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

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 

• Journal Renewable and Sustainable Energy Reviews
• Artigo - versão em pdf

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