avaliação do uso de inóculos na biodigestão anaeróbia de resíduos de avesde postura, frangos...

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

INSTITUTO DE QUMICA

Campus Araraquara SP

AVALIAO DO USO DE INCULOS NA

BIODIGESTO ANAERBIA DE RESDUOS DE AVES

DE POSTURA, FRANGOS DE CORTE E SUNOS

LARA STEIL

BILOGA

ARARAQUARA SP

2001

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

INSTITUTO DE QUMICA

Campus Araraquara SP

AVALIAO DO USO DE INCULOS NA

BIODIGESTO ANAERBIA DE RESDUOS DE AVES

DE POSTURA, FRANGOS DE CORTE E SUNOS

LARA STEIL BILOGA

Orientador: Prof. Titular Jorge de Lucas Jnior

Co-orientador: Prof. Dr. Roberto Alves de Oliveira

ARARAQUARA SP

Setembro 2001

Dissertao apresentada aoInstituto de Qumica do Campusde Araraquara UNESP, paraobteno do ttulo de Mestre emBiotecnologia rea deconcentrao em Biotecnologia

BANCA EXAMINADORA

Dissertao defendida e aprovada em 27-09-2001 pela comisso julgadora:

Prof. Titular Jorge de Lucas Jnior (orientador)

(Departamento de Engenharia Rural Faculdade de Cincia Agrrias e

Veterinrias Universidade Estadual Paulista UNESP)

Profa. Doutora Rosana Filomena Vazoller

(Departamento de Hidrulica e Saneamento - Escola de Engenharia de So

Carlos Universidade de So Paulo USP)

Prof. Doutor Edson Aparecido Abdul Nour

(Departamento de Saneamento e Ambiente Faculdade de Engenharia Civil

Universidade de Campinas UNICAMP)

Trabalhos publicados em peridicos e anais de congressos Artigos completos publicados em peridicos STEIL, L., Lucas Jr., J., Oliveira, R.A. Avaliao do uso de inculos na biodigesto anaerbia de resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos. Engenharia Agrcola, v. 22, n. 2, p. 146-159, Jaboticabal, 2002. Palavras-chave: biodigestores modelo batelada; biogs; tratamento anaerbio. reas do conhecimento: Manejo de resduos da produo animal; Saneamento Ambiental; Controle da Poluio. Referncias adicionais: Brasil/Portugus; Meio de divulgao: Impresso; ISSN/ISBN: 0100916. Trabalhos completos publicados em anais de evento STEIL, L., Lucas Jr., J., Oliveira, R.A., Vazoller, R.F. Biomass evaluation from anaerobic bath reactors by specific methanogenic activity (SMA) test at different S0/X0 ratios In: THE FIRST INTERNATIONAL MEETING ON ENVIRONMENTAL BIOTECHNOLOGY AND ENGINEERING - 1IMEBE, 2004, Cidade do Mxico. Proceedings... 2004. CD. Palavras-chave: microbiology, anaerobic bath reactors, agricultural wastes, SMA test, S0/X0 ratio reas do conhecimento: Microbiologia de organismos anaerbios, Microbiologia Aplicada, Microbiologia Aplicada e Engenharia Sanitria. Setores de atividade: Produtos e servios voltados para a defesa e proteo do meio ambiente, incluindo o desenvolvimento sustentado. Referncias adicionais: Classificao do evento: Internacional; Mxico/Ingls. Meio de divulgao: Digital STEIL, L., Lucas Jr., J., Oliveira, R.A., Vazoller, R.F. Evaluation of dispersed biomass by using standardized batch methanogenic activity test at different initial substrates and biomass ratios. In: 10th WORLD CONGRESS ON ANAEROBIC DIGESTION, 2004, Montreal. Proceedings 2004. v. 3. p.1585 1589. Palavras-chave: anaerobic stabilization pond, batch systems, biomass evaluation, methanogenic activity. reas do conhecimento: Microbiologia de organismos anaerbios, Microbiologia Aplicada e Engenharia Sanitria. Referncias adicionais: Classificao do evento: Internacional; Canad/Ingls. Meio de divulgao: Impresso STEIL, L.; Lucas Jr., J.; Oliveira, R.A. Desempenho de biodigestores rurais anaerbios alimentados em batelada com resduos da avicultura e suinocultura com e sem a utilizao de inculo em diferentes pocas do ano. In: SIMPSIO LUSO-BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL, 2004, Natal - RN. Anais... 2004. CD. Palavras-chave: Biodigestores rurais; Tratamento de resduos da avicultura e suinocultura; biodigestores modelo batelada; inculo adicional. reas do conhecimento: Controle da Poluio. Referncias adicionais: Classificao do evento: Internacional; Brasil/Portugus; Meio de divulgao: Digital. STEIL, L.; Lucas Jr., J.; Oliveira, R.A. Eficincia de reatores anaerbios modelo batelada alimentados com resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos na reduo de coliformes totais e fecais. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL, 2003, Joinville - SC. Anais... CD. Palavras-chave: tratamento anaerbio; biodigestores modelo batelada; coliformes totais e fecais; Tratamento de resduos da avicultura e suinocultura. reas do conhecimento: Controle da Poluio; Resduos Slidos Domsticos e Industriais. Referncias adicionais: Classificao do evento: Nacional; Brasil/Portugus; Meio de divulgao: Digital.

minha me Maria Aparecida (in

memorian), a meu pai Valmor e meu irmo

Carlos Henrique.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Jorge de Lucas Jnior e Prof. Dr. Roberto Alves de

Oliveira pela valiosa orientao, apoio e confiana na realizao deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Luiz Augusto do Amaral do Departamento de Medicina

Veterinria Preventiva, FCAV UNESP, campus de Jaboticabal, pelo auxlio e

disponibilizao de materiais e equipamentos para a execuo dos ensaios de colimetria.

Ao Prof. Dr. Euclides Braga Malheiros do Departamento Cincias

Exatas, FCAV UNESP, campus de Jaboticabal, pela contribuio nas anlises estatsticas.

Ao Prof. Dr. Mrio Benincasa e Prof. Dr. Pedro Magalhes Lacava,

pelas sugestes no exame geral de qualificao.

Aos membros da banca examinadora, Profa Dra Rosana Filomena

Vazoller e Prof. Dr. Edson Abdul Nour, pelas valiosas contribuies, crticas e sugestes

apresentadas.

Helosa Pozzi Gianotti e Juliana Calbria de Arajo do Laboratrio

de Processos Anaerbios, EESC USP, campus de So Carlos, pelo importante auxlio com a

metodologia de atividade metanognica.

colega Fernanda L. A. Ferreira pelo apoio na realizao dos ensaios

de colimetria.

Aos funcionrios do Departamento de Engenharia Rural, FCAV

UNESP Campus de Jaboticabal, Luizinho, Marquinhos e Fiapo pela colaborao no

desenvolvimento deste trabalho.

CAPES pela concesso da bolsa de estudos.

s secretrias da Ps-graduao em Biotecnologia do Instituto de

Qumica UNESP, campus de Araraquara, Izolina, Vilma e Sandra pela convivncia

agradvel e atendimento prestativo.

Aos meus amigos e amigas Rogrio, Sandra, ndrea, Dimitrios e Ana,

Carolina, Jeff, Gandra, Maurcio, Fernando, Nice, Peninha e Gica, Srgio e Regiane, pelo

carinho, amizade e importantes momentos compartilhados. Ao Alexandre pelo

companheirismo, carinho e amizade de anos.

i

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................... iii

LISTA DE TABELAS............................................................................................................... vi

LISTA DE SMBOLOS............................................................................................................ x

RESUMO................................................................................................................................... xi

ABSTRACT.............................................................................................................................. xii

1. INTRODUO..................................................................................................................... 01

2. OBJETIVOS.......................................................................................................................... 04

3. REVISO BIBLIOGRFICA.............................................................................................. 05

3.1. Processo de digesto anaerbia...................................................................................... 05

3.1.1 Avaliao da atividade metanognica especfica.................................................. 12

3.1.1.1 Aplicao dos testes de atividade metanognica especfica..................... 15

3.2. Fatores que interferem na digesto anaerbia................................................................ 16

3.3. Tratamento anaerbio de resduos................................................................................. 20

3.3.1. Resduos da avicultura e suinocultura................................................................. 23

3.3.2. Digesto anaerbia de resduos da avicultura e suinocultura.............................. 26

4. MATERIAL E MTODOS................................................................................................... 31

4.1. Local.............................................................................................................................. 31

4.2. Caracterizao dos biodigestores batelada.................................................................... 31

4.3. Resduos......................................................................................................................... 32

4.4. Descrio do experimento............................................................................................. 32

4.4.1. Produo e caractersticas dos inculos e dos substratos dos biodigestores

batelada de campo................................................................................................ 35

4.5. Determinaes para monitoramento do desempenho dos biodigestores....................... 38

4.5.1. Teores de slidos totais e volteis....................................................................... 38

4.5.2. Produo de Biogs............................................................................................. 39

4.5.3. Composio do biogs......................................................................................... 39

4.5.4. Teores de cidos volteis..................................................................................... 40

4.5.4.1. Reta padro........................................................................................... 41

4.5.4.2. Preparao das amostras para anlise cromatogrfica

dos cidos volteis............................................................................... 42

4.5.5. Potencial hidrogeninico..................................................................................... 43

ii

4.6. Exames microbiolgicos................................................................................................ 43

4.6.1. Coliformes totais.................................................................................................. 43

4.6.2. Coliformes fecais................................................................................................. 44

