Biodigestão Anaeróbia de Dejetos de Caprinos Obtidos Nas Diferentes

7/25/2019 Biodigesto Anaerbia de Dejetos de Caprinos Obtidos Nas Diferentes

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BIODIGESTO ANAERBIA DE DEJETOS DE CAPRINOS OBTIDOS NAS DIFERENTESESTAES DO ANO

ANA C. AMORIM1, JORGE DE LUCAS JNIOR2, KLBER T. RESENDE3

RESUMO:

Foram utilizados dejetos produzidos por caprinos, em diferentes estdios fisiolgicos e

submetidos ao mesmo regime alimentar, nas quatro estaes do ano. O objetivo foi avaliar o efeito dasestaes do ano sobre a digesto anaerbia de resduos de caprinos em biodigestores modelo bateladacom volume til de 60 L de substrato em fermentao e mantidos sob temperatura ambiente. Foramavaliadas as produes de biogs, as redues de slidos volteis (SV), os potenciais de produo (m3de biogs/kg de substrato, de estrume, de slidos totais (ST) ou slidos volteis), os nmeros maisprovveis de coliformes totais e fecais, e a composio do biogs. As redues de SV foram de 38; 34;33 e 39% para o vero, outono, inverno e primavera, respectivamente. Os totais de biogs produzidosforam de 1,06 m3 no vero, 0,88 m3 no outono, 0,88 m3 no inverno e 0,99 m3 na primavera, e ospotenciais de produo mdios foram de 0,02 m3de biogs/kg de substrato e 0,2 m3de biogs/kg deestrume para todas as estaes. As redues mdias de coliformes totais e fecais foram de 99,99% emtodas as estaes, e os teores mximos de CH4no biogs foram 88,3; 84,6; 80,6 e 79,2%, para o vero,outono, inverno e primavera, respectivamente.

PALAVRAS-CHAVE: biogs, cabras, esterco.

ANAEROBIC DIGESTION OF CAPRINE MANURE IN DIFFERENT SEASONS

SUMMARY: The dejections produced by caprines were used, in different physiologic states andsubmitted to the same alimentary regime, in the four seasons of the year.This study was carried out in60 L batch digesters at ambient temperature and aimed to evaluate the effect of the season on theanaerobic digestion of caprine manure. The biogas production, volatile solids (VS) reduction, thepotential production (m3 of biogas/kg of substrate, manure, total solids (TS) or VS), the removal of

total and fecal coliforms and the biogas composition were evaluated. The VS reductions were of 38;34; 33 and 39% for Summer, Autumn, Winter and Spring, respectively. The biogas production were of1.06 m3 in Summer, 0.88 m3 in Autumn, 0,88 m3 in Winter and 0.99 m3 in Spring and the meanpotential production were of 0.02 m3of biogas/kg of substrate and 0.2 m3of biogas/kg of manure forall seasons. The batch digesters reduced total and fecal coliforms densities in 99.99% and the CH4contents in biogas were 88.3; 84.6; 80.6 and 79.2% for Summer, Autumn, Winter and Spring,respectively.

KEYWORDS: biogas, goat, dung.

1Zootecnista, Aluna de Doutorado do Programa de Produo Animal pela FCAV/UNESP, Jaboticabal - SP, e-mail:[email protected]

2EngAgrnomo, Prof. Titular, Departamento de Engenharia Rural, FCAV-UNESP, Jaboticabal - SP, e-mail: [email protected], Prof. Adjunto, Departamento de Zootecnia, FCAV-UNESP, Jaboticabal - SP.Recebido pelo Conselho Editorial em: 13-2-2003Aprovado pelo Conselho Editorial em: 8-12-2003

Eng. Agrc., Jaboticabal, v.24, n.1, p.16-24, jan./abr. 2004


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Biodigesto anaerbia de dejetos de caprinos obtidos nas diferentes estaes do ano


