Codigestão anaeróbia de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar em reatores UASB em série: impacto da sazonalidade e da adição de biochar

Abstract

Esta pesquisa analisou a codigestão anaeróbia de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar em reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) operados em série, com o objetivo de mitigar os efeitos da sazonalidade da vinhaça e maximizar a recuperação energética. Para isso, foi realizada a digestão de melaço, no período da entre-safra e a codigestão de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar na safra subsequente. O sistema foi operado com cargas orgânicas volumétricas (COV) crescentes de até 40,9 g DQO (L d) ⁻¹ e o TDH foi de 24,0 e 11,2 h para R1 e R2, respectivamente. Neste estudo foram implementadas estratégias para a melhoria do processo anaeróbio, como a suplementação do afluente com a torta de filtro e a adição de biochar. Foram monitorados nos reatores UASB, parâmetros operacionais importantes como pH, alcalinidade e ácidos voláteis, a eficiência na remoção de matéria orgânica, o rendimento de metano e a dinâmica da estrutura da comunidade microbiana. No sistema de reatores anaeróbios, em série, mesmo com as oscilações de carga orgânica, obteve-se eficiência de remoção de demanda química de oxigênio próximas a 90% e uma produção volumétrica de metano média de 3,63 L CH₄ L d⁻¹, quando se codigeriu vinhaça e melaço suplementado com biochar. As análises microbiológicas evidenciaram a aclimatação do lodo, com predominância do filo Firmicutes. Os resultados permitem concluir que a integração do biochar ao processo de codigestão de vinhaça e melaço potencializou a estabilidade do processo biológico e a eficiência energética do sistema, consolidando uma rota tecnológica sustentável alinhada aos preceitos da economia circular e aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS).

This research analyzed of the anaerobic co-digestion of vinasse and sugarcane molasses in UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactors operated in series, with the aim of mitigating the effects of vinasse seasonality and maximizing energy recovery. For this purpose, molasses digestion was carried out during the off-season, and the co-digestion of vinasse and sugarcane molasses was performed in the subsequent harvest season. The system was operated with increasing volumetric organic loading rates (OLR) of up to 42.9 g COD (L d)⁻¹, and the hydraulic retention time (HRT) was set at 24 and 11.2 h for R1 and R2, respectively. In this study, strategies such as influent supplementation with filter cake and the addition of biochar were implemented. Important operational parameters were monitored, including pH, alkalinity, volatile acids, organic matter removal efficiency, methane yield, and the dynamics of microbial community structure. In the anaerobic reactor system, even with organic load fluctuations, chemical oxygen demand removal efficiencies close to 90% were achieved, along with an average volumetric methane production of 3.63 L CH₄ L d⁻¹ when vinasse and molasses supplemented with biochar were co-digested. Microbiological analyses evidenced the acclimation of the consortium, with predominance of the phylum Firmicutes and methanogenic archaea.The results allow us to conclude that the integration of biochar into the vinasse and molasses co-digestion process enhances the stability of the biological process and the energy efficiency of the system, consolidating a sustainable technological route aligned with the principles of the circular economy and the Sustainable Development Goals.