ARTIGO

Biodigestão anaeróbia de um polímero orgânico de fécula de mandioca

Anaerobic digestion of cassava starch-based organic polymer

Paulo A. Cremonez^1,*, Joel G. Teleken², Armin Feiden¹, Eduardo de Rossi¹, Samuel M. de Souza¹, Jhony Teleken³, Jonathan Dieter² e Jhonatas Antonelli¹

 

¹ Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE-Campus Cascavel), Paraná, Brasil. Pós graduação em Engenharia de Energia na Agricultura, Departamento de Ciências Agrárias. Rua Universitária, 2069, CEP: 85.819-130, Bairro Faculdade, Cascavel – PR, Brasil. *E-mail: pa.cremonez@gmail.com ;

² Universidade Federal do Paraná (UFPR-Setor Palotina), R. Pioneiro, 2153, CEP: 85.950-000, Bairro Jardim Dallas, Palotina - PR, Brasil;

³ Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC-Campus Trindade), Pós graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, Santa Catarina, 88040-900, Brasil.

 

RESUMO

O presente trabalho teve por objetivo realizar o processo de biodigestão anaeróbia de material plástico polimérico biodegradável à base de fécula de mandioca, utilizando-se de biodigestores de escala laboratorial com modo de operação batelada. Utilizou-se água residual estabilizada de suinocultura como matéria-prima e copos plásticos biodegradáveis produzidos a partir de fécula de mandioca para a produção de biogás. A experiência foi desenvolvida utilizando-se estufas em condição mesófila, ondese realizaram 4 tratamentos garantindo a entrada total de 0, 40, 120 e 200 g de material biodegradável nos reatores de cada tratamento, respetivamente. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que polímeros biodegradáveis produzidos a partir de fécula de mandioca (PBM) apresentam elevada biodegradabilidade (taxas de remoção de STV e DQO de até 75,2% e 79,3% respetivamente) se submetidos a biodigestão anaeróbia em fase mesófila. A elevada produção de biogás em curto período temporal é outro fator a destacar observando-se produções de até 1274 ml gSTV^-1. Pela característica de fácil degradabilidade do material, elevadas concentrações de PBM sob biodigestão podem proporcionar acidificação do reator pela elevada produção de ácidos voláteis como ocorrido nos reatores dos tratamentos de adição de 120 e 200g de PBM.

Palavras-chave: biocombustíveis, biodegradação, bioenergia, biogás, resíduos agroindustriais.

 

ABSTRACT

The present work aimed to perform the process of anaerobic digestion of biodegradable polymeric material based on cassava starch, by using laboratory-scale digesters running on batch operation. We used stabilized swine wastewater as raw material and degradable plastic cups made from cassava starch for the production of biogas. The experiment was carried out in greenhouses under mesophilic conditions. Four treatments were performed, received concentrations of 12.5, 37.5 and 62.5 g.L^-1, which provided a total input of 40, 120 and 200 g of biodegradable material in the reactors of each treatment, respectively. From the partial results obtained, it was possible to conclude that biodegradable cassava starch-based polymers show high biodegradability when subjected to anaerobic digestion in mesophilic phase. The elevated production of biogas in a short time span is another remarkable factor. Due to the easy degradability of the material, high concentrations of polymeric material under digestion may cause reactor acidification with the increased production of volatile acids.

Keywords: agro-industrial waste, bioenergy, biofuels, biogas, biodegradation.

 

Introdução

Entre as fontes para produção de energia com maior potencial para os próximos anos encontra-se a biomassa, que além de considerada uma das principais alternativas para diversificação da atual matriz energética, proporciona a diminuição da dependência dos combustíveis fósseis (Neto et al., 2010).

Entre as principais formas de conversão da biomassa, destaca-se o processo de biodigestão anaeróbia, que tem sido amplamente utilizado como alternativa para remoção de elevadas concentrações de matéria orgânica presentes em resíduos e polímeros orgânicos (Nielsen e Angelidaki, 2008).

O uso de embalagens e materiais plásticos tem aumentado consideravelmente no mundo todo, atingindo 100 milhões de toneladas produzidas ao ano. Esses materiais formados por polímeros são muito resistentes à degradação e se descartados de forma incorreta podem culminar em sérios danos ao ambiente (Torikai e Hasegawa, 1999; Reddy et al., 2003; Rosa et al., 2004).

