ISSN 0100-7556

NOVEMBRO, 1983

PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE BIOGASA PARTIR DE ESTERCO DE BUBALINOS

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPAVinculada ao Ministério da AgriculturaCentro de Pesquisa Agropecuária do Trópico Úmido - CPATU •Belém, PA.

MINISTRO DA AGRICULTURAÂngelo Amaury Stabile

Presidente da EMBRAPAEliseu Roberto de Andrade Alves

Diretoria Executiva da EMBRAPAAgide Gorgatti NettoJosé Prazeres Ramalho de CastroRaymundo Fonsêca Souza

- Diretor- Diretor- Diretor

Chefia do CPATUCristo Nazaré BarbosaJosé FlOrlanJúniorJosé de Brito Lourenço Junior

do Nascimento - Chefe- Chefe Adjunto Técnico- Chefe Adjunto Administrativo

EMBRAPAA 1~1973N •() 1983

CENTRO DE PESQUISA AGROPECUÁRIA 00 TRÓPICO ÚMIDO

ISSN 010M556

CIRCULAR TÉCNICA NQ46 Novembro, 1983

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PRODUÇAO E UTILlZAÇAO DE BIOGÁS A PARTIR DE ESTERCODE BUBALlNOS

Sérgio de MeUo Alves'Célio Francisco Marques de MeioKuzhiparamail Prakasan " I

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPAVinculada ao Ministério da AgriculturaCentro de Pesquisa Agropecuária do Trópico Úmido - CPATUBelém. PA.

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EDITOR: Comitê de Publicações do CPATU

Exemplares desta publicação podem ser solicitados à EMBRAPA-CPATUTrav. Dr. Enéas Pinheiro, s/n.oCaixa Postal, 4866.000 - Belém, PATelex (091) 1210

Alves, Sérgio de MelloProdução e utílízação de bíogàs a partir de esterco de buba-

unos, por Sérgio de Mello Alves, Célio Francisco Marques deMeIo e KüzlüPal"amailPrakasan. Belém, EMBRAPA..cPATU,1983.

20 p. ilust. (EMBRAPA-CPATU. Circular Técnica, 46).

1. Biodigestor. 2. Biogás - Produção. 3. Bubalino - Esterco- Utilização. I. MeIo, Célio Francisco Marques de 11. Praka-san, Kuzhiparamail. 111. Titulo. IV. Série.

CDD: 681.7665

@ EMBRAPA - 1983

SUMÁRIO

lNTRODUÇÃO .

MATERIAL E M~TODOS .

Planta piloto .

Iníclo da operação do biodigestor .

Análise de rotina .

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Composição da matéria-prima . .

lnfluente do biodigestor . .

Biomassa em fermentação no biodigestor .

Efluente do biodigestor e produção de biogás . .

Utilização do biogás . .

CONCLUSÕES .

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PRODUÇAO E UTILlZAÇAO DE BIOGAS A PARTIR DE ESTERCODE BUBALlNOS

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Sérgi~' de Mello ~Uvesl, Célio Francisco Marques de Melo1

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, INTRODUÇAO

No Brasil, o interesse pelo biogás é recente. Os programas depesquisa e .dlvulqação .do. blcqás a nível nacional foram iniciados so-mente no ano de 1977, embora o uso do biogás fosse do conhecimen-to de algumas pessoas, inclusive de fazendeiros, há algum tempo.

O Centro de Pesquisa Agropecuária do Trópico Úmido - CPATUe as Centrais Elétricas Brasileiras - ELETROBRAS firmaram convêniovlsando o estudo da construção, operação e manutenção de biodiges-teres na Região Amazônica. Foram instalados dois btodlqestcresde modelo indiano, um de 220 m3 e outro de 23 m3 de capacidade defermentação de biomassa. , Os dois biodigestores estão em operaçãodesde 19S,e servindo .COI)1O unidades de pesquisa e desenvolvimen-to e também, como unidades didático-científicas.

A produção' do bloqâaa partir de esterco bovino é bastante es-tudada no Brasil e no exterior, mas praticamente nenhuma literaturaclentíflca é conhecida sobre a fermentação d~ esterco de buballnos.

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O rendimento da produção de biogás a partir de esterco de bu-ballnos, o valor nutritivo do biofertilizante como adubo e o consumode bioqás por vários aqulparnentos são algumas observações queforam realizadas durante' oito meses de operação da planta piloto doblodlqestor de 23 m3• Os resultados e problemas de construção,operação e manutenção do biodigestor são apresentados e discutidosneste trabalho.

1 Quím. Ind., M.Sc. Pesquisador da EMBRAPA-CPATU. Caixa Postal 48.CEP 66.000. Belém, PA '

':2 Eng9 Agr9,Ph.D. Oonsultor do I1CAlEMBRAPA/BIRD.

