Biodigestor: para que serve, tipos, vantagens, desvantagens - Ciência - 2023

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UMA biodigestor É um tanque fechado onde o gás metano e o fertilizante orgânico são gerados a partir da fermentação anaeróbia da matéria orgânica. A base biológica é a decomposição da matéria orgânica pela ação das bactérias por meio da hidrólise, acidificação, acetanogênese e metanogênese.

O biodigestor fornece as condições controladas necessárias para o processo de biodigestão. Após esse processo, o biogás (metano, dióxido de carbono, nitrogênio e sulfeto de hidrogênio), o biosol (fertilizante sólido) e o biol (fertilizante líquido) são obtidos como produtos finais.

A operação básica começa com a adição de resíduos orgânicos e água a um recipiente hermético, no qual é gerado o processo de fermentação anaeróbia. O biogás é então extraído para armazenamento, uso direto ou como fertilizante.


Os três tipos básicos de biodigestores de acordo com seu sistema de carregamento são descontínuos, semicontínuos e contínuos. Os biodigestores em batelada são carregados com resíduos orgânicos apenas uma vez em cada processo de produção, em seguida, o fertilizante é extraído para iniciar outro ciclo.

Aqueles de carga semicontínua, são carregados em períodos regulares extraindo a quantidade de fertilizante equivalente ao volume carregado. Os sistemas contínuos são instalações industriais com carga permanente de matéria orgânica, além da extração de biogás e fertilizantes.

Entre as vantagens dos biodigestores estão permitir o gerenciamento adequado dos resíduos orgânicos, reciclando-os e reduzindo os riscos ambientais. Além disso, são produzidos energia (biogás) e fertilizantes orgânicos, o que gera valor econômico e ambiental.

No entanto, também existem algumas desvantagens, como o consumo de água, a dificuldade de manter os níveis ideais de temperatura e a presença de substâncias nocivas (sulfeto de hidrogênio, siloxenos). Também destaca o acúmulo de matéria-prima próximo à área e os riscos de explosões.


Você pode construir um biodigestor doméstico relativamente barato e processar resíduos orgânicos de cozinha. Isso requer apenas um barril com tampa hermética e alguns materiais de canalização (tubos de PVC, torneiras, entre outros).

Em maior escala, nas casas do meio rural o sistema mais econômico e relativamente fácil de construir é a linguiça. Este sistema consiste basicamente em uma bolsa de polietileno lacrada com as respectivas conexões.

Para que serve

- Tratamento e reciclagem de resíduos orgânicos

Os biodigestores são alternativas tecnológicas muito úteis na perspectiva da gestão sustentável dos resíduos orgânicos e da produção de energia renovável. Por exemplo, oferecem uma alternativa para a reciclagem de resíduos orgânicos sólidos e líquidos, que são transformados em matéria-prima para o biodigestor.

A reciclagem de resíduos orgânicos dessa forma reduz seu impacto poluente e gera economia no seu gerenciamento. Os biodigestores são usados ​​para tratamento de águas residuais, processamento de resíduos orgânicos sólidos urbanos e resíduos agrícolas e pecuários.


- Produção de biogás e biofertilizantes

O processo de digestão anaeróbia gera biogás e fertilizantes orgânicos como produtos.

Biogás

O biogás tem cerca de 60% de gás metano, que é um combustível de alto valor calórico e pode ser usado para produção de energia. Pode ser usado para cozinhar, gerar eletricidade (turbinas a gás), mover motores ou aquecimento.

Biofertilizantes

Os biofertilizantes resultantes dos biodigestores são obtidos no estado (biosol) e líquido (biol) com altos teores de macro e micronutrientes. Os macronutrientes básicos (fósforo, nitrogênio e potássio) podem ser obtidos isoladamente do biol por meio de processos de ultrafiltração e osmose reversa.

Biol contém quantidades significativas de hormônios de crescimento úteis para o desenvolvimento das plantas, como ácido indolacético, giberelinas e citocininas, entre outros.

Como funciona

O biodigestor funciona gerando um processo de biogasificação por meio da digestão anaeróbia, a partir da decomposição da matéria orgânica hidratada e na ausência de ar. Isso ocorre por meio de um processo de fermentação cujos principais produtos são o gás metano (CH4) e o dióxido de carbono (CO2).

