PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL A PARTIRR DE PLANTA AQUÁTICA INVASORA (Hydrilla verticillata)

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Rev. Bras. de Iniciação Científica (RBIC), Itapetininga, v. Edição Especial Universidade Federal da Integração Latino

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL A PARTIR DE PLANTA

AQUÁTICA INVASORA (

BIOFUEL PRODUCTION FROM INVASIVE AQUATIC

PLANT (Hydrilla verticillata

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE

PLANTA ACUÁTICA INVASORA (

Laryanne Naiara Rodrigues Leiber Julio Granada Galvis Rafaella Costa Bonugli Santos Márcia Regina Becker4

Resumo: A Hydrilla verticillata

sobrevivência em ambientes adversos. A contaminação de corpos d'água com resíduos sólidos, tal como dejetos bovinos, pode resultar no crescimento exacerbado desta macrófita. Devid

ambientais e econômicos, tem-se a necessidade do manejo da mesma. Este estudo visou avaliar e otimizar o aproveitamento energético dessa macrófita, por meio da produção de biogás. Os substratos foram caracterizados mediante análise gravimétrica dos sólidos e a produção do biocombustível foi analisada através do Potencial Bioquímico de Metano (PBM).

Palavras-chave: Biodigestão anaeróbia. Codigestão anaeróbia. Biogás. Dejetos bovinos. Macrófita aquática. Abstract: Hydrilla verticillata

environments. Contamination of water bodies with solid residues such as bovine manure may result in the exacerbated growth of that macrophyte. Due to its potential to g

must be managed. This study aimed to evaluate and optimize the energy use of this macrophyte through biogas production. Substrates were characterized by gravimetric analysis of solids, and biofuel production wa

by Biochemical Potential of Methane (BPM).

Keywords: Anaerobic biodigestion. Anaerobic co Resumen: Hydrilla verticillata

supervivencia en ambientes adversos. La contaminación de los cuerpos de agua con residuos sólidos, como el desecho ganadero, puede provocar el crecimiento exacerbado de esta macróf

generar pérdidas ambientales y económicas, es necesario gestionarla. Este estudio tuvo como objetivo evaluar y optimizar el aprovechamiento energético de esta macrófita, a través de la producción de biogás. Los sustratos se caracterizaron por análisis gravimétrico de los sólidos y se analizó la producción del biocombustible utilizando el Potencial Bioquímico de Metano (PBM).

Palabras-clave: Separadas. Biodigestión anaerobia. Codigestión anaerobia. Biogás. Desechos ganadero.

Macrofita acuática.

Envio 20/01/2020

1 Biotecnologista. Universidade Federal da Integração Latino 2 Discente. Universidade Federal da Integração Latino 3 Docente. Universidade Federal da Integração Latino 4 Docente. Universidade Federal da Integração Latino

Rev. Bras. de Iniciação Científica (RBIC), Itapetininga, v. 7, n.2, p. 171-18 Edição Especial Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA)

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL A PARTIR DE PLANTA

AQUÁTICA INVASORA (Hydrilla verticillata)

BIOFUEL PRODUCTION FROM INVASIVE AQUATIC

Hydrilla verticillata)

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE

PLANTA ACUÁTICA INVASORA (Hydrilla verticillata

Laryanne Naiara Rodrigues1

Leiber Julio Granada Galvis2 Rafaella Costa Bonugli Santos3

Hydrilla verticillata é uma planta aquática que possui rápida taxa de crescimento e capacidade de sobrevivência em ambientes adversos. A contaminação de corpos d'água com resíduos sólidos, tal como dejetos bovinos, pode resultar no crescimento exacerbado desta macrófita. Devido ao seu potencial em gerar prejuízos se a necessidade do manejo da mesma. Este estudo visou avaliar e otimizar o aproveitamento energético dessa macrófita, por meio da produção de biogás. Os substratos foram caracterizados iante análise gravimétrica dos sólidos e a produção do biocombustível foi analisada através do Potencial

Biodigestão anaeróbia. Codigestão anaeróbia. Biogás. Dejetos bovinos. Macrófita aquática. lla verticillata is an aquatic plant with fast growth rate and survivability in adverse environments. Contamination of water bodies with solid residues such as bovine manure may result in the exacerbated growth of that macrophyte. Due to its potential to generate environmental and economic losses, it must be managed. This study aimed to evaluate and optimize the energy use of this macrophyte through biogas production. Substrates were characterized by gravimetric analysis of solids, and biofuel production wa

by Biochemical Potential of Methane (BPM).

Anaerobic biodigestion. Anaerobic co-digestion. Biogas. Bovine manure. Aquatic macrophyte. es una planta acuática que tiene rápida tasa de crecimiento y capacidad de supervivencia en ambientes adversos. La contaminación de los cuerpos de agua con residuos sólidos, como el desecho ganadero, puede provocar el crecimiento exacerbado de esta macrófita. Debido a su potencial para generar pérdidas ambientales y económicas, es necesario gestionarla. Este estudio tuvo como objetivo evaluar y optimizar el aprovechamiento energético de esta macrófita, a través de la producción de biogás. Los sustratos se caracterizaron por análisis gravimétrico de los sólidos y se analizó la producción del biocombustible utilizando el Potencial Bioquímico de Metano (PBM).

Separadas. Biodigestión anaerobia. Codigestión anaerobia. Biogás. Desechos ganadero.

