Avaliação da geração de biogás através da co-digestão anaeróbia de resíduos de casca de laranja e glicerol bruto

Abstract

Neste trabalho, foram utilizados resíduos de casca de laranja (RCL) e glicerol bruto (GB), proveniente do processo de geração de biodiesel, em processo de digestão anaeróbia (DA), uma vez que o Brasil se destaca como o maior produtor de laranjas e de biodiesel do mundo. Ambos os resíduos têm potencial para serem utilizados na DA, entretanto, o composto D-limoneno, que está presente nos RCL, é considerado um inibidor para o processo anaeróbio. Para minimizar este efeito inibitório, pode-se utilizar os dois resíduos, em um processo de codigestão anaeróbia em dois estágios. Desta forma, este trabalho teve como objetivo avaliar a geração de biogás através da co-digestão anaeróbia de RCL e de GB. Para isto, o estudo experimental foi realizado em duas etapas principais. Na Etapa 1, foi determinado o Potencial Bioquímico do Biogás (PBB) e do Potencial Bioquímico do Metano (PBM) dos resíduos separadamente e mixados, em sistema de estágio único (Fase metanogênica) e em sistema duplo estágio (Fase acidogênica e metanogênica), em batelada, seguindo a norma alemã VDI 4630. Na Etapa 2, foi analisado o emprego da etapa acidogênica para eliminação do pré-tratamento do D-limoneno, bem como foi avaliada a estabilidade da co-digestão anaeróbia de RCL e GB em sistema de estágio único (M1), e em sistema de dois estágios, formado por reator acidogênico (AC) e metanogênico (M2). Os sistemas foram operados por 60 dias em temperatura mesofílica (35 ºC) com aumento da carga orgânica volumétrica (COV). A composição física e química dos conteúdos dos reatores e do biogás foram determinadas para avaliar a estabilidade do processo. Na Etapa 1 do estudo, ao utilizar os RCL, o valor de PBB encontrado foi igual a 284,7 m3 biogás. tonSV-1, enquanto que o PBM foi de 160,5 m3 CH4. tonSV-1 . Já para o GB, esses valores foram equivalentes a 544,2 m3 biogás. tonSV-1 para o PBB e 344,8 m3 CH4. tonSV-1 para o PBM. Os resultados desses resíduos mixados foram equivalentes a 1.003,3 m3 biogás. tonSV-1 para o PBB e 501,3 m3 CH4. tonSV-1 , para o PBM. Os RCL e GB mixados obtiveram potenciais bioquímicos cerca de 250% e 210%, maiores em relação ao PBB e PBM dos RCL, e cerca de 80% e 45% maiores, respectivamente, em relação ao PBB e PBM do GB. Então, diante desses resultados, verificou-se que a co-digestão desses resíduos é promissora para geração de biogás e metano. Na Etapa 2, verificou-se baixos percentuais de hidrogênio no reator AC, entre 0-28,3%, enquanto que os reatores M1 e M2 apresentaram percentuais de metano entre 15-25%, na maior parte do tempo. Observou-se acúmulo de AGVs nos reatores M1 e M2, após aumento da COV, sendo atingidas concentrações de ácido acético que provocam redução considerável de produção de biogás, equivalentes a 20.560 mg/L no reator M1 e 52.270 mg/L, no reator M2. Além disso, verificou-se que a média das concentrações de alcalinidade obtidas nos reatores M1 e M2 foram cerca de 22.300 mg CaCO3/L, valor superior à faixa recomendada. Houve instabilidade na co-digestão anaeróbia do sistema semicontínuo, provavelmente potencializada pelo acúmulo de D-limoneno nos reatores, sendo verificado concentrações superiores a concentração mínima de inibição (0,0002%) para DA. Diante dos resultados da Etapa 2 do estudo, observou-se que a fermentação prévia não é o prétratamento mais indicado para reduzir o efeito inibidor do D-limoneno e potencializar a geração de biogás. Apesar disso, verificou-se que a co-digestão de RCL e GB é promissora e contribui para a gestão e tratamento desses resíduos agroindustriais.

In this work, orange peel waste (OPW) and crude glycerol (CG), from the biodiesel generation process, were used in anaerobic digestion (AD) process, since Brazil stands out as the largest producer of oranges and biodiesel in the world. Both wastes have potential to be used in AD, however, the compound D-limonene, which is present in OPW, is considered an inhibitor to the anaerobic process. To minimize this inhibitory effect, both wastes can be used in a two-stage anaerobic co-digestion process. Thus, this work aimed to evaluate the generation of biogas through the anaerobic co-digestion of OPW and CG. For this, the experimental study was carried out in two main stages. In Stage 1, the Biochemical Biogas Potential (BBP) and the Biochemical Methane Potential (BMP) of the wastes were determined separately and mixed, in a single-stage system (methanogenic phase) and in a two-stage system (acidogenic and methanogenic phase), in batch, following the German VDI 4630 standard. In Stage 2, the use of the acidogenic stage was analyzed to eliminate the pretreatment of D-limonene, as well as the stability of the anaerobic co-digestion of OPW and CG in a single-stage system (M1), and in a two-stage system, formed by acidogenic (AC) and methanogenic (M2) reactor. The systems were operated for 60 days at mesophilic temperature (35 ºC) with increasing organic load rate (OLR). The physical and chemical composition of the reactor contents and biogas were determined to evaluate the stability of the process. In Stage 1 of the study, when using the OPW, the BBP value found was equal to 284.7 m3 biogas. tonSV-1 , while the BMP was 160.5 m3 CH4. tonSV-1. As for the GB, these values were equivalent to 544.2 m3 biogas. tonSV-1 for the BBP and 344.8 m3 CH4. tonSV-1 for the BMP. The results of these mixed wastes were equivalent to 1,003.3 m3 biogas. tonSV-1 for the BBP and 501.3 m3 CH4. tonSV-1 , for the BMP. The mixed OPW and CG obtained biochemical potentials about 250% and 210%, higher compared to the BBP and BMP of the OPW, and about 80% and 45% higher, respectively, compared to the BBP and BMP of the CG. Then, in view of these results, it was verified that the co-digestion of these wastes is promising for the generation of biogas and methane. In Stage 2, there were low percentages of hydrogen in the AC reactor, between 0-28.3%, while reactors M1 and M2 showed percentages of methane between 15-25%, most of the time. It was observed accumulation of VFAs in reactors M1 and M2, after increasing the OLR, reaching concentrations of acetic acid that cause considerable reduction of biogas production, equivalent to 20,560 mg/L in reactor M1 and 52,270 mg/L in reactor M2. In addition, it was found that the average alkalinity concentrations obtained in reactors M1 and M2 were about 22,300 mg CaCO3/L, higher than the recommended range. There was instability in the anaerobic codigestion of the semi-continuous system, probably enhanced by the accumulation of Dlimonene in the reactors, with concentrations higher than the minimum inhibition concentration (0.0002%) for AD. Given the results of Stage 2 of the study, it was observed that prior fermentation is not the most suitable pre-treatment to reduce the inhibitory effect of D-limonene and enhance the generation of biogas. Nevertheless, it was found that the co-digestion of OPW and CG is promising and contributes to the management and treatment of these agro-industrial wastes.