Manutenção da produção de metano em indústrias sucroalcooleiras, a partir da substituição de vinhaça por glicerol no período de entressafra de cana-de-açúcar

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Takeda, Paula Yumi
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Anaerobic co-digestion; Biodiesel; Bioenergia; Bioenergy; Codigestão anaeróbia; Entressafra; Off-season; Sugarcane vinasse; Vinhaça de cana-de-açúcar
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-30072021-151425/

Os sistemas de tratamento de águas residuárias que utilizam os processos anaeróbios são promissores para remoção da carga orgânica poluidora da vinhaça, associada à produção de bioenergia. O interesse científico aponta para o aprimoramento do processo de degradação desse efluente, pela interpretação das vias metabólicas associadas, permitindo a implantação e manutenção dos processos envolvidos com elevada eficiência e produção de metano para recuperação energética. A interrupção na operação de reatores anaeróbios em períodos de entressafra de cana-de-açúcar é, seguramente, um grande desafio a ser enfrentado no tratamento anaeróbio de águas residuárias das indústrias sucroalcooleiras, uma vez que o período de repartida é mais lento que o desejado, comprometendo negativamente o balanço energético em usinas sucroalcooleiras. Outro resíduo, com elevado conteúdo orgânico que merece destaque é o glicerol, subproduto da cadeia produtiva de biodiesel, produzido em volumes expressivos e difícil disposição, uma vez que o mercado se encontra saturado quanto às suas aplicações. Perante o exposto, avaliou-se o potencial uso de glicerol por digestão anaeróbia para geração de metano e manutenção da população microbiana ativa em reator anaeróbio de leito fixo estruturado (AnSTBR) tratando vinhaça, durante o período relativo à entressafra. A codigestão de ambos os resíduos também foi avaliada com o objetivo de verificar melhorias nas condições operacionais e potencializar a recuperação energética. O estudo experimental foi conduzido em cinco fases contínuas de substituição de substratos em proporção de carga orgânica de 100% vinhaça (I); 50% vinhaça e 50% glicerol (IIA, IIB); 100% glicerol (III); 50% vinhaça e 50% glicerol (IV); e 100% vinhaça (V), respectivamente, aplicando carga orgânica volumétrica de 5,0 kgDQO m-3 d-1. Excepcionalmente, a fase II foi subdividida em duas etapas, em que houve interrupção da operação do reator por um período de 150 dias entre as etapas. A operação do reator AnSTBR apresentou resultados promissores quanto à remoção de matéria orgânica, com eficiências de 81,1 ± 1,5% 84,7 ± 1,1% 83,7 ± 0,9% 93,1 ± 0,6% 91,0 ± 0,9% 82,3 ± 0,6% em termos de DQO total; e à produção de metano, com rendimentos de 250,6 ± 13,2; 268,8 ± 12,5; 246,5 ± 8,0; 232,2 ± 17,2; 227,7 ± 15,3; 235,2 ± 9,9 NmLCH4 g-1DQOremovida, respectivamente. A codigestão de vinhaça e glicerol incrementou em cerca de 12% a produção de metano comparativamente à monodigestão de vinhaça, anteriormente à interrupção do reator e utilização de glicerol como única fonte de carbono. A estratégia operacional de permuta gradual de substratos permitiu estabilidade ao sistema ao longo da operação, mantendo a biomassa ativa, com suplementação de álcali de 0,15 gNaHCO3 g-1 DQO e ajuste do pH afluente em 7,0. Os resultados indicaram o potencial da estratégia de utilização do glicerol em substituição à vinhaça em período de entressafra de cana-de-açúcar, assim como da codigestão de ambos os resíduos da agroindústria, promovendo a manutenção da produção de metano.