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INTRODUO

Com a crescente demanda pela produo de alimentos, a agropecuria vem acentuando suaparticipao nos impactos provocados ao ambiente, o que torna cada vez mais necessrio odesenvolvimento de sistemas de produo sustentveis, que a UNESCO (1995) definiu como aqueleque permite responder s necessidades presentes sem comprometer a capacidade das futuras geraesem responder s suas prprias necessidades, afirmando ainda que, na capacidade inventiva humana e

em sua criatividade em substituir trabalhos penosos, repousam as fontes de sustentabilidade.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 nasunidades produtoras e regionalizao dessas atividades (LUCAS JNIOR, 1994). Assim, h maiorgerao de resduos de origem animal com grande potencial poluidor concentrados em determinadasregies.

Os resduos de origem animal constituem elevada proporo da biomassa, e sua utilizao emsistemas de reciclagem de extrema importncia sob aspectos econmicos e ambientais. A digestoanaerbia um dos vrios processos existentes para o tratamento dos resduos e constitui-se emmtodo bastante atrativo, pois promove a gerao do biogs, como fonte de energia alternativa, e do

biofertilizante (SAHA, 1994 e AUGENSTEIN et al., 1994).Segundo AL-MASRI (2001), o acrscimo de resduos de origem animal ao processo de

biodigesto anaerbia promove aumento na produo de biogs em relao ao uso de resduos deorigem vegetal. Para LUCAS JNIOR (1994), o potencial de produo de biogs a partir do estrumede ruminantes deve sofrer variaes em funo da qualidade nutricional dos alimentos fornecidos aosanimais, esperando-se diferenas entre estrumes coletados a partir de animais que so criados somenteno pasto em relao aos de animais que recebem suplementao alimentar, principalmente se for dealimento concentrado.

O Brasil possui o 11 maior rebanho caprino do mundo, com cerca de 12,6 milhes de cabeas(IBGE, 2001). No perodo de 1980 a 1992, observou-se aumento de 51,6% no rebanho do Pas (FAO,

1993), indicando crescente interesse na atividade.A caprinocultura, assim como as demais atividades da produo animal, gera considervel

volume de resduos que, se gerenciados de forma inadequada, provocam, como afirmou LUCASJNIOR (1994), perdas de potencial energtico, tanto produtivo, em termos agrcolas, por meio doscomponentes fertilizantes, quanto calorfico, pela capacidade de produo de biogs decorrente do teorde matria orgnica degradvel (slidos volteis). Ainda segundo esse autor, cada kg ou L de dejetodesperdiado representa grande prejuzo para o ambiente e perda significativa para o produtor.

Com base no exposto, teve-se o objetivo de avaliar o potencial de produo de biogs utilizandoesterco de caprinos, gerados nas quatro estaes do ano, como substrato para o processo de biodigestoanaerbia.

MATERIAL E MTODOS

Descrio do ensaio de biodigesto anaerbia

O ensaio de biodigesto anaerbia para avaliar efeitos das estaes do ano sobre a composiodos dejetos de caprinos e o potencial de produo de biogs baseou-se na avaliao das redues nosteores de slidos totais (ST) e slidos volteis (SV). Foram utilizados biodigestores tipo batelada decampo, instalados no Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Cincias Agrrias eVeterinrias - UNESP, Cmpus de Jaboticabal.


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Os volumes de biogs produzidos diariamente foram determinados medindo-se o deslocamentovertical dos gasmetros e multiplicando-se pela rea da seo transversal interna dos gasmetros, ouseja, 0,2827 m2. Aps cada leitura, os gasmetros foram zerados, utilizando-se do registro de descargado biogs. A correo do volume de biogs para as condies de 1 atm e 20 oC foi efetuada com baseno trabalho de CAETANO (1985), no qual, pelo fator de compressibilidade, se observa que o biogsapresenta comportamento prximo ao ideal. No incio do experimento, aps a determinao do volumede biogs produzido, efetuou-se o teste de queima do mesmo para que se pudesse determinar, de formasimples, a predominncia de metano no biogs e, portanto, a possibilidade de utilizao do mesmocomo gs combustvel.