4.7. Avaliao da Atividade Metanognica Especfica........................................................ 44

4.7.1 Reta Padro para o metano................................................................................ 46

4.7.2 Metodologia para o clculo da atividade metanognica especfica................... 46

4.8. Anlises Estatsticas....................................................................................................... 48

5. RESULTADOS E DISCUSSES......................................................................................... 49

5.1. Produo dos inculos................................................................................................... 49

5.2. Segunda fase.................................................................................................................. 52

5.2.1. Teores de slidos totais e volteis....................................................................... 52

5.2.2. Produo de biogs.............................................................................................. 53

5.2.3. Potenciais de produo de biogs........................................................................ 60

5.2.4. Composio do biogs......................................................................................... 63

5.2.5. cidos Volteis.................................................................................................... 70

5.2.6. Potencial Hidrogeninico.................................................................................... 81

5.2.7. Colimetria............................................................................................................ 84

5.2.8. Avaliao da atividade metanognica.................................................................. 85

6. CONCLUSES..................................................................................................................... 90

7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................................. 92

ANEXOS................................................................................................................................... 101

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Sequncia de processos na digesto anaerbia de macromolculas

complexas (Fonte: FORESTI et al., 1999)........................................................ 06

Figura 2. Esquema dos biodigestores batelada de campo, medidas em mm (Fonte:

ORTOLANI et al., 1986). ................................................................................. 33

Figura 3. Distribuio da produo mdia diria de biogs obtida durante os

ensaios para obteno dos inculos adaptados aos resduos de aves de

postura, frangos de corte e sunos. As setas indicam o momento em

que os efluentes foram utilizados como inculo................................................ 51

Figura 4. Teores mdios semanais de CH4 no biogs produzido nos biodigestores

batelada de campo operados com resduos de aves de postura, frangos

de corte e sunos durante a produo dos inculos. As setas indicam o

momento em que os efluentes foram utilizados como inculo........................ 51

Figura 5. Distribuio mdia diria da produo de biogs (a) e porcentagem

acumulada de biogs produzido (b), para os biodigestores alimentados

com resduos de aves de postura submetidos a trs condies de

inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional

(tr2) e com 15 % de inculo adicional (tr3))...................................................... 55

Figura 6. Distribuio diria mdia da produo de biogs (a) e porcentagem


com resduos de frangos de corte submetidos a trs condies de

inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional

(tr2) e com 15 % de inculo adicional (tr3))...................................................... 57

Figura 7. Distribuio mdia diria da produo de biogs (a) e porcentagem


com resduos de sunos submetidos a trs condies de inoculao

(sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional (tr2) e

com 15 % de inculo adicional (tr3))................................................................ 59

Figura 8. Teores mdios semanais de CO2 e CH4 presentes no biogs produzido

nos biodigestores operados com resduos de aves de postura

submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (a),

com 10 % de inculo adicional (b) e com 15 % de inculo adicional (c))........ 65

iv

Figura 9. Teores mdios semanais de CO2 e de CH4 presentes no biogs

produzido nos biodigestores operados com resduos de frangos de

corte submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional

(a), com 10 % de inculo adicional (b) e com 15 % de inculo

adicional (c))...................................................................................................... 67

Figura 10. Teores mdios semanais de CO2 e de CH4 presentes no biogs

produzido nos biodigestores operados com resduos de sunos

submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (a),

com 10 % de inculo adicional (b) e com 15 % de inculo adicional (c))........ 69

Figura 11. Distribuio dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico

(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) ao longo do perodo de

operao dos mini-biodigestores alimentados com resduos de aves de

postura, sem inculo adicional (a), com 10 % de inculo adicional (b) e

com 15 % de inculo adicional (c).................................................................... 73



operao dos mini-biodigestores alimentados com resduos de frangos

de corte sem inculo adicional (a), com 10 % de inculo adicional (b)

e com 15 % de inculo adicional (c).................................................................. 76



operao dos mini-biodigestores alimentados com resduos de sunos

sem inculo adicional (a), com 10 % de inculo adicional (b) e com

15 % de inculo adicional (c)............................................................................ 79

Figura 14. Variao do pH ao longo do perodo de ensaio nos mini-biodigestores

operados com resduos de aves de postura (Ap) (a), frangos de corte

(F) (b) e sunos (S) (c) submetidos a trs condies de inoculao (sem

inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo adicional (tr2) e com

15 % de inculo adicional (tr3))........................................................................ 83

Figura A1. Evoluo da produo de metano pela amostra proveniente dos

biodigestores operados com resduos de aves de postura com 10 %

de inculo adicional com carga orgnica de 0,25 g DQO g-1 SV (a) e

0,50 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 103

v




1,00 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 104


biodigestores operados com resduos de frangos de corte com 10 %


0,50 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 105




1,00 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 106


biodigestores operados com resduos de sunos com 10 % de

inculo adicional com carga orgnica de 0,25 g DQO g-1 SV (a) e

0,50 g DQO g-1 SV (b).................................................................................. 107


biodigestores operados com resduos de sunos com 10 % de

inculo adicional com carga orgnic de 0,75 g DQO g-1 SV (a) e

1,00 g DQO g- 1 SV (b)................................................................................. 108

Figura A7. Evoluo da produo de metano nos frascos controle pelas amostras

provenientes dos biodigestores operados com resduos de aves de

postura (a), frangos de corte (b) e sunos (c) com 10 % de.inculo

adicional........................................................................................................... 109

vi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Gneros representantes das espcies metanognicas, aspectos de sua

morfologia e substrato utilizado para a converso em biogs (Fonte:

BROOCK et al., 1997)....................................................................................... 09

Tabela 2. Exemplos de alguns resduos com potencial para o tratamento por digesto

anaerbia............................................................................................................ 22

Tabela 3. Condies de inoculao e repeties realizados na execuo do

experimento........................................................................................................ 34

Tabela 4. Quantidades e caractersticas dos substratos (teores de slidos totais

(ST) e volteis (SV)) dos biodigestores batelada de campo para os

resduos de aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S)

submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional

(tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3).......................... 38

Tabela 5. Equaes das retas padres dos cidos volteis, concentraes

abrangidas e coeficiente de determinao.......................................................... 42

Tabela 6. Produes mdias semanais de biogs obtidas durante a produo de

inculo a partir dos resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos..... 50

Tabela 7. Teores mdios semanais de CO2 e CH4 presentes no biogs produzido

nos biodigestores batelada de campo operados com resduos de aves

de postura, frangos de corte e sunos durante a produo de inculo................ 50

Tabela 8. Teores mdios iniciais e finais de slidos totais (ST) e volteis (SV), e

reduo de slidos volteis, para os biodigestores alimentados com

resduos de aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S)

submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1),

com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3)).................................. 52

Tabela 9. Produes mdias semanais de biogs e porcentagem acumulada de

biogs produzido, para os biodigestores alimentados com resduos de

aves de postura submetidos a trs condies de inoculao (sem

inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de

inculo (tr3))...................................................................................................... 54

vii



frangos de corte submetidos a trs condies de inoculao (sem

inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de

inculo (tr3))...................................................................................................... 56



sunos submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo

adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))......... 58

Tabela 12. Potenciais mdios de produo de biogs obtidos para os resduos de

aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S) submetidos a

trs condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 %

de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3)).................................................. 61

Tabela 13. Teores mdios semanais de CO2 e CH4 presentes no biogs produzido

nos biodigestores operados com resduos de aves de postura

submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo adicional

(tr1), com 10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))......................... 64

Tabela 14. Teores mdios de CO2 e de CH4 presentes no biogs produzido nos

biodigestores operados com resduos de frangos de corte submetidos

a trs condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com

10 % de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))........................................ 66

Tabela 15. Teores mdios de CO2 e de CH4 presentes no biogs produzido nos

biodigestores operados com resduos de sunos submetidos a trs

condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de

inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))...................................................... 68

Tabela 16. Concentraes dos cidos actico (HAc), propinico (HPr), butrico

(HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) para os mini-

biodigestores operados com resduos de aves de postura sem inculo

adicional........................................................................................................... 71



biodigestores operados com resduos de aves de postura com 10 % de

inculo............................................................................................................. 72

viii




de inculo........................................................................................................ 72



biodigestores operados com resduos de frangos de corte sem inculo

adicional........................................................................................................... 74




de inculo........................................................................................................ 74




de inculo........................................................................................................ 75



biodigestores operados com resduos de sunos sem inculo adicional.......... 77



biodigestores operados com resduos de sunos com 10 % de inculo........... 78



biodigestores operados com resduos de sunos com 15 % de inculo......... 78

Tabela 25. Concentraes mdias dos cidos actico (HAc), propinico (HPr),

butrico (HBu), iso-valrico (HiVal) e valrico (HVal) nos efluentes

dos biodigestores batelada de campo operados com resduos de aves

de postura (Ap), frangos de corte (F) e sunos (S) submetidos a trs

condies de inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de

inculo (tr2) e com 15 %de inculo (tr3))....................................................... 80

ix

Tabela 26. Variao do pH ao longo do perodo de ensaio nos mini-biodigestores

operados com resduos de aves de postura (Ap), frangos de corte (F) e

sunos (S) submetidos a trs condies de inoculao (sem inculo

adicional (tr1), com 10 %de inculo (tr2) e com 15 % de inculo (tr3))........ 82

Tabela 27. Nmero mais provvel (NMP) coliformes totais e fecais nos afluentes

e efluentes dos biodigestores alimentados com resduos de aves de

postura, frangos de corte e sunos submetidos a trs condies de

inoculao (sem inculo adicional (tr1), com 10 % de inculo (tr2) e

com 15 % de inculo (tr3)).............................................................................. 84