Envio 20/01/2020 Revisão 30/01/2020 Aceite 15/03/2020

Biotecnologista. Universidade Federal da Integração Latino-Americana. E-mail: laryanne.r@outlook.com Discente. Universidade Federal da Integração Latino-Americana. E-mail: juliogranada97@gmail.com Docente. Universidade Federal da Integração Latino-Americana. E-mail: rafaella.santos@unila.edu.br deral da Integração Latino-Americana. E-mail: marcia.becker@unila.edu.br

83, 2020. Americana (UNILA)

171 PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL A PARTIR DE PLANTA

BIOFUEL PRODUCTION FROM INVASIVE AQUATIC

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE

Hydrilla verticillata)

é uma planta aquática que possui rápida taxa de crescimento e capacidade de sobrevivência em ambientes adversos. A contaminação de corpos d'água com resíduos sólidos, tal como dejetos o ao seu potencial em gerar prejuízos se a necessidade do manejo da mesma. Este estudo visou avaliar e otimizar o aproveitamento energético dessa macrófita, por meio da produção de biogás. Os substratos foram caracterizados iante análise gravimétrica dos sólidos e a produção do biocombustível foi analisada através do Potencial

Biodigestão anaeróbia. Codigestão anaeróbia. Biogás. Dejetos bovinos. Macrófita aquática. is an aquatic plant with fast growth rate and survivability in adverse environments. Contamination of water bodies with solid residues such as bovine manure may result in the enerate environmental and economic losses, it must be managed. This study aimed to evaluate and optimize the energy use of this macrophyte through biogas production. Substrates were characterized by gravimetric analysis of solids, and biofuel production was analyzed

digestion. Biogas. Bovine manure. Aquatic macrophyte. es una planta acuática que tiene rápida tasa de crecimiento y capacidad de supervivencia en ambientes adversos. La contaminación de los cuerpos de agua con residuos sólidos, como el ita. Debido a su potencial para generar pérdidas ambientales y económicas, es necesario gestionarla. Este estudio tuvo como objetivo evaluar y optimizar el aprovechamiento energético de esta macrófita, a través de la producción de biogás. Los sustratos se caracterizaron por análisis gravimétrico de los sólidos y se analizó la producción del biocombustible utilizando el Separadas. Biodigestión anaerobia. Codigestión anaerobia. Biogás. Desechos ganadero.

Aceite 15/03/2020

laryanne.r@outlook.com. juliogranada97@gmail.com. rafaella.santos@unila.edu.br. marcia.becker@unila.edu.br.

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Rev. Bras. de Iniciação Científica (RBIC), Itapetininga, v. Edição Especial Universidade Federal da Integração Latino Introdução

A falta de tratamento e disposição inadequada de efluentes, tal como de dejetos de animais, pode resultar na contaminação de corpos d'água. O excesso de nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo) contidos nestes resíduos pode

proliferação de plantas aquáticas, tal como a

submersa nativa de partes da África, Ásia e Austrália, que por possuir alta adaptabilidade e capacidade de propagação, foi capaz de espalhar

importante “erva daninha aquática” (Chen et al 2016; Bianchini et al, 2010).No Brasil, a

H.verticillata é encontrada no reservatório da usina hidrelétrica de Itaipu e ao longo do Rio

Paraná (uma importante bacia hidrográfica para a geração de energia el potencial para infestar outras bacias do país (Sousa, 2011).

Embora macrófitas apresentem importância ecológica

para diversos animais, por exemplo, a proliferação excessiva de plantas aquáticas nativas principalmente, das invasoras pode

em produzir uma enorme quantidade de biomassa pode resultar na eutrofização do ambiente aquático e morte de espécies; na obstrução de canais de coleta e distribuiç

prejudicar a navegabilidade e a geração de energia por hidrelétricas, entre outros problemas (Chen et al, 2016; Sousa, 2011).

e controle, podendo contribuir para a promoção do equilíbrio do ecossistema aquático afetado e, ainda, ser potencialmente

meio da biodigestão anaeróbia (Chen et al 2016; Bianchini et al, 2010).

A biodigestão anaeróbia (BA) consiste na degradação biológica, na ausência de oxigênio, onde uma comunidade microbiana (arqueas e bactérias) converte a matéria orgânica em biogás e biofertilizante (Lins, 2017). O biogás é composto principalmente por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO

(NH3), hidrogênio (H2) e vapor d’água (Mata

alternativa promissora no tratamento de materiais orgânicos, pois biofertilizante promove a

dividido em: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Na primeira etapa, o substrato é hidrolisado em substâncias mais simples

A falta de tratamento e disposição inadequada de efluentes, tal como de dejetos de animais, pode resultar na contaminação de corpos d'água. O excesso de nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo) contidos nestes resíduos pode

ção de plantas aquáticas, tal como a Hydrilla verticillata. Esta é uma macrófita submersa nativa de partes da África, Ásia e Austrália, que por possuir alta adaptabilidade e capacidade de propagação, foi capaz de espalhar-se pelo mundo, sendo considerada u importante “erva daninha aquática” (Chen et al 2016; Bianchini et al, 2010).No Brasil, a

é encontrada no reservatório da usina hidrelétrica de Itaipu e ao longo do Rio Paraná (uma importante bacia hidrográfica para a geração de energia el

potencial para infestar outras bacias do país (Sousa, 2011).

Embora macrófitas apresentem importância ecológica, servindo de habitat e alimento para diversos animais, por exemplo, a proliferação excessiva de plantas aquáticas nativas principalmente, das invasoras pode ocasionar prejuízo ambientais e econômico. O potencial em produzir uma enorme quantidade de biomassa pode resultar na eutrofização do ambiente aquático e morte de espécies; na obstrução de canais de coleta e distribuiç

prejudicar a navegabilidade e a geração de energia por hidrelétricas, entre outros problemas (Chen et al, 2016; Sousa, 2011).Asua remoção sustentada é uma importante forma de manejo contribuir para a promoção do equilíbrio do ecossistema aquático afetado mente utilizada na produção de bioenergia, tal como o biogás obtido por meio da biodigestão anaeróbia (Chen et al 2016; Bianchini et al, 2010).

anaeróbia (BA) consiste na degradação biológica, na ausência de oxigênio, onde uma comunidade microbiana (arqueas e bactérias) converte a matéria orgânica em biogás e biofertilizante (Lins, 2017). O biogás é composto principalmente por metano

do de carbono (CO2), mas pode conter traços de ácido sulfídrico (H

) e vapor d’água (Mata-Alvarez et al, 2014). É considerada uma alternativa promissora no tratamento de materiais orgânicos, pois

e promove a reciclagem de nutrientes (Lins, 2017).Este processo biológico é dividido em: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Na primeira etapa, o substrato é hidrolisado em substâncias mais simples, enquanto na acidogênese os ácidos