O potencial de produo de biogs foi calculado utilizando-se dos dados de produo diria e dasquantidades de estrume in natura de substrato, de slidos totais e de slidos volteis adicionados nosbiodigestores, alm das quantidades de slidos volteis reduzidos durante o processo de biodigestoanaerbia. Os valores foram expressos em m3de biogs por kg de substrato, de estrume ou de slidostotais ou volteis.

As amostras de substrato e efluente tiveram os nmeros mais provveis de coliformes totais efecais determinados segundo metodologia descrita pela APHA (1995), que utiliza para odesenvolvimento dos coliformes, a tcnica do substrato cromognico.

As anlises de composio do biogs produzido foram realizadas semanalmente para adeterminao dos teores de metano (CH4) e dixido de carbono (CO2) por cromatografia de fasegasosa GC-2001, usando colunas Porapack Q e Peneira Molecular, e detector de condutividadetrmica.

Para a comparao dos resultados obtidos em biodigestores abastecidos com dejetos de caprinosgerados nas estaes do ano, adotou-se o delineamento inteiramente casualizado, com quatrotratamentos (estaes do ano) e trs repeties (biodigestores). As mdias foram comparadas pelo testede Tukey, a 5% de probabilidade.

RESULTADOS E DISCUSSO

Na Tabela 2, so apresentados os teores mdios de slidos totais e slidos volteis, obtidos noincio e no final do processo de biodigesto anaerbia, bem como as redues dos teores de slidosvolteis, em cada tratamento.

TABELA 2. Slidos totais (ST) e slidos volteis (SV), em porcentagem e em massa, e reduo dosSV, em porcentagem, aps a biodigesto anaerbia dos dejetos obtidos durante osperodos de vero, outono, inverno e primavera.

ST SV% kg % KgEstaes

inicial final inicial final inicial final inicial final

Reduo deSV (%)

C.V.(%)

Vero 8,42 5,83 4,71 3,26 6,80 4,21 3,81 2,36 38,0A 2,1Outono 7,02 5,17 3,93 2,90 5,72 3,80 3,20 2,13 34,0A 2,4Inverno 7,66 5,48 4,44 3,18 6,68 2,60 3,88 2,60 33,0A 1,6Primavera 9,23 6,02 5,35 3,49 8,44 5,17 4,89 3,00 39,0A 1,8

Na coluna reduo de SV (%), mdias seguidas de mesma letra no diferem pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

No foi observado efeito (P < 0,05) das estaes do ano sobre a reduo de slidos volteis, quefoi em mdia 36%. Essa ocorrncia pode estar relacionada com o tempo de permanncia dos substratosno interior dos biodigestores, que foi menor no vero (12 semanas) em relao s demais estaes (18;20 e 18 semanas no outono, inverno e primavera, respectivamente).


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Ana C. Amorim, Jorge de Lucas Jnior, Klber T. Resende


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Estes resultados podem ser comparados aos encontrados por AL-MASRI (2001), que avaliou odesempenho de biodigestores anaerbios abastecidos com dejetos de caprinos e ovinos. A reduo deslidos totais e volteis foi de 72,6 e 58,2%, respectivamente, quando se utilizaram como substratodejetos de ovinos e 71,3 e 58,1% em biodigestores abastecidos com dejetos de caprinos. A reduo nosSV superior obtida neste trabalho pode ser associada manuteno dos biodigestores em banho-maria a 30 C, segundo o referido autor.

MISI & FORSTER (2001) obtiveram 34,1% de reduo de SV quando utilizaram misturas base de dejetos de caprinos, ovinos e bovinos, resduos do processamento de frutas e cama de frangos,em diferentes propores, para abastecimento de biodigestores anaerbios.

