Biogas production in anaerobic high-rate reactor fed with the liquid fraction of cattle manure

O objetivo desse trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator anaeróbio híbrido de alta taxa (AHHR), contendo biomassa imobilizada em leito ordenado, alimentado com a fração líquida de esterco bovino, na produção de biogás. No estudo, foi utilizado um reator anaeróbio de fluxo ascendente de 12,4 L de volume total (9,2 L de volume útil) com leito ordenado composto por hastes de espuma de poliuretano (PU). O leito ordenado utilizado possuía 32 hastes de espuma de 1,25 cm2 de seção com 50,0 cm de comprimento, posicionadas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator e a recirculação foram realizadas por meio de bombas dosadoras de diafragma. O reator operou na faixa mesofílica de temperatura (de 20 a 40 &#176C) sem a utilização de mecanismos de controle de temperatura. Foram testadas 7 condições operacionais diferentes, variando o tempo de detenção hidráulica (TDH), carga orgânica volumétrica (COV) aplicada e a utilização de recirculação interna. Para cada fase operacional, foram avaliadas a remoção de matéria orgânica e a produção de biogás. O sistema apresentou elevada remoção de matéria orgânica operando com TDH de 3 e 1d, respectivamente, com valores médios de remoção de DQO de 79 &#37 e 71 &#37. O biogás produzido pelo reator apresentou concentração de metano de 57,6 ± 0,5 &#37 e não foi detectada a presença de sulfeto. A maior produção média de metano foi de 1,676 L CH4/d, obtida com COV de 20 kg DQO/m3.d e TDH de 1d, enquanto a maior produção relativa de metano foi de 0,023 L CH4./ g SV.d, obtida com COV de 5 kg DQO/m3.d e TDH de 1d e recirculação. A relação entre alcalinidade intermediária e parcial teve valor médio de 0,32, oscilando na maior parte do tempo entre 0,27 e 0,33, indicando a estabilidade do processo de digestão anaeróbia. Os resultados obtidos indicaram o potencial satisfatório do AHHR para a remoção de matéria orgânica e produção de biogás a partir da fração líquida do esterco bovino nas condições operacionais testadas na pesquisa.This study aimed at evaluating the biogas production for electricity generation performance of an anaerobic high-rate hybrid reactor (AHHR), containing immobilized biomass in structured-bed, fed with the liquid fraction of cattle manure. In this study, it was used an upflow 12,4 L anaerobic reactor (9,2 L working volume) with structuredbed composed by 32 PU foam stripes (1,25 cm2 cross section and 500 mm length) vertically fixed inside the reactor. The reactor feeding and internal recirculation was made by diaphragm metering pumps. The reactor operated at mesophilic temperature (20 - 40 &#176C) without temperature control system. Different operating conditions were tested (7 stages), changing hydraulic retention time (HRT), organic loading rate (OLR) and recirculation use. COD removal and biogas production were evaluated for each operational condition. The system resulted in high COD removal operating with HRT of 3 and 1d, respectively, with average COD removal of 79 &#37 and 71 &#37. Produced biogas had 57,6 ± 0,5 &#37 of methane and no sulfide. The highest average volumetric methane production was 1,676 L CH4, obtained with OLR of 20 kg COD/m3.d and 1d HRT, and the highest methane yield was 0,023 L CH4/ g VS obtained with OLR of 5 kg COD/m3.d, 1d HRT and recirculation. The intermediate and partial alkalinity relation had an average value of 0,32, varying most of the time between 0,27 and 0,33, indicating the anaerobic digestion process stability. The results indicated the decent COD removal and biogas production using the AHHR fed with the liquid fraction of cattle manure at the operation conditions used in this study