Biodigestor - Modelos e configurações

Tecnologias para produção de biogás: conceitos, classificações e modelos.

Biodigestor - Modelos e configurações
Biodigestor: modelos e configurações de reatores
Conteúdos
Conceitos

O que é um biodigestor?

Biodigestor (reator anaeróbio) é um reservatório fechado que reproduz as condições ambientais adequadas para o desenvolvimento de um consórcio de micro-organismos anaeróbios capazes de degradar os substratos orgânicos (resíduos orgânicos) em vários produtos, como: H2S, NH3, CO2, CH4, etc.

A função do reator anaeróbio é acelerar o processo de digestão anaeróbia, criando condições favoráveis para manter os micro-organismos anaeróbios ativos em contato direto com o substrato orgânico (resíduo).

Desta forma, a finalidade é criar um ambiente ideal sem oxigênio atmosférico e com controle de parâmetro como:

  • Temperatura do processo;
  • Pressão interna;
  • Valor do pH;
  • Teor de sólidos (totais e voláteis);
  • Tempo de retenção hidráulica;
  • Concentração de carga orgânico; 
  • Entre outros parâmetros que afetam diretamente a produção de metano.

O biodigestor é uma estrutura projetada e construída para reproduzir as condições mais favoráveis para aceleração do processo de digestão anaeróbia. É uma tecnologia que promove o tratamento sanitário de efluentes e resíduos sólidos, ricos em matéria orgânica, possibilitando uma destinação adequada e com menor impacto ao meio ambiente. O biodigestor promovo a produção de biocombustível gasoso - biogás.

O biodigestor promove a biometanização dos resíduos orgânicos.

Há diversos modelos de configuração dos reatores anaeróbios, podendo ser classificados quanto à forma de operação, agitação do substrato, temperatura do processo, fluxo de alimentação contínuo ou em batelada, entre outros.

Modelos de biodigestores:

A produção de biogás em biodigestores é uma técnica antiga, um dos primeiros registros de biodigestores destinado à produção de gás combustível ocorreu na Índia, em Bombaim, no ano de 1857. Ao longo dos anos houve uma evolução do desenvolvimento de modelos de biodigestores, novos materiais foram utilizados na construção, aperfeiçoamento do designer dos reatores, entre outras características que contribuíram para aumento da eficiência do processo.

Em qualquer projeto de reator anaeróbio o ponto fundamental está relacionado diretamente a velocidade das reações (cinética das reações bioquímica do processo), ou seja, a eficiência da remoção da carga orgânica do efluente e sua conversão em metano.

Todo o planejamento e dimensionamento do biodigestor está diretamente relacionado com as características do substrato, o qual irá operar. Assim como, com o custo do projeto, com a disponibilidade dos materiais empregados na construção, entre outros fatores.

Nesse sentido, podemos destacar alguns modelos de biodigestores.

  • Modelo compacto - uso urbano ou rural: modelo Homebiogas;
  • Modelos rurais em pequena e média escala: biodigestores modelo batelada, modelo Indiano, modelo Chinês;
  • Modelos rurais em média e grande escala:  biodigestor modelo fluxo tubular – fluxo pistão (plug flow). Nessa categoria podemos destacar o modelo desenvolvido pela Marinha Brasileira na década de 1970 e o modelo Canadense (difundido a partir do final da década de 1990 e início dos anos 2000), atualmente é o modelos mais utilizados no Brasil;
  • Modelos aplicados ao Saneamento, como reatores UASB (em breve esses modelos serão abordados em um post exclusivo aqui no portal Energia e Biogás);
  • Modelos Industriais em grande escala e alto desempenho, desenvolvidos especificamente para operar com determinados substratos, seja eles isolados ou associados (co-digestão);

Figura 1. Biodigestor Rural - Modelo Indiano
Descrição: Projeto do reator em alvenaria, com campânula (gasômetro) móvel de metal. Modelo difundido na Índia, possui características operacionais ideais para produtores rurais em pequena e média escala. Fonte: DE LIMA, H.Q. Avaliação dos modelos "Hashimoto e AMS-III. D" para produção de metano com dejetos de suínos. 2011. Dissertação Mestrado.UFABC.

Figura 2. Biodigestor Modelo Fluxo Tubular – Fluxo pistão (Plug Flow) – modelo Canadense
Descrição: Tanque escavado no solo, revestido e coberto com material flexível e impermeável (PEAD, PVC flexível, entre outros). Na figura 2: (A) Detalhe do Corte A-A; (B) BLEY JUNIOR, C. et al. Agroenergia da Biomassa Residual: perspectivas energéticas, socioeconômicas e ambientais. Foz do Iguaçu/Brasília: Itaipú, FAO, 2009.; (C) Adaptado de AgSTAR - United States Environmental Protection Agency (2010). Fonte: DE LIMA, H.Q. Avaliação dos modelos "Hashimoto e AMS-III. D" para produção de metano com dejetos de suínos. 2011. Dissertação Mestrado. UFABC.

Figura 3. Planta Industrial de Produção de Biogás
Descrição: Exemplo de um planta industrial, com monitoramento de parametros, controle e automação de alguns processos, alto desempenho e eficiência. Fonte da imagem: LUOSTARINEN, Sari et al. Examples of good practices on existing manure energy use: biogas, combustion and thermal gasification. In: Baltic MANURE WP6 Energy potentials-KNOWLEDGE REPORT. Baltic Forum for Innovative Technologies for Sustainable Manure Management. 2011.

Quais são os tipos de biodigestores mais utilizados no Brasil?

  • Lagoas cobertas - são biodigestores escavados no solo e impermeabilizados e recobertos com mantas plásticas (normalmente PEAD ou PVC flexível). No passado, considerado uma solução mais simples, com baixa inserção de tecnologia. Operando com substratos de baixo teor de sólidos totais (menor que 3%).
  • Mistura completa - normalmente construído em tanques circular em concreto, acima do nível do solo. Por serem mais eficientes, podem operar com concentração de sólidos que pode chegar até 40%.
  • Modelo fluxo tubular, também chamado de fluxo pistão (plug-flow), é um reator de alimentação contínua caracterizado como uma lagoa retangular coberta. Este modelo de reator permite que as partículas locomovam-se na mesma sequência da direção em que elas entram no reator, o material novo adicionado ao tanque desloca o material mais antigo para o extremo oposto, fluindo como um pistão e teoricamente com a mínima dispersão longitudinal, permanecendo no tanque por um tempo suficiente para as partículas serem degradadas pelos os micro-organismos.

Classificação das tecnologia de biodigestão

Classificação das técnicas de geração de biogás conforme diferentes critérios.

Critério Tipo
Teor de matéria seca dos substratos
  • digestão úmida
  • digestão seca
Tipo de alimentação (fluxo)
  • descontínua (batelada)
  • semicontínua 
  • contínua
Nº de fases do processo
  • uma fase
  • duas fases
Temperatura do processo
  • psicrofílico
  • mesofílico
  • termofílico



Para explorar outros conceitos, acesse o nosso Glossário.

Obrigado e boa leitura!



Heleno Quevedo de Lima

Engenheiro, mestre e doutor em Energia. Pesquisador, especialista em biogás, entusiasta no desenvolvimento e consolidação do mercado de biogás/biometano. Atua como consultor de projetos e contribui para disseminação de conteúdo, notícias e conhecimento na área de biogás e energia solar.

Atualizado em: 12 de fevereiro de 2021.




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