Uso de reciclo e aquecimento nas cargas diárias de biodigestores abastecidos com dejetos de bovinos e batata doce

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Data

2021-05-25

Orientador

Lucas Junior, Jorge de
Passini, Roberta

Coorientador

Pós-graduação

Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Curso de graduação

Título da Revista

ISSN da Revista

Título de Volume

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Tese de doutorado

Direito de acesso

Acesso abertoAcesso Aberto

Resumo

Resumo (português)

A digestão anaeróbia (DA) de dejetos de animais nas propriedades rurais é uma tecnologia que visa o tratamento dos resíduos, a segurança energética e a reciclagem de insumos, com o uso do biogás e do biofertilizante. A co-digestão anaeróbia (CoDA) desses dejetos com culturas energéticas, aliada à aplicação de pré-tratamentos, é uma estratégia para aumentar a eficiência dos sistemas, tornando-os mais atrativos economicamente. Desta forma, o objetivo com este trabalho foi estudar a CoDA dos dejetos de bovinos leiteiros com batata doce, como suplemento de carbono, explorando os efeitos do reciclo do biofertilizante e do aquecimento das cargas diárias (CD), em reatores tubulares semi-contínuos (60L, tempo de retenção hidráulica de 30 dias e carga orgânica volumétrica de 0,65 gSV Lreator-1 d-1). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado em esquema fatorial com um tratamento adicional (2 x 2 + 1), com quatro repetições, sendo avaliados os fatores, uso do reciclo e aplicação de aquecimento (40°C) das CD, e o tratamento controle, sem a aplicação de nenhum dos fatores. O tratamento adicional foi a monodigestão do dejeto bovino, sem aplicação dos fatores. O ensaio foi desenvolvido em temperatura ambiente, e posteriormente, em temperatura controlada (20°C), com objetivo de verificar a influência do aquecimento da CD. Ao final foi realizado o estudo de viabilidade energética do aquecimento das CD a partir do uso do biogás produzido em um sistema de DA, em escala real. As maiores (p<0,05) produções diárias de biogás (ambiente externo) foram alcançadas pelos tratamentos com reciclo (24,2 L d-1) e com aquecimento (24,7 L d-1), quando comparados ao tratamento controle (22,5 L d-1), mostrando que a aplicação dos fatores, isoladamente, apresentou efeito positivo na CoDA de dejetos de bovinos e batata doce. O tratamento com aplicação do aquecimento (ambiente externo) apresentou as maiores (p<0,05) produções específicas de biogás (652,4 L kgSVadic-1) e metano (420,3 L kgSVadic-1). Contudo, para o tratamento com reciclo reporta-se o maior teor de sólidos no afluente, advindos do reciclo, que resultou em menores rendimentos por sólidos adicionados. No ambiente controlado, os fatores aplicados isoladamente e em conjunto, não apresentaram efeito positivo, porém, a CoDA apresentou rendimento diário de biogás relevante, com acréscimo de 32,7% em relação a monodigestão. Todos os tratamentos (ambiente externo) apresentaram concentrações de alcalinidade total e acidez volátil dentro das faixas consideradas estáveis para os sistemas. O uso do reciclo promoveu maior alcalinidade nos afluentes e efluentes dos biodigestores. No cenário avaliado, a quantidade de biogás produzida como resultado do aquecimento, colaborou apenas com 35,7% do total de energia térmica requerida no processo, tendo apresentado balanço negativo. Por fim, conclui-se que a CoDA aliada a aplicação do reciclo é uma alternativa interessante para a reciclagem da energia e dos nutrientes contidos nos dejetos de bovinos leiteiros sobre as perspectivas técnica e ambiental.

Resumo (inglês)

The anaerobic digestion (AD) of animal waste on rural properties is a technology aimed at treating waste, ensuring energy security and recycling inputs, using biogas and biofertilizer. Anaerobic co-digestion (AcoD) of these wastes with energy crops, combined with the application of pre-treatments, is a strategy to increase the efficiency of the systems, making them more economically attractive. Thus, the objective of this work was to study the AcoD of dairy cattle manure with sweet potato as a carbon supplement, exploring the effects of biofertilizer recycling and heating of daily loads (DL) in semi-continuous tubular reactors (60L, hydraulic retention time of 30 days and organic loading rate of 0.65 gSV Lreator-1 d-1). The experimental design was completely randomized in a factorial scheme with an additional treatment (2 x 2 + 1), with four replications, being evaluated the factors, use of recycle and application of heating (40°C) of the DL, and the control treatment, without applying any of the factors. The additional treatment was the monodigestion of bovine manure, without applying the factors. The test was developed under ambient conditions, and later, at a controlled temperature (20°C), in order to verify the influence of heating on the DL. At the end, the energy feasibility study for heating the DL was carried out using biogas produced in a DA system, on a full-scale. The highest (p<0.05) daily biogas productions (external environment) were reached by the treatments with recycling (24.2 L d-1) and with heating (24.7 L d-1) when compared to the control treatment (22.5 L d-1), showing that the application of the factors, alone, had a positive effect on the CoDA of cattle and sweet potato waste. The treatment with application of heating (external environment) presented the highest (p<0.05) specific productions of biogas (652.4 L kgSVadic-1) and methane (420.3 L kgSVadic-1). However, for the treatment with recycle it is reported the higher solids content in the influent, coming from the recycle, which resulted in lower yields for added solids. In the controlled environment, the factors applied separately and together did not show a positive effect, however, AcoD presented relevant daily biogas yield, with an increase of 32.7% compared to monodigestion. All treatments (external environment) presented total alkalinity and volatile acidity concentrations within the ranges considered stable for the systems. The use of recycling promoted greater alkalinity in the effluents and effluents from the biodigesters. In the evaluated scenario, the amount of biogas produced as a result of heating contributed only 35.7% of the total thermal energy required in the process, having presented a negative balance. Finally, it is concluded that CoDA combined with the application of recycling is an interesting alternative for the recycling of energy and nutrients contained in dairy cattle manure from a technical and environmental perspective.

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Português

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