-5-

MATERIAL E M~TODOS

Planta piloto

o biodigestor foi construído em concreto e o gasômetro comchapa de ferro n? 14, protegido com tinta antiferruginosa. O modeloesquemático da planta piloto do biodigestor com capacidade de fer-mentação de 23 m3 de biomassa é mostrado na Fig. 1. Além dasfacilidades disponíveis no modelo convencional, esta unidade foiequipada com um agitador mecânico fixado sobre o gasômetro, sen-do que os detalhes da construção estão na Fig. 3. O gasômetro foitambém equipado com dois tubos para retirar as amostras do líquidoem fermentação, conforme se observa na Fig. 2 .

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, A 'produção de biogás foi determinada diariamente por um me-di dor de gás modelo MG-6. Os equipamentos a biogás instaladospara teste, consistiram de um lampião marca Jackwal; uma geladeira(Cônsul) a gás, adaptada para biogás, utilizando-se um bico-adaptadormarca Jackwal; um moto-gerador de 8,25 HP e 2,5 KWA marca Montgo-mery; um ferro a gás para passar roupa, adaptado para biogás; umfogão com quatro bocas de 10 em de diâmetro, adaptado para biogás,e um moto-plcador marca Montgomery, de 9,0 HP.

Na tubulação do biogás para uso no laboratório foi, instaladoum filtro (Fig. 4) para eliminar a impureza de ácido sulfídrico (H2S).Vários "traps" (Fig. 5) foram colocados na tubulação do biogás paraeliminação da água condensada, em número suficiente para evitar talproblema.

Início da operação do biodigestor

Após o abastecimento do biodigestor com água de poço (semtratamento químico) colocou-se o gasômetro em seu lugar. A saídade gás foi fechada e o gasômetro ficou flutuando na água durante doisdias sem baixar de nível. Nesta operação, o sistema de armazena-mente do biogás foi testado contra qualquer possível vazamento.

Uma carga diária de 767 kg, constituída de 500 kg de estercofresco de bubalinos misturados com 267 e d'água, foi colocada comomatéria-prima para fermentação. O sistema de biodigestor para 23 m3

de capacidade de fermentação atingiu o equilíbrio com 30 dias de

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FIG. 1 . Biodigestor de 23m3de copocidoc:le de fermentoção, modelo indiono

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FIG.2. Gasômetro

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FIG.4. Filtro paro eliminar gás sulfidrico (H2S)

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duração de tempo da retenção hidráulica. Amostras da rnatéria-prêma,influente, biomassa em fermentação dentro do biodigestor e afluenteforam analisadas -dlarlamente.

Não houve adição de inoculantes, uma vez que o esterco frescode bubalinos é rico em populações de bactérias metanogênicas.

Análise de rotina

A percentagem de matéria seca (M. S.), foi determinada atra-vés da secagem da amostra em estufa a 105°C,até atingir peso cons-tante. As matérias secas foram incineradas a 600°C, em mufla, paradeterminação da cinza. A diferença de peso entre a matéria secae a cinza permitiu determinar-se a quantidade de sólidos voláteis{S.V.).

As percentagens de carbono, nitrogênio, P20S,~O, ácidos voláteis,alcalinidade e 000, foram determinadas pelos métodos de rotina deanálise de água e de dejetos de esgotos (Standard Methods for theExamination of Water and Waste 13th Edition. APWA PWWA WPCF).O pH foi determinado com o uso de um potenciômetro E-516METROHMHERISAU.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Instalação do biodigestor e equipamentos a gás

Praticamente não foi observada quaisquer dificuldades durantea construção do biodigestor, exceto em relação ao gasômetro que re-quereu mão-de-obramais especializada.

As experiências com a planta piloto instalada no CPATU, mos-traram que a operação e a manutenção de biodigestores e de equipa-mentos a gás são fáceis, e o próprio homem do campo pode dominara tecnologia. Por outro lado, as instalações do biodigestor e dosequipamentos a biogás devem ser feitas por técnicos experimentadosem tal área de serviço.

,Composiçãoda matéria-prima

Na Tabela 1 são mostrados os resultados das análises do es-terco de bubalinos. Os valores médios obtidos para N; P20S e K20foram 0,26%; 0,14% e 0,09%, respectivamente. A mistura da urina

-9-

corri' o esterco, no próprio estábulo, que não apresenta declividadepara drená-Ia; e a influência da ração oferecida aos animais, podemjustificar esses teores elevados, principalmente quanto ao nitrogênio.

