Qual é a importância do Teor de Sólidos para produção de biogás?

A análise de teor de sólidos é usada para definir a quantidade de matéria orgânica presente no substrato com potencial para ser biometanizada pelos micro-organismos. O teor de sólidos é um parâmetro essencial para caracterização da matéria orgânica a ser biodigerida e está diretamente relacionado com a quantidade de água presente no substrato (excesso ou carência de água) e a quantidade de minerais, sendo expressa em gramas por litro ou porcentagem (Chernicharo, 2007). Conforme a quantidade de água presente, o substrato poderá assumir um aspecto líquido, pastoso (semi-sólido) ou sólido.

Sua definição e importância é fundamental, não apenas para a caracterização dos substratos, mas também para especificação do tipo de tecnologia que será empregada no processo de digestão anaeróbia deste substrato. Segundo o “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” (APHA, 2005), há nove frações diferentes de sólidos que podem ser quantificadas em uma amostra de substrato a ser biodigerida. Basicamente, diferem entre si pelas características de tamanho de partícula e volatilidade: sólidos totais (ST), sólidos fixos totais (SFT), sólidos voláteis totais (SVT), sólidos suspensos totais (SST), sólidos suspensos fixos (SSF), sólidos suspensos voláteis (SSV), sólidos dissolvidos totais (SDT), sólidos dissolvidos fixos (SDF) e sólidos dissolvidos voláteis (SDV).

Os sólidos totais (ST), ou simplesmente a matéria seca (MS), são determinados após a secagem de uma amostra do substrato em uma estufa com temperatura de 103ºC ± 5ºC até evaporação completa da água, de acordo com APHA 2540B1 (2005). A quantidade de ST é definida pela diferença entre as massas, antes e após da secagem da amostra.

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Para a determinação dos sólidos voláteis totais (SVT) ou matéria orgânica seca (MOS²) é necessário a calcinação³ da amostra de ST em um forno mufla a uma temperatura de 550ºC ± 5ºC (APHA 2540 E). Ao final desse processo de calcinação, resultaram apenas cinzas (matéria mineral inorgânica), correspondendo à fração de sólidos fixos totais (SFT). A diferença entre a massa de matéria seca (ST) e a massa de matéria inorgânica (SFT) corresponde ao valor de sólidos voláteis (SVT) que estava presente no substrato. A fração volátil assim determinada representa a quantidade de matéria orgânica disponível para ser biodigerida em uma amostra.

Outra forma de caracterização dos sólidos totais está relacionada ao tamanho das partículas. Esta etapa é determinada com um processo de filtragem em papel de filtro de fibra de vidro com porosidade de 1,2 μm. Esta análise possibilita a diferenciação da fração da amostra que passará pelo filtro (sólidos dissolvidos) da fração que ficará retida no filtro (sólidos suspensos). As duas novas amostras denominadas de “dissolvidas e suspensas” seguirão para o processo de secagem e de calcinação, para determinação dos teores de sólidos totais, fixos e voláteis, conforme ilustrado na Figura 1.

Figura 1 – Teor de Sólidos Totais, Fixos, Voláteis, Suspensos e Dissolvidos (mg.l^-1)

Fonte: Adaptado de “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” (APHA, 2005) e CORTEZ et al. (2008)

De acordo como Monteggia (1997), em muitas publicações, a avaliação dos micro-organismos (ativos) acumulados nos reatores anaeróbios é determinada pela análise de sólidos suspensos voláteis (SSV). No entanto, esse parâmetro isolado não é suficiente para diferenciar a massa de micro-organismos presentes nas etapas de hidrólise/acidogênese da massa de micro-organismos da acetogênese/metanogênese.

O teor de sólidos no processo de digestão anaeróbia afeta diretamente outros parâmetros físicos essenciais em um projeto de reator, como a densidade e a viscosidade do substrato. A variação desses parâmetros físicos tem reflexos diretos no comportamento fluidodinâmico e também na cinética do processo anaeróbio.

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Variações nos parâmetros de densidade e viscosidade afetam a forma de escoamento do substrato, demandam um esforço adicional nos sistemas de bombeamento, impactam no dimensionamento das tubulações, bem como no projeto e dimensionamento dos tanques, entre outros aspectos.

Em virtude desses aspectos as empresas que detêm tecnologias comerciais de digestão anaeróbia para a FORSU definiram a seguinte classificação para os substratos quanto à presença de sólidos totais (ST): teor de ST <15%⁴ é denominado de processo de digestão anaeróbia por via úmida e para teor de ST>15%⁵ é denominado de processo de digestão anaeróbia por via seca.

“O teor de sólitos voláteis presentes nos Sólidos Totais (ST) do subestrato impacta diretamente na produção de biogás.”

Referências

• APHA,; AWWA; WEF – Water Environmental Federation; AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA, 2005.
• CHERNICHARO, C. A. L. Reatores Anaeróbios-Princípios do tratamento biológico de águas residuárias, 2da Ed., vol. 5. Belo Horizonte, Brasil: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Minas Gerais, 2007.
• CORTEZ, L. A. B.; SILVA, A.; LUCAS JUNIOR, J,; JORDAN, R. A.; CASTRO, L. R. Biodigestão de Efluentes. In: CORTEZ, L. A. B.; LORA, E. E. S.; GOMEZ, E. O. (Org.). Biomassa para energia. Campinas, São Paulo: Editora da UNICAMP, 2008.
• Guide to biogas – From production to use. English version of the “Leitfaden Biogas” (5th, completly revised edition, 2010), published by the Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Gülzow, Germany, 2012. Disponível em: <http://goo.gl/Re3Kph>. Acessado em: 15 março 2014.
• MONTEGGIA, L. Proposta de metodologia para avaliação do parâmetro Atividade Metanogênica Específica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. 1997.

Notas

• ¹Procedimento APHA 2540 B - Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater
• ²Matéria orgânica seca (MOS) - Organic Dry Matter (oDM)
• ³Calcinação – tratamento térmico aplicado em uma determinada substância sólida para remoção da fase volátil.
• ⁴Em valor absoluto o teor de 15% de ST correspondem a 150 gramas de ST por litro (150gST.L^-1).
• ⁵De acordo com Guide to biogas (2012), não é adequado classificar um processo biológico em úmido ou seco, uma vez que os micro-organismos necessitam de meio aquoso para sobreviver. O teor de matéria seca dos substratos separadamente não é o fator determinante para a classificação do processo, mas sim o teor de matéria seca da mistura de substratos com a qual o reator anaeróbio é alimentado. Apesar de não haver uma definição exata (ST 12% ou ST 15%), essa classificação é usual para diferenciar processos industriais distintos e específicos para cada teor de sólidos, o que implica na configuração dos sistemas de bombeamento, transporte do substrato e armazenamento.

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.