172

A falta de tratamento e disposição inadequada de efluentes, tal como de dejetos de

animais, pode resultar na contaminação de corpos d'água. O excesso de nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo) contidos nestes resíduos pode proporcionar a . Esta é uma macrófita submersa nativa de partes da África, Ásia e Austrália, que por possuir alta adaptabilidade e se pelo mundo, sendo considerada uma importante “erva daninha aquática” (Chen et al 2016; Bianchini et al, 2010).No Brasil, a é encontrada no reservatório da usina hidrelétrica de Itaipu e ao longo do Rio Paraná (uma importante bacia hidrográfica para a geração de energia elétrica), tendo ainda

servindo de habitat e alimento para diversos animais, por exemplo, a proliferação excessiva de plantas aquáticas nativas e, prejuízo ambientais e econômico. O potencial em produzir uma enorme quantidade de biomassa pode resultar na eutrofização do ambiente aquático e morte de espécies; na obstrução de canais de coleta e distribuição de água; prejudicar a navegabilidade e a geração de energia por hidrelétricas, entre outros problemas remoção sustentada é uma importante forma de manejo contribuir para a promoção do equilíbrio do ecossistema aquático afetado produção de bioenergia, tal como o biogás obtido por meio da biodigestão anaeróbia (Chen et al 2016; Bianchini et al, 2010).

anaeróbia (BA) consiste na degradação biológica, na ausência de oxigênio, onde uma comunidade microbiana (arqueas e bactérias) converte a matéria orgânica em biogás e biofertilizante (Lins, 2017). O biogás é composto principalmente por metano traços de ácido sulfídrico (H2S), amônia Alvarez et al, 2014). É considerada uma alternativa promissora no tratamento de materiais orgânicos, pois naprodução do nutrientes (Lins, 2017).Este processo biológico é dividido em: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Na primeira etapa, o na acidogênese os ácidos

(3)

graxos, peptídeos e polissacarídeos (resultantes da etapa anterior) são utilizados como substrato por microrganismos fermentativos para produção de ácidos orgânicos. Na acetogênese, estes ácidos

produção do metano, que pode ser

moléculas de acetato ou pela redução do dióxido de carbono e hidrogênio, de modo a se obter metano e água (Mata-Alvarez et al, 2014).

condições operacionais, tais como: temperatura substratos, aplicação de pré

extra de microrganismos já adaptada ao processo), entre outros. único (monodigestão) ou com a

a estabilidade da BA e rendimento do biogás e do conteúdo do metano, tem de mais estudos para otimização do processo (Lins, 2017; Mata

2014; Xu e colaboradores, 2018).

De modo a aproveitar a biomassa da macrófita invasora

mitigar os prejuízos gerados ao ambiente pelos dejetos bovinos, este trabalho propõe avaliar a codigestão anaeróbia, com esses substratos, para a produção de

Metodologia

Coleta e seleção das biomassas

região lago de Itaipu (na região do Refúgio Biológico Bela Vista) acordo com as características morfológicas,

a secagem ao sol. O dejeto bovino fo

de Foz do Iguaçu-PR e armazenado sob refrigeração em recipient

Preparação do inóculo

consistiu em uma mistura de efluentes de dejetos de suínos e bovinos (1:1, v/v). Antes da sua utilização do inóculo, foi aclimatado por um período de 7 dias, em

°C, conforme a norma VDI 3630 (2006). Pré-tratamento biológico da

com um fungo lignocelulítico isolado do Parque Nacional do Iguaçu por Castaño (2016).A

peptídeos e polissacarídeos (resultantes da etapa anterior) são utilizados como substrato por microrganismos fermentativos para produção de ácidos orgânicos. Na acetogênese, estes ácidos orgânicos são convertidos em acetato. Na última etapa ocorre a metano, que pode ser produzidopor meio de duas vias: pela clivagem das moléculas de acetato ou pela redução do dióxido de carbono e hidrogênio, de modo a se obter

Alvarez et al, 2014).O processo de BA é influenciad condições operacionais, tais como: temperatura, pH, modelo do biodigestor

aplicação de pré-tratamento da biomassa, adição de inóculo (uma comunidade extra de microrganismos já adaptada ao processo), entre outros. A BA

único (monodigestão) ou com a presença de mais de um substrato (codigestão). Para melhorar a estabilidade da BA e rendimento do biogás e do conteúdo do metano, tem

de mais estudos para otimização do processo (Lins, 2017; Mata-Alvar , 2018).

De modo a aproveitar a biomassa da macrófita invasora H. verticillata

mitigar os prejuízos gerados ao ambiente pelos dejetos bovinos, este trabalho propõe avaliar a anaeróbia, com esses substratos, para a produção de biocombustível.

das biomassas. Foi feita a coleta das macrófitas ( lago de Itaipu (na região do Refúgio Biológico Bela Vista). Foi feita a

acordo com as características morfológicas, e separação de outros materiais coletados e, após dejeto bovino foi coletado em uma pequena propriedade rural da cidade

e armazenado sob refrigeração em recipiente fechado.

nóculo.O inóculo mesofílico anaeróbio, doado pela CIBiogás, consistiu em uma mistura de efluentes de dejetos de suínos e bovinos (1:1, v/v). Antes da sua utilização do inóculo, foi aclimatado por um período de 7 dias, em temperatura de 37,5 ± 1,0 °C, conforme a norma VDI 3630 (2006).

tratamento biológico da H. verticillata. Parte da H. verticillata

com um fungo lignocelulítico isolado do Parque Nacional do Iguaçu por Castaño (2016).A

173

peptídeos e polissacarídeos (resultantes da etapa anterior) são utilizados como

substrato por microrganismos fermentativos para produção de ácidos orgânicos. Na são convertidos em acetato. Na última etapa ocorre a de duas vias: pela clivagem das moléculas de acetato ou pela redução do dióxido de carbono e hidrogênio, de modo a se obter BA é influenciado por diversas modelo do biodigestor, natureza dos inóculo (uma comunidade A BA pode ocorrer com um de mais de um substrato (codigestão). Para melhorar a estabilidade da BA e rendimento do biogás e do conteúdo do metano, tem-se a necessidade Alvarez e colaboradores,

H. verticillata e diminuir ou

mitigar os prejuízos gerados ao ambiente pelos dejetos bovinos, este trabalho propõe avaliar a biocombustível.

coleta das macrófitas (H. verticillata) na Foi feita a identificação, de e separação de outros materiais coletados e, após coletado em uma pequena propriedade rural da cidade

e fechado.