Polímeros biodegradáveis são materiais de fácil degradação que geram dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄), água e biomassa pela ação de fungos, bactérias ou algas (Rosa et al., 2004). Outra característica interessante em relação a esta classe de compostos é a sua origem renovável (Chandra e Rustgi, 1998). Entre as matérias-primas potenciais para produção de bio-polímeros, o amido é um material abundante e encontrado em praticamente todas as regiões do globo. Este polissacarídeo é composto de basicamente 2 polímeros de glicose: a amilose e a amilopectina, sendo que o primeiro apresenta uma conformação linear, enquanto o segundo se mostra em conformação altamente ramificada. Variações nos tratamentos e proporções destes compostos podem resultar diretamente em variações bruscas nas propriedades físico-químicas e funcionais dos grânulos de amido (Ellis et al., 1998; Shimazu et al., 2007).

A fécula de mandioca apresenta uma estrutura química que pode ser alterada por diversos métodos físicos, enzimáticos e químicos que transformam a fécula nativa em produtos com diferentes propriedades. Variando-se a intensidade de aplicação destes processos, diversos produtos podem ser obtidos, como os acetilatos, muito utilizados na confecção de tecidos e filmes biodegradáveis (Veiga et al., 1995; Franco et al., 2001; Cereda et al., 2003). Apesar da garantia de que compostos desta natureza apresentarem alta degradabilidade, poucos estudos são realizados avaliando-se processos, condições e períodos necessários para degradação completa destes materiais.

Perante este cenário, o objetivo geral desta pesquisa foi avaliar o processo de biodigestão anaeróbia de material (PBM), com diluição em água residual de suinocultura (ARS), utilizando-se de biodigestores de escala laboratorial.

 

Materiais e métodos

Local da experiência

A experiência foi conduzida na cidade de Palotina-PR, localizado na região do Vale do Piquiri, com latitude de 24º18’ Sul; longitude 53º55’ Oeste e altitude de 310 metros. O clima é subtropical (Cfa), segundo a classificação de Köppen, sem estação seca definida (IAPAR, 2006).

Substratos para digestão

Utilizou-se água residual de suinocultura (ARS), já digerida e estabilizada por processo de biodigestão, como diluente de copos plásticos biodegradáveis produzidos a partir de fécula de mandioca. A ARS utilizada foi estabilizada para que não interfira de forma acentuada na produção de biogás e nas eficiências de remoção de material orgânico referente aos PBM.Os copos foram cedidos por uma empresa especializada na produção de materiais poliméricos biodegradáveis à base de amido e fécula, a qual possui intuito de produzir materiais que apresentem alta biodegradabilidade. Para a condução da experiência os copos foram triturados em processador até atingirem tamanho de partículas iguais ou inferiores a 2,0 cm.

A água residual de suinocultura foi obtida em um empreendimento de criação de suínos com capacidade para até 900 animais, localizado no município de Palotina-PR, Brasil. O material foi retirado da saída do biodigestor, acondicionado em recipientes de polietileno e mantido sob refrigeração até o momento do uso.

Inóculo

O inóculo utilizado no início da experiência foi obtido em propriedade localizada no município Marechal Candido Rondon-PR, Brasil, proveniente de biodigestor modelo canadense, operado com resíduos líquidos de suinocultura. Optou-se por 20% (v/v) de inóculo do volume total do reator, baseando-se em estudos realizados por Sánchez et al. (2001).

Biodigestores e gasômetros em escala laboratorial

Para a condução do processo de digestão anaeróbia empregaram-se reatores com única alimentação batelada em escala laboratorial construídos basicamente em PVC, com medidas de 100 mm de diâmetro e 500 mm de altura, respeitando as proporções 5:1 (altura:diâmetro). A partir destas medidas, obtve-se volume total de aproximadamente 4 L.

Os biodigestores de operação batelada apresentam sistema simples e de menor exigência operacional, pois é abastecido apenas uma vez mantendo-se o processo de digestão por um período que seja conveniente (Deganutti et al., 2002). Esta câmara de fermentação comportou a mistura do material orgânico em anaerobiose, onde as bactérias metanogênicas atuaram na produção de biogás. Delimitou-se como volume útil de trabalho no reator o volume de 3,20 litros, respeitando-se os 20% do volume total. O abastecimento do biodigestor foi realizado apenas uma vez no início do processo.

