PROJETO DE REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE (RAFA) PARA TRATAMENTO DE VINHAÇA
Palavras-chave:
RAFA, biogás, vinhaça, DBO, DQOResumo
O Brasil é o maior produtor de açúcar e álcool do mundo, consequentemente, é também um grande produtor de vinhaça, o que é um problema, já que possui elevado potencial de poluição, impactando gravemente o solo e a água, apesar de ser usada na fertirrigação do canavial. Ao ser tratada em anaerobiose, contudo, pode produzir energia e ser usada como biofertilizante para o solo. Esse tratamento pode ser executado por um Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA), considerado eficiente pela literatura. A partir disso, esse artigo tenta reunir equações e coletar dados, revisando a literatura científica com o objetivo de projetar um RAFA para tratamento de vinhaça, expondo uma alternativa de disposição final adequada a esse subproduto. Os resultados mostram boas oportunidades, com um grande potencial de redução de DBO e DQO e produção de biogás, eletricidade e biofertilizante, além de fornecer um compilado de equações e dados importantes para futuros cálculos.
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Referências
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário. NBR 9649. Rio de Janeiro: ABNT, 1986.
______. Área de armazenamento de recipientes transportáveis de gás liquefeito de petróleo (GLP), destinados ou não à comercialização – Critérios de segurança: NBR 15514. Rio de Janeiro: ABNT, 2008.
ABREU, F. V.; AVELINO, M. Análise da eficiência do motor de combustão interna utilizando como combustível o biogás. In: Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 7., 2012, São Luís. Anais... São Luís: ABCM, 2012.
ALTENER. Bioenergia: manual sobre tecnologias, projecto e instalação. 2004. Disponível em: <http://www.moretti.agrarias.ufpr.br/eletrificacao_rural/livro_bioenergia_manual_sobre%20tecnologias_projetos_e_instalacoes_2004.pdf>. Acesso em: 18 abr. 2021.
ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Fatores de conversão, densidades e poderes caloríficos inferiores: Valores médios para no ano de 2018. 2019. Disponível em: <http://www.anp.gov.br/arquivos/central-conteudos/anuario-estatistico/2019/anuario-2019-fatores-de-conversao.pdf>. Acesso em: 18 abr. 2021.
BARREIRA, P. Biodigestores: Energia, fertilidade e saneamento para a zona rural. 3ª Ed. São Paulo: 2011. 106 p.
BNDES - Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social; CGEE – Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. Bioetanol de cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. Rio de Janeiro, 2008. 316 p.
BONASSA, G. et al. Subprodutos Gerados na Produção de Bioetanol: Bagaço, Torta de Filtro, água de Lavagem e Palhagem. Revista Brasileira
de Energias Renováveis, v. 4, n. 3, p. 144-166, 2015.
BRAILE, P. M.; Cavalcanti, J. E. W. A. Manual de tratamento de águas residuárias industriais. São
Paulo: CETESB, 1979.
CAMARGO, J. A. et al. Viabilidade da aplicação do Método Respirométrico de Bartha para a análise da atividade microbiana de solos sob aplicação de vinhaça. Engenharia Ambiental, Pesquisa e Tecnologia, v. 6, n. 2, p. 264-271, 2009.
CAPASSI, C. M. et al. Dimensionamento de um reator UASB para o tratamento de águas residuárias de suinocultura. Revista de Saúde, Meio Ambiente e Sustentabilidade, v. 8, n. 2, p. 19-39, 2013.
CETESB - Companhia Ambiental do Estado de São Paulo. Biogás. Disponível em: <https://cetesb.sp.gov.br/biogas/>. Acesso em: 25 out. 2021.
CHERNICHARO, C. A. L. Reatores Anaeróbios. In: VON SPERLING, M. (Org.). Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - UFMG, 1997.
CASTRO, J. M. Estudo do potencial de geração de bioeletricidade a partir de biogás proveniente de biodigestão de vinhaça no estado de Minas Gerais. 2019. 59 f. Dissertação (Mestrado em Ciências e Técnicas Nucleares) – Escola de Engenharia, Universidade de Minas Gerais, Belo Horizonte.
CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento. Monitoramento agrícola (Safra 2020/21): Cana-de-açúcar. Acompanhamento da safra brasileira de cana, v. 7, p. 1-57, 2021.