O inóculo mesofílico anaeróbio, doado pela CIBiogás, consistiu em uma mistura de efluentes de dejetos de suínos e bovinos (1:1, v/v). Antes da sua temperatura de 37,5 ± 1,0

H. verticillata foi pré-tratada

(4)

metodologia foi adaptada (Laurinovica e colaboradores, 2013) e consistiu na adição de 4 g da macrófita, em um frasco Erlenmeyer, com 50 mL meio de cultivo, caldo de batata previamente autoclavado. O meio foi inoculado com o fungo lignocelulítico e permaneceu por 21 dias, em estufa a 28°C. A amostra foi preparada em triplicata com um controle negativo de caldo de batata sem o fungo lignocelulítico. Após,

estufa a 60°C até a sua utilização

Com o objetivo de facilitar a biodigestão da mac (Zheng e colaboradores, 2014),

Análises físico-químicas

foramcaracterizados por ensaios gravimétricos dos sólidos totais(ST) e voláteis (SV), adaptado do método 2540 G de APHA/AWA/WEF (2012).

As medidas de pH foram feitas com medidor de pH marca Mettler.

Aparato experimental.

conectados com mangueiras (3/8” de diâmetro) aos gasômetros armazenamentodo biogás, conforme fotografia da Fig.1

deslocado pelo gás produzidofoi coletado O líquido selante foi preparado com sulfúrico e completado à 1 L

ptada (Laurinovica e colaboradores, 2013) e consistiu na adição de 4 g da macrófita, em um frasco Erlenmeyer, com 50 mL meio de cultivo, caldo de batata O meio foi inoculado com o fungo lignocelulítico e permaneceu por estufa a 28°C. A amostra foi preparada em triplicata com um controle negativo de caldo de batata sem o fungo lignocelulítico. Após, biomassa pré-tratada foi armazenada na estufa a 60°C até a sua utilização.

Com o objetivo de facilitar a biodigestão da macrófita e otimizar a produção de biogás , 2014),

químicas. Os dejetos bovinos, as macrófitas secas

foramcaracterizados por ensaios gravimétricos dos sólidos totais(ST) e voláteis (SV), 2540 G de APHA/AWA/WEF (2012).

Aparato experimental.Os biodigestores,frasco kitassato de 500 mL

conectados com mangueiras (3/8” de diâmetro) aos gasômetros, frasco mariotte de 1 L para , conforme fotografia da Fig.1. O líquido selante do frasco mariotte deslocado pelo gás produzidofoi coletado e seu volume foi medido com proveta graduada.

selante foi preparado com 74,1 g de carbonato de sódio 1 L com água destilada (Lynson e colaboradores,

Figura 01: Fotografia do aparato experimental.

Fonte: autoria própria.

174

ptada (Laurinovica e colaboradores, 2013) e consistiu na adição de 4 g da

macrófita, em um frasco Erlenmeyer, com 50 mL meio de cultivo, caldo de batata O meio foi inoculado com o fungo lignocelulítico e permaneceu por estufa a 28°C. A amostra foi preparada em triplicata com um controle negativo de tratada foi armazenada na

rófita e otimizar a produção de biogás

as macrófitas secas e o inóculo foramcaracterizados por ensaios gravimétricos dos sólidos totais(ST) e voláteis (SV),

kitassato de 500 mL, foram frasco mariotte de 1 L para . O líquido selante do frasco mariotte seu volume foi medido com proveta graduada.

g de carbonato de sódio, 30 mL de ácido ynson e colaboradores, 2011).

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Ensaio de Potencial Bioquímico de Metano (PBM)

Potencial Bioquímicode Metano,conforme a norma VDI 4630 (2006).

em batelada e em triplicata, ocorrendo em temperatura mesofílica (37,5 ± 1,0 °C), com reatores contendo 70 g de biomassas e solução tamponante de bicarbonato de sódio (11 g/L) necessária para obter um teor de 9% de sólidos totais com base no peso seco (

colaboradores, 2010). Cada reator foi agitado manualmente, uma vez ao dia.

amonodigestão do dejeto bovino e a codigestão do dejetobovino e da macrófita (razão 2:1) com e sem o inóculo.

Nos ensaios com inóculo foi utilizado em uma razão de 2:1 (inóculo:substratos), com base nos sólidos voláteis, de acordo com a normativa alemã VDI 4630. As quantidades dos substratos a serem utilizadas

e Araujo, 2016) e a de inóculo

Os ensaios de PBMforam mantidos por realizadas leituras diárias

quantificaçãodos gases produzidos com um detector portátil de gasesDräger, modelo X 7000.

A Tabela 1 mostra as quantidades debiomassa utilizadas nas amostras, baseadas nas medidasde sólidos totais e voláteis

Tabela 1: Composição das amostras utilizadas nos ensaios de Amostra Monodigestão dejeto Codigestão Codigestão + Inóculo Controle Monodigestão macrófita + Inóculo Controle Codigestão (pré-tratamento) + Inóculo

Potencial Bioquímico de Metano (PBM). Foram realizados os ensaios do de Metano,conforme a norma VDI 4630 (2006). Os ensaios foram feitos em batelada e em triplicata, ocorrendo em temperatura mesofílica (37,5 ± 1,0 °C), com reatores contendo 70 g de biomassas e solução tamponante de bicarbonato de sódio (11 g/L)

ara obter um teor de 9% de sólidos totais com base no peso seco ( Cada reator foi agitado manualmente, uma vez ao dia.

amonodigestão do dejeto bovino e a codigestão do dejetobovino e da macrófita (razão 2:1)

inóculo foi utilizado em uma razão de 2:1 (inóculo:substratos), com base nos sólidos voláteis, de acordo com a normativa alemã VDI 4630. As quantidades dos

utilizadas nos ensaios PBM seguem indicações da literatura ( a de inóculo da de Costa (2015).

