Potencial da produção de biogás a partir da codigestão de dejetos bovino e macrófita invasora (Hydrilla verticillata)
Abstract
A gestão e disposição inadequadas de dejetos bovinos podem causar a contaminação de corpos d'água, levando ao crescimento exacerbado de plantas aquáticas como a Hydrilla verticillata. Esta é uma macrófita invasora do Rio Paraná que, devido à sua alta capacidade de adaptação e dispersão, apresenta potencial para causar diversos prejuízos ambientais e econômicos. Aplicar um pré-tratamento biológico em biomassas lignocelulósicas pode melhorar a biodegradabilidade e facilitar a conversão destas em bioenergia. Diante disso, a biodigestão anaeróbia é uma importante ferramenta que possibilita o tratamento e aproveitamento energético de materiais orgânicos. A codigestão anaeróbia combina diferentes substratos e é uma estratégia promissora para otimizar a produção de biogás, no entanto, mais estudos são necessários sobre a viabilidade de utilizar novos substratos e prétratamentos. A adição do inóculo, uma população adicional de microrganismos já adaptada ao processo, também é recomendada para a otimização da biodigestão. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial da produção de biogás a partir da mono e codigestão de dejetos bovinos e H. verticillata. Uma solução tampão de bicarbonato de sódio (0,13 mol/L) foi utilizada para homogeneizar os substratos e ajudar a prevenir a acidificação do meio. Os substratos foram caracterizados mediante análise gravimétrica dos sólidos e a produção de biogás foi analisada através do Potencial Bioquímico de Metano (PBM). Na codigestão (razão 2:1 de dejeto:macrófita, respectivamente), foram analisados os efeitos da adição do inóculo e da aplicação de um pré-tratamento biológico na biomassa da H. verticillata. Após 40 dias de tempo de retenção hidráulica, o volume acumulado de biogás foi de 671mL e 1585 mL na monodigestão de dejeto e de macrófita, respectivamente; enquanto que, nos ensaios de codigestão obteve-se: 1120 mL (sem inóculo), 1173 mL (com inóculo) e 609 mL (com inóculo e macrófita pré-tratada). Portanto, a macrófita sem pré-tratamento biológico é um substrato adequado para a produção de biogás, seja como substrato único ou cossubstrato da biodigestão anaeróbia. Os ensaios utilizando a H. verticillata (sem pré-tratamento) resultaram no aumento de mais de 60% no volume de biogás produzido, em relação à monodigestão de dejetos. A adição do inóculo melhorou a biodigestão anaeróbia, acelerando a degradação da matéria orgânica, reduzindo o tempo de retenção hidráulica, antecipando o pico da produção de biogás e melhorando o conteúdo de metano Inadequate management and disposal of bovine manure can cause contamination of
water bodies, leading to exacerbated growth of aquatic plants such as Hydrilla
verticillata. This is an invasive macrophyte of the Paraná River that, due to its high
adaptability and dispersion, has the potential to cause several environmental and
economic damages. Applying biological pretreatment to lignocellulosic biomass can
improve biodegradability and facilitate their conversion to bioenergy. Given this,
anaerobic biodigestion is an important tool that enables the treatment and energy
utilization of organic materials. Anaerobic co-digestion combines different substrates
and is a promising strategy to optimize the production of biogas, however, more
studies are needed on the feasibility of using new substrates and pre-treatments. The
addition of the inoculum, an additional population of microorganisms previously
adapted to the process, is also recommended for the optimization of biodigestion
Therefore, this work aimed to evaluate the potential of biogas production from mono
and co-digestion of bovine manure and H. verticillata. A sodium bicarbonate buffer
solution (0.13 mol/L) was used to homogenize the substrates and to help prevent
acidification of the medium. Substrates were characterized by gravimetric analysis of
solids and biogas production was analyzed by Biochemical Methane Potential (BMP).
In the co-digestion (ratio of 2:1 - manure:macrophyte, respectively), the effects of
inoculum addition and biological pretreatment on H. verticillata biomass were
analyzed. After 40 days of hydraulic retention time, the accumulated volume of
biogas was 671mL and 1585 mL in the manure and macrophyte monodigestion,
respectively; while in the co-digestion assays were obtained: 1120 mL (without
inoculum), 1173 mL (with inoculum) and 609 mL (with inoculum and pretreated
macrophyte). Therefore, macrophyte without biological pretreatment is a suitable
substrate for biogas production, either as a single substrate or anaerobic biodigestion
substrate. Tests using H. verticillata (without pretreatment) resulted in an increase of
more than 60% in the volume of biogas produced compared to monodigestion of
bovine manure. Inoculum addition improved anaerobic digestion, accelerating the
degradation of organic matter, reducing hydraulic retention time, anticipating peak
biogas production and improving methane content El manejo y la eliminación inadecuados de los desechos ganadero pueden causar la
contaminación de los cuerpos de agua, lo que lleva a un crecimiento exacerbado de
las plantas acuáticas como la Hydrilla verticillata. Esta es una macrófita invasora del
Río Paraná que, debido a su alta adaptabilidad y dispersión, tiene el potencial de
causar varios daños ambientales y económicos. La aplicación de pretratamiento
biológico a la biomasa lignocelulósica puede mejorar la biodegradabilidad y facilitar
su conversión en bioenergía. Ante esto, la biodigestión anaerobia es una
herramienta importante que permite el tratamiento y la utilización de energía de los
materiales orgánicos. La codigestión anaerobia combina diferentes sustratos y es
una estrategia prometedora para optimizar la producción de biogás, sin embargo, se
necesitan más estudios sobre la viabilidad de nuevos sustratos y pretratamientos. La
adición de inóculo, una población adicional de microorganismos ya adaptados al
proceso, también es recomendada para la optimización de la biodigestión. Por lo
tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial de producción de biogás a
partir de mono y codigestión de desechos ganadero y H. verticillata. Una solución
tampón de bicarbonato de sodio (0,13 mol/L) fue usada para homogeneizar los
sustratos y ayudar a prevenir la acidificación del medio. Los sustratos fueron
caracterizados por análisis gravimétrico de sólidos y la producción de biogás fue
analizada por el Potencial Bioquímico de Metano (PBM). En la codigestión (la
relación 2:1 de desechos y macrófita, respectivamente), fueron analizados los
efectos de la adición de inóculo y el pretratamiento biológico sobre la biomasa de la
H. verticillata. Después de 40 días de tiempo de retención hidráulica, el volumen
acumulado de biogás fue de 671 ml y 1585 ml en la monodigestión de desecho y de
la macrófita, respectivamente; mientras que en los ensayos de codigestión se
obtuvieron: 1120 ml (sin inóculo), 1173 ml (con inóculo) y 609 ml (con inóculo y
macrófita pretratada). Por lo tanto, la macrófita sin pretratamiento biológico es un
sustrato adecuado para la producción de biogás, sea como sustrato único o como
co-sustrato de biodigestión anaerobia. Las pruebas con H. verticillata (sin
pretratamiento) dieron como resultado un aumento de más del 60% en el volumen
de biogás producido en relación con la monodigestión de los desechos. La adición
de inóculo mejoró la digestión anaerobia, acelerando la degradación de la materia
orgánica, reduciendo el tiempo de retención hidráulica, anticipando la producción
máxima de biogás y mejorando el contenido de metano