Codigestão anaeróbia de vinhaça e lodo de decantador de ETA aumenta a estabilidade de reatores UASB e a produção de metano.
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Data
2022-07-07
Autores
Lima, Vívian de Oliveira
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O Brasil é o a maior produtor de etanol de cana-de-açúcar do mundo, e está entre os maiores geradores de vinhaça. Apesar de comumente utilizada em processos de fertirrigação, a aplicação da vinhaça na digestão anaeróbia é capaz de fornecer bioenergia com a utilização do biogás. Entretanto, ainda são necessários estudos buscando o aumento da estabilidade e da eficiência de produção de metano. Para isso, estratégias de operação, como a codigestão e a adição de micronutrientes, especialmente o ferro, tornam-se interessantes. Neste trabalho foi avaliado o desempenho de dois sistemas de tratamento, compostos por reatores UASB em dois estágios, operados em condições de temperatura mesofílica (R1M e R2M) e termofílica (R1T e R2T), na digestão anaeróbia da vinhaça. Os reatores foram operados com cargas orgânicas volumétricas (COV) crescentes de até 23,0 g DQOtotal L-1 d-1 (R1M) e 22,0 g DQOtotal L-1 d-1 (R1T), e aplicação da recirculação do efluente para aproveitamento de alcalinidade e nutrientes. Em seguida, foi realizada a codigestão de lodo de ETA e vinhaça nas proporções de 25:75, 35:65 e 50:50 (v/v) em ambos os sistemas. A digestão anaeróbia da vinhaça com aplicação de 20,0 g DQOtotal L-1 d-1 promoveu desestabilização dos reatores mesofílicos e termofílicos. A codigestão da vinhaça com 35 % e 50% de lodo de ETA, com COV próxima a 20,0 g DQOtotal L-1 d-1, observou-se a recuperação dos reatores UASB mesofílico e termofílico com redução significativa dos ácidos voláteis totais (AVT), aumento da alcalinidade e da produção de biogás. A maior produção volumétrica de metano (PVM) foi obtida na codigestão de vinhaça e lodo de ETA na proporção 50:50 (v/v), com concentrações médias de Fe de 424,0 mg L-1 e 211,0 mg L-1 nos afluentes do R1M e R1T, respectivamente. Após a codigestão, o R1M aumentou de 0,57 para 3,23 m3 CH4 m-3d-1 com COV média de 22 g DQOtotal L-1 d-1, e o R1T aumentou de 1,10 m3 CH4 m-3d-1 com COV de 16,4 g DQOtotal L-1 d-1 para 3,0 m3 CH4 m-3d-1 com COV de 20,0 g DQOtotal L-1 d-1. Na digestão anaeróbia da vinhaça, o sistema termofílico apresentou maior PVM em relação ao mesofílico, para COV de até 15,0 g DQOtotal L-1d-1. Para a aplicação de cargas orgânicas mais elevadas, o sistema mesofilico demonstra maior capacidade de suporte e estabilidade. A codigestão com lodo de ETA de 35% e 50% promove benefícios similares nos dois sistemas, não havendo diferenças significativas na eficiência de remoção de DQOtotal no R1M e R1T e na PVM total (R1 + R2). Portanto, a adição de ferro por meio do lodo de ETA em codigestão anaeróbia com a vinhaça melhora a estabilidade dos reatores UASB em condições mesofílica e termofílica e aumenta a produção de metano.
