração
de CH4 no biogás de bovinos é menor.
Na tabela 11 abaixo encontram-se os resultados da segunda fase do experimento,
aplicado no programa de estatística Origin.
Tabela 11: Aplicação dos dados da 2a fase no Origin
Gompertz
Gompertz
Gompertz
T1
T2
T3
47
a
2,62E-03
3,36E-02
7,68E+00
xc
8,80E+02
485,23159
1504,92251
k
6,00E-03
0,00207
0,00124
R^2
0,99509
0,97801
0,9954
Soma dos resíduos
5,52E-06
3,05E-05
4,38E-04
Máxima prod CH4
5,78E-03
2,56E-02
3,50E+00
Volume (mL CH4)
0,142
0,627
85,923
Tempo
36,65
20,22
62,71
Temperatura (°C)
26
26
26
Concentração
100%
50%
300%
T1
T2
T3
(mmol CH4/L
headspace)
do substrato
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
A figura 21 do gráfico 2 abaixo relaciona a máxima taxa de produção de metano por
mmol/L headspace de acordo com cada reator, sendo possível observar também o tempo em
dias, na segunda etapa.
48
4,00E+00
3,50E+00
3,00E+00
2,50E+00
2,00E+00
1,50E+00
1,00E+00
5,00E-01
0,00E+00
Tempo (dias)
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
Máxima taxa de CH4 (mmol/L
headspace)
70
Reatores
Tempo máx taxa
Máxima taxa CH4
Figura 21: Gráfico 2. Relaciona a máxima taxa de produção de metano por mmol/L headspace de acordo com
cada reator, sendo possível observar também o tempo em dias,na segunda etapa.
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
5.3
Comparação entre mesmas concentrações de substrato e inóculos diferentes
Nas concentrações a 100% de substrato em relação a DQO, os reatores Tratamento 1
fase 1 e Tratamento 1 fase 2, o reator que teve uma maior taxa de produção de CH4 foi o
reator da segunda fase com inóculo de suinocultura produzindo 5,78 E -03mmol CH4/L
headspaceno 36º dia. Já o reator da primeira fase com inóculo da ovinocultura produziu 5,54
E -03mmol CH4/L headspaceno 25º dia. Foi possível observar uma maior eficiência nos
reatores compostos com inoculo da suinocultura, devido a um maior número de matéria
orgânica e bactérias metanogênicas encontradas nos dejetos residuais da granja suinícola.
Nas concentrações a 50% do substrato em relação a DQO, os reatores Tratmento3 fase
1 e Tratamento 2 fase 2, o reator que apresentou maior taxa de produção de CH4 foi o reator
T2 da segunda fase com o inóculo da suinocultura produzindo 2,56 E -02mmol CH4/L
headspace no 20º dia. Já o reator da primeira fase com inóculo da ovinocultura produziu 5,19
E -03 mmol CH4/L headspace no 30º dia. Entre esses dois reatores, foi possível observar uma
produção mais rápida por volta do vigésimo dia de experimento, e um aumento bastante
significativo de quase 500 % na produção do metano em relação ao reator com dejetos da
ovinocultura em uma concentração de substrato igual a 50%, mudando apenas o inóculo pelo
da suinocultura.Mais uma vez foi possível observar a eficiência do lodo residual da
suinocultura em relação ao lodo residual da ovinocultura, para a produção do metano.
49
Tabela 12: Comparação entre mesmas concentrações de substrato e inóculos diferentes.
Tempo
Máx. Taxa de produção mmol
(dias)
CH4/L headspace
100%
T1 Fase 1
25,28116
5,54 E -03
100%
T1 Fase 2
36,64966
5,78 E -03
50%
T3 Fase 1
30,53146
5,19 E -03
50%
T2 Fase 2
20,21798
2,56 E -02
60
5,80E-03
50
5,75E-03
40
5,70E-03
30
5,65E-03
20
5,60E-03
10
5,55E-03
0
Máxima taxa de CH4
Tempo (dias)
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
5,50E-03
0
1
2
3
Reatores
Figura 22: Gráfico 3: Gráfico comparativo de reatores com concentração de substrato a 100% em diferentes
inóculos
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
Reatores concentração a 50% - T3 fase 1 e T2 fase 2. Azul = Tempo em dias
Vermelho = Máxima taxa de produção.
Na figura 23 do gráfico 4 apresenta o comparativo dos resultados entre tratamentos
com a mesma concentração do substrato.
50
3,00E-02
50
2,50E-02
40
2,00E-02
30
1,50E-02
20
1,00E-02
10
5,00E-03
0
Máxima taxa de CH4
Tempo (dias)
60
0,00E+00
0
1
2
3
Reatores
Tempo máx taxa
Máxima taxa CH4
Figura 23: Gráfico 4: Gráfico comparativo de reatores com concentração de substrato a 50% em diferentes
inóculos
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
5.4
Produção de Metano (CH4)
O monitoramento da produção de metano (CH4) nos reatores anaeróbios na fase
experimental foi realizado três vezes na semana, nos horários entre 10 e 12 horas, durante
todo o experimento.
CH4
SGompertz Fit of CH4
CH4 (mol)
0,006
0,003
0,000
0
600
1200
tempo (hora)
Figura 24: Gráfico 5: Curva sigmoide do reator T1 fase 1.
