Resultados da 1ª fase

Durante a 1ª fase do ensaio, verificou-se alguns imprevistos no desempenho da digestão anaeróbia devido à alta concentração orgânica do conteúdo dos reatores. Esta situação relacionava-se com a elevada quantidade de óleo alimentar usado (OAU) aplicado em diferentes concentrações nas misturas de alimentação diária dos reatores 2 e 3. Para tal, tentou-se contornar o problema, variando as misturas de alimentação ao longo do ensaio.

Assim sendo, a Tabela 6.8 apresenta a cronologia da gestão das misturas da alimentação dos reatores e tentativas de correções de alimentação ao longo dos 82 dias da 1ª fase do ensaio.

Considera-se o dia 0 como o início do período de alimentação após a estabilização do inóculo

Tabela 6.8 - Gestão das misturas e correções de alimentação ao longo da 1ª fase do ensaio, sendo M= Manure, RA= Resíduos Alimentares e OAU= Óleo Alimentar Usado

Tempo (d) Código R1 R2 R3

0 – 12 1 0,75M + 0,25RA 0,75M + 0,20RA + 0,05OAU 0,75M + 0,15RA + 0,10OAU

12 – 22 2 0,75M + 0,25RA 0,75M + 0,25RA 0,75M + 0,25 RA

22 – 50 3 0,75M + 0,25RA 0,75M + 0,20RA + 0,05OAU 0,75M + 0,15RA + 0,10OAU

50 - 82 4 0,75M + 0,25RA 0,75M + 0,25RA 0,75M + 0,25RA

Nos tópicos seguintes, serão analisados a evolução de cada um dos parâmetros que caracterizam a digestão anaeróbia, nomeadamente, a percentagem de metano, o metano produzido diariamente por g de sólidos voláteis, o pH, a concentração de sólidos totais e sólidos voláteis e ainda a concentração de ácidos gordos voláteis por g de CQO.

6.3.1 Percentagem de metano

A Figura 6.4 representa a evolução da percentagem de metano medida ao longo da primeira fase do ensaio. De acordo com a mesma figura, observa-se que o reator 1, alimentado sem OAU, foi o reator com melhor percentagem de metano obtida de todos ao longo dos 82 dias de operação, atingindo os 70% de metano no biogás produzido. Nos restantes reatores, à medida que aumentava a concentração de óleo na mistura de alimentação, mais baixas eram a percentagens de metano obtidas. O aumento de concentração de OAU fez também aumentar a concentração de sólidos (ver Figura 6.7) e ácidos gordos voláteis (ver Figura 6.9) devido ao alto teor de gorduras. Atendendo a que as arqueobactérias metanogénicas não toleram meios ácidos, o seu metabolismo foi posto em causa, provocando uma acumulação de iões H⁺ no meio, fazendo descer o valor do pH (ver Figura 6.6). O reator 2, alimentado com 5% de óleo atingiu os 65% de metano aos 12 dias de operação, baixando de seguida até 20% aos 22 dias. Apos o período de suspensão de OAU na alimentação, a percentagem de metano voltou a subir atingindo o valor máximo de 65%. O reator 3, com maior concentração de OAU de todos na alimentação (10%) não excedeu os 45% aos 12 dias de operação, atingindo a inibição completa aos 68 dias.

Figura 6.4 - Percentagem de metano atingida para cada um dos reatores 1, 2 e 3 ao longo da 1ª fase do ensaio, em que 1 e 3=alimentação completa; 2 e 4= Alimentação sem OAU (ver tabela 5.8 pag. 113).

6.3.2 Volume de metano produzido

A Figura 6.5 mostra a evolução do volume de metano produzido diariamente por g de sólidos voláteis de alimentação. De acordo com a mesma figura, verificou-se uma diminuição de produção de metano à medida que aumentava a concentração de óleo nos reatores nos 3 reatores, de forma idêntica à representada na figura 5.4.

Figura 6.5 - Metano produzido diariamente pelos reatores 1, 2 e 3 ao longo da 1ª fase do ensaio (ml/d/g SV), em que 1 e 3=alimentação completa; 2 e 4= Alimentação sem OAU (ver tabela 5.8 pag. 113).

Enquanto que o reator 1 atingiu valores próximos de 1100 ml de volume de metano diário, o reator 2 não chegou aos 300 ml e o reator 3 não ultrapassou os 150 ml, mantendo-se a produção de metano diária quase nula após os 22 dias de alimentação até ao final do ensaio.

6.3.3 pH

A Figura 6.6 representa graficamente a evolução do pH dos reatores 1, 2 e 3 ao longo dos 82 dias de alimentação da primeira fase. Pela mesma figura, verificou-se um efeito de descida do pH à medida que aumentava a carga orgânica do conteúdo dos reatores.

Figura 6.6 - pH medido diariamente dos reatores R1, R2 e R3 ao longo da 1ª fase do ensaio, em que 1 e 3=alimentação completa; 2 e 4= Alimentação sem OAU (ver tabela 5.8 pag. 113).

O reator 1, com a menor carga orgânica de alimentação dos 3 reatores, manteve um valor de pH praticamente constante ao longo da 1ª fase do ensaio, variando entre 7 e 8. O reator 2, com concentração orgânica intermédia, manifestou um comportamento semelhante ao reator 1 durante os 12 primeiros dias, mas os valores de pH rapidamente desceram até 6,5. Tal facto relaciona-se com a acumulação de OAU, proveniente da mistura de alimentação, no conteúdo do reator. Em relação ao reator 3, verificou-se a maior descida dos valores de pH dos 3 reatores, atingindo o valor mínimo abaixo dos 5,5, situação que poderá relacionar-se com a maior concentração orgânica do conteúdo dos 3 reatores.

