Digestão anaeróbia da vinhaça e determinação de parâmetros para gerenciamento do processo em tempo real

Abstract

A vinhaça é o principal resíduo da produção de etanol. É gerada a partir da fermentação e destilação do caldo e melaço da cana-de-açúcar e, é um efluente com elevado teor de matéria orgânica, pH ácido e rico em nutrientes utilizados na agricultura, tais como potássio, nitrogênio e fósforo. Para cada litro de etanol produzido, gera-se em torno de 15 litros de vinhaça. Atualmente, a vinhaça é utilizada na fertirrigação das lavouras de cana, porém o uso indiscriminado desta prática pode provocar alterações na qualidade da cana e nas propriedades do solo, além de contaminação do lençol freático. Uma melhoria sugerida é tratar a vinhaça por meio de um processo anaeróbio, produzindo biogás (fonte de energia) e em seguida usar a vinhaça tratada, ainda rica em nutrientes, mas com menor potencial poluidor, para a fertirrigação. Este trabalho avaliou a eficiência de tratamento da vinhaça através da digestão anaeróbia, em um reator UASB, em escala de bancada operando em temperatura mesofílica. O processo foi monitorado através de medições em tempo real de vazão e composição do biogás, pH e temperatura dentro do reator. Utilizou-se dosagem de bicarbonato e de uréia como estratégia para estabilização do pH da vinhaça. Testes de biodegradabilidade indicaram a carga orgânica volumétrica de 4 gDQO.L-1.d-1 para a operação do reator e que o uso de bicarbonato de sódio resulta na degradação de metade da DQO presente na vinhaça. O uso de uréia aumenta a alcalinidade do meio, contudo elevadas dosagens devem ser evitadas devido à toxicidade da amônia liberada na hidrólise da uréia. A eficiência de remoção de DQO foi de 85,2 ± 2,4% nas operações em bateladas e 81,9 ± 4,4% nas operações em modo contínuo, e o percentual de metano no biogás chegou a 75%. Os resultados demonstraram viabilidade técnica da digestão anaeróbia da vinhaça.

ABSTRACT - Vinasse is the main residue from ethanol production, produced by fermenting and distilling the juice and the molasses obtained from sugar cane. It is an acidic effluent, with a high organic matter content, and rich in nutrients like potassium, nitrogen and phosphorus. For every liter of ethanol produced, around 15 liters of vinasse are produced. Currently, the vinasse is used in fertirrigation of crops of sugar cane, but its indiscriminate use may cause changes in cane quality and soil properties, and groundwater contamination. It would be better to first subject the vinasse to anaerobic degradation, as this would result in biogas production and production of an effluent more suitable for the practice of fertirrigation. This study thus evaluated the efficiency for the treatment of vinasse by means of anaerobic digestion in a UASB reactor at bench scale operating at mesophilic temperature. The process was monitored by real-time measurements of flow and composition of biogas, pH and temperature inside the reactor. We used dosing of sodium bicarbonate and urea as strategy for stabilizing the pH of the process. Biodegradability tests indicated the organic loading rate of 4 gCOD.L-1.d-1 for the operation of the reactor and that the use of sodium bicarbonate results in the degradation half of the COD present in the vinasse. Urea increases the alkalinity of the medium, but high doses should be avoided. The efficiency of COD removal was 85.2 ± 2.4% in batch experiments and 81.9 ± 4.4% in continuous operation. During continuous operation of the UASB reactor, the percentage of methane in the biogas reached 75%. Results demonstrated the technical feasibility of anaerobic digestion of vinasse.