Foram realizados 4 tratamentos visando comparar a eficiência da remoção de sólidos, demanda química de oxigênio e produção de biogás. O primeiro tratamento conteve apenas resíduo de suíno estabilizado, enquanto que os outros tratamentos receberam concentrações de 12,5, 37,5 e 62,5 g.L^-1 de sólidos totais (ST), garantindo a entrada total de 40, 120 e 200 g de material biodegradável (ST) nos reatores de cada tratamento, respetivamente.

Os gasômetros, assim como os reatores, foram confeccionados em PVC, sendo que estes apresentavam configuração de 100 mm de diâmetro e 300 mm de comprimento. Os mesmos foram embocados em canos de 150 mm obtendo a sua vedação através de selos de solução salina acidificadas, ao passo que os gasômetros e suas guias foram parcialmente imersos em tanques com essa solução. A solução ácida continha 25% (v/v) de cloreto de sódio e 3% (v/v) de acido sulfúrico tem a função de evitar o escape do biogás e impedir a dissolução do dióxido de carbono (CO₂) presente no gás gerado (Larsen, 2009). A ligação dos reatores aos seus respectivos gasômetros se deu através de conexões de PVC e mangueiras siliconadas. A tomada de gás era realizada por conexão T acoplada à mangueira. O volume de biogás gerado nos gasômetros foi medido a partir do deslocamento vertical dos gasômetros e posterior correção para condições normais de temperatura e pressão (CNTP) conforme metodologia anteriomente utilizada por Aquino et al. (2007).

Os reatores foram mantidos em 2 incubadoras sob a temperatura média de 35 °C (±1,0 °C). As incubadoras foram confeccionadas com casco térmico e termostato digital marca FullGauge^®, modelo TIC-17RGTi, para o controle da temperatura e definição de set-point juntamente com um segundo termômetro digital independente com objetivo de monitorar a temperatura interna das estufas. Todo o sistema de captação do efluente digerido e coleta do biogás foram construídos externamente às estufas.Mantiveram-se as demais propriedades disponíveis como: diferencial, atraso de ligação à saída, offset, mínimo e máximo setpoint, no modo padronizado de fábrica.

Parâmetros de tratamento

A ARS juntamente com o inóculo foram submetidos a análises de pH, Alcalinidade Total (AT), Acidez Volátil (AV) e Sólidos Totais (ST), visando-se a análise e estabelecimento da composição e proporção da mistura para que a biodigestão ocorresse de forma eficiente. Para os materiais a serem digeridos, avaliou-se ainda Demanda Química de Oxigênio (DQO), Sólidos Totais (ST), Sólidos Totais Voláteis (STV) e Sólidos Totais Fixos (STF), Acidez Volátil (AV), Alcalinidade Total (AT), Alcalinidade Parcial (AP) e Alcalinidade Intermediaria (AI). Todas as análises realizadas no material de entrada do reator também foram efetuadas em amostras coletadas na saída deste, tornando possível o estudo, a comparação e a avaliação da eficiência de todas as repetições dos tratamentos a partir de metodologias descritas por APHA (1995) e Silva (1977).

Estipulou-se para avaliação do trabalho a realização de Tempo de Retenção Hidráulica de 8 dias em operação batelada sem agitação. Esse TRH foi estabelecido ao fato que a água residuária de suinocultura apresentou concentração de sólidos relativamente baixa aos valores usualmente utilizados em operações batelada e o resíduo proveniente da moagem dos copos biodegradáveis apresentam segundo literatura consultada, alta solubilidade e capacidade de degradação superior se comparado a seus relativos inorgânicos (Alves et al., 2012).

Caracterização do gás

Para o atual estudo recolheu-se o biogás dos reatores através de recipiente amostrador e utilizou-se método de lavagem de biogás em solução alcalina a partir de kit específico de biogás (mini-orsat), composto basicamente de seringa de vidro acoplada por meio de suporte a outra seringa contendo solução alcalina. O kit da empresa AlfaKit^® com metodologia utilizada pela rede oficial de laboratórios de solos da EMBRAPA apresenta precisão de 2,5% e tem por finalidade atender proprietários de biodigestores rurais controlando parâmetros com a percentagem de metano, dióxido de carbono, iãoamónia e ácido sulfídrico presentes no biogás.