Tabela 28. Valores mdios de taxa de carga orgnica aplicada no lodo, slidos

volteis (mdia entre o valor inicial e final em cada frasco), produo

de metano, atividade metanognica aparente (AMA) desvio padro, e atividade metanognica especfica (AME) desvio padro, para os biodigestores operados com resduos de aves de postura, frangos de

corte e sunos com 10 % de inculo................................................................ 86

x

LISTA DE SMBOLOS

AMA atividade metanognica aparente

AME atividade metanognica especfica

CLT caldo lauril triptose

CLVBB - caldo lactosado com verde brilhante e bile

CNTP condies normais de temperatura e presso

Co-M coenzima M

DBO demanda bioqumica de oxignio

DQO demanda qumica de oxignio

HAc cido actico

HBu cido butrico

HiVal cido iso-valrico

HPr cido propinico

HVal cido valrico

NMP nmero mais provvel

pH potencial hidrogeninico

Ps peso seco

Pu peso mido

R2 coeficiente de determinao

rpm rotaes por minuto

RTR resposta trmica relativa

SAS statistical analyses system

SSV slidos suspensos volties

ST Slidos totais

SV slidos volteis

TRH tempo de reteno hidrulica

xi

RESUMO

STEIL, L. Avaliao do uso de inculos na digesto anaerbia de resduos de aves de

postura, frangos de corte e sunos. 2001. 109 f. Dissertao (Mestrado em Biotecnologia)

Instituto de Qumica, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2001.

Investigou-se a influncia da utilizao de inculos sobre a digesto anaerbia de resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos em biodigestores modelo batelada com volume til de 60 L operados temperatura ambiente, por meio da caracterizao do potencial e distribuio da produo de biogs ao longo do tempo, o estudo da reduo de slidos, a anlise das caractersticas dos efluentes quanto concentrao de cidos graxos volteis e por meio da determinao do nmero mais provvel (NMP) de coliformes fecais e totais nos afluentes e efluentes. Avaliou-se tambm a atividade metanognica nos biodigestores com 10 % de inculo. Foram testadas trs concentraes de inculo: 0, 10 e 15 %. Os resultados mostraram que os resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos so bons substratos para o processo de digesto anaerbia, apresentando potenciais mdios que variaram de 0,3828 a 0,4403 m3, de 0,3495 a 0, 3915 m3, e de 0,1949 a 0,4466 m3 de biogs por kg de ST adicionados, respectivamente para resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos. Com base em todos os parmetros estudados, as concentraes de inculo que promoveram melhores resultados foram 10 % para resduos de aves de postura e frangos de corte, e 15 % para resduos de sunos. O tratamento anaerbio revelou-se eficiente na remoo de coliformes totais e fecais independente da concentrao de inculo, alcanando porcentagens mdias de reduo de NMP que variaram de 99,71 % de 1,09 x 102 a 100 %. A atividade metanognica especfica foi mais elevada nas amostras provenientes dos biodigestores operados com resduos de aves de postura (0,0340 mmol CH4 g-1 SV h-1), seguida pelos resduos de frangos de corte (0,0188 mmol CH4 g-1 SV h-1) e sunos (0,0029 mmol CH4 g-1 SV h-1). Estes resultados parecem estar mais associados aos teores de slidos volteis das amostras, do que a maior capacidade da biomassa ativa na converso de substrato. A taxa de carga orgnica aplicada ao lodo no teste de atividade especfica mais adequada para as amostras estudadas foi de 0,25 g DQO g-1 SV.

Palavras chave: biodigestores modelo batelada, biogs, cidos graxos volteis, atividade

metanognica especfica, coliformes totais e fecais

xii

ABSTRACT

STEIL, L. Evaluation of the use of inoculums in anaerobic digestion of laying hens,

poultry and swine wastes. 2001. 109 f. Dissertao (Mestrado em Biotecnologia) Instituto

de Qumica, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2001.

This study was carried out in 60 L volume batch digesters at ambient

temperature and investigated the inoculums concentration effects on anaerobic digestion of

laying hens, poultry and piggery wastes through evaluation of potential and distribution of biogas

production along the time, solids removal, analyze of volatile fatty acids efluent concentration

and by monitoring the most probable number (MNP) of total and faecal coliforms in the

inffluents and effluents. Specific methanogenic activity (SMA) into the 10 % inoculum digesters

was also measured. Three inoculum concentrations (0, 10 and 15 %) were tested. Results showed

that laying hens, poultry litter and piggery wastes are good substrats to anaerobic digestion. The

potential biogas production varied from 0.03828 to 0.4403 m3, 0.3495 to 0.3915 m3 and 0.1949

to 0.4466 m3 of biogas kg-1 of total solids added, respectively for laying hens, poultry and

piggery wastes. The best results for inoculum concentration were 10 % for laying hens and

poultry wastes, and 15 % for piggery wastes. Anaerobic digestion was efficient for reduction of

the most probable mean number of total and faecal coliforms. Reduction of MNP mean varied

from 99.71 of 1,09 x 102 to 100 %. SMA test showed the best activity was from laying hens

wastes (0,03400 mmol CH4 g-1 SV h-1), followed by poultry wastes (0,01877 mmol CH4 g-1 SV h-

1) and by piggery wastes (0,00293 mmol CH4 g-1 SV h-1). Results of SMA test appear to be most

affected by volatile solids content of the samples than the best ability of the microrganisms to

convert substrate. The best organic load rate for activity test were 0,25 g DQO g-1 SV.

Keywords: batch digesters, biogas, volatile fatty acids, specific methanogenic activity, total

and faecal coliforms

1

1. INTRODUO

Os incrementos cada vez maiores da populao humana, intensificados

principalmente aps a revoluo industrial, vem causando nas ltimas dcadas enormes

preocupaes com o meio ambiente em todo o mundo. De tal modo, que o conceito

estabelecido de desenvolvimento econmico vem sendo questionado, cedendo lugar nos

ltimos anos ao conceito de desenvolvimento sustentvel que, alm do atributo de

manuteno da produtividade ao longo do tempo, incorpora as questes relativas qualidade

ambiental, considerando os requisitos fundamentais da natureza, sejam eles de ordem fsica,

qumica biolgica, sociais e econmicas.

O modelo tradicionalmente considerado pelas comunidades humanas

para desenvolvimento das atividades industriais, agropecurias, comerciais e domsticas

deteriora a qualidade ambiental e incompatibiliza-se com o conceito de desenvolvimento

sustentvel, na medida em que so geradas altas quantidades de resduos, com o agravante de

serem estes, geralmente, dispostos indiscriminadamente no meio.

Entre os resduos gerados pelas atividades humanas, uma considervel

parte composta por materiais orgnicos que, no tratados e acumulados desordenadamente,

podem levar poluio da gua e do solo, disseminao de doenas entre a populao

humana e animal, alm de provocar odores desagradveis.

Particularmente, os resduos gerados pelas atividades agropecurias, na

maioria orgnicos, apresentam, em geral, uma grande quantidade de nutrientes, que podem

provocar a eutrofizao de lagos e rios se forem a despejados ou dispostos

indiscriminadamente no solo. Por essas razes o tratamento e disposio adequados,

associados a normas legislativas, no so apenas desejveis, mas extremamente necessrios.

2

Com a crescente demanda pela produo de alimentos, a agropecuria

moderna vem acentuando a sua participao nos impactos provocados ao ambiente. Como

afirmou CORRA (1993), indispensvel o desenvolvimento sustentvel nos sistemas

agropecurios, a fim de que o atendimento s demandas da populao atual no comprometa

as reservas potenciais dos recursos naturais que sero utilizados pelas futuras geraes,

considerando que a preservao do ambiente uma obrigao constitucional do governo e do

povo.

No que se refere produo de alimentos de origem animal, observa-se

que as formas empregadas para atendimento das demandas tm levado a aumentos nas

densidades populacionais nas unidades produtoras e regionalizao dessas atividades

(LUCAS JR., 1994). Assim, h maior gerao de resduos de origem animal com um grande

potencial poluidor, concentrados em determinadas regies.

Atualmente, o manejo adequado de resduos merece destaque como

uma preocupao a mais dos produtores agropecurios, envolvendo qualidade, comrcio,

assim como interferindo nos custos de investimento e retorno, que so fatores importantes

para uma produo lucrativa (SANTOS, 1997).

A conscincia crescente de que o tratamento de resduos produzidos

pelas diferentes atividades humanas de vital importncia para a sade pblica e para o

combate poluio das guas de superfcie e subterrneas, tem levado necessidade de se

desenvolver sistemas que combinem alta eficincia e custos baixos de construo e de

operao. O alto custo da energia diminuiu a atratividade de sistemas de tratamento aerbio e

tem intensificado a pesquisa de sistemas com baixa demanda energtica. Desta forma, nas

ltimas dcadas, foram desenvolvidos vrios sistemas que se baseiam na aplicao da

digesto anaerbia para remoo do material orgnico de uma srie de resduos (VAN

HAANDEL & LETTINGA, 1994).

Diversos estudos envolvendo, particularmente, a criao de sunos e aves

vm sendo desenvolvidos, enfocando a digesto anaerbia dos resduos orgnicos gerados nessas

atividades, os quais mostraram ser bons substratos para a gerao de biogs.

Segundo LUCAS JR (1994), o gerenciamento inadequado do enorme

volume de resduos gerados nas produes animais provoca perdas de potencial se no forem

reciclados, sobre o ponto de vista de produo agrcola, pelos componentes fertilizantes

presentes nos resduos que poderiam ser aproveitados na melhoria das condies do solo; do

ponto de vista energtico, pela capacidade de produo de biogs decorrente do teor de matria

orgnica digervel.