Verificou-se assim que o valor do pH nos 3 reatores era inversamente proporcional á concentração orgânica dos respetivos conteúdos. Geraldi (2003) afirma que, por um lado as arqueobactérias responsáveis pela acidogénese toleram valores de pH até 5, por outro lado as arqueobactérias metanogénicas apenas exercem a sua atividade com valores de pH entre 6,8 e 7,2. Em acréscimo, as membranas das arqueobactérias metanogénicas possuem um limite de absorção de iões H⁺. Sendo assim, com o aumento de carga orgânica, atingiu-se o limiar de absorção de iões H⁺ por parte das arqueobactérias metanogénicas, levando a uma acumulação de iões H+ no meio, provenientes da acidogénese, baixando o valor do pH. Desta forma verificou-se uma diminuição da produção de metano (ver Figuras 6.4 e 6.5) e inibição total do processo de digestão anaeróbia.

6.3.4 Sólidos totais e sólidos voláteis do digerido

A figura 6.7 representa a evolução da concentração de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) nos 3 reatores ao longo da 1ª fase do ensaio.

Figura 6.7 - Sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV) dos digeridos dos reatores 1 (a), 2 (b) e 3 (c) ao longo da 1ª fase do ensaio, em que 1 e 3=alimentação completa; 2 e 4= Alimentação sem OAU (ver tabela 5.8 pag. 113).

Em relação ao reator 1 (ver Figura 6.7-a), tanto a concentração de ST não ultrapassou os 30 g/l, enquanto que os sólidos voláteis ficaram abaixo dos 20 g/l. No reator 2 (ver Figura 6.7-b), as concentrações de ST e SV foram ligeiramente superiores às do reator 1, sendo que os ST atingiram valores próximos de 35 g/l e os SV não ultrapassaram os 25g/l. Em relação ao reator 3 (ver Figura 6.7-c), os valores de ST ultrapassaram os 70g/l e os SV superaram os 60g/l.

Apesar das concentrações de ST e SV obtidas apresentaram valores mais baixos em comparação com os substratos, tal deve-se ao facto de que a fração líquida de chorume, que serviu tanto de inoculo como de componente da mistura de alimentação, apresentava um aspeto visual bastante diluído, com concentrações máximas de ST e SV de 23,89g/l e 15,46g/l (ver anexo 10.11). Em contrapartida, os resíduos alimentares, ricos em gordura, com concentrações de ST e SV de 221,79 g/l e 213,43 g/l e os OAU com 1000 g/l contribuíram para o aumento da concentração de sólidos nos 3 reatores. No entanto, nos reatores 2 e 3, foram os que obtiveram maior concentração de sólidos devido á adição de óleo alimentar usado, com 1000g de SV/l, aliados à inibição metanogénica (ver Figuras 6.4 e 6.5) contribuíram de uma forma significativa para os valores elevados de ST e SV no seu conteúdo.

6.3.5 Rendimento da remoção dos sólidos voláteis

A figura 6.8 representa a evolução do rendimento de remoção dos sólidos voláteis ao longo da primeira fase do ensaio. De acordo com a mesma figura, no período 1, verificou-se que o reator 1, sem adição de OAU na alimentação era de todos os reatores o que apresentou melhor

nova suspensão de OAU. O rendimento do reator 1 desceu desde os 40% aos 8 dias até 30% no fim do ensaio. O reator 2 atingiu o seu pico de rendimento máximo aos 28 dias de operação com 35%, descendo posteriormente até 15% no fim do ensaio.

Figura 6.8 – Rendimento da degradação de sólidos voláteis dos reatores R1, R2 e R3, em que 1 e 3=alimentação completa; 2 e 4= Alimentação sem OAU (ver tabela 5.8 pag. 113).

6.3.6 Ácidos gordos voláteis

A Figura 6.9 representa a evolução do comportamento das concentrações dos ácidos gordos voláteis (AGV) em mg CQO/l nos 3 reatores ao longo da 1ª fase do ensaio. Verificou-se que o reator 1 apresentava concentrações de AGV vestigiais devido à ausência de OAU. Os reatores 2 e 3 apresentavam concentrações de AGV intermédias e altas, respetivamente, em comparação ao reator 1 devido à presença de OAU em quantidades moderadas no reator 2 e quantidades elevadas no reator 3. No reator 3 verificou-se que a partir do 40º dia, a concentração de AGV decaíram, o que poderá relacionar-se com a suspensão da alimentação dos reatores com OAU no período 4. Tal como visto em parâmetros anteriores, verificou-se que o aumento da concentração de OAU estava relacionado com um efeito de inibição no metabolismo por parte das arqueobactérias metanogénicas, havendo acumulação de AGV e H⁺ fazendo baixar o pH do meio (ver Figura 6.6), diminuindo a produção de metano (ver Figura 6.5).

Figura 6.9 - Concentração de ácidos gordos voláteis obtidas dos reatores, em mg CQO/l ao longo da 1ª fase do ensaio, em que 1 e 3=alimentação completa; 2 e 4= Alimentação sem OAU (ver tabela 5.8 pag. 113).

6.3.7 Fenómenos de inibição de digestão anaeróbia detetados

Atendendo a que os reatores 2 e 3 foram sujeitos a uma alimentação excessiva em óleo, a mesma levou a uma toxicidade de gordura e carga orgânica nos conteúdos dos mesmos reatores, com excesso de sólidos voláteis e diminuição do respetivo pH. Em consequência, esta situação dificultou a degradação da biomassa dos reatores por parte do inóculo provocando a total inibição do processo da digestão anaeróbia.