Modelo cinético de produção de biogás

A cinética para os dados da produção acumulada de biogás nas experiências testadas foi obtida a partir da equação modificada de Gompertz (Lay et al., 1996). Equações empíricas como essa são comumente utilizadas visando-se interpretar mecanismos básicos subjacentes da produção de biogás no processo de biodigestão (Lay et al., 1997; Yusuf et al., 2011; Parameswaran e Bruce, 2012). O modelo de Gompertz descreve a produção de gás acumulado em lote assumindo que a produção de gás é uma função de crescimento bacteriano, sendo descrita pela Equação 1.

 

 

Todo o procedimento de montagem da equação de Gompertz utilizando os dados experimentais da produção de gás acumulado foi realizada através da ferramenta função de ajuste de curva de encaixe disponível no software Matalab R2011b, versão 7.13 (MathWorks, Natick, USA). Foi utilizado o método não-linear de mínimos quadrados e o algoritmo de Newton reflexivo com região de confiança. A suposição inicial para cada parâmetro do modelo foi obtida através de inspeção visual das curvas. O desempenho do modelo foi avaliado através da utilização do coeficiente de determinação R².

Análise estatística

Utilizou-se delineamento experimental inteiramente casualizado, onde os 4 tratamentos (0 g, 40 g, 120 g, 200 g) tiveram 5 repetições sendo aleatoriamente distribuídos. Para verificar a diferença estatística entre os tratamentos utilizou-se ANOVA e Teste de Tukey a 5% de probabilidade utilizando-se software ASSISTAT 7.7 beta.

 

Resultados e discussão

Características operacionais

Para condução do processo de biodigestão conferiu-se a relação da acidez volátil e alcalinidade total (AV/AT) do inóculo e da ARS utilizada como agente de diluição do polímero de fécula. A relação obtida para AV/AT foi de 0,1, sendo favorável à boa condução do processo de biodigestão visto que os valores ótimos para esta relação variam entre 0,1-0,3 e os limites estabelecidossão de até 0,5 (Van Haandel, 1994; Fernandes Jr., 1995).

Segundo Bueno (2010), a relação de alcalinidade e ácidos orgânicos voláteis deve ser cuidadosamente controlada, pois pode ocorrer acumulação de ácidos orgânicos voláteis no meio, levando ao consumo da alcalinidade, inibição do efeito tampão no reator e consequentemente redução dos valores de pH, desestabilizando o processo. Uma concentração de alcalinidade de bicarbonato deve estar sempre disponível para prevenir uma queda de pH a valores inferiores a 6, devido à alta e rápida produção de ácidos voláteis do material orgânico complexo e devido àmetanogênese ser a etapa mais lenta do processo (EEA, 2005). A caracterização do material de entrada dos reatores de cada tratamento pode ser visualizada no Quadro 1.

 

 

A percentagem de ST de entrada para os tratamentos 0,40 g, 120 g e 200 g foi de 0,20, 1,29, 3,47 e 5,40% respetivamente. Digestores de fluxo pistão e lagoas cobertas não devem apresentar teores de sólidos elevados, sendo que reatores de mistura completa são adequados para teores de sólidos entre 2 e 10% (Oregon, 2002), faixa na qual também é facilitado o movimento do material no interior do biodigestor, além de evitar entupimentos nos canos de entrada e saída do reator. Em casos com concentrações maiores que 10%, observa-se a diminuição da eficiência do biodigestor, aumenta-se a probabilidade de criação de crosta e entupimentos nos canos de entrada e saída dos bioreatores. Assim como a percentagem de sólidos, com o incremento nas adições de PBM aos tratamentos estudados, a DQO aumentou significativamente do nível controle ao tratamento com 200 g adicionadas de PBM.

Conforme referido por Lay et al. (1997), o pH ótimo para a biodigestão anaeróbia é de 6,6 a 7,8, apesar disso, o processo continua de forma eficiente numa faixa de pH entre 6 e 8, embora em taxa de remoção de material orgânico e consequente produção de biogás menos expressiva. Desta forma, o pH do meio de digestão da experiência apresentou-se em condição favorável ao bom desempenho do processo.