3

O incio de operao de um sistema anaerbio deve ser considerado com

ateno especial, visando o sucesso do tratamento. Segundo LETTINGA et al. (1997), com base

no conhecimento atual do processo, nenhum outro sistema de tratamento biolgico compete com

a digesto anaerbia no que se refere velocidade de partida, a menos que seja conduzida com

inexperincia. Uma srie de fatores interferem no processo e devem ser considerados no incio

de operao dos sistemas, entre os quais esto temperatura, pH, teores de slidos e composio

do substrato. A quantidade, qualidade e concentrao do inculo, assim como a adaptao do

mesmo ao resduo e o aumento gradual na concentrao do resduo a ser tratado, so aspectos

que podem ser aplicados partida de biodigestores (LUCAS JR, 1994).

Resduos de animais ruminantes propiciam partida e produo de biogs

mais rpidas quando submetidos digesto anaerbia, em virtude da existncia de grandes

quantidades de microrganismos anaerbios no trato digestivo desses animais, que so eliminados

junto com as fezes. Entretanto para o tratamento de resduos de aves de postura, frangos e sunos

devem ser tomados alguns cuidados na partida, ou o processo poder ser comprometido, uma vez

que a populao anaerbia presente nesses resduos, ou seja, o inculo natural menor quando

comparado com resduos de ruminantes.

Neste sentido, a utilizao de inculo adicional apresenta-se como um

aspecto favorvel a digesto anaerbia de resduos. Entretanto, a baixa eficincia desse

inculo pode influir negativamente na produo de biogs e no processo como um todo, uma

vez que ocupar um volume que poderia ser preenchido pelo substrato a ser tratado (LUCAS

JR., 1994). Desta forma estudos que visem a avaliao da utilizao de inculo justificam-se

por apresentarem a possibilidade de conduzirem a novas informaes que levem otimizao

da biodigesto anaerbia, contribuindo para a consolidao desse processo como forma de

saneamento, produo de biofertilizante e de energia no meio rural.

4

2. OBJETIVOS

Levando-se em conta a importncia sanitria e econmica do

tratamento de resduos orgnicos provenientes da produo animal, estabeleceu-se como

objetivo deste trabalho a avaliao da influncia da utilizao de inculos na digesto

anaerbia de resduos de aves de postura, frangos de corte e sunos. Para tanto foram

determinados os seguintes objetivos especficos:

caracterizar qualitativa e quantitativamente o biogs produzido; estudar a reduo de slidos volteis dos resduos orgnicos; avaliar a qualidade dos inculos utilizados no abastecimento dos biodigestores; caracterizar o efluente dos biodigestores quanto ao teor de slidos, qualidade sanitria e

concentrao de cidos graxos volteis;

avaliar a atividade metanognica nos biodigestores.

5

3. REVISO BIBLIOGRFICA

3.1. Processo de digesto anaerbia

A digesto anaerbia um processo biolgico natural que ocorre na

ausncia de oxignio molecular, no qual um consrcio de diferentes tipos de microrganismos

interagem estreitamente para promover a transformao de compostos orgnicos complexos

em produtos mais simples, resultando, principalmente, nos gases metano e dixido de carbono

(TOERIEN et al., 1969; MOSEY, 1983; NOVAES, 1986; FORESTI et al., 1999).

A transformao das macromolculas orgnicas complexas em CH4 e

CO2 ocorre por vrias reaes sequenciais e requer a mediao de diversos grupos de

microrganismos. Na Figura 1 apresentada uma representao esquemtica sugerida por

diversos autores citados por FORESTI et al. (1999). Como pode ser observado na Figura 1, o

processo de digesto anaerbia de material orgnico complexo desenvolve-se em quatro

estgios principais: a hidrlise, acidognese, acetognese e metanognese, sendo que para

cada estgio esto envolvidas diferentes populaes microbianas.

Durante a hidrlise, o material orgnico particulado convertido em

compostos dissolvidos menores. O processo requer a atividade de enzimas que so excretadas

por bactrias fermentativas e que promovem a degradao de protenas a aminocidos, de

carboidratos a acares solveis e de lipdios a cidos graxos de cadeia longa (C15 a C17) e

glicerina (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994). Durante o tratamento anaerbio de

diversos resduos, a velocidade da converso do material orgnico complexo em biogs

limitada pela velocidade da hidrlise (SPEECE, 1983; SOTO et al., 1993; VAVILIN et al.,

1996a; MATA-ALVAREZ et al., 2000).

6

Hidrlise

Acidognese

Acetognese

Metanognese

FIGURA 1. Sequncia de processos na digesto anaerbia de macromolculas complexas

(Fonte: FORESTI et al., 1999)

Na acidognese os compostos dissolvidos gerados na hidrlise so

absorvidos nas clulas das bactrias fermentativas e excretados como substncias orgnicas

simples (cidos graxos volteis, lcoois, cido ltico e compostos minerais como CO2, H2,

NH3, H2S etc.). Entre as bactrias envolvidas na acidognese so encontradas espcies

anaerbias estritas (a maioria) e facultativas. Estas so importantes na remoo de oxignio

dissolvido presente no material em fermentao anaerbia, que poderia afetar negativamente

o processo (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994).

As espcies bacterianas participantes dos processos de hidrlise e

acidognese so representadas por Acetivibrio cellulolyticus, Bacillus sp, Bacteroides

succinogenes, Bifidobacterium sp, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium, Eubacterium

cellulosolvens, Megasphaera sp, Lachnospira multiparus, Peptococcus anaerobicus,

Selenomonas sp, Staphylococcus sp (ZEHNDER, 1988).

No passo seguinte, a acetognese, ocorre a converso dos produtos da

acidognese em substratos para produo de metano: acetato, hidrognio e dixido de

Material orgnico em suspenso Protenas, carboidratos, lipdios

Aminocidos, acares

cidos graxos

Piruvato

Outros

cidos graxos

Propionato

Acetato

Hidrognio

Metano

7

carbono. Na digesto anaerbia de esgoto sanitrio, aproximadamente 70 % da demanda

qumica de oxignio (DQO) originalmente presente convertida em cido actico e o restante

da capacidade de doao de eltrons concentrado no hidrognio formado (VAN HAANDEL

& LETTINGA, 1994).

Considerando o estado de oxidao do material orgnico a ser digerido,

a formao de cido actico pode ser acompanhada pela gerao de CO2 ou H2, sendo que o

CO2 um produto da prpria metanognese. Nessas condies, ou seja, na presena de CO2 e

H2, pode-se desenvolver a homoacetognese, que a reduo de dixido de carbono para

cido actico pelo hidrognio (FORESTI et al., 1999). Entretanto, por razes termodinmicas,

essa via metablica pouco provvel de acontecer, pois as espcies homoacetognicas so

superadas pelas metanognicas utilizadoras de hidrognio (Zinder1, 1992 apud FORESTI et

al., 1999).

A acetognese , em geral, uma etapa termodinamicamente

desfavorvel, ou seja, no ocorre espontaneamente, a menos que as espcies qumicas

formadas (acetato e H2) sejam removidas do meio, deslocando o equilbrio da reao no

sentido da formao desses produtos (FORESTI et al., 1999). As reaes envolvidas nesta

etapa s so termodinamicamente favorveis quando a presso parcial de H2 no meio muito

baixa (SPEECE, 1983; STAMS, 1994; KUS & WIESMANN, 1995; e SCHINK, 1997), as

quais segundo FORESTI et al. (1999) e MASS & DROSTE (2000), devem ser de 10-4 e 10-3

atm. para a converso de, respectivamente, propionato e butirato, que so importantes

substratos durante a acetognese (VAVILIN & LOKSHINA, 1996; VOOLAPALLI &

STUCKEY, 1999).

Concentraes excessivas de H2 (> 10-4 atm) no so frequentes em

reatores metanognicos, as concentraes mais comumente encontradas esto abaixo de 10-4

atm (SPEECE et al., 1997).

Para a manuteno de baixas presses parciais de H2 as espcies

acetognicas estabelecem uma estreita relao de sintrofia com as utilizadoras de H2

(SPEECE, 1983), sejam elas metanognicas hidrogenotrficas ou redutoras de sulfato

(FORESTI et al., 1999).

As espcies bacterianas envolvidas na acetognese incluem

Acetobacterium woddii, Clostridium bryantii, Desulfovibrio sp, Desulfotomaculum sp,

Syntrophomonas wolinii, Syntrophomonas wolfei, Syntrophus buswellii (ZEHNDER, 1988).

1 ZINDER, S. H. Methanogenesis. In: LEDENBERG, J. (Ed.). Encyclopedia of microbiology. San Diego: Academic Press, 1992. v. 3, p. 81-96

8

No ltimo estgio da digesto anaerbia, a metanognese, ocorre a

formao de metano a partir da reduo de cido actico pelas Archaea metanognicas

acetotrficas (equao 1), ou a partir da reduo de dixido de carbono, pelas Archaea

metanognicas hidrogenotrficas (equao 2), segundo as reaes:

243 COCHHCOOCH ++ + (1) OHCHHHCOH 2432 34 ++ + (2)

Embora a hidrlise seja limitante em alguns casos, a metanognese ,

geralmente, o passo que limita a velocidade do processo de digesto anaerbia (VAN

HAANDEL & LETTINGA, 1994), sendo que as metanognicas acetotrficas so as

principais responsveis por este aspecto, uma vez que as metanognicas hidrogenotrficas

crescem mais rapidamente (FORESTI et al., 1999).