- Carregando o biodigestor e agitando

É feito através do tanque de carregamento, que consiste em um tanque no qual a matéria orgânica é preparada para ser adicionada pelo tubo de carregamento ao biodigestor.

Processamento de matéria orgânica e carga

O biodigestor deve ser alimentado periodicamente com matéria orgânica e água suficiente para sua capacidade de carga. Nesse sentido, 25% do volume do biodigestor deve ser deixado livre para o acúmulo do gás produzido.

Por sua vez, o tipo e a qualidade da matéria orgânica também influenciarão a produtividade e o uso ou não de resíduos sólidos e líquidos como fertilizante. Alguns resíduos orgânicos podem causar problemas no processo de fermentação, como resíduos de frutas cítricas que podem acidificar muito o meio.

O material deve ser triturado ou reduzido ao menor tamanho possível e, para facilitar a fermentação, a mistura deve conter 75% de água e 25% de matéria orgânica. Deve ser mexido periodicamente para garantir a homogeneidade do processo de fermentação na mistura.

Temperatura e tempo de retenção

O tempo de retenção da matéria orgânica no biodigestor para atingir sua plena fermentação dependerá do tipo deste e da temperatura. Quanto mais alta a temperatura ambiente, mais rápida será a fermentação (por exemplo, a 30ºC pode demorar cerca de 20 dias para recarregar o biodigestor).

- Digestão anaeróbica

As bactérias atuam no processo que requerem condições ambientais adequadas como ausência de ar, temperaturas acima de 20 ° C (idealmente 30-35 ° C) e um meio pouco ácido. Nessas condições, desenvolvem-se três fases:

Hidrólise

As bactérias hidrolíticas atuam neste processo que secretam enzimas extracelulares. Portanto, as cadeias complexas de carboidratos, proteínas e lipídios são quebradas em pedaços menores solúveis (açúcares, aminoácidos e gorduras).

Estágio de acidificação ou fermentação

Os compostos solúveis da fase anterior são fermentados em ácidos graxos voláteis, álcoois, hidrogênio e CO2.

Acetanogênese

Entram em ação bactérias acetogênicas que oxidam ácidos orgânicos como fonte de carbono. Eles geram ácido acético (CH3COOH), hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2) e odores desagradáveis ​​são produzidos pela presença de sulfeto de hidrogênio.

Formação de metano ou fase metanogênica

Na última fase, as bactérias metanogênicas agem, decompondo os produtos da acetanogênese, gerando metano. Na natureza, essas bactérias atuam em pântanos, ambientes aquáticos e no estômago de ruminantes.

Ao final dessa fase, a mistura contém metano (45 a 55%), dióxido de carbono (40 a 50%), nitrogênio (2 a 3%) e sulfeto de hidrogênio (1,5 a 2%).

- Descarga de biodigestor

A taxa de produção de biogás e fertilizantes depende do tipo de biodigestor, da matéria orgânica que o alimenta e da temperatura. O biogás se acumula na parte superior do biodigestor e é extraído por meio de tubulações para tanques de armazenamento.

Terminada a fermentação, o lodo (mistura de sólidos e líquidos) é extraído por meio de tubulações. A descarga é produzida pelo princípio dos vasos comunicantes, ou seja, ao carregar novo material, a pressão faz com que o excedente saia pelo lado oposto.

A relação entre a quantidade de material introduzido (resíduos orgânicos e água) e o produto de saída (biosol e biol) é quase 1: 0,9. Isso equivale a um rendimento de 90%, onde a maior proporção corresponde ao biol (líquido).

- Biogás: purificação

O gás produzido deve ser purificado para eliminar ou reduzir o conteúdo de sulfeto de hidrogênio e água usando armadilhas para capturar os dois compostos. Isso é necessário para reduzir o risco de danos ao equipamento devido ao poder corrosivo desses componentes.

Armadilha de água

A água carregada pelo biogás precipita quando a tubulação se abre para um espaço maior e o gás continua por outra constrição. Este tubo termina em um grande e hermético recipiente para conter a água que posteriormente é extraída por uma torneira de drenagem na parte inferior.

