Avaliação de tratamento de manipueira em biodigestores fase acidogênica e metanogênica

Abstract

Um grande problema enfrentado pelas indústrias produtoras de farinha de mandioca é o destino da manipueira, resíduo líquido gerado na proporção de 300L/ton de raiz processada. Poluente devido à alta carga orgânica e tóxico pela presença do glicosídeo cianogênico Linamarina, potencialmente hidrolisável a cianeto. Sem solução a baixo custo, as empresas descartam o efluente em rios e terrenos próximos. Com a promulgação da Lei Federal nº9433, sancionada em 8 de janeiro de 1997, que instituiu sobre a Política Nacional de Recursos Hídricos, maior atenção deve ser dada aos resíduos industriais. Por essa lei as empresas passam a pagar não apenas pela água consumida, mas pela quantidade e qualidade do efluente descartado em corpos d'água. As farinheiras também utilizam grande quantidade de lenha para secagem da farinha em fornos de baixa eficiência. Para tentar solucionar os dois problemas, poluição ambiental e energético, pesquisas têm sido feitas no CERAT, Centro de raízes e Amidos Tropicais, sobre tratamento anaeróbio de manipueira. Nesse processo, além de redução da carga orgânica, ocorre produção de gás metano, que pode ser queimado, substituindo parte da lenha na secagem da farinha. Pesquisas anteriores comprovaram que o tratamento da manipueira em biodigestores de fase única não é viável, devido à acidificação excessiva do meio. Neste trabalho, foi feita a avaliação do tratamento de manipueira em biodigestores fase acidogênica e metanogênica. O reator acidogênico utilizado foi do tipo fluxo ascendente, TRH (Tempo de Retenção Hidráulica) de um dia e temperatura mantida em 35 } 1ºC. O metanogênico, um filtro anaeróbio de fluxo ascendente, foi operado com TRH de três dias e temperatura de 32º } 1C. O efluente do reator acidogênico foi utilizado como afluente do reator metanogênico. Foram analisados nos afluentes e efluentes de cada reator, teores de sólidos totais e voláteis, pH, alcalinidade e acidez volátil, DQO (Demanda Química de Oxigênio) e minerais, além das medidas de volume de biogás produzido e sua composição. O experimento dividiu-se em duas partes. Na primeira, não foi feita correção de pH do afluente do reator metanogênico para valores entre 6,5 e 7,0. Na segunda parte do experimento, houve correção de pH desse afluente. A fase acidogênica teve carga orgânica de entrada entre 18,42 a 54,22 g DQO/L.d. Na fase metanogênica a carga orgânica de entrada variou de 4,04 a 17,59 g DQO/L.d. Durante as fases em que houve correção de pH no afluente do reator metanogênico obteve-se redução de DQO de até 85,61% com carga orgânica de entrada de 6,16 g DQO/L.d. Com carga de 17,05 g DQO/L.dia obteve-se redução de DQO de 49,33%. O rendimento de biogás foi de, no máximo, 2,05 L/g DQOd com 65% de metano, quando carga orgânica de entrada foi de 12,54 g DQO/L.d. A relação acidez volátil/alcalinidade do reator metanogênico permaneceu entre 0,7 e 1,4 e o pH de saída variou entre 7,56 e 8,21. Quanto maior a concentração de cianeto total no afluente, menor a redução desse durante o processo. A redução de cianeto total apresentou valore máximo de 93,22% e mínimo de 67,50% quando concentrações de entrada foram de 20,36 e 66,02 mg/L. As menores taxas de redução de DQO e rendimento de biogás foram constatadas nas etapas onde não houve correção de pH no afluente do reator acidogênico. A maior taxa de redução de DQO, 75,24%, ocorreu com carga orgânica de entrada de 9,45 g DQO/L.dia. Com carga de 17,80 g DQO/L.dia houve redução de DQO de 23,76%. Obteve-se rendimento de biogás de 2,76 L/g DQOd com 52,77% de metano com carga orgânica de entrada de 6,56 g DQO/L.dia. Com o aumento da carga do reator metanogênico para 16,42 g DQO/L.dia o rendimento de biogás caiu para 0,44 L/g DQOd com 9,18% de metano. A relação acidez volátil/alcalinidade do reator metanogênico variou entre 0,35 e 8,16 quando carga orgânica foi de 9,45 e 17,80 g DQO/L.dia, respectivamente. O pH do efluente do reator metanogênico variou de 8,01 a 4,21 com cargas de 9,45 e 17,80 g DQO/L.dia, respectivamente. Frente aos resultados obtidos concluiu-se que o processo de biodigestão anaeróbia da manipueira em reatores acidogênico e metanogênico, fisicamente separados, foi mais eficiente durante as etapas em que houve correção de pH do afluente do reator metanogênico para valores entre 6,5 e 7,0.