As reaes catalisadas pelas Archaea metanognicas so

termodinamicamente favorveis em condies normais (FORESTI, 1994; SHINK, 1997), e a

reao de reduo de CO2 mais favorvel que a reao de reduo do acetato.

As espcies metanognicas constituem um grupo especial de

microrganismos, de diferentes espcies, com diferentes formas celulares e que so

filogeneticamente distintas dos microrganismos procariticos tpicos (NOVAES, 1986).

Possuem uma parede celular sem cido murmico, que um constituinte do peptoglicano,

presente nos demais procariotos. Consequentemente, so classificadas como membros do

domnio Archaea (BROOCK et al., 1997). So microrganismos estritamente anaerbios,

capazes de utilizar apenas determinados substratos (NOVAES, 1986; e STAMS, 1994). Na

Tabela 1 so apresentados alguns gneros representantes das espcies metanognicas,

aspectos de sua morfologia e o substrato que podem utilizar para a converso em biogs.

Para a realizao de reaes, as Archaea metanognicas necessitam de

alguns fatores especficos: a coenzima-M (Co-M) e os fatores F420, F430 e F342.

A Co-M especfica das metanognicas e est relacionada aos passos

finais da reduo de CO2 a metano (Taylor & Wolfe2, 1974, apud NOVAES, 1986)

2 TAYLOR, C. D.; WOLFE, R. S. Structure and methylation of coenzyme M (HS, CH2CH2SO3). Journal of Biology Chemistry, v. 249, p. 4879-4885, 1974.

9

TABELA 1. Gneros representantes das espcies metanognicas, aspectos de sua morfologia

e substrato utilizado para a converso em biogs.

Gnero Morfologia Substrato

Methanobacterium

Methanobrevibacter

Methanomicrobium

Methanogenium

Methanospirillum

Methanoplanus

Methanothermus

Methanococcus

Methanosarcina

Methanothrix

Methanolobus

Methanococcoides

Bastonetes longos/ filamentos

Bastonetes curtos/cadeias

Bastonetes curtos/ alguns flagelados

Pequenos cocos irregulares

Filamentos mveis

Forma de prato

Bastonetes

Cocos irregulares, alguns mveis

Aglomerados de cocos grandes

Bastonetes/filamentos

Cocos

Cocos irregulares

H2 + CO2, formiato

H2 + CO2, formiato

H2 + CO2, formiato

H2 + CO2, formiato

H2 + CO2, formiato

H2 + CO2, formiato

Somente H2 + CO2

H2 + CO2, formiato

Acetato, metilamina,

metanol, H2 + CO2

Somente acetato

Metanol, metilamina

Metanol, metilamina

(Fonte: BROOCK et al., 1997)

O fator F420 uma coenzima envolvida no transporte de eltrons e na

reao da hidrogenase que ocorre no sistema de reduo da Co-M (Wolfe3, 1971, apud

NOVAES, 1986). A F420 apresenta fluorescncia verde azulada em sua forma oxidada sob luz

ultravioleta e pode, desta forma, ser utilizada para identificar colnias e indiretamente estimar a

biomassa metanognica em sistemas anaerbios (FERREIRA et al., 1987).

O fator F430 um composto de cor amarela, no fluorescente, com

estrutura tetrapirrlica, que contm um tomo de nquel por molcula e provavelmente constitui

o grupo prosttico da Co-M (Thauer4, 1981, apud NOVAES, 1986).

O fator F342. uma coenzima derivada da pterina, fluorescente de

colorao azul brilhante sob luz ultravioleta que foi encontrada por Gunsalus & Wolfe5 (1978)

apud WOLFE (1991) aps o fracionamento de extrato de clulas por coluna cromatogrfica.

3 WOLFE, R. S. Microbial formation of methane. In ROS, A. H.; WILKINSON, J. F. (Ed.). Advances in Microbiological Phisiology. New York: Academic Press Inc., 1971. V. 6, p. 107-146. 4 THAUER, R. K. Nickel tetrapyrroles in methanogenic bacteria: structure, function and biosynthesis. In: HUGHES et al. (Ed.). Anaerobic digestion. Proceedings of the second international symposium on anaerobic digestion held in Travemunde, Federal Republic of Germany, on 6-11 September, 1981. p. 37-43. 5 GUNSALUS, R. P. WOLFE, R. S. Chromophoric factors F342 and F420 of Methanobacterium thermoautotrophicum. Microbiology Letters, v. 3, p. 191-93, 1978.

10

Inicialmente nenhuma funo foi encontrada para este componente. Estudos posteriores

indicaram que se tratava da tetrahidrometanopterina, cujos derivados formil, metenil, metileno e

metil eram intermedirios com funo central na metanognese (WOLFE, 1991).

Alm dos processos fermentativos que levam produo de biogs,

podem se desenvolver outros processos no digestor anaerbio na presena dos oxidantes nitrato e

sulfato (FORESTI et al., 1999). O nitrato reduzido para nitrognio molecular por meio do

processo de desnitrificao, entretanto este processo pouco significante na prtica, pois o teor

de nitrato normalmente baixo nos resduos a serem tratados (FORESTI et al., 1999).

A reduo biolgica do sulfato em geral considerada como um processo

indesejvel, uma vez que o material orgnico oxidado por esta via deixa de ser transformado em

metano e gera o gs sulfdrico, que corrosivo e possui odor desagradvel, alm de ser txico

para a metanognese (FORESTI et al., 1999). Alm disso, em ambientes metanognicos, a

reduo de sulfato energeticamente favorecida em relao produo de metano a partir dos

substratos H2 e acetato. Neste sentido, resduos com altas concentraes de sulfatos, sulfetos ou

tiosulfatos apresentam especial problema no tratamento anaerbio, resultando em altas

concentraes de gs sulfdrico (SPEECE, 1983).

No tratamento de guas residurias ou lodos com metais pesados a

reduo de sulfato pode ser vantajosa, uma vez que a presena de sulfeto pode contribuir para a

estabilidade operacional do digestor, uma vez que a maioria dos sulfetos de metais pesados tem

baixa solubilidade, reduzindo o teor de metais pesados e, consequentemente, a toxicidade

exercida pelos mesmos sobre a atividade bioqumica dos microrganismos anaerbios (FORESTI

et al., 1999)

Todos os diferentes grupos de microrganismos que transformam material

orgnico afluente tm atividades catablica (convertem material orgnico, que utilizado como

fonte de energia, sendo transformado em produtos estveis) e anablica (transformam material

orgnico que incorporado na massa celular). Desta forma, paralelamente liberao dos

diferentes produtos de fermentao, ocorre a formao de novas clulas, das diferentes

populaes microbianas no digestor (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994).

VAN HAANDEL & LETTINGA (1994) ressaltaram dois pontos

importantes relacionados aos diferentes processos desencadeados durante a digesto anaerbia:

a) a remoo de material orgnico durante a fermentao cida se limita liberao de

hidrognio. Somente cerca de 30 % do material orgnico afluente convertido em metano

pela via hidrogenotrfica. Desta forma, uma condio necessria para a remoo eficiente de

11

material orgnico em um sistema de tratamento anaerbio que a metanognese acetotrfica

se desenvolva adequadamente;

b) A fermentao cida tende a provocar uma reduo de pH, devido produo de cidos

graxos volteis e outros produtos intermedirios. Por outro lado a metanognese se

desenvolver apenas quando o pH estiver prximo ao neutro. Portanto, se a taxa de remoo

de cidos volteis por meio da metanognese no acompanhar a taxa de produo dos

mesmos, pode surgir uma situao de instabilidade, gerando uma reduo adicional da

atividade metanognica, que a etapa limitante da velocidade do processo de digesto

anaerbia como um todo. Este problema pode ser evitado quando se mantm um equilbrio

entre as fermentaes cida e metanognica, por meio da manuteno de uma capacidade

metanognica alta e quando uma boa estabilidade do valor do pH estabelecida, proveniente

de uma alta capacidade de tamponamento.

Considerando o que foi exposto nota-se que o processo de tratamento

anaerbio de resduos ocorre a partir de uma srie de transformaes bioqumicas envolvendo

diferentes grupos de microrganismos que interagem estreitamente para promover essas

transformaes. Neste sentido a avaliao qualitativa e quantitativa da biomassa presente no

sistema de tratamento de fundamental importncia no apenas para o entendimento do

processo, como tambm para alcanar melhor desempenho e estabilidade no tratamento de

resduos.

A manuteno de altas populaes metanognicas no sistema tem sido

relatada como um fator crtico para uma desempenho estvel (INCE et al., 1995 e JAWED &

TARE, 1999). Portanto, a avaliao quantitativa e qualitativa da biomassa metanognica de

particular interesse para auxiliar a operao e controle de digestores anaerbios.

Os mtodos utilizados para avaliao de biomassa em digestores

anaerbios incluem a determinao dos slidos suspensos volteis (SSV), contagem de colnias,

quantificao da coenzima F420 e avaliao da atividade metanognica especfica (AME),

(PENNA, 1994).

A quantificao de SSV um mtodo inadequado, uma vez que no

permite a distino entre a populao microbiana e qualquer outro material orgnico (NOVAES,

1986), alm de no fornecer nenhuma indicao da atividade da biomassa ativa presente na

amostra ensaiada. A contagem de colnias um mtodo pouco prtico devido aos longos

perodos de incubao necessrios a esta tcnica (NOVAES, 1986).

12

Tentativas de avaliao da populao metanognica tm sido feitas por

meio da quantificao do fator F420, que uma coenzima exclusiva das metanognicas.

