Avaliação da geração de biometano em diferentes cenários de biodegradação de resíduos alimentares

O Brasil possui um grande desafio na disposição e tratamento dos resíduos produzidos, dos quais 51,4% são orgânicos. O atual cenário é preocupante, com a má destinação dos resíduos produzindo gases de efeito estufa, passivos ambientais e a necessidade de diversificar a matriz energética. A digestão anaeróbia é uma alternativa para direcionar a solução dos dois problemas abordados, de modo que possibilita o tratamento dos resíduos e a geração metano, gás passível de aproveitamento energético. A pesquisa teve a finalidade de estudar a digestão anaeróbia de resíduos alimentares com lodo anaeróbio (industrial e de esgoto), dando ênfase no controle do pH utilizando o bicarbonato de sódio em diferentes concentrações. A pesquisa utilizou 78 reatores de pequena escala e dois reatores piloto de 75 L cada. Entre os dois inóculos estudados nessa pesquisa, o lodo industrial (LI) se mostrou mais eficiente no aporte tanto de pH quanto de alcalinidade ao sistema, quando comparado ao lodo de esgoto (LE). Quando utilizado LI, foram obtidos valores potencial de geração de metano mais de 22 vezes superiores aos valores quando utilizado LE. A utilização de alcalinizante se mostrou essencial para manter o pH dentro da faixa ideal no processo de digestão anaeróbia de resíduos alimentares e lodo. Nos reatores de pequena escala, foi observado que o melhor cenário de digestão com o inóculo LI foi com 11% em massa de bicarbonato, obtendo um teor volumétrico máximo de 77,86% de metano no biogás. O melhor cenário utilizando LE foi com 28% em massa de bicarbonato no ensaio obtendo um teor volumétrico de 37,37% de metano, valor bastante baixo para fins energéticos. Elevadas quantidades de bicarbonato de sódio adicionadas ao sistema podem ser inibitórias em ambos os cenários, com prejuízo variando de 60% e 90% no potencial de geração de metano. Pequenas quantidades de bicarbonato de sódio também foram prejudiciais, com redução de 98% a 100% em ambos os cenários. O excesso foi menos prejudicial ao potencial de geração de biogás e metano do que a carência desse alcalinizante. Foram desenvolvidos dois reatores piloto (RLI e RLE) com controle de temperatura a 37°C, agitação a 20 rpm e leitura de pH. O RLE que continha o inóculo LE apresentou um teor volumétrico máximo de 15% de CH₄, produção diária máxima de CH₄ de 0,003m³ e um volume diário de biogás de 0,044m³. Já o RLI que continha o inóculo LI apresentou um teor volumétrico máximo de CH4 de 86% no dia 63 do experimento, produção diária máxima de CH₄ de 0,068m³ e volume diário de biogás de 0,102m³. O reator RLE não se mostrou eficiente para aproveitamento energético, diferente de RLI, demonstrando resultados satisfatórios. Pode-se concluir que no processo de digestão anaeróbia de resíduos alimentares, é mais eficiente a utilização de um inóculo industrial, controle de pH utilizando um agente tamponante como o bicarbonato de sódio, controle de temperatura e agitação. Esse cenário permite a diminuição de emissão de gases poluentes, redução de matéria direcionada aos aterros sanitários e o aproveitamento energético através de energia limpa.Brazil has a great challenge in the disposal and treatment of the waste produced, of which 51,4% is organic. The current scenario is worrisome, with the misallocation of waste producing greenhouse gases, environmental liabilities and the need to diversify the energy matrix. The anaerobic digestion is an alternative to direct the solution of the two problems addressed, so that it allows the treatment of waste and the generation of methane, gas that can be used for energy. The research had the purpose of studying the anaerobic digestion of food residues with anaerobic (industrial and sewage) sludge, emphasizing the controlling of the pH using sodium bicarbonate in different quantities. The research used 78 small scale reactors and two pilot reactors of 75 L each. Among the two inoculants studied in this research, industrial sludge (IS) proved to be more efficient in the contribution of both pH and alkalinity to the system when compared to sewage sludge (SS). When IS was used, the potential values obtained of methane generation were more than 22 times higher than the values obtained when SS was used. The use of alkaline was shown to be essential to maintain the pH within the ideal range in the process of anaerobic digestion of food waste and sludge. In the small scale reactors, it was observed that the best scenario of digestion with the IS inoculum was with 11% in mass of bicarbonate, obtaining a maximum volumetric content of 77,86% of methane in the biogas. The best scenario using SS was with 28% in mass of bicarbonate in the test obtaining a volumetric content of 37,37% of methane, very low value for energy purposes. High quantities of sodium bicarbonate added to the system can be inhibitory in both scenarios, with losses varying from 60% and 90% in the methane generation potential. Low quantities of sodium bicarbonate were also harmful, with losses of 98% to 100% in both scenarios. The excess was less harmful to the potential of biogas and methane generation than the lack of alkaline agent. Two pilot reactors (RIS and RSS) were developed with controlled temperature at 37º, agitation at 20rpm and pH reading. The RSS that contained the SS inoculum presented a maximum volumetric content of 15% of CH₄, a CH₄ maximum daily production of 0,03m³ and a biogas daily volume of 0,044m³. While the RIS that contained the IS inoculum presented maximum CH4 volumetric content of 86% on day 63 of the experiment, a CH₄ maximum daily production of 0,068m³ and a biogas daily volume of 0,102m³. The RSS reactor was not efficient for energy use, other than RIS, that showed satisfactory results. It can be concluded that in the anaerobic digestion process of food waste, it is more efficient the use of an industrial inoculum, pH control using a buffering agent such as sodium bicarbonate, temperature control and agitation. This scenario causes a decrease in the emission of polluting gases, reduction of matter directed to landfills and energy use through clean energy