Pesquisadores avaliam o efeitos do tempo de armazenamento de esterco de suíno na produção de biogás

Estudo avalia o efeito da separação sólido-liquida (SSL) na produção de Biogás utilizando-se também da análise de ciclo de vida (ACV).

Pesquisadores avaliam o efeitos do tempo de armazenamento de esterco de suíno na produção de biogás
Artigo Técnico
Renewable and Sustainable Energy Reviews

Efeitos do tempo de armazenamento de esterco de suíno na separação sólido-líquido e produção de biogás: uma abordagem de análise do ciclo de vida

O artigo publicado no volume 150 do Journal Renewable and Sustainable Energy Reviews em 2021, apresenta um estudo detalhado sobre o tempo de armazenamento dos dejetos de suínos e rendimento na produção de metano. O trabalho foi desenvolvido em conjunto com pesquisadores das seguintes instituições: Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Universidade Federal da Fronteira Sul e Embrapa Suínos e Aves.

Apresentação

O estudo avaliou e comparou os efeitos do armazenamento de dejetos de suínos em uma abordagem de separação sólido-líquido de baixo custo. Também foi determinado as consequências dessas etapas no tratamento posterior para recuperação de energia e redução do impacto ambiental. 

Diferentes tempos de retenção hidráulica (TRH) foram estudados nas técnicas de separação sólido-líquido para determinar as melhores condições de pré-tratamento e aplicar essas condições na digestão anaeróbia. 

A avaliação destacou a possibilidade e as vantagens da aplicação da separação sólido-líquido por meio de um pré-tratamento de decantação na cadeia suína. 

O tempo de armazenamento afetou significativamente a eficiência da triagem, que foi reduzida em 80 ± 0,5% após 5 dias em comparação com a triagem de esterco fresco. Isso refletiu diretamente no volume de lodo gerado nas etapas seguintes, com incrementos de lodo de 51 ± 0,1% para sedimentação. 

A separação sólido-líquido dos resíduos proporcionou melhores resultados de produção de energia quando o tempo de armazenamento de dejetos foi inferior a 5 dias, resultando em melhoria na capacidade de geração de energia do sistema (até 4,5 kWh de eletricidade para cada m3 de estrume bruto). 

Foi observada a contribuição positiva do manejo adequado do esterco na sustentabilidade dos suínos por meio da análise do ciclo de vida da cadeia suína durante o armazenamento do esterco, separação sólido-líquido e digestão anaeróbia. Promoveu baixas emissões de gases de efeito estufa, resultou em uma cadeia neutra em carbono e maximizou a produção e recuperação de energia. 

Os resultados destacaram a importância da separação sólido-líquido anterior na digestão anaeróbia e a relevância do gerenciamento adequado de efluentes, pois mais de 5 dias de armazenamento comprometeram os processos subsequentes. Isso também foi observado durante a análise do ciclo de vida.

 

Principais pontos de destaque

  • A análise do ciclo de vida apontou os impactos das estratégias de gestão de resíduos.

  • O tempo de armazenamento afetou significativamente as abordagens de separação sólido-líquido.

  • O tempo de armazenamento do estrume não deve exceder 5 dias.

  • Maior rendimento de metano foi obtido na fração sobrenadante.

  • A separação sólido-líquido e o manejo correto do esterco favorecem o rendimento do biogás.

Metodologia

  • Amostras e armazenamento
    • Uma amostra representativa de esterco fresco de suíno foi coletada diretamente dentro de um galpão de porcas em gestação.
    • Para os experimentos de potencial bioquímico de metano (BMP), amostras de esterco de suíno foram coletadas após 3 dias de armazenamento em fossas de recepção dentro de um galpão de porcas em gestação.
  • Experimentos de separação sólido-líquido
    • A pesquisa avaliou dos métodos de separação sólido-líquido: por decantação e por floculação química. 
  • Potencial bioquímico de metano
    • Os ensaios para determinar o potencial bioquímico de metano foi determinado usando esterco de suíno bruto, foi avaiado cada uma das frações da separação sólido-líquido. O potencial bioquímico de metano seguir de acordo com norma VDI 4630. 
  • Métodos analíticos
    • Foram realizadas análises para identificar o teor de nitrogênio amoniacal total, sólidos totais (ST), sólidos fixos (SF), sólidos voláteis (SV), sólidos suspensos totais (SST), sólidos suspensos voláteis (SSV) e sólidos suspensos fixos (SSF), carbono orgânico total solúvel (TOC), nitrogênio total e fósforo total.
  • Modelos cinéticos
    • O rendimento da produção de biogás, durante os ensaios de potencial bioquímico de metano, ocorrendo de acodo com o modelo matemático de Gompertz, destacado no trabalho de Zhao et al. (2018).
  • Potencial de energia elétrica
    • O potencial de energia elétrica foi estimado a partir de cenários hipotéticos com ou sem uso de separação sólido-líquido.
  • Análise do ciclo de vida
    • A análise do ciclo de vida foi aplicada para avaliar os aspectos ambientais e possíveis impactos associados ao tempo de armazenamento de dejetos suínos e ao uso de energia pela digestão anaeróbia. A avaliação foi realizada de acordo com as normas ISO 14040 e 14.044.

 

Principais Conclusões

O tempo de armazenamento teve uma influência significativa no separação sólido-líquido por triagem. Após 5 dias de armazenamento, a separação foi drasticamente comprometida, o volume de lodo gerado aumentou proporcionalmente e o desempenho do sistema de tratamento foi comprometido;

Embora a floculação química tenha apresentado melhor desempenho que a sedimentação, ambas as metodologias são satisfatórias para o tratamento de dejetos por digestão anaeróbia subsequente ;

As frações do Separação sólido-líquido têm diferentes rendimentos de biogás e metano, e esse pré-tratamento melhora o desempenho de um sistema de tratamento de esterco.

De acordo com a avaliação do ciclo de vida, as emissões de GEE e os impactos ambientais de uma estação de tratamento de dejetos podem ser reduzidos se o sistema trabalhar com baixo tempo de armazenamento de efluentes, técnicas de separação sólido-líquido e digestão anaeróbia das fases líquida e sólida separadamente.

 

Autores

  • Hollas, C.E.
  • Bolsan, A.C.
  • Chini, A.
  • Venturin, B.
  • Bonassa, G.
  • Cândido, D.
  • Antes, F.G.
  • Steinmetz, R.L.R.
  • Prado, N.V.
  • Kunz, A.

 

Referência Bibliográfica

C.E. Hollas, A.C. Bolsan, A. Chini, B. Venturin, G. Bonassa, D. Cândido, F.G. Antes, R.L.R. Steinmetz, N.V. Prado, A. Kunz, Effects of swine manure storage time on solid-liquid separation and biogas production: A life-cycle assessment approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 150, p. 111472, 2021. ISSN 1364-0321. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111472

 

 

Para acessar o estudo completo 

 



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Fonte: Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 150, October 2021, 111472
Publicado em: julho de 2021.

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