Evaluation of anaerobic biodigestion of organic residues: biochemical potential of methane (BMP) and pilot project of a biodigestor in real scale

Due to the problem of inadequate disposal of organic wastes mainly in dumps, which unfortunately still exist all over Brazil, several technologies have been applied to promote the reuse of these wastes, because in their decomposition produces gases such as methane with high potential to increase the greenhouse effect . The objective of this research was to evaluate the performance of anaerobic biodigestion with organic residues (substrate) from the university restaurant of the Federal University of Ceará (UFC-PICI), in which it was divided into two experiments, methane (BMP) to evaluate the best inoculum / substrate (I / S) ratio in g / SV and the increase of the specific methane production with the use of lignocellulosic residue (pruning) as a co-substrate under the operating conditions that ensure stability of the anaerobic digestion process. The second experiment, a 1.3m3 biodigestor on a real scale for the production of methane in waste treatment. In this way, experiment 1 was carried out in two phases, the first one being performed with four I / S ratios, being 1: 1; 1: 2; 1: 3; 1: 4, with a constant temperature of 35 ° C, stirring at 150 revolutions per minute (rpm), with hydraulic detention time (TDH) of 60 days. It was observed that in the first phase the highest accumulated volumes of biogas and specific methane were obtained in the ratio 1: 1, with values ​​of 1208.06 NmL / biogas and 420.33 NmLCH4 / gSV, respectively. In the second phase, the pruning co-substrate was used at 5% and 10% of the 1: 1 ratio and obtained values ​​of biogas and methane-specific production respectively 1566.06 NmLbiogás, 536.04 NmLCH4 / gSV for residue of 5% (RP5%) and 1273.41 NmLbiogás and 466.09 NmLCH4 / gSV for 10% pruning residue (RP10%) with a methane percentage of approximately 52.60% and 62.59% of CH4, respectively, for samples containing 5% and 10% pruning. Experiment 2 was used the 1: 1 I / O ratio in which a biodigestor was operated during 150 effective days, with 30 days TDH. A methane yield of 150m3CH4 / tSV and 245m3CH4 / tSV was observed with VOCs of 1 and 2kgSV / m3.day, respectively, showing satisfactory results for low VOCs used in the biodigester. The study proved to be important as a sustainable option that encompasses both waste management, avoiding its inadequate disposal, reducing greenhouse gases, and consequently reducing the impacts of climate change.Devido a problemática da disposição inadequada de resíduos orgânicos principalmente em lixões, que infelizmente ainda existem em todo o Brasil, diversas tecnologias vêm sendo aplicadas para promover o reaproveitamento desses resíduos, pois em sua decomposição produz gases como metano com elevado potencial para aumentar o efeito estufa. A pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho da biodigestão anaeróbia com resíduos orgânicos (substrato) oriundos do restaurante universitário da Universidade Federal do Ceará (UFC-PICI), na qual foi dividida em dois experimentos, sendo o primeiro com a realização de ensaios de potencial bioquímico de metano (BMP) para avaliar a melhor relação inóculo/substrato (I/S) em g/SV e o aumento da produção específica de metano com a utilização de resíduo lignocelulósicos (poda) como co-substrato nas condições operacionais que garantissem a estabilidade do processo de digestão anaeróbia. O segundo experimento, um biodigestor de 1,3m3 em escala real para a produção de metano no tratamento dos resíduos. Desta forma, realizou-se o experimento 1 em duas fases, sendo a primeira realizados ensaios com quatro relações I/S, sendo elas 1:1; 1:2; 1:3; 1:4, com uma temperatura constante de 35°C, agitação de 150 rotação por minuto (rpm), com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 60 dias. Observou-se que na primeira fase os maiores volumes acumulados de biogás e específico de metano foram obtidos na relação 1:1, com valores de 1208,06 NmL/biogás e 420,33 NmLCH4/gSV, respectivamente. Na segunda fase utilizou-se o co-substrato de poda na concentração de 5% e 10% da relação 1:1 e obtiveram valores de biogás e produção específica de metano respectivamente 1566,06 NmLbiogás, 536,04 NmLCH4/gSV para resíduo de poda 5% (RP5%) e 1273,41 NmLbiogás e 466,09 NmLCH4/gSV para resíduo de poda 10% (RP10%) com porcentagem de metano aproximadamente 52,60% e 62,59% de CH4, respectivamente, para as amostras contendo 5% e 10% de poda. O experimento 2 foi utilizada a relação I/S 1:1 na qual foi operado um biodigestor durante 150 dias efetivos, com TDH de 30 dias. Foi observado um rendimento de metano de 150m3CH4/tSV e de 245m3CH4/tSV com COV’s de 1 e 2kgSV/m3.dia, respectivamente, mostrando resultados satisfatórios para baixas COV’s utilizadas no biodigestor. O estudo mostrou-se importante sendo uma opção sustentável que engloba tanto o gerenciamento de resíduos, evitando a sua disposição inadequada, fazendo com que diminuam os gases do efeito estufa e, consequentemente, diminuindo os impactos da mudança climática