Entretanto o contedo desta coenzima varia entre as diversas espcies metanognicas (De

Zeeuw6, 1984, apud PENNA, 1994), tornando este mtodo pouco confivel para avaliao da

biomassa.

A avaliao da atividade metanognica especfica tem se tornado um

mtodo atraente para determinar o desempenho das Archaea metanognicas, pois fornece

informaes sobre grupos de metanognicas e/ou de algumas espcies, alm de informaes

relativas velocidade da metanognese como um todo (DOLFING & BLOEMEN, 1985).

3.1.1 Avaliao da atividade metanognica especfica

A avaliao da atividade metanognica especfica consiste na

determinao

da taxa de produo de gs metano pela populao microbiana a partir de seus substratos

especficos. Uma srie de metodologias so empregadas para a realizao deste teste. PENNA

(1994) realizou uma ampla reviso das mesmas, de forma que neste trabalho sero destacadas,

em linhas gerais, algumas delas.

Os primeiros testes para avaliao da atividade metanognica foram

feitos por De Zeeuw5 (1984) apud ARAJO (1995), e consistiam em medir a taxa de

produo de metano de amostras por meio de um sistema de deslocamento de lquido, tipo

frasco Mariotte. A carga orgnica e a concentrao de slidos suspensos volteis eram

conhecidas. O substrato utilizado consistia em uma mistura de cidos (actico, propinico e

butrico) ou na adio de apenas um cido, geralmente o actico. Solues de metais e

nutrientes eram adicionadas s amostras ensaiadas com o objetivo de evitar limitaes

nutricionais para a produo de metano.

Na metodologia proposta por DOLFING & BLOEMEN (1985) a

produo de metano era medida por cromatografia gasosa em amostras retiradas do volume

livre de frascos de soro (frascos-reatores), nos quais o lodo era ensaiado. Utilizava-se uma

seringa com trava de presso para que o gs amostrado se mantivesse na mesma presso do

frasco-reator. Os substratos testados foram os cidos actico, propinico e butrico, que eram

6 DE ZEEUW, W. J. Acclimatization of anaerobic sludge for UASB-reactor start-up. 1984. 157f. Doctoral Thesis Agricultural University Wageningen, The Netherlands, 1984.

13

adicionados em conjunto ou separadamente. Alm do substrato adicionava-se uma soluo

tampo.

Duborguier (1989) apud VAZOLLER (1989) props uma metodologia

semelhante de DOLFING & BLOEMEN (1985), com a diferena que, neste caso, no era

utilizada soluo tampo, nem soluo de nutrientes ou de metais. O resultado da atividade

foi, ento, denominado, atividade metanognica especfica absoluta ou real, sendo obtida pela

diferena entre a atividade metanognica aparente do substrato (frasco-reator com lodo e

substrato) e a atividade do frasco controle (frasco-reator apenas com a amostra testada).

JAMES et al. (1990) desenvolveram um mtodo simplificado a partir

de uma adaptao de funcionamento do respirmetro de Warburg. Entretanto, um melhor

desempenho deste mtodo dependia da automao do sistema de medio de gases e da

otimizao do sistema de monitoramento do teste como um todo, como foi ressaltado pelos

prprios autores. Neste sentido, o trabalho desenvolvido por Monteggia7 (1991) apud INCE et

al (1995) e CHERNICHARO (1997), incorporando manmetros com sensores eltricos para o

monitoramento contnuo da produo de biogs, foi um importante avano para o ensaio de

atividade metanognica especfica (CHERNICHARO, 1997).

Recentemente foi estabelecido no mbito do PROSAB (Programa de

Pesquisa em Saneamento Bsico) um protocolo para o desenvolvimento do teste

(CHERNICHARO, 1997). Foi sugerida a adio de soluo tampo e de nutrientes. O

substrato utilizado como fonte de carbono foi o cido actico. A determinao da taxa de

produo de metano pode ser feita por cromatografia gasosa ou por meio do deslocamento de

lquido, em mini-manmetros ou transdutores de presso aps a passagem do biogs por uma

soluo alcalina para reteno do CO2 presente no biogs.

Outro aspecto a ser ressaltado para o teste de atividade metanognica

especfica referem-se s unidades de medida utilizadas pelos diferentes autores, que divergem

basicamente quanto medida de produo de metano (PENNA, 1994). Neste sentido, as

diferentes unidades podem ser uniformizadas por meio de relaes estequiomtricas,

tornando-se possvel a comparao entre elas. Cabe ressaltar, que para isso, necessrio que

os volumes de metano medidos refiram-se s condies normais de temperatura e presso

(CNTP) e que as atividades metanognicas medidas sejam as taxas especficas mximas de

converso de substratos da biomassa presente na amostra ensaiada (PENNA, 1994).

7 MONTEGGIA, L. The use of a specific methanogenic activity for controlling anaerobic reactors. 1991. Ph.D. tesis University of Newcastle, Tyne, 1991.

14

Independente da metodologia empregada para avaliao da atividade

metanognica especfica, alguns aspectos podem influenciar o ensaio de forma que os

resultados obtidos possam ser subestimados. Entre esses aspectos, ressaltam-se a relao entre

a concentrao inicial de substrato e a concentrao inicial de biomassa (PENNA, 1994;

MORENO et al., 1999), assim como o tipo de substrato utilizado.

A concentrao de substrato no deve limitar a atividade metanognica

seja por falta de alimento (INCE et al., 1995), seja por inibio quando em concentraes

excessivas. No protocolo apresentado pelo PROSAB (CHERNICHARO, 1997) as relaes

iniciais entre substrato e biomassa variaram de 0,4 a 1,0 g HAc-DQO g-1 SV, sendo que em

ensaio para determinao da AME de um lodo anaerbio, a maior atividade foi alcanada com

a relao 0,8 g HAc-DQO g-1 SV. No trabalho de INCE et al. (1995), a relao utilizada para

o ensaio de AME foi de 0,46 g HAc-DQO g-1 SV para lodo de reator tratando gua residuria

de cervejaria. DIEZ et al. (1999) estudaram taxas de carga orgnica iniciais variando de 0,31

a 1,34 g HAc-DQO g-1 SV. Em estudo realizado sobre metodologias do teste de atividade

metanognica especfica, PENNA (1994) utilizou diversas relaes iniciais entre substrato e

biomassa para diferentes lodos e destacou que em funo do tipo de lodo e de sua atividade

metanognica, deve ser pesquisada a relao tima entre a quantidade de substrato e biomassa

inicial, que conduzam atividade metanognica especfica mxima durante o ensaio.

Em relao ao tipo de substrato utilizado, verifica-se que em muitos

trabalhos e metodologias a fonte de carbono utilizada ou sugerida foi apenas o cido actico

(INCE et al., 1995; CHERNICHARO, 1997; KALYUZHNYI et al., 1998; DIEZ et al., 1999;

MORENO et al., 1999). Em outros trabalhos (DOLFING & BLOEMEN, 1985; ARAJO,

1995; e BORJA et al, 1996) tem sido utilizada uma mistura de H2/CO2. Entretanto,

DOLFING & BLOEMEN (1985) destacaram que agitao vigorosa necessria para a

obteno de resultados confiveis quando se utiliza essa mistura como substrato, e sugerem a

substituio da mesma por formiato. Alguns estudos foram realizados utilizando-se o formiato

como fonte de carbono, entre estes, pode-se destacar os trabalhos de ARAJO (1995),

OLIVEIRA (1997) e LAY et al. (1998). Os cidos propinico e butrico foram tambm

utilizados separadamente em alguns estudos (DOLFING & BLOEMEN, 1985; ARAJO,

1995; LAY et al., 1998).

A utilizao de cidos volteis individualmente interessante quando se

objetiva a identificao de gneros de bactrias presentes no lodo, o estudo da degradao de

cada substrato, assim como a determinao das taxas mximas de converso de cada um deles

(ARAJO, 1995). Entretanto, quando se pretende uma anlise da atividade metanognica

15

mxima, a utilizao de uma mistura de cidos mais adequada (LIN et al., 1986), uma vez

que propiciar a presena de substratos especficos de todas as espcies metanognicas

presentes.

3.1.1.1 Aplicao dos testes de atividade metanognica especfica

A avaliao da atividade metanognica especfica de lodos anaerbios

tem sido muito aplicada com a finalidade de se classificar o potencial da biomassa em

converter substratos especficos em produtos finais, o metano e dixido de carbono. Este teste

mostra-se como uma importante ferramenta para uma srie de aplicaes (CHERNICHARO,

1997):

a) como anlise de rotina para quantificar a atividade metanognica;

b) para avaliar o comportamento da biomassa em relao a compostos inibidores;

c) para determinar a toxicidade de determinados compostos presentes em efluentes lquidos e

resduos slidos;

d) para determinar o grau de degradabilidade de vrios substratos;

e) para monitorar possveis modificaes na atividade do lodo aps longos perodos de

operao de reatores;

f) para determinar a carga orgnica mxima suportada por determinado tipo de lodo, a fim

de acelerar a partida de sistemas de tratamento;

g) para avaliar parmetros cinticos.

Alguns dos inmeros trabalhos utilizando o teste de atividade

metanognica so descritos brevemente a seguir.

DOLFING & BLOEMEN (1985) utilizaram esse teste para o estudo da

influncia sobre a atividade metanognica de diversos parmetros como substrato e pH, alm

de avaliarem processos de inibio e toxicidade da digesto anaerbia por substncias como

cloreto de sdio e amnia. Ainda com relao inibio e toxicidade, BORJA et al. (1996)

avaliaram o efeito de diferentes concentraes de amnia sobre a biomassa por meio dos

testes de atividade.

