Comparison between mesophilic and thermophilic processes for anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW)

O aumento da geração de resíduos sólidos associado ao processo de urbanização intensificou a preocupação mundial em relação à escassez de áreas para disposição final e a busca por novas tecnologias de tratamento. A digestão anaeróbia, também conhecida como biometanização, é uma alternativa ambientalmente adequada de tratamento para a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU), produzindo biogás e digestato, que pode ser utilizado como fertilizante. Esse processo é influenciado por diversos fatores ambientais, sendo a temperatura uma das variáveis mais importantes, pois determina o balanço econômico e a performance do sistema. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi avaliar e comparar a produção de biogás utilizando diferentes temperaturas, sendo elas: mesofílica a temperatura ambiente sem aquecimento, com temperatura média diária de 25 ± 2 °C (Tamb), mesofílica aquecida a 35 ± 2 °C (T35) e termofílica aquecida a 55 ± 2 °C (T55). Os experimentos foram realizados em sistema de batelada em digestores de 5 L utilizando como substrato FORSU padrão (FORSUp) e lodo granular de avícola na proporção de 1:2 gSTVsubstrato/gSTVinóculo. O inóculo avícola foi testado juntamente com outros três candidatos a inóculo em teste de Atividade Metanogênica Específica (AME), no qual obteve o melhor resultado de 0,5838 ± 0,0026 gDQOCH4.g STV-1 .d-1. O inóculo passou por uma estratégia de aclimatação e adaptação para se adequar às temperaturas de operação e ao substrato utilizado, que foram fundamentais para a estabilidade do processo. O substrato, inóculo e meios reacionais foram caracterizados a partir de análises físico-químicas, e o inóculo e digestatos quanto a morfologia dos microrganismos através de análises de microscopia óptica de contraste de fase e fluorescência. O biogás foi medido e caracterizado quanto aos teores de CH4, CO2, N2, H2 e H2S. Foram encontrados valores de produção específica de metano de 65,49; 80,34 e 150,70 NmLCH4/gSTV para os reatores Tamb, T35 e T55, respectivamente. O digestato de todos os reatores possui potencial para aplicação na agricultura, se combinado com um pós-tratamento para a estabilização completa do material.The increase of solid waste generation associated with the urbanization process intensified the world concern regarding the shortage of areas for final disposal and the search for new treatment technologies. The anaerobic digestion, also known as biomethanation, is an alternative treatment suitable environmentally for the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW), producing biogas and digestate, which can be used as fertilizer. This process is influenced by several environmental factors, being temperature one of the most important variables, because it determines the economic balance and system performance. In this context, the objective of this work was to evaluate and compare the biogas production using different temperature ranges: mesophilic at room temperature without heating, with an average daily temperature of 25 ± 2 °C (Tamb), mesophilic heated at 35 ± 2 °C (T35) and thermophilic heated at 55 ± 2 °C (T55). The experiments were carried out in a batch system of 5 L digesters using as substrate a synthetic OFMSW and poultry granular sludge in the ratio of 1:2 gVSsubstrate/gVSinoculum. Poultry inoculum was tested together with another three inoculum candidates using Specific Methanogenic Activity (SMA) test, in which it had the best result, with 0,5838 ± 0,0026 gCODCH4.g VS-1 .d-1 . The inoculum passed by an acclimatization and adaptation strategy, to suit to temperature of operation and to substrate utilised, which were fundamental for the process stability. The substrate, inoculum and reaction media were characterized by physicochemical analyses, and the inoculum and digestate for the morphology of the microorganisms through the phase contrast and fluorescence light microscopy analysis. Biogas was measured and characterized for the content of CH4, CO2, N2, H2 and H2S. Methane specific production values were 65,49; 80,34 and 150,70 NmLCH4/gVS for reactors Tamb, T35 and T55, respectively. The digestate of all reactors has potential for agricultural application if combined with a post-treatment for complete material stabilization