Produção de biogás através da biodegradação anaeróbica de resíduos sólidos da indústria coureira

Abstract

A indústria curtidora é reconhecida pela sua relevância em termos de produção de commodities, gerando recursos e promovendo desenvolvimento econômico e social, a partir de subprodutos da indústria da carne. Tal atividade, porém, caracteriza-se pelo uso intensivo de recursos, gerando quantidades expressivas de efluentes líquidos, resíduos sólidos e emissões atmosféricas. A crescente conscientização ambiental da sociedade vem exercendo pressão constante sobre esta atividade industrial com vistas à redução dos potenciais impactos negativos, motivando esforços no sentido da melhoria dos produtos e processos produtivos. Em termos de rejeitos do processo, os mesmos são gerados nas diversas operações envolvidas no processo de curtimento, desde a recepção da matéria-prima até a destinação final dos resíduos sólidos. O presente trabalho tem como objetivo geral a avaliação da possibilidade de produção de biogás através da degradação anaeróbica de resíduos sólidos da indústria coureira, com foco na recuperação energética a partir da produção de biogás. Para tanto, foram realizados estudos de qualificação e quantificação de gases gerados nos processos de disposição final de resíduos sólidos da indústria coureira em aterros de resíduos sólidos industriais e em experimentos em escala de bancada, buscando avaliar a produção de biogás por diferentes substratos proteicos, principalmente de colágeno e de resíduos de curtume. Por fim, foi realizada uma avaliação da produção de biogás por resíduos sólidos da indústria do couro, com vistas a estimar o potencial de recuperação de energia através da degradação anaeróbica destes materiais Nas avaliações de campo, amostras de biogás foram coletadas a partir dos dutos de exaustão instalados em aterros de resíduos sólidos industriais para a quantificação das frações molares de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2), por cromatografia gasosa, e sulfeto de hidrogênio (H2S), este seu principal contaminante, por análise via úmida. Observou-se que a geração volumétrica de biogás (Nm3.h-1) em aterros é baixa, porém existente, e que as maiores frações de metano no biogás ocorrem em períodos de tempo longos (mais de 10 anos) após o selamento das células dos aterros. Os valores médios de poder calorífico encontram-se dentro de limites que permitem a sua aplicação como fonte de energia térmica ou em sistemas de geração de potência. Nos experimentos de bancada, os substratos de interesse foram incubados em biorreatores e inoculados com diferentes fontes de microrganismos disponíveis em lodos biológicos coletados em diferentes estações de tratamento de efluentes industriais. Os gases gerados nos biorreatores foram avaliados por cromatografia gasosa, ao longo de períodos entre 2 e 120 dias. Os resultados dos experimentos de bancada permitiram a avaliação da influência de parâmetros, tais como a habilidade das microbiotas para a degradação de diferentes substratos à base de colágeno e a influência da concentração de cromo nos substratos sobre a produção de biogás. Observou-se que a taxa máxima de geração de biogás ocorre em períodos entre 3 e 36 dias, alcançando valores de 162,2 mL.g-1 de sólidos voláteis e fração de metano de 73,7% A avaliação da recuperação de energia pela produção de biogás revela que entre 2,0 e 10,3% da demanda energética total ou entre 6,0 e 30,7% da demanda de energia elétrica, de curtumes típicos, podem ser obtidos através da produção e utilização deste combustível. A coleta de dados representativos relacionados à degradação biológica dos resíduos por via anaeróbica caracteriza-se como uma ferramenta para o futuro desenvolvimento de tecnologias no sentido do seu aproveitamento energético a partir do biogás.

The tanning industry is recognized for its relevance in terms of commodity production, generating economic resources and promoting economic and social development, from the meat industry by-products. However, such activity is characterized by its intensive use of resources, generating significant amounts of wastewater, solid waste and atmospheric emissions. Growing environmental awareness has exerted constant pressure over this industrial activity in order to reduce the potential negative impacts, encouraging efforts to improve products and production processes. The process residues are generated by the diverse operations involved in the tanning process, from the raw materials reception to the final waste disposal. The main objective of the present work is to assess the potential for biogas production through anaerobic degradation of leather industry solid wastes, focused on energy recovery through biogas production. Thus, qualification and quantification studies were conducted on generated gases of final leather waste disposal (industrial solid wastes landfill), bench-scale experiments for the assessment of the biogas production potential by different protein based substrates, with an without collagen, including tannery waste. Finally, an overall evaluation of biogas production potential from leather industry waste was conducted in order to estimate the potential for energy recovery through anaerobic degradation of these materials. In the field evaluations, biogas samples were collected from the exhaust ducts installed in industrial solid waste landfills to quantify the mole fraction quantifications of methane (CH4), carbon dioxide (CO2), nitrogen (N2) and oxygen (O2) by gas chromatography, and hydrogen sulfide (H2S), its main contaminant, by absorption and iodometric method It was observed that the volumetric generation rate of biogas (Nm3.h-1) is low and an increase in methane fraction occurs over long periods of time (over 10 years) after the sealing of the landfill cells. The average heating values are within typical values allowing its application as a thermal energy source or in power generation systems. In bench-scale experiments, the substrates were isolated in bioreactors and inoculated with different sources of microorganisms (biological sludges) collected at diverse industrial wastewater treatment plants. The gases generated in the bioreactors were analyzed by gas chromatography, over periods of 2 to 120 days. The results of bench experiments enabled the evaluation of the parameters like the ability of the microbiota to degrade the different collagen based substrates and the influence of the substrates chromium concentration on the biogas production. It was observed that the maximum rate of biogas production occurs in periods between 3 and 36 days, reaching values of 162.2 mL.g-1 of volatile solids and methane fraction of 73.7%. The potential for energy recovery through biogas production reveals that 2.0 to 10.3% of the total energy demand or 6.0 to 30.7% of the electricity demand can be obtained through the production and utilization of this fuel in tanneries. The collection of representative data related to biological degradation of wastes through anaerobic pathway is considered as an oppotunity for the future technology development towards the implementation of energy using biogas.