SOTO et al. (1993) aplicaram o teste de atividade metanognica para

estimar a carga orgnica inicial a ser aplicada ao lodo, determinar a atividade do lodo ao

16

longo do processo de operao do reator, avaliando no apenas a atividade metanognica, mas

tambm a hidroltica e acidognica. A partir desse ensaio, os autores determinaram

parmetros cinticos referentes aos estgios de hidrlise, acidognese e metanognese que

caracterizam o processo anaerbio.

INCE et al. (1995) determinaram a taxa de carga orgnica mais

adequada durante a partida do reator utilizando o ensaio de atividade metanognica. Os

pesquisadores KALYUZHNYI et al (1998), LAY et al. (1998), NOPHARATANA et al.

(1998) e JAWED & TARE (1999) utilizaram o teste para monitoramento e determinao da

biomassa em reatores anaerbios.

No trabalho de ARAJO (1995) avaliou-se a influncia da estrutura

populacional do biofilme na degradao dos cidos graxos volteis e, consequentemente, na

produo de metano. Alm disso, determinou-se o comportamento da atividade metanognica

do biofilme, frente s diversas fontes testadas ao longo do perodo de operao do reator.

O teste de atividade metanognica tambm foi empregado por

OLIVEIRA (1997) com a finalidade de avaliar a atividade metanognica do lodo em

diferentes condies operacionais (carga orgnica e temperatura), em diferentes regies da

manta de lodo e do lodo bruto e dos grnulos, separadamente, em reator anaerbio UASB

tratando guas residurias de suinocultura.

importante ressaltar que o ensaio de atividade metanognica

especfica uma ferramenta interessante para o acompanhamento do desempenho do sistema,

entretanto, apresenta limitaes quando se pretende comparar diferentes sistemas, em funo

das particularidades dos lodos provenientes de diferentes plantas, assim como, das inmeras

variaes nas metodologias para o ensaio.

3.2. Fatores que interferem na digesto anaerbia

O processo de digesto anaerbia pode ser influenciado por uma srie

de fatores, favorecendo ou no a partida do processo, a degradao do substrato, o

crescimento e declnio dos microrganismos envolvidos, a produo de biogs, assim como,

podem determinar o sucesso ou a falncia do tratamento de determinado resduo. Entre esses

fatores pode-se citar a temperatura, o pH, a presena de nutrientes, a composio do substrato,

o teor de slidos totais, e como consequncia destes, a interao entre os microrganismos

envolvidos no processo.

17

A temperatura um fator extremamente importante na digesto

anaerbia, uma vez que influi na velocidade do metabolismo bacteriano, no equilbrio inico e

na solubilidade dos substratos (FORESTI et al., 1999). O efeito da temperatura sobre o

processo de digesto anaerbia tem sido estudado por diversos autores nas faixas psicroflica,

abaixo de 20C (MASS & DROSTE, 1997; VARTAK et al.,1997; LOKSHINA & VAVILIN, 1999; MASS et al.,2000; e MASS & DROSTE, 2000), mesoflica, entre 20 e

45C (TORRES-CASTILHO et al., 1995; BROUGHTON et al., 1998; CHEN & SHYU, 1998), e termoflica, entre 50 e 70C (ZTRK, 1993; LEPISTO & RINTALA, 1996). LUCAS JR. (1994) afirmou que a definio de uma temperatura

operacional extremamente importante do ponto de vista biolgico e econmico, uma vez

que a taxa de produo de biogs depende da temperatura. Biodigestores operando na faixa

termoflica produzem maior quantidade de biogs em menor perodo quando comparados com

aqueles operados na faixa mesoflica, resultando em menores tempos de reteno hidrulica

(perodo em que o resduo permanece no interior do biodigestor), implicando em menor

volume para o tratamento e, consequentemente, menores custos de implantao. Entretanto, o

baixo custo da cmara de fermentao compensado pelos custos de aquecimento, uma vez

que, geralmente, o gs produzido insuficiente para aquecer os resduos a serem tratados.

Neste sentido, o tratamento na faixa termoflica torna-se interessante apenas quando o resduo

a ser tratado encontra-se em temperatura mais elevada (LETTINGA et al., 1997).

As Archaea metanognicas envolvidas no processo de digesto

anaerbia constituem a populao mais sensvel a alteraes de pH, segundo SPEECE (1996)

a operao do reator anaerbio deve ocorrer em pH entre 6,5 e 8,2 para evitar inibio da

metanognese. Ainda segundo esse autor, uma operao adequada do reator em pH at 6

possvel em determinadas condies.

A disponibilidade de certos nutrientes essencial para o crescimento e

atividade microbiana. Estudos sobre requerimentos nutricionais para o tratamento anaerbio

apontam para um importante papel de ons inorgnicos, especialmente metais traos para a

estimulao do metabolismo microbiano anaerbio. Segundo SPEECE (1983), a deficincia

de ferro, cobalto e nquel foi a causa de resultados negativos no tratamento de efluentes

industriais no passado.

DAMIANOVIC (1992) em reviso de literatura sobre aspectos

nutricionais em processos anaerbios fez referncias a uma srie de trabalhos que

comprovaram a importncia desses micronutrientes na estimulao do processo, sendo que a

18

maioria desses trabalhos foi realizada em ensaios de crescimento de culturas de laboratrio. O

nico metal trao testado em reatores de grande porte foi o ferro, com resultados bastante

satisfatrios.

O carbono, nitrognio e fsforo so essenciais para todos os processos

biolgicos. A quantidade de N e P necessria para a degradao da matria orgnica presente

depende da eficincia dos microrganismos em obter energia para a sntese, a partir de reaes

bioqumicas de oxidao do substrato orgnico (FORESTI et al., 1999). A relao DQO:N:P

de 500:5:1 parece ser suficiente para atender s necessidades de macronutrientes dos

microrganismos anaerbios (SPEECE, 1996). O enxofre tambm considerado um dos

nutrientes necessrios metanognese, e evidncias preliminares apontam para um elevado

requerimento de sulfetos desses microrganismos (SPEECE, 1983). Os microrganismos

assimilam enxofre na forma de sulfetos, que so originados a partir da reduo biolgica de

sulfatos (constituinte comum a muitas guas residurias), (FORESTI et al., 1999).

O nitrognio, embora essencial ao processo, pode tornar-se um fator

inibitrio quando em altas concentraes na forma de amnia. As concentraes do on

amnia (NH4+) e amnia livre (NH3) so ditadas pelo pH, com altos valores de pH a forma

NH3 prevalece, e mais inibitria que a forma ionizada (MATA-ALVAREZ et al., 2000).

BORJA et al. (1996) relataram a inibio no processo de produo de

metano a partir de dejetos de bovinos quando a concentrao de amnia chegou a 5 g L-1, em

reatores operados continuamente. A velocidade de produo de metano diminuiu 25 %

quando 5 e 7 g-N L-1 foram adicionadas, em comparao com o controle, com 2 g-N L-1.

Entretanto, os autores observaram que o processo no foi afetado com a concentrao de 4 g-

N L-1, quando o aumento na concentrao de amnia foi gradual. Em reatores com

concentraes de 6 e 7 g-N L-1, aps longo perodo de exposio, o processo alcanou a

estabilidade, embora com baixa produo de metano. Os autores concluram que a

instabilidade do processo devido a altas concentraes de amnia resultou no acmulo de

cidos graxos volteis, os quais levaram a uma diminuio do pH, com consequente declnio

na concentrao de amnia livre, explicando a habilidade do processo em alcanar a

estabilidade em altas concentraes de amnia, com uma produo baixa, mas estvel de

metano.

A inibio do processo de digesto anaerbia por altas concentraes de

amnia foi tambm associada temperatura na qual se desenvolve o processo. Na faixa

termoflica a concentrao de amnia livre aumentou com a elevao da temperatura

(HANSEN et al., 1998). Portanto, o tratamento por digesto anaerbia na faixa termoflica de

19

resduos com alto contedo de amnia ou com compostos que liberam rapidamente amnia

deve ser conduzido com ateno especial, buscando-se a adaptao da biomassa microbiana

ao resduo.

O processo de digesto anaerbia tambm influenciado pela presena

de outros compostos potencialmente txicos. No tratamento anaerbio de efluentes industriais

a presena de alguns componentes prejudiciais aos microrganismos deve ser considerada.

Dentre esses compostos destacam-se os metais pesados, solventes orgnicos, inibidores

qumicos como o cloranfenicol, inibidores formados como produtos secundrios, como o

cianeto, entre outros (SPEECE, 1983).

No que se refere a resduos originados na produo animal, a

administrao de antibiticos aos animais, o uso de desinfetantes e pesticidas pode influir

negativamente sobre a populao microbiana, uma vez que esses compostos so encontrados

em larga escala na propriedade rural e podem misturar-se aos dejetos aps a lavagem das

instalaes.

Outro aspecto a ser considerado no processo de digesto anaerbia e de

extrema importncia a concentrao de cidos graxos volteis (AGV), que so produtos

intermedirios da digesto anaerbia. Altas concentraes de AGV podem estar relacionadas

instabilidade nas inter-relaes estabelecidas entre as diferentes populaes anaerbias.

Para que a digesto anaerbia ocorra normalmente, a concentrao de

AGV deve estar em equilbrio com a alcalinidade do sistema (LIN et al., 1986). A inibio do

processo por cidos graxos volteis est associada ao pH. Baixos valores de pH esto

geralmente associados a altas concentraes de cidos graxos volteis (KUS & WIESMANN,

1995), e, consequentemente, falncia do processo.