Eficiência de Remoção de Sólidos e DQO

As características do material de saída dos 4 tratamentos pode ser visualizada no Quadro 2. Observou-se que conforme se aumentava a concentração de material biodegradável adicionado aos tratamentos, o pH de saída dos reatores decrescia de forma acentuada. Por este material apresentar fácil solubilização e hidrólise, a fase acidogênica nos reatores ocorre de forma mais rápida que a fase metanogênica, fazendo com que os ácidos gerados não sejam consumidos de forma balanceada acarretando na acidificação dos reatores mesmo que estes apresentem relação inicial AV/AT dentro dos limites considerados ideias para uma eficiente condução do processo. As bactérias metanogênias são muito sensíveis a variações bruscas de pH podendo gerar colapso no reator (Batstone et al., 2004). Operações com resíduos que apresentem essas características em reatores de uma única fase não são indicados pois podem resultar na inibição da atividade metalogénica (Mata-Alvarez et al., 1992; Callaghan et al., 2002; Bouallagui et al., 2009).

 

 

Uma saída eficiente para o tratamento de resíduos com característica de alta degradabilidade e solubilidade é o emprego do processo de biodigestão em 2 fases, onde as etapas do processo ocorrem em diferentes meios reacionais. Em um reator ocorre a fase de acidificação do material e em sequência esse material é transferido para outro reator de tamanho superior para realização da fase de metanogénese. Pelo volume do reator de metanogénese ser superior ao de acidogénese, mesmo com uma alta taxa de ácidos produzidos não existe sobrecarga de ácidos e consequente queda de pH, desta forma é possível uma maior velocidade de alimentação com altas cargas orgânicas (Ghosh et al., 2000).

Os Sólidos Totais Voláteis (STV) podem ser considerados a matéria orgânica presente no resíduo e são passíveis de transformação. Os STV são responsáveis diretos pela produção de biogás, sendo que quanto maior a concentração de STV no efluente alimentado, maior será a capacidade de produção de biogás (Miranda, 2009). O PBM estudado contém, em média, teores de STV superiores a 95% dos ST no material, garantindo altas taxas de remoção de sólidos e elevada produção de biogás. No entanto, devido à possível acidificação nos reatores de concentração de PBM de 120 g e 200 g, a eficiência de remoção de ST e STV não ocorreu em elevadas taxas, consequentemente a produção de biogás nestes tratamentos foi relativamente baixa se comparada ao tratamento de 40 g sendo que em ambos os tratamentos (120 e 200 g) a produção de gás cessou após o 5º dia de fermentação. Resultados semelhantes foram obtidos na avaliação das eficiências de remoção de DQO. As eficiências de remoção de DQO, ST e STV podem ser verificadas no Quadro 3.

 

 

O tratamento controle não apresentou eficiência de remoção de sólidos, nem de DQO, visto que sua composição era baseada em grande parte de STF e de material não passível de degradação, e a sua condição era de material já estabilizado, todavia, o interesse do desenvolvimento deste controle é baseada na comparação de um material estabilizado com boas características de diluição para o PBM estudado.

Apenas o tratamento com adição de 40 g de PBM apresentou altas taxas de remoção. Poucos trabalhos avaliando o processo de biodigestão de materiais biodegradáveis são encontrados na literatura dificultando a comparação dos dados obtidos no presente estudo.

Yagi et al. (2009), em pesquisa de biodigestão com pó de celulose obtiveram eficiência de conversão na faixa de 80% tanto em fase mesófila (35 °C) quanto termófila (55 °C). Em trabalho de Cho et al. (2011), realizando-se digestão de composto de amido e policaprolactona, obtiveram-se remoções de 83% dos sólidos voláteis para conversão em biogás, no entanto, estes resultados foram obtidos com TRH de 139 dias. Ainda num trabalho utilizando biopolímeros, Yagi et al. (2013), obtiveram degradação de celulose superior a 90% em TRH inferior a 10 dias, assim como polihidróxibutirato, um composto muito utilizado como bioplástico, observando-se degradação superior aos 60% em 11 dias. Deve-se mencionar que a experiência conduzida por estes autores, foi realizado em condição termófila (55 °C). Kim et al. (1999), utilizando o mesmo composto, na Coreia do Sul, conseguiu percentagens de degradação que alcançaram 70% em menos de 40 dias.