_____. Monitoramento agrícola (Safra 2018/19): Cana-de-açúcar. Acompanhamento da safra brasileira de cana, v. 5, p. 1-62, 2018.
DEMIREL B.; SCHERER P. The roles of acetotrophic and hydrogenotrophic methanogens during anaerobic conversion of biomass to methane: a review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. v. 7, n. 2, p. 173-190, 2008. https://doi.org/10.1007/s11157-008-9131-1
ELIA NETO, A. Estado da Arte da Vinhaça. 2016. Disponível em: <https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwiy2Mj1maLyAhVhlZUCHXsGAmsQFnoECAMQAw&url=http%3A%2F%2Fold.unica.com.br%2Fdownload.php%3FidSecao%3D17%26id%3D35414851&usg=AOvVaw0kj5eLbZ-HxgwpFaO8mtwz>. Acesso em: 20 jul. 2021.
GODOI, L. A. G. Interferência da sulfetogênese na produção de metano a partir de águas residuárias ricas em carboidratos. 2014. 124 f. Dissertação (Mestrado em Ciências: Engenharia Hidráulica e Saneamento) – Universidade de São Paulo, São Carlos.
GODOI, L. A. G. et al., Seasonal variation of the organic and inorganic composition of sugarcane vinasse: main implications for its environmental uses. Environmental Science and Pollution Research, v. 26, p. 29267-29282, 2019. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06019-8
GRANATO, E. F. Geração de energia através da biodigestão anaeróbica da vinhaça. 2003. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Industrial) – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Bauru.
HAMERSKI, F. Partida de um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) no tratamento de efluentes provenientes de uma indústria de laticínios. 2012. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Processos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria.
HIRASAWA, J. S. Avaliação da metanogênese e sulfetogênese na presença de oxigênio, sob diferentes relações etanol/sulfato, utilizando técnicas de Biologia molecular. 2007. 134 f. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
ICLEI - Local Governments for Sustainability. Manual para aproveitamento de biogás: volume dois, efluentes urbanos. 2010. Disponível em: <https://e-lib.iclei.org/wp-content/uploads/2018/10/Manual_para_aproveitamento_de_biog%C3%A1s.pdf>. Acesso em: 25 out. 2021.
KARLSSON, T. et al. Manual básico de biogás. Lajeado: Editora da Univates, 2014.
LEBRON, Yuri et al. Vinasse treatment using hybrid tannin-based Coagulation-Microfiltration-Nanofiltration processes: Potential energy recovery, technical and economic feasibility assessment. Separation and Purification Technology, v. 248, n. 1, 2020. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117152
LIMA, H. Q. Sustentabilidade energética e ambiental do sítio ecológico Falkoski. 2008. Disponível em: <https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/Repositorio/chines6_000g7gprczz02wx5ok0wtedt3pi5m2l4.pdf>. Acesso em: 4 abr. 2021.
LINS, L. P.; MITO, J. Y. L.; FERNANDS, D. M. Composição média do biogás de diferentes tipos de biomassa. In: SIMPÓSIO INTERNACIONAL SOBRE GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS AGROPECUÁRIOS E AGROINDUSTRIAIS, 4., 2015, Rio de Janeiro, Anais... Rio de Janeiro: IV SIGERA, 2015.
LYRA, M. R. C. C. et al. Toposseqüência de solos fertigados com vinhaça: contribuição para a qualidade das águas do lençol freático. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 7, n. 3, p. 525-532, 2003. https://doi.org/10.1590/S1415-43662003000300020
MARAFON, A. C. et al. Use of sugarcane vinasse to biogas, bioenergy and biofertilizer production. In: SANTOS, F. et al. (Ed.). Sugarcane Biorefinery, Technology and Perspectives. Cambridge: Academic Press, 2020, p. 179-194. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814236-3.00010-X
MARQUES, M. O. Aspectos técnicos e legais da produção, transporte e aplicação de vinhaça. In: SEGATO, S. V. et al. (Org.). Atualização em produção de cana-de-açúcar. Piracicaba: CP 2, 2006. p. 369-375.
MATTOS, L. C.; FARIAS JUNIOR., M. Manual do Biodigestor Sertanejo. Recife: Projeto Dom Helder Camara, 2011, 55 p.