Um sistema de tratamento anaerbio operando de forma satisfatria

apresenta no seu efluente baixas concentraes de cido actico, e s vezes, pequenas

quantidades de outros cidos. Em sistemas instveis h acmulo de cidos actico,

propinico, butrico, valrico e isovalrico (SUMMERS & BOUSFIELD, 1980; GOURDON

& VERMANDE, 1987; HILL et al., 1987; HILL, 1989). A presena desses cidos no efluente

em propores semelhantes ao afluente indica que as populaes microbianas que

metabolizam esses cidos esto em desequilbrio, devido baixa concentrao de determinada

espcie (HILL, 1987).

O incio de operao de um biodigestor constitui um aspecto crucial na

determinao do sucesso no tratamento de resduos. O ponto chave na partida do processo

est relacionado com a existncia de uma populao microbiana adaptada ao resduo em

20

questo, que pode ser suprida por microrganismos presentes no prprio resduo (inculo

natural), ou pode ser introduzida no biodigestor por meio da utilizao de inculos de outras

fontes.

Uma avaliao quantitativa e qualitativa do potencial microbiano do

resduo, assim como do inculo a ser utilizado, importante no sentido de reduzir ao mnimo

o perodo de adaptao e acelerar o processo de digesto anaerbia.

Estudos feitos por LUCAS JR. et al. (1993) sobre a utilizao de inculo

adicional no desempenho de biodigestores operados com resduos de frangos de corte

demonstraram o aumento do potencial e antecipao da produo de biogs quando se utilizou

este inculo, independente do teor de slidos totais. TORRES CASTILLO et al. (1995)

observaram melhor desempenho de biodigestores com a utilizao de dejetos de bovinos e de

sunos como inculo. Outros trabalhos enfocando a utilizao de inculo como forma de

melhorar o desempenho de biodigestores incluem AUBART & FAUCHILLE (1983),

CALLANDER & BARFORD (1983), TRITT & KANG (1991), CHEN & HASHIMOTO

(1996), e BROUGHTON et al. (1998).

Outro aspecto importante a ser observado na digesto anaerbia o teor

de slidos totais (ST) do substrato. LUCAS JR. et a.l. (1993) encontraram melhor produo

de biogs em biodigestores modelo batelada quando o teor de ST do substrato era menor, 8 %,

em relao a um teor de ST de 16 % e a presena de inoculo adcional antecipou o pico de

produo de biogs nos dois casos (8 e 16 % de ST). Outros estudos enfocando a influncia

da concentrao de ST sobre o processo de digesto anaerbia incluem AUBART &

FAUCHILLE (1983) e ITODO & AWULU (1999).

3.3. Tratamento anaerbio de resduos

O processo de digesto anaerbia hoje uma tecnologia bem

estabelecida para o tratamento de uma ampla variedade de resduos gerados pelas atividades

humanas (CALLAGHAN et al., 1999). Segundo LETTINGA (1997) o tratamento anaerbio

de resduos pode ser considerado como principal mtodo da concepo de proteo ambiental

e preservao de recursos. Esta concepo baseia-se no mnimo uso de energia e gua, alm

de mximo reuso dos produtos gerados aps o tratamento. Neste sentido, resduos gerados

pelas diferentes atividades humanas podem tornar-se uma importante fonte de gua,

21

fertilizantes, condicionadores do solo e tambm, fonte de energia (VAN LIER & LETTINGA,

1999).

Comparando os mtodos aerbios tradicionais ao processo anaerbio de

tratamento de resduos, podem ser destacadas diversas vantagens, relatadas por vrios autores

(TRITT et al., 1991; FORESTI, 1994; PERLE et al., 1995; VAN HORN et al.,1994;

TORRES-CASTILLO et al., 1995; LETTINGA, 1996; VARTAK et al., 1997; DIEZ et al.,

1999; VAN LIER et al, 1999; ZEEMAN et al., 1999; MATA-ALVAREZ et al., 2000):

a) baixo consumo de energia, por no exigir a introduo forada de oxignio no

meio;

b) baixo custo de investimento;

c) requerimento de pequena rea para implantao;

d) baixa produo de lodo, estimada como sendo inferior a 20 % daquela apresentada

por processos aerbios convencionais;

e) limitado impacto ambiental;

f) possibilidade de recuperao e utilizao do gs metano como combustvel;

g) possibilidade de utilizao do efluente como biofertilizante;

h) alta eficincia de tratamento;

i) possibilidade de aplicao de altas taxas de carregamento volumtrico nos sistemas

anaerbios modernos;

j) reduo da emisso atmosfrica de metano e componentes com odor pelos

resduos;

k) possibilidade de preservao dos organismos anaerbios, sem alimentao por

longos perodos, sem que haja deteriorao de sua atividade.

As principais desvantagens esto relacionadas sensibilidade do

processo a mudanas das condies ambientais. A biodigesto anaerbia depende muito mais

de mecanismos reguladores intrnsecos que de controles externos. Esses mecanismos

autoreguladores decorrem das interaes entre os diversos grupos microbianos que participam

do processo com funes distintas e especficas, capazes de manter o pH e o potencial redox

do sistema, no sentido de otimizar a metanognese (FORESTI, 1994).

O processo de digesto anaerbia vem sendo amplamente utilizado para o tratamento de uma srie de resduos, notadamente de esgoto sanitrio. Entretanto outros resduos, incluindo aqueles que apresentam caractersticas que poderiam prejudicar a digesto

22

anaerbia, como presena de componentes txicos e falta de nutrientes vm sendo estudados e seu tratamento por esse sistema tem se tornado possvel por meio da co-digesto com outros resduos que minimizem o efeito txico de determinados compostos ou que supram a carncia de nutrientes (ANGELIDAKI et al., 1997; CALLAGHAN et al., 1999; WIEGANT et al., 1999). Na Tabela 2 so apresentados exemplos de diversos resduos que vem sendo estudados e apresentam potencial para o tratamento anaerbio, seja como substrato nico ou por meio da co-digesto. TABELA 2. Exemplos de alguns resduos com potencial para o tratamento por digesto

anaerbia.

Substrato Temperatura de operao

Referncia

Resduos de aves de postura Mesoflica AUBART & FAUCHILLE (1983)

Efluente de leiteria Mesoflica PERLE et al. (1995) Palha de cevada Mesoflica TORRES-CASTILLO et al.

(1995)

Esgoto sanitrio Psicroflica LETTINGA (1996) Efluente de indstria de

processamento de alimentos e dejetos de bovinos

Mesoflica

MADHUKARA et al. (1997)

Efluente de fbrica de processamento de azeite de oliva e dejetos de bovinos

Termoflica ANGELIDAKI et al. (1997)

Resduos de sunos Psicroflica Mesoflica

MASS & DROSTE (1997) PLAIXATS et al. (1988)

Resduos de bovinos Psicroflica VAVILIN et al. (1998) VARTAK et al. (1997)

Carcassas de aves Mesoflica e termoflica

CHEN &SHYU (1998)

Resduos slidos municipais Mesoflica NOPHARATANA et al.(1998) Resduos de bovinos de corte Mesoflica GARCA-OCHOA et al.(1999) Efluente de abatedouro Mesoflica BATSTONE et al.(1997) e (2000)

e NEZ & MARTNEZ (1999)

Efluente de curtume e esgoto domstico

Mesoflica WIEGANT et al. (1999)

Frao orgnica de resduos slidos municipais e dejetos de bovinos

Mesoflica MASS et al. (2000) CALLAGHAN et al. (1999)

Resduos de frangos de corte Mesoflica SANTOS (1997) e (2001)

23

Por meio da digesto anaerbia obtm-se a remoo efetiva de

componentes orgnicos biodegradveis, levando mineralizao e liberao de compostos

como NH4+, PO4-3, S-2, que podem, se necessrio, ser removidos em ps-tratamento

(LETTINGA, 1996). Como o tratamento anaerbio basicamente um processo de

mineralizao, mtodos de ps-tratamento (biolgicos ou fsico-qumicos) podem ser

requeridos para melhorar as condies do resduo tratado para reuso e/ou emisso.

3.3.1. Resduos da avicultura e suinocultura

Os resduos gerados na produo animal constituem-se em substratos

complexos contendo matria orgnica particulada e dissolvida como polissacardeos, lipdios,

protenas, cidos graxos volteis, elevado nmero de componentes inorgnicos, bem como

alta concentrao de microrganismos patognicos, todos de interesse na questo ambiental.

O poder poluente dos dejetos animais extremamente alto, face ao

elevado nmero de contaminantes que possui, cuja ao individual ou combinada, representa

uma fonte potencial de contaminao e degradao do ar, dos recursos hdricos e do solo.

Estes fatos vm exigindo a fixao de parmetros de emisso cada vez mais rigorosos pela

legislao ambiental, visando a preservao dos recursos naturais, do conforto e da sade

humana.

Os nutrientes e a matria orgnica contidos nos dejetos animais

constituem componentes naturais do ambiente e so, na verdade, recursos a serem reciclados

nos ecossistemas (VAN HORN et al., 1994). Entretanto, quando esses nutrientes encontram-

se em excesso nos sistemas possuem efeitos altamente deletrios.

ATKINSON & WATSON (1996) relacionaram os impactos ambientais

da produo animal aos seguintes provveis fatores:

a) balano entre as produes de diferentes animais e as prticas utilizadas para a criao de

cada um deles;

b) potencial existente para a reciclagem de resduos e para a reduo de entrada de

componentes nos vrios sistemas de produo animal;

c) possibilidade de integrao da produo animal a sistemas agrcolas mais completos;

d) impacto da criao de a

avaliação do uso de inóculos na biodigestão anaeróbia de resíduos de avesde postura, frangos...

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