One of the biggest problems faced by cassava flour factories is the destination of manipueira, a liquid waste generated in large amounts (300L/ton of processed roots). This waste causes pollution due to its high organic load and is toxic because contains lynamarine, a cyanogenic glycoside potentially convertible to cyanide. Without any low-cost solution, cassava flour factories discard this waste in rivers or in areas close to them. After implementation of Brazilian law nº9433, from January 8th, 1997 that is related to the National Policy for Water Resources more attention should be paid relatively to industrial waste treatment. The industries will have to pay not only for the consumed water, but also for the amount and quality of the waste discharged in the rivers. Cassava factories also need large amounts of firewood for drying flour on low-efficiency ovens. Searching for a solution for these problems, environmental and energy, researches are being developed at CERAT about anaerobic treatment of manipueira. In this process, beyond reducing organic load there is production of methane a fuel gas that can advantageously substitute firewood in flour drying. Previous researches showed that treating manipueira in one-phase biodigestors was not viable due to excessive acidification. In the present work acidogenic and methanogenic biodigestors were evaluated for treating manipueira. The acidogenic reactor was an upflow reactor, one-day HRT (Hydraulic Retention Time) and temperature kept at 35 ± 1ºC. The methanogenic reactor, an anaerobic upflow filter, was operated with a three-day HRT, temperature of 32 ± 1ºC. The acidogenic reactor effluent was employed as influent of the methanogenic reactor. Total and volatile solids, pH, alkalinity and acidity, COD (Chemical Demand Oxygen) and minerals were analysed for both influent and effluent, as well as the amount and composition of the produced biogas. The assay was divided in two steps. Firstly there was pH correction in the influent of methanogenic reactor to values between 6.5 and 7.0. At the second step there was no pH correction in this influent. The acidogenic phase was carried out with incoming loads varying from 18.42 to 54.22 g COD/L.day. In the methanogenic phase incoming organic loads varied from 4.04 to 17.59 g COD/L.day. During the steps when pH of the influent from methanogenic reactor was corrected there was 85.61% of COD reduction with incoming organic load of 6.16 g COD/L.day. With organic load of 17.05 g COD/L.day there was a 49.33% COD reduction. The maximum biogas yield was of 2.05 L/g COD.day containing 65% of methane when the incoming organic load was of 12.54 g COD/L.day. The relation volatile acidity/alkalinity of the methanogenic reactor remained between 0.7 and 1.4 and the pH at exit between 7.56 and 8.21. The cyanide reduction was lower at higher total cyanide levels found in the influent. Total cyanide reduction presented 93.22% as maximum value and 67.50% as minimum, when the incoming concentrations were of 20.36 and 66.02 mg/L, respectively. The lowest COD reduction rates and biogas yields were found when no pH correction of the acidogenic influent was done. The higher COD reduction rate (75.24%) occurred with an incoming organic load of 9.45 g COD/L.day. With a 17.80 g COD/L.day load there was 23.76% of COD reduction. Biogas yield was of 2.76 L/g COD.day with 9.18% of methane. The volatile acidity/alkalinity relation of the methanogenic reactor varied between 0.35 and 8.16 when the organic loads were of 9.45 and 17.80 g COD/L.day, respectively. The pH of the methanogenic influent varied between 8.01 and 4.21 with loads of 9.45 and 17.80 g COD/L.day, respectively. Analysing these results it was possible to conclude that the anaerobic treatment of manipueira on physically separated acidogenic and methanogenic reactors was more efficient during the phases with pH correction of the methanogenic reactor influent to values between 6.5 and 7.0.