PBMforam mantidos por 40 dias e, durante esse processo, fo s dos volumes de biogás produzido. Ao final, foi feita a gases produzidos com um detector portátil de gasesDräger, modelo X

mostra as quantidades debiomassa utilizadas nas amostras, baseadas nas medidasde sólidos totais e voláteis.

Composição das amostras utilizadas nos ensaios de BPM Dejeto bovino (g) Macrófita (g) Inóculo (g)

32,68 - - 21,78 2,38 - 21,78 2,38 175,43 - - 175,43 Monodigestão macrófita + - 7,13 183,90 - - 183,90 tratamento) + 21,78 2,38 175,43 83, 2020. Americana (UNILA)

175

Foram realizados os ensaios do

Os ensaios foram feitos em batelada e em triplicata, ocorrendo em temperatura mesofílica (37,5 ± 1,0 °C), com reatores contendo 70 g de biomassas e solução tamponante de bicarbonato de sódio (11 g/L) ara obter um teor de 9% de sólidos totais com base no peso seco (O'Sullivan e Cada reator foi agitado manualmente, uma vez ao dia.Foram avaliadas amonodigestão do dejeto bovino e a codigestão do dejetobovino e da macrófita (razão 2:1)

inóculo foi utilizado em uma razão de 2:1 (inóculo:substratos), com base nos sólidos voláteis, de acordo com a normativa alemã VDI 4630. As quantidades dos s da literatura (Albuquerque

40 dias e, durante esse processo, foram Ao final, foi feita a gases produzidos com um detector portátil de gasesDräger, modelo X-am

mostra as quantidades debiomassa utilizadas nas amostras, baseadas nas

BPM. Inóculo (g) Tampão (g) 37,32 45,84 175,43 45,84 175,43 - 183,90 62,87 183,90 - ,43 45,84

(6)

Controle

Resultados e discussão

Os resultados da análise gravimétrica da macrófita e do dejeto de acordo com os da literatura (

utilizadas apresentam potencial para produção de biogás, tendo em vista o alto teor de sólidos voláteis (Lins, 2017).

Tabela 2: Análise dos sólidos totais (ST), fixos (SF) e voláteis (SV). Amostra

Dejeto bovino Macrófita Macrófita pré-tratada

O resultado da análise estatística, dado pela Análise de Variância (ANOVA) bifatorial, indicou que houve diferença significativas (P <0,05) nos valores da análise dos sólidos (totais, fixos e voláteis) entre a macrófita pré

tendo em vista que o valor de P foi de 0,0013.

O conteúdo dos sólidos dos afluentes (material de entrada) dos biodigestores segui recomendação da norma VDI 4630 (2006) e não ultrapassaram 10% de sólidos totais, garantindo que, a matéria orgânica não sobrecarregasse o sistema. Em todos os ensaios ocorreu a redução dos sólidos, conforme expresso na Tabela 3, indicando que houve a degradação da matéria orgânica

que a macrófita apresentou menor redução nos seus valores de SV ao final da biodigestão mostrando que parte da sua matéria orgânica está disponível para a produção de biogás.

- - 175,43

Os resultados da análise gravimétrica da macrófita e do dejeto bovino

literatura (CHEN e colaboradores, 2016) e indicam que as biomassas potencial para produção de biogás, tendo em vista o alto teor de sólidos

: Análise dos sólidos totais (ST), fixos (SF) e voláteis (SV).

ST (%) SF (%)

19,3 ± 0,2 23 ± 2 88,4 ± 0,8 29 ± 3

tratada 98,2 ± 0,2 19,3 ± 0,9

O resultado da análise estatística, dado pela Análise de Variância (ANOVA) bifatorial, indicou que houve diferença significativas (P <0,05) nos valores da análise dos sólidos (totais, fixos e voláteis) entre a macrófita pré-tratada e a que não recebeu o pré

tendo em vista que o valor de P foi de 0,0013.

ólidos dos afluentes (material de entrada) dos biodigestores segui recomendação da norma VDI 4630 (2006) e não ultrapassaram 10% de sólidos totais, garantindo que, a matéria orgânica não sobrecarregasse o sistema. Em todos os ensaios os sólidos, conforme expresso na Tabela 3, indicando que houve a degradação da matéria orgânica no processo de biodigestão. Comparativamente, observa que a macrófita apresentou menor redução nos seus valores de SV ao final da biodigestão

arte da sua matéria orgânica está disponível para a produção de biogás.

176

,43 -

bovino (Tabela 2) estão indicam que as biomassas potencial para produção de biogás, tendo em vista o alto teor de sólidos

: Análise dos sólidos totais (ST), fixos (SF) e voláteis (SV).

SV (%) 77 ± 2 71 ± 3 80,7 ± 0,9

O resultado da análise estatística, dado pela Análise de Variância (ANOVA) bifatorial, indicou que houve diferença significativas (P <0,05) nos valores da análise dos sólidos (totais, tratada e a que não recebeu o pré-tratamento biológico,

ólidos dos afluentes (material de entrada) dos biodigestores seguiu a recomendação da norma VDI 4630 (2006) e não ultrapassaram 10% de sólidos totais, garantindo que, a matéria orgânica não sobrecarregasse o sistema. Em todos os ensaios os sólidos, conforme expresso na Tabela 3, indicando que houve a Comparativamente, observa-se que a macrófita apresentou menor redução nos seus valores de SV ao final da biodigestão

(7)

Rev. Bras. de Iniciação Científica (RBIC), Itapetininga, v. Edição Especial Universidade Federal da Integração Latino Tabela 3:Análise dos sólidos totais (ST)e voláteis (SV) biodigestão. Amostra Monodigestão dejeto Codigestão Codigestão + Inóculo Controle Monodigestão macrófita + Inóculo Controle Codigestão (pré-tratamento) + Inóculo Controle

Os valores iniciais de pH das amostras ficaram entre 8,2e 8,8, um pouco acima do sugeridos na literatura (XU

indicando quea tamponamento foi eficiente no processo. SegundoO’SULLIVAN colaboradores (2010),

anaeróbios, sendo que estapode levar à cessação da produção de biogás, pois osmicrorganismos são sensíveis a mudanças bruscas do pH.