.: A:maior percentagem de nitrogênio ocasionou a diminuição darelação : carbono/nitrogênio (Tabela 1). A mistura da urina em ex-cesso, com o esterco, poderá provocar a liberação de NH3, que po-derá retardar o início da fermentação metanogênica no biodigestor.O elev~qQ;pH do esterco, em torno de 7,3, também mostrou a possibi-lida'deda.' presença 'de ~niônialivre. ,',

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: , Estes dados indicam que o esterco de buballno é uma matéria--prlma de boa qualidade, com teores de nitrogênio, fósforo e potássiosuficientes para ativarem as bactérias metanogênicas.

Influente do, biodigestor

i , , À, quantidade de água para misturar com o esterco foi calcu-lada para obter o influente com percentagem de sólidos voláteis emtornode 9%. Na Tabela 2, é mostrado que o valor médio dos sólidosvoláteis' ficou em 9,3%.

Normalmente em condições mesofíllcas (temperatura de fer-mentação de 30°C a 35°C), o teor de sólidos voláteis pode variar de6% a 8% (Sathianathan 1975). Um maior teor de sólidos voláteis foiadmitido na carga, considerando-se que uma maior eficiência destebiodigestor era esperada, em função do agitador mecânico que temcomo finalidade misturar a massa em fermentação e quebrar a crostaque se forma, possibilitando uma melhor digestão da massa.

Biomassa em fermentação no biodigestor

Nas Tabelas 3 e 4 estão os resultados das análises da massalíquida dentro do biodigestor, nas duas câmaras de fermentação, aprimeira do lado do influente e a outra do lado efluente. As amos-tras foram coletadas no meio do volume do biodlqestor e, em ambasas câmaras, nesta região, existem apenas sobrenadantes (Sathrana-than 1975).

A câmara do lado do efluente apresentou maior percentagemde ácidos voláteis e menor relação C/N, que a câmara do lado do in-fluente. Tal fato mostra que a blomassa está em processo de fer-mentação e a microflora é ativa. O valor médio de pH de 6,7, deter-

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Efluente do biodigestor e produção de biogás

As análises do efluente do biodigestor (Tabela 5) mostraramque o blofertilizante possui teores de N2, P20S e K20 da ordem de 0,13%;0.06% e 0.03%, respectivamente, em relação ao peso fresco, ou 2,9%.1.36% e 0.68% em termos de peso seco. O pH do efluente ácido,com média de 6.7 mostrou que o processo de gaseificação (transfor-mação dos ácidos voláteis para biogás), não foi completo. O efluen-te ainda apresentou ácidos voláteis livres. A redução de sólidosvoláteis foi de 59.27% mostrando uma eficiência normal da acldlfl-cação.

A produção média do biogás (Tabela 6), foi de 0,41 m3jm3 doespaço do biodigestor. A temperatura dentro do blodlqestor, duran-te o período de observação. variou de 28°C a 31°C (Tabela 7). A pro-dução do biogás foi muito baixa em relação à produção de biogás. apartir de esterco bovino (Sathianathan 1975).

A insuficiência do tempo de retenção e a carga excessiva desólidos voláteis por m3 de espaço do biodigestor. foram as possíveiscausas da baixa atividade das bactérias metanogênicas.

Presume-se que uma pré-fermentação do influente por 24 a 48horas a fim de eliminar o ar ou NH3 livres; uma reciclagem do efluen-te de 20 a 30 litros por dia junto com o influente. para propiciar umamaior população das metanobactérias; uma diminuição da carga deS. M. 1m3 de espaço de fermentação; e o aumento de tempo da reten-ção hidráulica, são as possíveis técnicas que poderão ser utilizadaspara aumentar a eficiência da produção do biogás.

Utilização do biogás

O consumo médio de bloqás pelos diversos equipamentos cons-tam da Tabela 8. Os consumos de todos os equipamentos testadosforam normais e os dados são compatíveis com os encontrados naliteratura (Sathlanathan 1975. Batista 1980 e Parchen 1979).

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CONCLUSOES

As experiências na instalação e operação de biodlqestores noCPATU. mostraram que a Implantação de biodigestores na RegiãoAmazônica é viável e as tecnologias de construção, operação e ma-nutenção são fáceis e simples. Por outro lado. o próprio homem docampo poderá dominá-Ias, através de treina~entos de curta duraçãoque oCPATU oferece periodicamente.

As expertênclas com a planta piloto mostraram que o rendimen-to de bloqás a partir de esterco de bubalinos é 20% a 30% inferiorao obtido a partir de esterco de bovinos. Contudo, embora o blo-gás não tenha siqQ analisado, verificou-se que a sua qualidade deter-minada atraY.és.·da;queima em vários equipamentos, fQi eqüivalenteao biogá.s obt.do: de outras fontes de resíduos animais. :

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.REFER~NCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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- 20-

fê'falangola editoraTrav. Benjamin Constant, 675Fone: 224.8166. Belém.PA.