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
O Tratamento branco (testemunha) da primeira fase, foi composto exclusivamente
pelo inóculo de ovinocultura, sem adição do substrato utilizado no experimento. Desta forma,
51
a produção de metano registrada neste reator equivale à capacidade produtiva unicamente do
inoculo dos dejetos de ovino. O reator branco (testemunha) apresentou uma máxima produção
de metano de 5,17E-03 mmol/CH4 /L headspace,como pode ser observado na tabela 10, em
mL 0,127mLobtida no dia 30,72.
Segundo (Primavesi, 2004), faz parte da natureza fisiológica dos herbívoros
ruminantes produzirem metano durante o processo de digestão, onde são transformados em
média 6% da energia bruta dos alimentos em metano.
Já produção acumulada de metano (CH4) no reator Tratamento 1 da primeira fase, foi
de5,54E-03mmol/CH4 /L headspace sendo superior ao Tratamento 2, Tratamento 3 e
Tratamento 4 que apresentaram 5,20E -03 5,19E-03 e 5,15E-03 mmol/CH4 /L headspace
respectivamente (tabela 10). Os valores são inferiores aos encontrados por (Costa, 2012) e por
(Fukayama, 2008), que obtiveram respectivamente 1,024 m3 e 0,986 m3, utilizando reatores
em batelada de 60L.
CH4
SGompertz Fit of CH4
CH4 (mol)
0,006
0,003
0,000
0
600
1200
tempo (hora)
Figura 25: Gráfico 6: Curva sigmoide do reator T2 fase 1.
Fonte: Dados da pesquisa(2015).
Na figura 25 do gráfico do reator Tratamento 2 fase 1, foi possível observar uma curva
sigmóide contínua, onde seu ponto de inflexão é atingido por volta do 25 dia, ou 740 horas,
como marca no gráfico acima.
52
CH4
SGompertz Fit of CH4
CH4 (mmol)
0,006
0,003
Figura 26: Gráfico 7: Curva sigmoide do reator T3 fase 1.
0,000
0
600
1200
tempo (hora)
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
Figura 27: Gráfico 8: Curva sigmoide do reator T4 fase 1.
Fonte: Dados da pesquisa (2015).
No gráfico do Tratamento 4 Fase 1, o ponto de inflexão marcado em horas se dá por
volta de 858 horas, em torno de 30 dias, ponto onde ocorre a maior taxa na produção do
metano CH4.
A variação da produção nos diferentes substratos, assim como o volume total dos
reatores utilizados e proporção da matéria orgânica de origem animal presente em ambos os
estudos, pode ter contribuído para a diferença no quantitativo produzido.
53
Os gráficos9 e 10 a seguir mostram os dados observados no Origin, e a curva da taxa
de produção em cada reator.
CH4
SGompertz Fit of CH4
0,003
CH4 (mol)
0,002
0,001
0,000
0
600
1200
tempo (hora)
Figura 28: Gráfico 9: Concentração média de CH4 (mol) ao longo do tempo no reator T1 Fase 2 com ajuste
linear e ponto de inflexão.
Fonte: Dados da pesquisa (2015)
No gráfico do Tratamento 1 Fase 2 o ponto de inflexão é marcado por volta de 959
horas, e sua curva apresenta uma sigmóide bem definida.
CH4
SGompertz Fit of CH4
CH4 (mol)
0,04
0,02
0,00
0
600
1200
tempo (hora)
Figura 29: Gráfico 10: Concentração média de CH4 (mol) ao longo do tempo no reator T2 Fase 2 com ajuste
linear e ponto de inflexão.
Fonte: Dados da pesquisa (2015)
54
No gráfico do Tratamento 2 Fase 2, a máxima taxa de produção de metano se dá aos
20 dias, em média 559 horas, logo após o início da formação da linha sigmoidal no gráfico.
CH4
SGompertz Fit of CH4
CH4 (mol)
2
1
0
0
600
1200
tempo (hora)
Figura 30: Gráfico 11: Concentração média de CH4 (mol) ao longo do tempo no reator T3 Fase 2 com ajuste
linear e ponto de inflexão.
Fonte: Dados da pesquisa (2015)
No gráfico do Tratamento 3 Fase 2, a curva da sigmóide apresenta-se ainda em
crescimento, devido a grande quantidade de matéria orgânica nesse reator, o ponto de inflexão
do gráfico se dá em 1463 horas, levando mais tempo, embora apresentando a maior
quantidade na taxa de produção do metano, 3,50E+00mmolCH4/L headspace .
Para (Lucas Júnior, 1994), o potencial de produção de metano a partir dos dejetos de
ruminantes deve sofrer variações em função da qualidade nutricional da alimentação dos
animais.
55
6. CONCLUSÕES
De acordo com os resultados obtidos no experimento deste trabalho, foi possível
chegar as seguintes conclusões:
Diante das análises realizadas em todo o experimento, chegamos a algumas conclusões
referentesas concentrações testadas do substrato a partir da acerola, na qual foi de
fundamental importância variá-las até chegar a um resultado.
Em relação aos inóculos utilizados no experimento, os dejetos da suinocultura
apresentaram melhor desempenho comparado aos dejetos da ovinocultura, devido a um índice
favorável à fermentação anaeróbia devido a grande quantidade de bactérias metanogênicas
presentes, produzindo assim maior quantidade de metano. E em relação ao substrato,
concluiu-se que quanto mais concentrado, mais matéria orgânica as bactérias metanogênicas
terão para degradar, mesmo levando mais tempo para a degradação, produzirá mais metano.
Como sugestão para futuros trabalhos, sugiro utilizar o substrato de forma mais
concentrada e utilizar um inóculo o qual apresente um número maior de bactérias
metanogênicas para que haja uma produção elevada do metano.
.
56
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