Os resultados da produção acumulada de biogás estão sumarizados na T e demonstram que a

apropriada para produção de biogás, seja através da monodigestão pela codigestão (162 mL/g SV)

macrófica promoveu um aumento de 66% na produção de biogás (em volume).

dos 40 dias, a produção de biogás obtidafoi de 1120 mL na codigestão, 671 mL na monodigestão,1173 mL na codigestão com inóculo e de 60mL no inóculo.

relatos de produção de biogás utiliza

bons rendimentosde biogás a partir desta macrófita, seja suamonodigestão(A

Análise dos sólidos totais (ST)e voláteis (SV) das amostras, no início e no final da

ST inicial (%) ST final (%) SV inicial 9,1 ± 0,6 7,7 ± 0,7 75,1 ± 0,6 8,9 ± 0,6 7,0 ± 0,2 77,9 ± 0,5 4,2 ± 0,2 3,3 ± 0,2 70,4 ± 0,8 2,60 ± 0,01 1,9 ± 0,4 62,3 ±0,2 Monodigestão macrófita + 4,9 ± 0,6 2 ± 3 61,2 ± 0,8 0,86 ± 0,04 0,8 ± 0,1 55 ± 2 tratamento) + 3,8 ± 0,2 2,5 ± 0,8 70 ± 1 2,60 ± 0,01 1,9 ± 0,4 62,3 ± 0,2

valores iniciais de pH das amostras ficaram entre 8,2e 8,8, um pouco acima do sugeridos na literatura (XU e colaboradores, 2018), e os finais entre 7,5 e 8,4, indicando quea tamponamento foi eficiente no processo. SegundoO’SULLIVAN

(2010), a adição do tampão preveni aacidificação em digestores anaeróbios, sendo que estapode levar à cessação da produção de biogás, pois osmicrorganismos são sensíveis a mudanças bruscas do pH.

resultados da produção acumulada de biogás estão sumarizados na T e demonstram que a biomassa da macrófita, sem o pré-tratamento biológico apropriada para produção de biogás, seja através da monodigestão

162 mL/g SV). Com relação a monodigestão do dejeto, a da oveu um aumento de 66% na produção de biogás (em volume).

, a produção de biogás obtidafoi de 1120 mL na codigestão, 671 mL na monodigestão,1173 mL na codigestão com inóculo e de 60mL no inóculo.

relatos de produção de biogás utilizando a H. verticillata sugerem que é possível obter rendimentosde biogás a partir desta macrófita, seja

monodigestão(Abbasie colaboradores, 1990; Evans& Wilkie

177

das amostras, no início e no final da

SV inicial (%) SV final (%) 75,1 ± 0,6 4 ± 4 77,9 ± 0,5 62 ± 1 70,4 ± 0,8 59,5 ± 0,7 62,3 ±0,2 60,4 ± 0,2 61,2 ± 0,8 51 ± 8 55 ± 2 53 ± 2 ± 1 64 ± 1 62,3 ± 0,2 51 ± 2

valores iniciais de pH das amostras ficaram entre 8,2e 8,8, um pouco acima , 2018), e os finais entre 7,5 e 8,4, indicando quea tamponamento foi eficiente no processo. SegundoO’SULLIVAN e a adição do tampão preveni aacidificação em digestores anaeróbios, sendo que estapode levar à cessação da produção de biogás, pois

resultados da produção acumulada de biogás estão sumarizados na Tabela 4 tratamento biológico, foi apropriada para produção de biogás, seja através da monodigestão (208 mL/g SV) ou . Com relação a monodigestão do dejeto, a da oveu um aumento de 66% na produção de biogás (em volume).Ao fim , a produção de biogás obtidafoi de 1120 mL na codigestão, 671 mL na monodigestão,1173 mL na codigestão com inóculo e de 60mL no inóculo.Alguns sugerem que é possível obter rendimentosde biogás a partir desta macrófita, seja pela ilkie, 2010) ou pela sua

(8)

codigestão com outros substratos, tal como com a palhade arroz (K colaboradores, 2019).

Tabela 4: Produção de biogás nos ensaios PBM Amostra

Monodigestão dejeto Codigestão Codigestão + Inóculo

Controle

Monodigestão macrófita + Inóculo Controle

Codigestão (pré-tratamento) + Inóculo Controle

A Figura 2 apresenta

de produção acumulada de biogás mostra um inícioimediato e

degradação regular econtínua dos substratos observado pela produção contínuado biogás indica que os sistemas foram apropriados,resultado de um bom equilíbrio entre os microrganismose a matéria orgânica, segundo PUGLIESE et al (2015

A adição do inóculoà codigestão não resultou no aumento significativo daquantidade do biogás produzido, mas, por causa de umapopulação extra de microrganismos já adaptados aoprocesso, garantiu uma comunidade microbiana estávelpara que a biodigestão anae fosse estabelecidarapidamente

O máximo da produção de biogás ocorreu nos primeiros7 dias da biodigestão (Pugliese e colaboradores,

houve a diminuiçãoda produção diária até que esta fosse alcançados os 40dias, tempo no qual a produção diária foi menor ou igual a1% do total acumulado. Osresultados encontrados estão de acordo com Chen e colaboradores

naprimeira semana da experimentação e utilizando

codigestão com outros substratos, tal como com a palhade arroz (K , 2019).

