Parâmetros controláveis na digestão anaeróbia

Durante o processo da digestão anaeróbia em um reator ocorrem reações de degradação da matéria orgânica que são essenciais para conversão e assimilação de nutrientes por parte dos microorganismos, responsáveis pela formação do biogás. Para que o processo ocorra de forma otimizada, certos cuidados e parâmetros devem ser controlados ou ajustados a fim de obter um efluente digerido ou estabilizado.

Inoculação

A inoculação é necessária em sistemas de tratamento cujo efluente necessita de um meio biológico responsável por digerir a matéria orgânica e parte da fração de sólidos. O inóculo, neste caso, é um lodo rico em microorganismos anaeróbios, de consistência líquido- pastosa, com grânulos pequenos e medianos. Pode ser proveniente de sistemas de tratamento ou armazenamento de vários tipos de estercos (suínos, bovinos, aves, eqüinos, ovinos, etc.), além do lodo ativo de sistemas de tratamento de esgoto.

O estômago de animais ruminantes é um grande gerador de metano (60 a 200 litros gás/vaca.dia), sendo seus excrementos ricos em bactérias metanogênicas, podendo ser utilizadas como inóculo na digestão anaeróbia (LAGRANGE, 1979).

A taxa muito lenta de decaimento de lodo anaeróbio se constitui numa vantagem importante no caso de tratamento de águas residuárias sazonais, como aquelas associadas a atividades agrícolas. O lodo anaeróbio pode ser guardado vários meses sem problemas e usado novamente quando houver geração de efluente. No caso de um reator ou digestor anaeróbio de lodo, o lodo de excesso e notadamente a massa bacteriana viva, servem como substrato para populações anaeróbias (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994).

Para encurtar o tempo de início do processo de digestão anaeróbia plena, pode ser feita a inoculação com efluente ativo, tanto nos sistemas de alimentação contínua, quanto nos de batelada (HOHLFELD & SASSE, 1986).

Agitação

Segundo Hohlfeld & Sasse (1986), alguns substratos e vários modos de fermentação requerem certo tipo de agitação ou mistura para manter a estabilidade do processo dentro do digestor, com objetivos tais como:

Remover metabólitos produzidos (gás);

Misturar o substrato fresco com a população bacteriana; Prevenir contra a formação de crosta e sedimento;

Evitar gradientes pronunciados de temperatura dentro do digestor;

Prevenir contra a formação de espaços inativos que reduzem o volume de fermentação efetiva.

Tempo de retenção hidráulico (TRH)

O tempo de retenção ou de residência é o período em que o material orgânico permanece no digestor, isto é, o tempo entre a entrada e saída do digestor. Geralmente quando se fala em tempo de retenção do digestor, refere-se ao tempo de retenção hidráulico ou simplesmente TR, já que os outros são iguais ou muito próximos. O tempo de retenção é o principal fator de avaliação do desempenho e eficiência de um biodigestor (NOGUEIRA, 1986).

Para fermentação de dejetos de suínos, o tempo de retenção em temperatura mesofílica, varia de 15-25 dias (HOHLFELD & SASSE, 1986).

O tempo de retenção hidráulico é o período, geralmente em dias, que o líquido permanece no biodigestor. O máximo tempo de retenção é aquele requerido para degradar toda a matéria orgânica, o que pode ser tão longo quanto 6 meses. Para digestor contínuo, recomenda-se adotar, tempos de retenção de 20 a 30 dias (NOGUEIRA, 1986).

Segundo Andreadakis (1992), com tempo de retenção (TR) de 5 dias ocorre uma remoção de ST em 70% e DQO em 90% e para estabilizar com a redução de sólidos, se faz necessário um TR maior.

Quando o objetivo for reduzir o teor de matéria seca (MS) e de mineralizar a matéria orgânica dos dejetos de suínos, é necessário utilizar um adequado tempo de retenção hidráulico (TRH). Por outro lado, quando o objetivo for reduzir a DQO solúvel e maximizar a produção de metano, o TRH poderá ser reduzido (5 a 40 dias), conforme Andreadakis (1992).

Conforme Gosmann (1997), citando Bonazzi (1987), quanto mais alta a temperatura e maior o tempo de retenção em digestão anaeróbia, maior é a redução de Salmonella.

Tempo de armazenamento (TA)

O tempo de armazenamento ou estocagem é o período em dias, que o líquido permanece na unidade de armazenamento. Pode ser definido como a razão entre o volume total da unidade de armazenamento e o volume produzido ao longo de um período de tempo conhecido. Este período é função da capacidade suporte do solo ou da plantação que receberá o biofertilizante. Durante este período, aproximadamente de 120 dias, a degradação da matéria orgânica varia conforme o processo de enchimento e esvaziamento da unidade de armazenamento.

Ao longo do tempo de armazenamento a diferente solubilidade dos elementos fertilizantes provoca uma divisão heterogênea em função da estratificação dos dejetos de suínos. O P e o N orgânico se concentram (82% e 62%) na região sedimentar, enquanto o N amoniacal (90%) e o potássio ficam solúveis na parte líquida (BELLI Fº, 1995).

Conforme Lo et al. (1994 apud GOSMANN, 1997), com 110 dias de estocagem, em temperatura de 22 a 25 ºC, a diminuição de ácidos graxos e de fenóis é muito expressiva. A diminuição destes compostos determinou a redução do nível de odores dos dejetos.

A anaerobiose dos dejetos de suínos conduz à formação de compostos com mau cheiro, devendo o potencial de odor ser modificado com o tempo de estocagem (BELLI Fº, 1995).

Carga orgânica (CO)

Define-se a carga orgânica sobre um sistema de tratamento como a massa de material orgânico aplicado por unidade de tempo. A carga orgânica volumétrica é a massa de material orgânico afluente por unidade de tempo e por unidade de volume do reator (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994).

No caso de dejetos de animais é requerida uma carga orgânica volumétrica na base de 1,6 a 3,2 Kg de SV/m3/dia. Para a digestão anaeróbia de dejetos de suínos, recomenda-se uma carga entre 3,8 e 8,0 Kg de SV/m3/dia (EPAGRI, 1995, apud GOSMANN, 1997).

Dejetos de suínos aplicados com cargas orgânicas volumétricas de 0,61 g a 1,80 g de SV/L/dia, em baixa temperatura (< 25 ºC), apresentam eficiência satisfatória sem indicativo de colapso (STEVENS & SCHULTE, 1979 apud GOSMANN, 1997). Conforme os mesmos autores, digestão à baixa temperatura, requer o dobro de tempo de retenção para a mesma degradação em temperatura normal de digestão mesofílica.

Os dejetos de suínos são conhecidos como “fertilizantes da propriedade”, conforme Masson (1994 apud BELLI Fº, 1995). Dependendo da cultura, da composição dos dejetos e do solo, podem ser aplicados até 100 m3 por hectare (relação C/N = 10:1 e pH = 7,0). Desta maneira, nas propriedades rurais em que são utilizados como adubo, os dejetos de suínos devem ser manejados de forma adequada para preservar o valor fertilizante, evitando perdas de nutrientes essenciais às plantas.