– Brazil is the largest producer of sugarcane ethanol and major generators of vinasse in the world. Although commonly used in fertigation processes, the application of vinasse in anaerobic digestion can produce bioenergy through biogas. However, studies are still needed to increase the stability and efficiency of methane production. Operation strategies, such as co-digestion and the addition of micronutrients, especially iron, become interesting. In this work the performance of two treatment systems, composed of two-stage UASB reactors, operated under mesophilic (R1M and R2M) and thermophilic (R1T and R2T) temperature conditions, was evaluated in the anaerobic digestion of vinasse (ADV). The reactors were operated with the application of effluent recirculation and increasing organic load rate (OLR) up to 22.0 (R1T) e 23.0 (R1M) g COD L-1d -1 . Then, the co-digestion of WTP sludge and vinasse (CoSV) was performed in the proportions of 25:75, 35:65 and 50:50 (v/v) in both systems. The ADV with application of 20.0 g COD L-1d -1 promoted destabilization of the mesophilic and thermophilic reactors. The CoSV over 35% of WTP sludge, with OLR close to 20.0 g COD L-1d -1 , promoted the recovery of mesophilic and thermophilic UASB reactors with significant reduction of volatile fat acids (VFA), increase of alkalinity and biogas production. The highest volumetric methane production (VMP) was obtained in the CoSV at 50:50 (v/v) ratio, with mean iron concentrations of 424.0 mg L-1 and 211.0 mg L-1 in the R1M and R1T influents, respectively. After CoSV, R1M increased from 0.57 to 3.23 m3 CH4 m-3d -1 with OLR of 22 g COD L-1d -1 , and R1T increased from 1.10 to 3.0 m3 CH4 m-3d -1 with OLR of 16.4 and 20.0 g COD L-1d -1 , respectively. In the ADV, the thermophilic system presented higher VMP in relation to the mesophilic, for OLR up to 15.0 g COD L-1d -1 . For the application of higher OLR, the mesophilic system shows better carrying capacity and stability. CoSV with above 35% of WTP sludge promotes similar benefits in the two systems, with no significant differences in COD removal efficiency in R1M and R1T and in total VMP (R1+R2). Therefore, the addition of iron by WTP sludge in CoSV improves the methane production and increases stability of UASB reactors under mesophilic and thermophilic conditions.
– Brazil is the largest producer of sugarcane ethanol and major generators of vinasse in the world. Although commonly used in fertigation processes, the application of vinasse in anaerobic digestion can produce bioenergy through biogas. However, studies are still needed to increase the stability and efficiency of methane production. Operation strategies, such as co-digestion and the addition of micronutrients, especially iron, become interesting. In this work the performance of two treatment systems, composed of two-stage UASB reactors, operated under mesophilic (R1M and R2M) and thermophilic (R1T and R2T) temperature conditions, was evaluated in the anaerobic digestion of vinasse (ADV). The reactors were operated with the application of effluent recirculation and increasing organic load rate (OLR) up to 22.0 (R1T) e 23.0 (R1M) g COD L-1d -1 . Then, the co-digestion of WTP sludge and vinasse (CoSV) was performed in the proportions of 25:75, 35:65 and 50:50 (v/v) in both systems. The ADV with application of 20.0 g COD L-1d -1 promoted destabilization of the mesophilic and thermophilic reactors. The CoSV over 35% of WTP sludge, with OLR close to 20.0 g COD L-1d -1 , promoted the recovery of mesophilic and thermophilic UASB reactors with significant reduction of volatile fat acids (VFA), increase of alkalinity and biogas production. The highest volumetric methane production (VMP) was obtained in the CoSV at 50:50 (v/v) ratio, with mean iron concentrations of 424.0 mg L-1 and 211.0 mg L-1 in the R1M and R1T influents, respectively. After CoSV, R1M increased from 0.57 to 3.23 m3 CH4 m-3d -1 with OLR of 22 g COD L-1d -1 , and R1T increased from 1.10 to 3.0 m3 CH4 m-3d -1 with OLR of 16.4 and 20.0 g COD L-1d -1 , respectively. In the ADV, the thermophilic system presented higher VMP in relation to the mesophilic, for OLR up to 15.0 g COD L-1d -1 . For the application of higher OLR, the mesophilic system shows better carrying capacity and stability. CoSV with above 35% of WTP sludge promotes similar benefits in the two systems, with no significant differences in COD removal efficiency in R1M and R1T and in total VMP (R1+R2). Therefore, the addition of iron by WTP sludge in CoSV improves the methane production and increases stability of UASB reactors under mesophilic and thermophilic conditions.
Descrição
Palavras-chave
Bioenergia, Biogás, Ferro, Recirculação do Efluente, Reatores, Digestão anaeróbia