Análise da geração de biogás a partir da digestão anaeróbia de permeado de soro de leite bovino pré tratado e dejetos animais
Data
2025
Autores
Rodrigues, Heveli dos Santos
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Resumo
Diante da busca por combustíveis renováveis e do cenário crítico que o planeta passa atualmente em relação às mudanças climáticas, torna-se essencial adotar medidas mitigadoras. A gestão sustentável de resíduos agroindustriais, aliada ao potencial de produção de biogás, surge como uma solução promissora, convertendo desafios ambientais da pecuária em oportunidades para a geração de energia limpa e renovável. Nesse contexto, o presente estudo investigou a viabilidade da produção de biogás via digestão anaeróbia do permeado de soro de leite e dejetos animais, visando valorizar energeticamente resíduos agroindustriais e reduzir seu impacto ambiental. Para isso, buscou-se esterilizar o permeado por tratamento térmico, mantendo os dejetos como única fonte de inóculo, a fim de controlar parâmetros como acidificação do sistema e produção de H₂S. O estudo foi dividido em duas fases: a primeira consistiu na caracterização das amostras e no estabelecimento de parâmetros, incluindo a definição das condições de tratamento térmico; na segunda fase, os parâmetros pré-definidos foram aplicados e novas avaliações foram realizadas. Para isso, o permeado de soro de leite bovino foi submetido a tratamento térmico em banho-maria a 80°C e 95°C, seguido de plaqueamento em meio nutritivo ágar nutriente e ágar leite, com incubação a 37°C por 14 dias. Além disso, foram avaliados fatores físico-químicos e determinou-se a produção do biogás e metano de forma quantitativa e qualitativa. Os tratamentos térmicos demonstraram eficácia na redução da microbiota do efluente avaliado, sendo mais expressivos a 95°C. As análises físico-químicas indicaram uma redução nos sólidos voláteis (entre 88,46% e 88,73%) e no teor de sulfato (de 208 a 178 mg/L). Os níveis de DQO reduziram na amostra tratada a 80°C (131.525 mgO₂/L), mas aumentaram na a 95°C (142.925 mgO₂/L) em relação ao branco (141.925 mgO₂/L). Quanto à neutralização das amostras tratadas à 80°C e 95°C, estas ficaram nas faixas de 9 e 8,7, respectivamente. O potencial de produção de biogás variou de 741 ± 11,79 a 770 ± 4,76 LN kg⁻¹ SV, com incrementos de 0,54% e 4,48% nas amostras tratadas a 80°C e 95°C, respectivamente. Os teores de metano, superiores a 50%, apresentaram aumento de 6,95% na amostra tratada a 80°C e de 11,5% na tratada a 95°C. No entanto, a produção de H₂S também se intensificou, com elevação de 36% na amostra a 80°C e de 83,7% na a 95°C, atingindo picos de 1473,5 e 1990,5 ppm, respectivamente, de modo que esse aumento representa um desafio para a viabilidade da geração de biogás a partir do permeado de soro de leite bovino. Dessa forma, as intervenções propostas neste estudo resultaram em melhorias nos teores de biogás e metano, embora também tenham elevado os níveis de H₂S. Esse aumento pode estar relacionado à composição do substrato utilizado, rico em compostos sulfurados. Assim, reforça-se a necessidade de pesquisas contínuas para mitigar esse efeito indesejado, ao mesmo tempo em que se valoriza os resíduos agroindustriais como uma fonte energética sustentável.