Na Figura 1, apresenta-se a distribuio da produo de biogs e, na Figura 2, a produoacumulada, em porcentagem nas estaes de vero, outono, inverno e primavera.

FIGURA 1. Produo de biogs por dejetos de caprinos durante as estaes de vero, outono, invernoe primavera.

FIGURA 2. Porcentagem do acumulado da produo de biogs em biodigestores abastecidos comdejetos de caprinos, nas quatro estaes do ano.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

dias de abastecimento

produo(m)

debiogs

vero

outono

inverno

primavera

0,0

25,0

50,0

75,0

100,0

1 25 49 73 97 121

dias de abastecimento

%a

cumulada

vero

outono

inverno

primavera


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Com base nos resultados obtidos para a evoluo da produo de biogs e para a porcentagem doacumulado ao longo do perodo, constata-se que as estaes influenciaram (P < 0,05), antecipando ouretardando, no incio da produo de biogs, sendo que, para as estaes de vero e outono, comaproximadamente 50 dias a partir da data do abastecimento, foram atingidos 90 e 60% (valoresaproximados) do total de biogs produzido durante o processo, enquanto, nas estaes de inverno eprimavera, esses valores foram de aproximadamente 5%.

As produes totais de biogs durante as estaes de vero, outono, inverno e primavera foramde 1,06; 0,88; 0,88 e 0,99 m de biogs, respectivamente, e apesar de serem semelhantes em todas asestaes, possvel observar que, nas duas primeiras, houve maior porcentagem de metano nacomposio do biogs (Figura 3), nas primeiras duas semanas (73,09 e 56,30%, para vero e outono,respectivamente) aps o abastecimento, apresentando queima aps o 4 e o 12 dia, respectivamente, oque s ocorreu na 6 semana para os abastecimentos realizados durante as estaes de inverno eprimavera (43,24 e 56,14% de CH4, apresentando queima aps 42 e 31 dias, respectivamente).

FIGURA 3. Teores de metano contidos no biogs produzido durante as estaes de vero, outono,inverno e primavera, em biodigestores abastecidos com substratos de dejetos de caprinos.

O menor tempo, observado na estao de vero para atingir teores mais elevados de metano (emmdia 61,0% de CH4na primeira semana - Figura 3), pode estar diretamente relacionado com o efeitoda temperatura sobre a massa no interior dos biodigestores, o que provavelmente aumentou apopulao de bactrias metanognicas no meio e incrementou sua atividade.

Os potenciais mdios de produo de biogs, para as quatro estaes, corrigidos para 20 C e1 atm, so apresentados na Tabela 3.

Os resultados de potenciais de produo de biogs obtidos refletiram a influncia das estaes doano, com destaque para maiores produes de biogs por SV reduzido (P < 0,05) durante o vero eoutono (em mdia 0,79 m3kg-1 de SV reduzido), em comparao com o inverno e a primavera(0,61 m3kg-1 de SV reduzido). Esse fato pode estar relacionado com as menores quantidades de SVnos dejetos durante o abastecimento nas estaes de vero e outono (mdias de 3,8 e 3,2 kg de SV,respectivamente) em comparao com as quantidades nos abastecimentos de inverno e primavera(mdias de 3,9 e 4,9 kg de SV, respectivamente).

0

25

50

75

100

1 5 9 13 17

semanas de abastecimento

%d

eCH4

vero

outono

inverno

primavera


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TABELA 3. Potenciais mdios de produo de biogs, corrigidos para 20 oC e 1 atm, para substratospreparados com estrume de caprinos produzidos durante o vero, outono, inverno eprimavera (m3 de biogs por kg de substrato, por kg de ST adicionados, por kg de SVadicionados, por kg de SV reduzidos e por kg de estrume adicionado no abastecimento).

