Digestão anaeróbia de resíduos sólidos da indústria coureira, co-digestão com resíduos agrícolas e utilização de digestato em cultivo agrícola

Abstract

A crescente demanda por energia, devido ao crescimento da população humana e ao esgotamento dos recursos energéticos não renováveis, tem sido a principal causa da busca por recursos alternativos. O biogás, produzido a partir da degradação anaeróbia de compostos orgânicos, desempenha um papel importante no mercado em desenvolvimento de energia renovável. Resíduos de aterro sanitário, lodo de esgoto, esterco animal, resíduos agrícolas e industriais estão entre as principais fontes com potencial para geração de biogás. Além de fornecer energia renovável e reduzir a dependência por fontes de energia fósseis, o processo de digestão anaeróbia pode contribuir para uma prática eficaz de gerenciamento de resíduos, reduzindo a sua carga orgânica e gerando um subproduto rico em nitrogênio, fósforo e potássio, o digestato. A partir desses conceitos, o presente estudo propõe avaliar a produção de biogás e o balanço nutricional em ensaios controlados de co-digestão anaeróbia dos dois principais resíduos da indústria coureira, farelo de couro e lodo da estação de tratamento de efluentes. A pesquisa teve como principais objetivos (i) avaliar a influência dos componentes da solução de nutrientes empregada para garantir condições favoráveis ao crescimento dos microrganismos, (ii) aumentar o equilíbrio entre os macronutrientes presentes nos resíduos da indústria coureira através da sua co-digestão com resíduos agrícolas (palha de aveia e de trigo), onde também foi avaliado o efeito de pré-tratamentos (químico, térmico e a combinação entre esses) na biodegradabilidade das palhas, e (iii) avaliar o valor agronômico do digestato líquido obtido a partir da co-digestão anaeróbia de resíduos de couro. Os resultados mostraram que é possível reduzir 27% do custo agregado pela solução de nutrientes encontrada na literatura com a eliminação de um dos seus componentes, mantendo constante a produção de biogás e a mineralização dos resíduos. A adição de palha de aveia sem pré-tratamento e de palha de trigo pré-tratada com ácido aumentou a produção de biogás em 60% e 167%, respectivamente, quando comparado à co-digestão anaeróbia apenas dos resíduos de couro. Os demais pré- tratamentos aplicados alteraram a composição lignocelulósica das palhas; no entanto, a possível formação de compostos tóxicos ou esterilização de microrganismos não refletiu em uma maior produção de biogás. O desempenho do digestato em culturas agrícolas com relação ao crescimento de plantas de aveia foi equivalente ao de fertilizantes minerais comerciais. Os resultados obtidos representam avanços na busca por um processo mais equilibrado, eficiente e viável de produção de biogás.

The growing demand for energy due to the growth of the human population and the depletion of non-renewable energy resources has been the leading cause of the search for alternative energy resources. Biogas, produced from organic compounds’ anaerobic degradation, plays an essential role in the renewable energy development market. Landfill waste, sewage sludge, animal manure, and agricultural and industrial waste are among the primary sources of potential biogas generation. In addition to providing renewable energy and reducing dependence on fossil energy sources, the anaerobic digestion process can contribute to an effective waste management practice, reducing its organic load and generating a by-product rich in nitrogen, phosphorus, and potassium, the digestate. Based on these concepts, this study proposes to evaluate the biogas production and the nutritional balance in controlled anaerobic co-digestion tests of the two primary solid wastes of the tannery industry, leather shavings and sludge from wastewater treatment plant. The research aimed (i) to evaluate the influence of the components of the nutrient solution used to ensure favorable conditions for the growth of microorganisms, (ii) to improve the macronutrients balance through their co-digestion with agricultural wastes (oat and wheat straw), with the evaluation of the effect of pretreatments (chemical, thermal, and the combination thereof) on the biodegradability of straw, and (iii) to evaluate the agronomic value of the liquid digestate obtained from the anaerobic co-digestion of leather wastes. The results showed that it is possible to reduce 27% of the aggregate cost with the nutrient solution reported in literature by eliminating one of its components, maintaining biogas production and waste mineralization constants. The addition of untreated oat straw and acid pretreated wheat straw increased biogas production by 60% and 167%, respectively, compared to anaerobic codigestion of leather wastes only. The other pretreatments applied changed the lignocellulosic composition of the straw; however, the possible formation of toxic compounds or sterilization of microorganisms did not reflect an increase in biogas production. The performance of digestate in agricultural crops concerning to the growth of oat plants was equivalent to commercial mineral fertilizers. The findings represent advances in the search for a more balanced, efficient, and viable process of biogas production.