Produção de biogás nos ensaios PBM

Amostra mL

Monodigestão dejeto 671 ± 23

Codigestão 1120 ± 77

Codigestão + Inóculo 1173 ± 57

Controle 60 ± 16

Monodigestão macrófita + Inóculo 1585 ± 50

Controle 77 ± 9

tratamento) + Inóculo 609 ± 147

Controle 49 ± 8

apresenta a produção de biogás diária e acumulada das amostras. de produção acumulada de biogás mostra um inícioimediato e uma produção contínua degradação regular econtínua dos substratos observado pela produção contínuado biogás indica que os sistemas foram apropriados,resultado de um bom equilíbrio entre os microrganismose a matéria orgânica, segundo PUGLIESE et al (2015).

adição do inóculoà codigestão não resultou no aumento significativo daquantidade do biogás produzido, mas, por causa de umapopulação extra de microrganismos já adaptados aoprocesso, garantiu uma comunidade microbiana estávelpara que a biodigestão anae fosse estabelecidarapidamente (Alencar, 2017; O'Sullivan et al, 2010).

O máximo da produção de biogás ocorreu nos primeiros7 dias da biodigestão ugliese e colaboradores, 2015), conforme ilustrado na Fig. 2 à esquerda.

diminuiçãoda produção diária até que esta fosse alcançados os 40dias, tempo no qual a produção diária foi menor ou igual a1% do total acumulado. Osresultados encontrados estão

hen e colaboradores (2016) que também obteve o máximo da produção naprimeira semana da experimentação e utilizando H. verticillata.

178

codigestão com outros substratos, tal como com a palhade arroz (Kaintholae

mL/ g SV 140 231 162 21 208 88 94 17

diária e acumulada das amostras. A curva uma produção contínua. A degradação regular econtínua dos substratos observado pela produção contínuado biogás indica que os sistemas foram apropriados,resultado de um bom equilíbrio entre os

adição do inóculoà codigestão não resultou no aumento significativo daquantidade do biogás produzido, mas, por causa de umapopulação extra de microrganismos já adaptados aoprocesso, garantiu uma comunidade microbiana estávelpara que a biodigestão anaeróbia

O máximo da produção de biogás ocorreu nos primeiros7 dias da biodigestão 2 à esquerda.Após esse período, diminuiçãoda produção diária até que esta fosse alcançados os 40dias, tempo no qual a produção diária foi menor ou igual a1% do total acumulado. Osresultados encontrados estão (2016) que também obteve o máximo da produção diária

(9)

Figura 2: Produção acumulada (à direita) e diárias (à esquerda) de biogás. Codigestão (D:M – 2:1), monodigestão dejeto (Dejeto), codigestão com inóculo (D:M (2:1) + Inóculo), monodigestão macrófita (Macrófita + Inóculo), controle

macrófita pré-tratada (D:M pré

A Tabela 5 apresenta os teores de metano obtido das amostras, após os 40 dias de biodigestão. Amostra Monodigestão de dejeto Codigestão Codigestão + Inóculo Codigestão (pré Inóculos

1_{Valor informado pelaCIBiogás}

rodução acumulada (à direita) e diárias (à esquerda) de biogás. Codigestão 2:1), monodigestão dejeto (Dejeto), codigestão com inóculo (D:M (2:1) + Inóculo), gestão macrófita (Macrófita + Inóculo), controles (Inóculo

tratada (D:M pré-tratamento).

A Tabela 5 apresenta os teores de metano obtido das amostras, após os 40 dias de

Tabela 5. Teores de metano nas amostras. Teor de CH

Monodigestão de dejeto 22±8

37±4

Codigestão + Inóculo 50±6

Codigestão (pré-tratamento) + Inóculo 18±1 371 CIBiogás.

179

rodução acumulada (à direita) e diárias (à esquerda) de biogás. Codigestão

2:1), monodigestão dejeto (Dejeto), codigestão com inóculo (D:M (2:1) + Inóculo), (Inóculos), codigestão com

A Tabela 5 apresenta os teores de metano obtido das amostras, após os 40 dias de

(10)

A literatura (Chen e colaboradores, 2016) indica que a alcançar valor de até 50% de metano

codigestão, com relação a monodigestão do dejeto, observa maior teor de metano, 37 ± 4 e 22 ± 8 %, respectiv observa-se que apesar da amostra

Codigestão, 162 mL/g SV e 231mL/g SV, respectivamente, apresenta maior teor de metano

Para a amostra Codigestão (pré

volume de biogás produzido, 94mL/g SV, quanto no seu conteúdo de metano, baixos valores podem ser atribuído

colaboradores (2015), a formação desta espuma

de acordo com esses autores, a formação de espuma está ligada a diversos fatores, tais como: altas concentrações de proteínas, aminoácidos e lipídeos; existência de alguns microrganismos; padrão de mistura inadequado, entre outros. Além disso, a menor produção de biogás pode ser ocasionada pela menor quantidade de açúcares disponíveis, pois segundo Zheng e colaboradores (2014),

consumidos pelos microrganismos durante o pré

Conclusões

As biomassas estudadas, comosubstratos adequados par

adição da macrófitacomo cossubstrato aumenta consideravelmente a produçãode biogás, em mais de 66% em relação à monodigestão d

A adição do inóculo não contribuiu aumentando a quantidade do biogás produzida, mas favoreceu a digestão anaeróbia, acelerando a degradação da matéria orgânica, antecipando o pico da produção de biogás, reduzindo o tempo de retenção hidráulica e melhorando o conteúdo de metano.