Potenciais (m3kg-1)Estaes

Substrato ST adic. SV adic. SV red. Estrume

Vero 0,02A 0,23A 0,28A 0,74A 0,05AOutono 0,02A 0,22A 0,28A 0,83A 0,05AInverno 0,02A 0,20A 0,23B 0,61B 0,04APrimavera 0,02A 0,22A 0,24B 0,61B 0,06AMdias seguidas da mesma letra, na coluna, no diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Os resultados encontrados podem ser comparados aos obtidos por MISI & FORSTER (2001),que utilizaram misturas base de dejetos de caprinos, ovinos e bovinos, resduos do processamento defrutas e cama de frangos, em diferentes propores, para abastecimento de biodigestores anaerbios.Quando os dejetos de ovinos e caprinos perfizeram 70% da mistura, obtiveram como valores: 0,14 mde metano kg-1de SV adicionado e 0,42 m de CH4kg

-1de SV.

O potencial de produo de biogs do estrume de ovinos, encontrado por JAIN et al. (1981), foide 0,0452 m3 de biogs kg-1 de estrume, semelhante aos obtidos neste trabalho. LUCAS JNIOR(1987) observou maior eficincia na converso no estrume de bovinos em biogs (0,048 m 3kg-1 deestrume). NASCIMENTO (1991) encontrou potencial de produo de biogs de 0,08692 m3por kg-1de estrume em biodigestores abastecidos com dejetos de ovinos e capacidade de carga de trs litros.

Os nmeros mais provveis (NMP) de coliformes totais e fecais presentes nos substratos eefluentes dos biodigestores abastecidos nas quatro estaes, assim como as respectivas porcentagensde reduo desses nmeros durante o processo, esto apresentados na Tabela 4.

TABELA 4. Nmeros mais provveis (NMP) de coliformes fecais e totais no abastecimento e

desabastecimento dos biodigestores, e porcentagem de reduo desses durante oprocesso, nas estaes do ano estudadas.

Coliformes TotaisVero Outono Inverno Primavera

Afluente 2.419,42 x 108 506,4 x 108 945,47 x 1010 658,62 x 109Efluente 2,0 x 103 1,5 x 103 1,7 x 103 3,1 x 104Reduo (%) 99,99 A 99,99 A 99,99 A 99,99 A

Coliformes fecaisAfluente 479,3 x 108 494,1 x 108 659,3 x 1010 418,79 x 109Efluente 3,37 x 102 1,5 x 103 0,0 0,0Reduo(%) 99,99 A 99,99 A 100,0 A 100,0 AMdias seguidas da mesma letra, na linha, no diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Os ndices de reduo do nmero de coliformes no sofreram efeitos (P < 0,05) das estaes doano, sendo de 99,99% para coliformes totais (nas quatro estaes) e coliformes fecais (vero e outono),e de 100% para coliformes fecais, nas estaes de inverno e primavera.

Resultados semelhantes foram observados por STEIL (2001), quando abasteceu biodigestores,modelo batelada, com substratos preparados a partir de dejetos de sunos, frangos de corte e aves depostura (mdia de 99,99% de reduo no NMP de coliformes totais e fecais).


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A reduo dos nmeros de patgenos no produto final, que ser retornado ao solo, um fatorimportante, pois a ocorrncia de altas quantidades de bactrias do grupo coliformes na gua deconsumo pode sujeitar as propriedades agrcolas a maiores taxas de incidncia de doenas nos animais,com conseqente aumento da mortalidade e diminuio da produtividade (ENNIX, 1996).

CONCLUSES

Os resduos de caprinos so bons substratos para o processo de digesto anaerbia.Os totais de biogs produzidos foram semelhantes para todas as estaes. No vero e outono,

houve maior agilidade do processo, antecipando a produo de biogs ou aumentando a porcentagemde metano contido nesse biogs.

O processo de biodigesto anaerbia mostrou-se eficiente na remoo de coliformes dos dejetosde caprinos.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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