Pesquisas realizadas por Guo et al. (2013), em processos de biodigestão de biopolímerosà base de amido de milho, mandioca e trigo, com inóculo altamente ativo, obtiveram-sevalores de degradação da faixa de 58-62%. Já em trabalho produzido por Mohee et al. (2008), utilizando material biodegradável composto de 60% de amidos ou derivados e cerca de 40% de resina biodegradável, observaram-se valores de remoção de STV de 35% em 17 dias.Elbeshbishy e Nakhla (2012) desenvolvendo pesquisa de biodigestão utilizando como substrato proteína liofilizada de bovino em co-digestão com material à base de amido relataram valores de degradação de proteínas superiores a 90% ainda nos três primeiros dias de experimentação e 95% de carboidratos nos dois primeiros dias.

A partir dos trabalhos estudados considera-se que a degradação destes compostos ocorre de forma acelerada nas primeiras semanas de biodigestão, pela decomposição de polímeros como amido e sacarose, e torna-se mais lenta na medida em que passa a degradar substâncias como a celulose e hemicelulose, as quais apresentam uma complexa estrutura, alem disso, alguns polissacarídeos apresentam alta solubilização, aumentando sua área superficial e garantindo maior acesso dos microrganismos ao material a ser degradado.

Produção de biogás

Composição do biogás

A composição de gás nos tratamentos é correlacionada à característica da digestão, sendo que uma digestão em condições ideais garante maiores teores de metano na composição do biogás. O tratamento com 40 g de PBM que apresentou as melhores condições de AV/AT e pH ao final do processo foi o que teve maior composição em metano com 70%. Os tratamentos 0 g, 120 g e 200 g apresentaram valores de 60, 65 e 55% respetivamente.

Num estudo realizado por Guo et al. (2013) com biodigestão de espumas biodegradáveis à base de amido de trigo, fécula de batata e amido de milho (95% em composição de amido), aqueles autores obtiveram teores de metano de 65% do total de biogás gerado. Um estudorealizado por Kryvoruchko et al. (2009), digerindo subprodutos ricos em amido provenientes do processamento de batata revelou teores de metano no biogás em torno de 50-54%. Os valores encontrados em ambos os trabalhos apresentam-se abaixo dos obtidos na atual pesquisa.

Utilizando-se polímeros biodegradáveis confecionados a partir de ácido lático e com adição de diferentes concentrações de lodo ativo de aterro, Kolstad et al. (2012) obtiveram biogás produzido com percentagens de metano variando entre 69-74%.

Perfil de produção e produção acumulada

A produção de biogás teve início desde o primeiro dia de fermentação sendo que todos os tratamentos apresentaram um volume de produção semelhante entre si. A ARS teve uma influência relativamente baixa na produção de biogás e metano se comparada com os tratamentos com PBM, visto que as produções para os 4 tratamentos apresentaram considerável diferença entre si comprovadas estatisticamente, conforme Quadro 4. A partir da Figura 1 pode-se visualizar o perfil de produção de biogás nos 4 tratamentos durante a experiência.

 

 

 

 

A quantidade de biogás produzido pelo tratamento com 40 g de PBM foi 94% superior ao tratamento com segunda maior produção (tratamento de 120 g) com valores de 11262,21 mL produzidos contra 5797,64 mL pelo segundo tratamento. A produção de biogás pelo tratamento de 200g alcançou produção acumulada de 3014,36 mL no decorrer da experiência. Nota-se que além de maior produção acumulada de biogás, o tratamento com 40 g de PBM ainda apresentou as maiores taxas de produção diária de biogás.

A partir do perfil de produção pode-se constatar que até o final do 1° dia de biodigestão, todos os tratamentos com adição de PBM apresentaram resposta semelhante no que diz respeito à produção de biogás. A partir desse dia, a redução na produção passou a ocorrer primeiramente no tratamento com a maior concentração de resíduo seguindo-se para os tratamentos com concentrações reduzidas. Dada a possibilidade da rápida conversão do PBM em ácidos voláteis, grande probabilidade é atribuída ao choque das archeas metanogênicas por reduções nos valores de pH e consequente diminuição das taxas de produção de biogás.