Resumen
Ante la búsqueda de combustibles renovables y el escenario crítico que atraviesa actualmente el planeta en relación con el cambio climático, se vuelve esencial adoptar medidas mitigadoras. La gestión sostenible de residuos agroindustriales, aliada al potencial de producción de biogás, surge como una solución prometedora, convirtiendo desafíos ambientales de la ganadería en oportunidades para la generación de energía limpia y renovable. En este contexto, el presente estudio investigó la viabilidad de la producción de biogás vía digestión anaeróbica del permeado de suero de leche y desechos animales, buscando valorizar energéticamente residuos agroindustriales y reducir su impacto ambiental. Para esto, se buscó esterilizar el permeado por tratamiento térmico, manteniendo los desechos como única fuente de inóculo, a fin de controlar parámetros como acidificación del sistema y producción de H₂S. El estudio se dividió en dos fases: la primera consistió en la caracterización de las muestras y el establecimiento de parámetros, incluyendo la definición de las condiciones de tratamiento térmico; en la segunda fase, los parámetros predefinidos fueron aplicados y se realizaron nuevas evaluaciones. Para esto, el permeado de suero de leche bovino fue sometido a tratamiento térmico en baño maría a 80°C y 95°C, seguido de plaqueo en medio nutritivo agar nutriente y agar leche, con incubación a 37°C durante 14 días. Además, se evaluaron factores físico-químicos y se determinó la producción de biogás y metano de forma cuantitativa y cualitativa. Los tratamientos térmicos demostraron eficacia en la reducción de la microbiota del efluente evaluado, siendo más expresivos a 95°C. Los análisis físico-químicos indicaron una reducción en los sólidos volátiles (entre 88,46% y 88,73%) y en el contenido de sulfato (de 208 a 178 mg/L). Los niveles de DQO se redujeron en la muestra tratada a 80°C (131.525 mgO₂/L), pero aumentaron en la de 95°C (142.925 mgO₂/L) en relación con el blanco (141.925 mgO₂/L). En cuanto a la neutralización de las muestras tratadas a 80°C y 95°C, estas quedaron en los rangos de 9 y 8,7, respectivamente. El potencial de producción de biogás varió de 741 ± 11,79 a 770 ± 4,76 LN kg⁻¹ SV, con incrementos de 0,54% y 4,48% en las muestras tratadas a 80°C y 95°C, respectivamente. Los contenidos de metano, superiores al 50%, presentaron un aumento del 6,95% en la muestra tratada a 80°C y del 11,5% en la tratada a 95°C. Sin embargo, la producción de H₂S también se intensificó, con un aumento del 36% en la muestra a 80°C y del 83,7% en la a 95°C, alcanzando picos de 1473,5 y 1990,5 ppm, respectivamente, de modo que este aumento representa un desafío para la viabilidad de la generación de biogás a partir del permeado de suero de leche bovino. De esta forma, las intervenciones propuestas en este estudio resultaron en mejoras en los contenidos de biogás y metano, aunque también elevaron los niveles de H₂S. Este aumento puede estar relacionado con la composición del sustrato utilizado, rico en compuestos sulfurados. Así, se refuerza la necesidad de investigaciones continuas para mitigar este efecto indeseado, al mismo tiempo que se valorizan los residuos agroindustriales como una fuente energética sostenible.
Abstract
In the face of the search for renewable fuels and the critical scenario that the planet is currently going through in relation to climate change, it becomes essential to adopt mitigating measures. The sustainable management of agro-industrial waste, combined with the biogas production potential, emerges as a promising solution, converting environmental challenges of livestock into opportunities for the generation of clean and renewable energy. In this context, the present study investigated the feasibility of biogas production via anaerobic digestion of whey permeate and animal waste, aiming to energetically valorize agro-industrial waste and reduce its environmental impact. For this, we sought to sterilize the permeate by thermal treatment, maintaining the waste as the sole source of inoculum, in order to control parameters such as system acidification and H₂S production. The study was divided into two phases: the first consisted of the characterization of the samples and the establishment of parameters, including the definition of thermal treatment conditions; in the second phase, the pre-defined parameters were applied and new evaluations were carried out. For this, bovine whey permeate was subjected to thermal treatment in a water bath at 80°C and 95°C, followed by plating on nutrient agar and milk agar, with incubation at 37°C for 14 days. In addition, physical-chemical factors were evaluated and the production of biogas and methane was determined quantitatively and qualitatively. The heat treatments demonstrated effectiveness in reducing the microbiota of the evaluated effluent, being more expressive at 95°C. The physical-chemical analyzes indicated a reduction in volatile solids (between 88.46% and 88.73%) and in the sulfate content (from 208 to 178 mg/L). COD levels decreased in the sample treated at 80°C (131,525 mgO₂/L), but increased in the sample at 95°C (142,925 mgO₂/L) in relation to the blank (141,925 mgO₂/L). Regarding the neutralization of the samples treated at 80°C and 95°C, they were in the ranges of 9 and 8.7, respectively. The biogas production potential ranged from 741 ± 11.79 to 770 ± 4.76 LN kg⁻¹ SV, with increases of 0.54% and 4.48% in the samples treated at 80°C and 95°C, respectively. Methane contents, above 50%, showed an increase of 6.95% in the sample treated at 80°C and 11.5% in the sample treated at 95°C. However, the production of H₂S also intensified, with an increase of 36% in the sample at 80°C and 83.7% in the sample at 95°C, reaching peaks of 1473.5 and 1990.5 ppm, respectively, so that this increase represents a challenge for the viability of biogas generation from bovine whey permeate. In this way, the interventions proposed in this study resulted in improvements in biogas and methane contents, although they also raised the levels of H₂S. This increase may be related to the composition of the substrate used, rich in sulfur compounds. Thus, the need for continuous research is reinforced to mitigate this undesirable effect, while at the same time valuing agro-industrial waste as a sustainable energy source.
Descrição
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Ciências da Vida e da Natureza da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Biotecnologia.
Palavras-chave
biogás, tratamento térmico, gestão de resíduos, energia limpa