Digestão anaeróbia de dejeto suíno: potencial bioquímico de metano e a influência de estratégias operacionais

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Tipo do documento:	Tese
Title:	Digestão anaeróbia de dejeto suíno: potencial bioquímico de metano e a influência de estratégias operacionais
Other Titles:	Swine manure anaerobic digestion: biochemical methane potential and influence of operational strategy
Autor:	Amaral, André Cestonaro do
Primeiro orientador:	Kunz, Airton
Primeiro membro da banca:	Bortoli, Marcelo
Segundo membro da banca:	Gonçalves, Morgana Suszek
Terceiro membro da banca:	Costa, Monica Sarolli Silva de Mendonça
Quarto membro da banca:	Gomes, Simone Damasceno
Resumo:	A produção de suínos no Brasil ocorre em escala industrial, com animais confinados e de forma estratificada, ou seja, têm-se grandes unidades produtoras, especializadas em etapas específicas da produção. Geralmente, essas unidades concentram grandes quantidades de animais em pequenas áreas territoriais e geram efluentes ricos em matéria orgânica, que precisam ser corretamente manejados. Este estudo foi divido em duas etapas, sendo que na primeira objetivou-se determinar a influência da estratificação da produção de suínos na capacidade de produção de biogás, estudando também estratégias de separação de sólidos que contribuam para maior rendimento de metano. Para isso, foram coletadas amostras de duas unidades de gestações (GS-a e GS-b), duas unidades de maternidade (MS-a e MS-b), uma unidade de crechário (CS) e uma unidade de terminação (TS). Os testes de potencial bioquímico de biogás (PBB) foram realizados de acordo com procedimento padrão (VDI 4630). A fração de lodo sedimentado correspondeu de 20 a 30% do volume do efluente bruto, produzindo de 40 a 60% do volume de metano. A produtividade de metano da fração de lodo sedimentado é aproximadamente duas vezes maior do que a fração sobrenadante. Verificaram-se diferenças no rendimento de biogás entre o dejeto bruto proveniente das diferentes etapas da criação de suínos (GS-a: 326,4 e GS-b: 577,1; MS-a: 860,1 e MS-b: 479,2; CS -970,2; TS 474,5 mLN biogás.gSV-1). As diferenças apresentadas são relativas às diferentes estratégias adotadas nas diferentes fases de crescimento do suíno (nutrição, tecnificação da produção, etc.), mas também relacionadas ao manejo dos efluentes dentro das instalações. Na segunda etapa, buscou-se estudar a digestão anaeróbia em reator CSTR (do inglês “Continuous Stirred Tank Reactor”) com o objetivo de verificar a influência de parâmetros do processo na capacidade de recuperação de metano e suas influências nas arqueas metanogênicas. Foram realizados experimentos em batelada (utilizando metodologia padronizada – VDI, 4630) e contínuos (em reator CSTR), com objetivo de atingir a maior produtividade e menor emissão de metano (gás de efeito estufa). Foram estudados parâmetros operacionais, como carga orgânica volumétrica (COV), tempo de retenção hidráulica (TRH), amônia livre e comunidade de arqueas. Observou-se que a COV de 1,06 kgSV.m-3.d-1 e TRH de aproximadamente 20 dias contribuem para melhor recuperação de metano, o que resulta em um ganho de produtividade em uma planta de biogás e redução nas emissões de metano. Os resultados de concentrações de amônia livre não apontam evidências de inibição ao processo de digestão anaeróbia, mas provavelmente influenciam a rota metanogênica preferencial (rota hidrogenotrófica). Adicionalmente, observou-se uma correlação entre a estabilidade do processo e o aumento na concentração de arqueas metanogênicas. Os resultados podem servir de subsídio para plantas de biogás em alcançar maior produtividade e menor emissão de metano. Palavras-chave:
Abstract:	Brazilian swine production presents industrial characteristics, with confined animals and stratified units, i.e., there are large production units specialized in specific stages of production. Generally, these units concentrate a large number of animals and generate effluents that must be correctly managed to avoid environmental impact. This study was divided in two stages, in which the first, aimed to determine the influence of simplified and cheap solid-liquid separation strategies and different manure from each swine production phases on biogas and methane yield. Samples were collected in two gestating sows house (GSH-a and GSH-b), two farrowing sows house (FSH-a and FSH-b), a nursery house (NH) and a finishing house (FH). Biochemical methane production (BMP) tests were performed according to international standard procedure (VDI 4630). The settled sludge fraction represents 20 to 30% of raw manure volume, producing 40 to 60% of the total methane yield. The methane potential of settled sludge fraction was about 2 times higher than the supernatant fraction. There are differences on biogas yield between the raw manure of different swine production phases (GSH-a 326.4 and GSH-b 577.1; FSH-a 860.1 and FSH-b 479.2; NH -970.2; FH 474.5 mLNbiogas.gVS-1). The differences are relative to production phase (feed type, feeding techniques, etc.), but also to the management of the effluent inside the facilities (water management). In the second stage, the influence of anaerobic digestion key parameters on methane recovery capacity were studied, as well as archaea community in a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) fed with swine manure were investigated. Batch (according VDI, 4630) and continuous (CSTR reactor) experiments were performed in order to define the highest methane productiveness and lower methane emission (a greenhouse gas). Organic loading rate (OLR), hydraulic retention time (HRT), free ammonia concentration and archaea community were investigated on operational parameters for process control. It was found that OLR of 1.06 kgVS.m-3.d-1 and HRT of around 20 days contribute to better methane recovery, which can result in higher biogas plant productivity and reduction of methane emissions. Results showed that there is no evidence of global anaerobic digestion inhibition due to the free ammonia concentration, but a probable influence on the main methanogenic metabolic pathway (hydrogenotrophic). Additionally, a correlation between the process stability and the increase in the number of methanogenic archaea was observed. These results can be used for biogas plants to achieve higher methane productiveness and lower methane emission.
Keywords:	PBM Biogás Dejeto suíno BMP Biogas
CNPq areas:	ENGENHARIA AGRICOLA::ENGENHARIA DE AGUA E SOLO
Idioma:	por
País:	Brasil
Publisher:	Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição:	UNIOESTE
Departamento:	Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Campun:	Cascavel
Citation:	AMARAL, André Cestonaro do. Digestão anaeróbia de dejeto suíno: potencial bioquímico de metano e a influência de estratégias operacionais. 2017. 63 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, 2017.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
Endereço da licença:	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI:	http://tede.unioeste.br/handle/tede/3042
Issue Date:	21-Jul-2017
Appears in Collections:	Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL)

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