MME - Ministério de Minas e Energia. Boletim Mensal de Energia. 2021. Disponível em: <https://www.udop.com.br/boletins-arquivos/81/2021/mme_boletim_mensal_energia_mar21_publicado_31mai21.pdf>. Acesso em: 31 jul. 2021.
PECORA, V. Implantação de uma unidade demonstrativa de geração de energia elétrica a partir do biogás de tratamento do esgoto residencial da USP: um estudo de caso. 2006. 156 f. Dissertação (Mestrado em Energia) – Instituto de Eletrotécnica e Energia, Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, 2006.
PINTO, C. P. Tecnologia da Digestão Anaeróbia da Vinhaça e Desenvolvimento Sustentável. 1999. Dissertação (Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos) – Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.
POMPERMAYER, R. S.; PAULA JUNIOR, D. R. Estimativa do potencial brasileiro de produção de biogás através da biodigestão da vinhaça e comparação com outros energéticos. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 3., 2003, Campinas. Anais... Campinas, AGRENER, 2003.
REGO, E. E.; HERNÁNDEZ, F. M. Eletricidade por digestão anaeróbia da vinhaça de cana-de-açúcar: contornos técnicos, econômicos e ambientais de uma opção. In: Encontro de Energia no Meio Rural, 6., 2006, Campinas. Anais… Campinas, AGRENER, 2006, p. 1-10.
RIBAS, M. M. F. Tratamento de vinhaça em reator anaeróbio operando em batelada sequencial contendo biomassa imobilizada sob condições termofílicas e mesofílicas. 2006. 175 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
SALOMON, K. R.; LORA, E. E. S. Estimate of the electric energy generating potential for different sources of biogas in Brazil. Biomass and Bioenergy, v. 33, n. 9, p. 1101–1107, 2009. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2009.03.001
SANTOS, A. F. S. Estudo de viabilidade de aplicação do biogás no ambiente urbano. 2009. Disponível em: <http://areascontaminadas.cetesb.sp.gov.br/wp-content/uploads/sites/27/2014/01/santos_afs.pdf>. Acesso em: 18 abr. 2021.
SILVA, B. W. A.; SANTOS, L. C. Biogás: da matéria-prima ao produto final. 2016. 115 f. Monografia (Graduação em Tecnologia em Biocombustíveis) – Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo, Araçatuba.
SILVA, B. W. A. et al. Estimativa da Produção de Biogás e Biofertilizante Utilizando Resíduos de Alimentos de Escolas Públicas Estaduais. In: Congresso de Iniciação Científica da UNIFAI, 10., 2016, Adamantina. Anais... Adamantina, Exatas, 2016. v. 19.
SILVA, C. E. F.; ABUD, A. K. S. Anaerobic biodigestion of sugarcane vinasse under mesophilic conditions using manure as inoculum. Ambiente & Água, v. 11, n. 4, p. 763-777, 2016. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1897
SILVA, M. A. S.; GRIEBELER, N. P.; BORGES, L. C. Uso de vinhaça e impactos nas propriedades do solo e lençol freático. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 11, n. 1, p. 108-114, 2007. https://doi.org/10.1590/S1415-43662007000100014
SOSA, R.; CHAO, R.; DEL RÍO, J. Aspectos bioquimicos y tecnológicos del tratamiento de residuales agrícolas con producción de biogás. Revista Computadorizada de Producción Porcina. Cuba, v. 6, n. 2, p. 05 - 19, 1999.
SOUZA, M. E.; VIEIRA, S. M. M. Uso de reator Uasb para tratamento de esgoto sanitário. Revista DAE. São Paulo, v. 46, n. 145, p. 165-168, jun. 1986.
SZYMANSKI, M. S. E.; BALBINOT, R.; SCHIRMER, W. N. Biodigestão anaeróbia da vinhaça: aproveitamento energético do biogás e obtenção de créditos de carbono – estudo de caso. Ciências Agrárias, Londrina, v. 31, n. 4, p. 901-912, 2010. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2010v31n4p901
ZANETTE, A. L. Potencial de aproveitamento energético do biogás no Brasil. 2009. 105 f. Dissertação (Mestrado em Planejamento Energético) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.