Relação substrato/inóculo

A relação substrato/inóculo (S/I) é considerada um elemento fundamental para a otimização do processo e é de suma importância na prevenção do acúmulo de AGV, pois a proporção adequada pode ajudar nesta prevenção sem a necessidade de adição de produtos químicos para a correção do pH (HALLAM, 2016). Porém, não existe um consenso da melhor relação S/I que irá depender das características dos substratos (ALEXIS et al., 2015).

Alves (2008) e Vilela (2015) encontraram melhores resultados de produção de biogás com a maior a adição de inóculo (lodo de esgoto) na mistura com resíduo orgânico, além do aumento de pH, alcalinidade e umidade do meio (Tabela 12).

Tabela 12 - Diferentes relações S/I

Substrato Relação S/I (em volume)

Volume acumulado de biogás (NmL) Resíduo sólido orgânico +

Lodo de ETE ¹ 5/95 225,9 10/90 187,1 FORSU + Serragem + Lodo ² 100/1 17350 79/12/9 17340 70/12/18 31640 88/12/0 6620

Fonte: Adaptado de ALVES (2008)¹ e VILELA (2015)².

Leite, Lopes e Prasad (2001) observaram que a diminuição da relação S/I, ou seja, o aumento do teor de inóculo na mistura, favorece a melhora da relação C/N, tornando mais próxima da faixa ideal (20 a 30), além de proporcionar uma maior massa de microrganismos no meio, que de acordo com Lopes, Leite e Prasad (2004) favorece os melhores potenciais de biogás e teores de metano (Tabela 13).

Tabela 13 - Diferentes relações S/I

Substrato Relação C/N Relação S/I (em volume) Potencial de biogás (NmL/gSV) CH4 máximo (%) FORSU + Rúmen bovino 42,18 (1) _{100/0 260 3,6} 39,70 (1) _{95/5 230 13,0} 37,83 (1) _{90/10 510 25,0} 35,83 (1) _{85/15 550 42,6}

Fonte: Adaptado de LEITE, LOPES e PRASAD (2001)(1)_; LOPES, LEITE e PRASAD (2004).

Alexis et al. (2015), Zhou et al. (2011), e Silva (2014) estudaram diferentes relações de S/I (gSVsubstrato/gSVinóculo) e encontraram os melhores resultados de potencial de metano para as

suas menores proporções S/I, bem como as menores produções de metano para suas maiores relações S/I, devido a acumulação de AGV e acidificação do meio (Tabela 14).

Tabela 14 - Diferentes relações S/I

Substrato Relação S/I

gSVsubstrato/gSVinóculo Potencial de metano (mLCH4/gSV) Teor de metano (%) FORSU+ Lodo de esgoto ¹ 0,25 176,19 73,12 0,5 106,25 44,09 1 101,75 42,33 2 90,88 37,72 4 75,04 31,14 9 17,56 7,29 Resíduo de soja + inóculo ² 0,6 478 - 0,9 495 1,6 8 3,0 37 FORSU+Dejeto FORSU+ Lodo ³ 0,1

Maiores produções acumuladas de CH4 (para ambos os inóculos)

- 0,2

0,5

Para ambos os inóculos, Baixa ou nula produção de CH4 (para

ambos os inóculos)

Fonte: Adaptado de ALEXIS et al. (2015)¹, ZHOU et al. (2011)² e SILVA (2014)³.

Já Hallam (2016) estudou a co-digestão do resíduo alimentar com o lodo de esgoto e encontrou uma melhor produção de biogás e metano para a sua segunda maior relação S/I (0,5

gSVsubstrato/gSVinóculo) que manteve uma relação AGV/ALC abaixo de 0,5, demonstrando a estabilidade do processo. O autor também observou um aumento progressivo do pH com a adição de uma maior quantidade de inóculo (lodo de esgoto), proporcionada pelo pH e alcalinidade do inóculo utilizado, que forneceu uma boa capacidade de tamponamento do sistema e evitou a acidificação do meio apesar do aumento da concentração de AGV ao final do experimento, exceto na relação de 1 gSVsubstrato/gSVinóculo que a alcalinidade foi suficiente para o tamponamento do sistema (Tabela 15).

