Normas Técnicas para determinar o Potencial Bioquímico de Metano
21-05-2022
Conheça uma das normas técnica para realização de ensaios experimentais do Potencial Bioquímico de Metano.
Normas Técnicas para ensaios experimentais do Potencial Bioquímico de Metano
Nesse primeiro episódio sobre normas técnicas será destacado o procedimento estabelecido pela norma DIN 38 414 (S8).
Como é determinado o potencial de biogás de um substrato?
A determinação do potencial bioquímico de metano é uma das etapas do processo de caracterização de amostras de resíduos orgânicos. Há diversos protocolos estabelecidos em vários normas técnicas.
Não há um modelo capaz de reproduzir o processo completo de digestão anaeróbia, considerando a sequência de todas as reações bioquímicas.
No entanto, há ensaios em laboratório que possibilitam reproduzir condições operacionais controladas, permitindo a determinação dos parâmetros cinéticos do processo.
Os parâmetros cinéticos correspondem a velocidade com que os micro-organismos consomem a matéria orgânica, multiplicam-se e produzem biogás.
Entre as principais normas internacionais que estabelecem os procedimentos para determinação do potencial bioquímico de metano neste primeiro episódio iremos destacar a norma DIN 38414 (S8).
Para conhecer melhor os principais pontos destacados pela norma, abaixo segue alguns trechos apresentados na tese: Determinação de parâmetros cinéticos do processo de digestão anaeróbia dos resíduos orgânicos de Santo André–SP por meio de testes do potencial bioquímico de metano.
Referência
LIMA, H. Q. Determinação de parâmetros cinéticos do processo de digestão anaeróbia dos resíduos orgânicos de Santo André–SP por meio de testes do potencial bioquímico de metano. Tese de Doutorado. Tese (Doutorado em Energia)-Universidade Federal do ABC, Santo André, 2016.
Para acesso a tese completa e download do arquivo, clique aqui.
Norma Técnica DIN 38414 (S8)
DIN 38414-8:1985 – German standard methods for the examination of water, waste water and sludge; sludge and sediments (group S); determination of the amenability to anaerobic digestion (S 8).
É uma norma do Instituto Alemão para Normatização ( DIN - Deutsches Institut für Normung), com sede em Berlim é a organização nacional na Alemanha para padronização, representante da Organização Internacional para Padronização (ISO) no país.
A norma DIN 38 414 (S8) define os aparatos e reagentes necessários para realização dos ensaios experimentais.
Seu procedimento consiste na utilização de um conjunto específico de vidrarias que possibilitam a quantificação volumétrica do biogás.
O processo anaeróbio ocorre em um frasco reator de 500 ml operando em regime de batelada por um período mínimo de 211 dias. Tempo suficiente para identificar as taxas máximas de produção de biogás.
O tempo máximo de realização do ensaio pode variar, uma vez que o desempenho da produção de biogás está diretamente relacionado com a composição do substrato e com as características do inóculo utilizado.
Os resultados de produção de biogás obtidos nas primeiras semanas do ensaio permitem ter uma ideia da tendência da curva de produção até o final do processo.
A Figura 1 apresenta alguns perfis típicos da produção líquida de biogás, ou seja, a produção de biogás advinda somente do substrato, ou seja, de uma solução inóculo + substrato, subtraindo a produção de biogás advinda do inóculo.
A curva de “produção de biogás atrasada no tempo”, em muitos casos, ocorre devido a composição do substrato possuir uma ou mais fases. Ocorre com substratos formado pela mistura de vários substratos diferentes e/ou substrato com composição heterogenia.
O micro-organismo consome primeiro os elementos presentes no substrato que são mais biodegradáveis (de fácil assimilação pelo seu metabolismo) e após esgotá-los o micro-organismo avança para consumir os outros elementos do substrato.
De acordo com Walter et al. (2016), Ashekuzzaman & Poulsen (2011) esse comportamento é denominado de Diauxia e é facilmente identificável quando a curva de produção de biogás possui perfil semelhante a degraus de uma escada, onde a parte mais horizontal da curva corresponde a fase de adaptação do micro-organismo ao consumo do novo substrato (menor produção de biogás).
De acordo com os trabalhos de Bernat et al. (2015) e Lozano et al. (2009), a produção acumulada de biogás atinge 90% da sua capacidade em até 40 dias. Após 40 dias de ensaio a produção de biogás é estabilizada, sendo possível observar o acréscimo de uma pequena quantidade de gás.
No entanto, a atividade dos micro-organismos depende do grau de adaptação do inóculo ao substrato.
Estrutura para realização do ensaio experimental
A montagem da estrutura experimental, de acordo com a DIN 38 414 (S8) consiste dos seguintes itens:
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- Tubo Eudiômetro com capacidade de 500 ml, com escala de graduação de 1 ml, graduado de cima para baixo (de 0 a 500 ml), possuindo uma torneira de vidro na parte superior, para expurgo do biogás;
- Frasco Reator com volume de 500 ml;
- Frasco Reservatório para armazenamento do líquido selante, com volume de 500 ml;
- Mangueira flexível com aproximadamente 1 metro de comprimento;
- Banho-maria termostático.
A estrutura é montada conforme apresentada na Figura 2.
O princípio de funcionamento ocorre da seguinte forma: o frasco reator (a) recebe a amostra a ser biometanizada, composta por uma mistura de substrato e inóculo. Este frasco fica imerso em um banho-maria, mantendo a temperatura do processo em 35±1 °C.
O processo de digestão anaeróbia, nessas condições operacionais, favorece a ação dos micro-organismos mesófilos que ao consumirem a matéria orgânica produzem biogás.
As emissões de biogás fluem do frasco reator (a) para o tubo eudiômetro (b) por meio do tubo interno (c).
O volume de biogás produzido desloca o líquido selante do tubo eudiômetro para o frasco reservatório (g).
1 A Norma DIN 38.414(S8) é um teste de BMP também denominada de GB21 (em alemão: Gasbildung, bestimmt über 21 Tage) (em português: Produção de gás durante 21 dias).
Referências Bibliográficas
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- Norma Técnica DIN 38414-8:1985 – German standard methods for the examination of water, waste water and sludge; sludge and sediments (group S); determination of the amenability to anaerobic digestion (S 8).
- ASHEKUZZAMAN, S. M.; POULSEN, T. G. Optimizing feed composition for improved methane yield during anaerobic digestion of cow manure based waste mixtures. Bioresource technology, v. 102, n. 3, p. 2213-2218, 2011.
- BERNAT, K. et al. Biogas production from different size fractions separated from solid waste and the accompanying changes in the community structure of methanogenic Archaea. Biochemical Engineering Journal, v. 100, p. 30-40, 2015.
- LOZANO, Claudia Johanna Sandoval et al. Microbiological characterization and specific methanogenic activity of anaerobe sludges used in urban solid waste treatment. Waste management, v. 29, n. 2, p. 704-711, 2009.
- WALTER, Andreas et al. Biomethane potential of industrial paper wastes and investigation of the methanogenic communities involved. Biotechnology for biofuels, v. 9, n. 1, p. 1, 2016.
Em breve, novos episódios sobre mais normas técnicas, conceitos e descrições de processos.
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