digestão anaeróbia de efluentes industriais

DIGESTÃO ANAERÓBIA DE EFLUENTES INDUSTRIAIS

EDUARDO M. KISPERGHER

Prof. Do curso de Técnico em Química, Centro de Educação Profissional IntegradoMestre em Engenharia de Alimentos pela UFPR “Digestão anaeróbia de efluentes da indústria de laticíniosGraduado em Engenharia Química UFPR

Semana da Química

ORGANIZAÇÃO

1. Introdução

2. Digestão anaeróbia

3. Reatores anaeróbios

4. Biogás

5. Biogás no Brasil

6. Outras vantagens

7. Maiores informações

1. INTRODUÇÃO

• A natureza possui processos de depuração do ambiente.

• Entre os processos biológicos, existem a digestão aeróbia, a anaeróbia e a facultativa.

1. INTRODUÇÃO

Digestão aeróbia• Grego: “are” (ar)- “bio” (vida)• Bactérias aeróbias consomem a matéria orgânica presente no meio e a transforma em CO2, água e novas bactérias.

1. INTRODUÇÃO

Digestão Aeróbia

Efluente bruto Efluente tratado

CO

2

Lodo

1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO

• A digestão anaeróbia ocorre naturalmente em locais onde não há nenhum oxigênio livremente disponível e há matéria orgânica em abundância.

• Grego: “an” (não)- “are” (ar)- “bio” (vida)• Por exemplo:

• Estômago de animais;• Fundo de lagoas;• Mangues e pântanos;• Aterros sanitários.

1. INTRODUÇÃO

Digestão Anaeróbia

Efluente bruto Efluente tratado

Bio

gás

Lodo

1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO

• Quadro comparativo

Aspecto Anaeróbio Aeróbio

Exigência energética baixa Muito maior

Faixa de alimentação Alta a muito baixa Moderada a muito baixa

Grau de tratamento Alto Alto

Produção de lodo Muito baixa Muito maior

Exigência de nutrientes Um quinto ou menos que no aeróbio

Cinco vezes maior

Emissão de odores Baixa De alta a baixa

Qualidade do efluente Requer polimento Mais estável

Produção de energia Sim Não

1. INTRODUÇÃO

• Digestão anaeróbia é uma sequência de etapas complementares que ocorre na ausência de oxigênio e transforma a matéria orgânica em metano e dióxido de carbono.

2. DIGESTÃO ANAERÓBIA

1ª Fase

2ª Fase

3ª Fase

4ª Fase

2. DIGESTÃO ANAERÓBIA

• Análise dos efluentes• DQO: demanda química de oxigênio;• DBO: demanda biologia de oxigênio;• pH;• Alcalinidade: concentração do íon HCO3

-

• Sólidos totais: fixos e voláteis• Nutrientes: concentração de NPK

2. DIGESTÃO ANAERÓBIA

• Fatores que influenciam o processo:• Fatores Ambientais:

• Temperatura:• Psicrotrófica entre 4 e 15°C;• Mesófila entre 20 e 40°C;• Termófila entre 45 e 70°C.

• pH e alcalinidade:• Acidogênicos entre 5,5 e 6,5;• Metanogênicos entre 7,8 e 8,2;• Alcalinidade entre 1000 e 5000 mg HCO3

-.L-1 .

2. DIGESTÃO ANAERÓBIA

• Nutrientes:• Em ordem de importância nitrogênio, enxofre, fósforo, ferro, cobalto,

níquel, molibdênio, selênio, riboflavina e vitamina B12 (CHERNICHARO, 2007);

• DQO:N:P é de 350:5:1

• Compostos inibidores e tóxicos:• Oxigênio: quando > 0,1 mg.L-1;• Amônia: inibidor quando > 150 mg.L-1;• Enxofre: tóxica quando > 200 mg.L-1;• Cátions de metais leves: sódio > 3500 mg.L-1, potássio > 2500 mg.L-1,

cálcio > mg.L-1 e magnésio > 1000 mg.L-1.• Metais pesados: tóxicos quando dissolvidos. A toxicidade é

Ni>Cu>Pb>Cr>Zn.

3. REATORES ANAERÓBIOS

• Sistemas anaeróbios de tratamento:• Reatores de baixa taxa: baixas taxas de carga orgânica recebida, de 1 a 2 kg DQO.m -3.dia-1.

Não recomendável para produção de energia.

Modelo Indiano Lagoa anaeróbia

3. REATORES ANAERÓBIOS

3. REATORES ANAERÓBIOS

3. REATORES ANAERÓBIOS

• Sistemas anaeróbios de tratamento:• Reatores de alta taxa: Biomassa imobilizada garante altas taxas de digestão (até 24

kg DQO.m-3.dia-1) e é mais indicado para produção de biogás.

a) Reator CSTR b) Reator UASBc) Reator Filtro anaeróbio

3. REATORES ANAERÓBIOS

Filtro Anaeróbio de Fluxo Ascendente

4. BIOGÁS

4. BIOGÁS

• O biogás produzido dos processos de digestão anaeróbia é composto de metano (45 a 75%) e dióxido de carbono (25 a 55%), gás sulfídrico (1000 ppm), água e gases traço (ZHAO, 2010).

• Estequiometricamente, 1 kg DQO é convertido em 0,35 Nm3 de metano, dependendo do substrato digerido.

4. BIOGÁS

• Equivalente energético de 1 m3 de biogás:• 3,47 kg de madeira;• 0,61 L de óleo diesel;• 1,5 kg de carvão;• 0,45 kg de GLP;• 1,25 kWh de eletricidade.

4. BIOGÁS

• O biogás pode ser purificado ou enriquecido dependendo da aplicação.

• Usos do biogás:• Gerar calor: fogões; caldeiras, aquecimento.• Gerar eletricidade;• GNV

4. BIOGÁS

• A produção de biogás começa quando há equilíbrio entre os organismos acidogênicos e metanogênicos.

• O esterco bovino é um inoculo potencial, pois 40% dos microrganismos são da fauna anaeróbia.

4. BIOGÁS

5. BIOGÁS NO BRASIL

• No Brasil existem algumas iniciativas quanto ao aproveitamento do Biogás:• Potencial: 1,05 GW• Aneel: chamada 14/2012;• ETE Barueri da Sabesp gera 2,6 MW de energia elétrica;• Aterro sanitário Bandeirantes (São Paulo), gera 22,6 MW de

energia elétrica;• Criadores de suínos: geração de eletricidade para a

propriedade;

5. BIOGÁS NO BRASIL

• Indústrias:• Corn Products (Balsa Nova);• Duas Rodas (Jaraguá do Sul);• Indústrias de alimentos;• Abatedouros (aves, gado, suínos e peixes);

5. BIOGÁS NO BRASIL

Aplicações no Mundo:• UNILEVER – BEN & JERRY´S: tratamento de resíduos

de sorvete, nata e frutas. O biogás produzido corresponde a 40% da meta de energia renovável da empresa;

• ANHEUSER – BUSCH: tratamento de efluentes de cervejaria. O biogás economiza 10% de combustível de caldeira;

6. OUTRAS VANTAGENS

• Produção de biofertilizante.• Venda de créditos de carbono.

7. Maiores informações

• Email: e.kispergher@gmail.com• Literatura: Reatores Anaeróbios, Carlos Augusto de Lemos Chernicharo.

Obrigado!