No Quadro 5 apresentam-se os valores de conversão de biogás e metano a partir de STV e DQO. Os valores obtidos no tratamento de PBM com 40 g apresentam valores de conversão de STV em biogás muito elevados, constatando-se que além da taxa de remoção de sólidos decrescer conforme o aumento da concentração PBM a conversão de sólidos voláteis em biogás também foi prejudicada por concentrações elevadas de PBM além do relativo decréscimo de pH do meio. Os resultados mais expressivos para conversão de DQO também foram obtidos a partir do tratamento de 40 g.

 

 

Os valores encontrados são superiores aos obtidos por Mohee et al. (2008), que trabalhando com material biodegradável composto de 60% de amidos ou derivados e mais de cerca de 40% de resina hidrofóbica biodegradável obtiveram produção de 286 mL.g^-1 STV. Malina e Pohland (1992) ainda afirmam que a produção de biogás por remoção de STV apresenta médias variando entre 750-1000 mL.g^-1 STV. No entanto,num trabalho realizado por Torres et al. (2009) com biodigestão de água residual do processamento da mandioca, observaram-se valores de conversão de STV em biogás variando entre 509-1642 mL.g^-1 STV.

Perfil semelhante de produção de biogás pode ser constatado em trabalho realizado por Elbeshbishy e Nakhla (2012). Estes autores, realizando a biodigestão de proteínas e carboidratos de amido e proteínas de carne bovina, onde as produções se mostraram elevadas nos primeiros dias, verificaram a sua redução e estabilização a partir do 8°dia, tendo como base o consumo de carbono orgânico. E constataram produções médias de metano da faixa de 246-315 mL.g^-1 DQO, valores estes, muito próximos dos obtidos na atual pesquisa.

O modelo de Gompertz, dado pela Equação 1, foi montado para dados experimentais para as diferentes concentrações de PBM investigados no presente estudo. As curvas podem ser observadas na Figura 2 e os parametros obtidos a partir da modelagem podem ser visualizados a partir do Quadro 6. O modelo ajustou-se muito bem aos dados obtidos na experiência,observando-se valores de R² superiores a 0,98 em todos os tratamentos, permitindo uma interpretação do comportamento biológico sem dificuldades. Superestimação consideravel da curva pode ser notada apenas entre o tempo de 48 e 72 horas no tratamento controle.

 

 

 

 

 

 

 

 

A partir do referido modelo são geradas respostas para a taxa de produção específica de biogás, sendo as maiores taxas observadas em ordem decrescente: 40 g > 120 g> 200 g > 0 g. Além desta variavel, visualiza-se a produção acumulada (P) seguinto a mesma ordem decrescente onde o tratamento 40g apresentou produção quase 100% maior que o segundo melhor tratamento.

Pode-se verificar que o tratamento de 200 g de PBM teve sua produção de biogás estagnada a partir do 3°dia de biodigestão, o tratamento de 120 g a partir do 5°dia e o tratamento com 40 g a partir do 8°dia. Enquanto o tratamento de 40 g teve sua capacidade de produção de biogás reduzida pela diminuição da disponibilidade de substrato no meio de fermentação, os demais tratamentos tiveram sua produção cessada devido condições adversas no meio proporcionadas pela geração de ácidos voláteis e decréscimo do pH do meio.

 

Conclusão

A partir do presente trabalho pode-se concluir que polímeros produzidos a partir de fécula de mandioca apresentam uma biodegradabilidade elevadaporbioprocessosanaeróbios em fase mesófila.

Pela característica de fácil degradabilidade do material, altas concentrações de material polimérico sob biodigestão podem proporcionar acidificação do reator pela elevada produção de ácidos voláteis. Assim, o tratamento de 40 g, por apresentar uma concentração equilibrada de polímeros, garantiu valores de pH próximos da neutralidade e as maiores produções acumuladas de biogás, remoção de sólidos e taxa de produção de específica de biogás.

 

Referências Bibliográficas

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Recebido/received: 2015.03.05

Aceite/accepted: 2015.06.10