Os sistemas simulados tiveram início imediato da produçãode biogás e foram estabilizados em até quarenta dias. Masapesar dos resultados experimentais, faz

umbom gerenciamento dos resíduos da pecuária e de plantasdaninh

A literatura (Chen e colaboradores, 2016) indica que a macrófita com inóculo 50% de metano. Além do aumento de volume de biogás produzido na codigestão, com relação a monodigestão do dejeto, observa-se que o biogás produzido oferece maior teor de metano, 37 ± 4 e 22 ± 8 %, respectivamente. Para as amostras analisadas, se que apesar da amostra Codigestão + Inóculo ter produzido menos biogás que a da Codigestão, 162 mL/g SV e 231mL/g SV, respectivamente, a codigestão com inóculo apresenta maior teor de metano indicando que ele melhora a qualidade do biogás produzido. Para a amostra Codigestão (pré-tratamento) + Inóculo verifica-se baixo rendimento, tanto no volume de biogás produzido, 94mL/g SV, quanto no seu conteúdo de metano,

ser atribuídosà formação de espuma no reator. S

formação desta espuma pode resultar na instabilidade da BA. Ainda de acordo com esses autores, a formação de espuma está ligada a diversos fatores, tais como:

oncentrações de proteínas, aminoácidos e lipídeos; existência de alguns microrganismos; padrão de mistura inadequado, entre outros. Além disso, a menor produção de biogás pode ser ocasionada pela menor quantidade de açúcares disponíveis, pois segundo (2014), parte dos carboidratos disponíveis no meio podem ser consumidos pelos microrganismos durante o pré-tratamento.

estudadas, H. verticillatae dejeto bovino, podem ser consideradas comosubstratos adequados para a fermentação anaeróbia.Os resultados obtidos sugerem que a adição da macrófitacomo cossubstrato aumenta consideravelmente a produçãode biogás, em mais de 66% em relação à monodigestão do dejetos bovinos.

A adição do inóculo não contribuiu aumentando a quantidade do biogás produzida, mas favoreceu a digestão anaeróbia, acelerando a degradação da matéria orgânica, antecipando o pico da produção de biogás, reduzindo o tempo de retenção hidráulica e

o conteúdo de metano.

Os sistemas simulados tiveram início imediato da produçãode biogás e foram estabilizados em até quarenta dias. Masapesar dos resultados experimentais, faz

umbom gerenciamento dos resíduos da pecuária e de plantasdaninhas aquáticas.

180

macrófita com inóculo pode

Além do aumento de volume de biogás produzido na se que o biogás produzido oferece Para as amostras analisadas, Codigestão + Inóculo ter produzido menos biogás que a da a codigestão com inóculo indicando que ele melhora a qualidade do biogás produzido. se baixo rendimento, tanto no volume de biogás produzido, 94mL/g SV, quanto no seu conteúdo de metano, 18 ± 1 %. Esses no reator. Segundo Li e pode resultar na instabilidade da BA. Ainda, de acordo com esses autores, a formação de espuma está ligada a diversos fatores, tais como: oncentrações de proteínas, aminoácidos e lipídeos; existência de alguns microrganismos; padrão de mistura inadequado, entre outros. Além disso, a menor produção de biogás pode ser ocasionada pela menor quantidade de açúcares disponíveis, pois segundo disponíveis no meio podem ser

podem ser consideradas a a fermentação anaeróbia.Os resultados obtidos sugerem que a adição da macrófitacomo cossubstrato aumenta consideravelmente a produçãode biogás, em

A adição do inóculo não contribuiu aumentando a quantidade do biogás produzida, mas favoreceu a digestão anaeróbia, acelerando a degradação da matéria orgânica, antecipando o pico da produção de biogás, reduzindo o tempo de retenção hidráulica e

Os sistemas simulados tiveram início imediato da produçãode biogás e foram estabilizados em até quarenta dias. Masapesar dos resultados experimentais, faz-se necessário

(11)

Os sistemas simulados tiveram início imediato da produção de biogás e foram estabilizados em até quarenta dias, isto é, quando a produção diária foi menor ou igual a 1% do total acumulado. Mas apesar dos resultados promissores, faz

gerenciamento dos resíduos da pecuária e manejo de plantas aquáticas em corpos d’água. A investigação deve ser continuada para aprimorar as condições experimentais do sistema e encontrar formas de pré

potencial de produção energética.

Agradecimentos

À Universidade Federal da Integração Latino

Iniciação Científica. À equipe do Laboratório do Centro Internacional de Energias Renováveis - Biogás (CIBiogás), pel

família do Sr. Alexandrino, por disponibilizar a propriedade rural para a coleta dos dejetos. À equipe do Refúgio Biológico Bela Vista (Itaipu)

(Parque Tecnológico de Itaipu), por permitir que parte do trabalho fosse realizado no Laboratório do Núcleo de Pesquisas em Hidrogênio (NUPHI).

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Os sistemas simulados tiveram início imediato da produção de biogás e foram estabilizados em até quarenta dias, isto é, quando a produção diária foi menor ou igual a 1% do total acumulado. Mas apesar dos resultados promissores, faz-se necessá

gerenciamento dos resíduos da pecuária e manejo de plantas aquáticas em corpos d’água. A investigação deve ser continuada para aprimorar as condições experimentais do

e encontrar formas de pré-tratamento da macrófita a fim de explorar a potencial de produção energética.

À Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA) pela bolsa de Iniciação Científica. À equipe do Laboratório do Centro Internacional de Energias Biogás (CIBiogás), pela contribuição nesta pesquisa e pela doação do inóculo. À família do Sr. Alexandrino, por disponibilizar a propriedade rural para a coleta dos dejetos. À equipe do Refúgio Biológico Bela Vista (Itaipu) pelo suporte na coleta das macrófita. Ao PTI ecnológico de Itaipu), por permitir que parte do trabalho fosse realizado no Laboratório do Núcleo de Pesquisas em Hidrogênio (NUPHI).

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181

Os sistemas simulados tiveram início imediato da produção de biogás e foram

estabilizados em até quarenta dias, isto é, quando a produção diária foi menor ou igual a 1% se necessário um bom gerenciamento dos resíduos da pecuária e manejo de plantas aquáticas em corpos d’água.

A investigação deve ser continuada para aprimorar as condições experimentais do tratamento da macrófita a fim de explorar ao máximo seu

Americana (UNILA) pela bolsa de Iniciação Científica. À equipe do Laboratório do Centro Internacional de Energias pela doação do inóculo. À família do Sr. Alexandrino, por disponibilizar a propriedade rural para a coleta dos dejetos. À a coleta das macrófita. Ao PTI ecnológico de Itaipu), por permitir que parte do trabalho fosse realizado no

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