Tabela 15 - Diferentes relações S/I

Substrato Relação S/I gSVsubstrato/gSVinóculo Potencial de biogás (NmL/gSV) Potencial de metano (mLCH4/gSV) Teor de metano (%) Resíduo alimentar + Lodo de esgoto 1 180 110 57,6 0,5 890 650 73,4 0,3 690 450 65,4 0,25 750 51 67,4 0,2 690 480 68,9

Fonte: Adaptado de HALLAM (2016).

Lim e Fox (2013) encontraram melhores resultados para sua relação S/I intermediária (3:1), que obteve em um menor acúmulo de AGV (86 mg/L) e um maior potencial de metano (76,27 mLCH4/gSV) em relação as demais proporções de 8:1 e 1:11 com 186 mg/L e 121 mg/L

de AGV, e 21,93 mLCH4/gSV e 51,39 mLCH4/gSV de potencial de metano, respectivamente.

Os autores também observaram que o aumento da relação S/I favoreceu a redução do pH (6,4), enquanto que a diminuição desta relação aumentou o pH (8,0).

Amorim (2012) utilizou lodo de esgoto como inóculo no tratamento de resíduos alimentares e algumas frações de folhagens, frutas, verduras e obteve os melhores resultados de produção de biogás (1,5L) para a proporção de 30/30% (inóculo/resíduo); seguida da proporção de 20/40% (inóculo/ resíduo) com cerca de 1L de biogás; enquanto que o resíduo alimentar com água obteve uma quantidade insuficiente de biogás em virtude da ausência do inóculo, que é responsável pelo fornecimento de micro-organismos e nutrientes importantes para o processo da digestão anaeróbica e para a geração de biogás.

Enquanto que Kheiredine, Derbal e Bencheikh-Lehocine (2014) estudaram diferentes proporções de S/I em temperatura termofílica e observaram um aumento da produção de biogás com um aumento da relação S/I (Tabela 16).

Tabela 16 - Diferentes relações S/I

Substrato Relação S/I gSVsubstrato/gSVinóculo Volume acumulado de biogás s/ lodo (NmL) Volume acumulado de metano (NmL) Teor de metano (%) Resíduo de lacticínios + Lodo 0,2 330 150 45,4 0,4 728 425 58,3 0,8 1.157 625 54,5 1,6 _{1.553 787} 50,7

Rempel (2014) estudou a co-digestão da fração orgânica do RSU com 5% de glicerina em relação à massa do resíduo com 30% de lodo de esgoto anaeróbio proveniente de reator UASB em relação ao volume útil e constatou uma redução do pH por causa da alta relação S/I, que ocasionou a inibição da fase metanogânica. Segundo Xu et al. (2014), isso ocorre pois a elevada concentração de matéria orgânica dos resíduos alimentares proporciona a acúmulo de AGV e a diminuição do pH e favorece a inibição da atividade metanogênica.

Contudo, o aumento da relação S/I torna a interação do alimento/micro-organimos mais complexa em decorrência do acúmulo de AGV no meio, principalmente no sistema batelada de uma única fase (HALLAM, 2016). Desse modo, uma maior quantidade de inóculo tende a ser benéfico ao sistema, pois o lodo fornece alcalinidade, favorece uma maior estabilidade do pH e evita a concentração de AGV em níveis inibitórios (AGDAG e SPONZA, 2007; XU et al., 2014; VILELA, 2015). Porém, pode ocorrer que uma menor relação S/I não seja favorável ao processo, visto que uma maior quantidade de inóculo não garante uma quantidade de micro- organismo ou que estes não se adaptem ao resíduo a ser degradado (PINTO, 2000).