Armadilha de sulfeto de hidrogênio

O processo de extração do sulfeto de hidrogênio do biogás é semelhante ao do coletor de água, mas o coletor inserido no caminho do tubo deve conter lascas ou esponjas de ferro. Quando o biogás passa pelo leito de ferro, o sulfeto de hidrogênio reage com ele e se precipita.

- Fertilizante: separação e compostagem

A mistura do biosol e do biol é submetida a um processo de decantação para separação dos dois componentes. O biosol pode ser usado sozinho ou seguir um processo de mistura com compostagem para uso posterior como fertilizante sólido.

O Biol é usado como fertilizante foliar líquido ou adicionado à água de irrigação, sendo muito útil em sistemas hidropônicos.

Tipos

Os biodigestores são classificados de acordo com sua periodicidade de carregamento e forma estrutural. Devido à frequência de carregamento temos:

- Descontínuo

O sistema descontínuo ou lote Consiste em um tanque hermético totalmente carregado e não recarregado até que tenha parado de produzir biogás. O gás se acumula em um coletor flutuante acoplado ao topo do tanque (gasômetro).

Este tipo de biodigestor é utilizado quando a disponibilidade de resíduos orgânicos é intermitente.

- Semi-contínuo

Ao contrário do sistema descontínuo, o carregamento e o descarregamento são realizados em determinados momentos durante o processo de produção do biogás. De acordo com seu sistema de construção, existem três tipos básicos:

Biodigestor de balão ou salsicha

Também é chamado de taiwanês e consiste em um poço plano revestido de concreto onde um saco ou cilindro de polietileno é instalado. Nesta bolsa devem ser instaladas conexões para entrada de lixo orgânico e saída de biogás.

O cilindro é enchido com água e ar e posteriormente é adicionada a carga de resíduos orgânicos.

Biodigestores de cúpula fixa

É o chamado biodigestor chinês e consiste em um tanque subterrâneo construído em tijolo ou concreto. O tanque é um cilindro vertical com extremidades convexas ou arredondadas e possui sistema de carga e descarga.

O biogás se acumula em um espaço estabelecido para esse fim sob a cúpula superior. O biodigestor trabalha com pressão variável de biogás de acordo com sua produção.

Biodigestor de cúpula flutuante

Denominado biodigestor hindu, consiste em um tanque cilíndrico subterrâneo com sistema de carga e descarga. É construída em tijolo ou concreto e em sua parte superior existe um tanque flutuante (gasômetro) onde se acumula o biogás.

O gasômetro de fibra de vidro revestido de aço inoxidável ou plástico flutua no topo da mistura graças ao biogás acumulado. Tem a vantagem de manter uma pressão de gás constante.

Posteriormente, o gasômetro sobe e desce dependendo do nível de mistura e da quantidade de biogás. Portanto, requer grades laterais ou uma haste guia central para evitar atrito contra as paredes.

- contínuo

Nesse caso, o carregamento e descarregamento do biodigestor é um processo contínuo, que exige disponibilidade permanente de resíduos orgânicos. São grandes sistemas industriais geralmente utilizados para o processamento de esgoto comunitário.

Para isso, são utilizados sistemas de tanques de coleta, bombas para transferência para os biodigestores e extração de fertilizantes. O biogás é submetido a um sistema de filtragem e distribuído por compressão para garantir sua distribuição aos usuários.

Vantagem

Reciclagem e poluição

A instalação de um biodigestor permite a reciclagem dos resíduos orgânicos, reduzindo a poluição ambiental e obtendo produtos úteis. No caso de áreas rurais, é particularmente importante para o manejo de excrementos animais em sistemas pecuários.

Obtenção de biogás

O biogás representa uma fonte de energia eficiente e econômica, principalmente em áreas onde a disponibilidade de outras fontes de energia não é acessível. Em áreas rurais de países economicamente deprimidos, o cozimento é feito com lenha, o que impacta o meio ambiente.

A disponibilidade de biogás pode ajudar a reduzir a demanda por lenha e, portanto, ter um impacto positivo na conservação da biodiversidade.

Produção de fertilizantes

Por meio de biodigestores, obtêm-se fertilizantes orgânicos sólidos (biosol) e líquidos (biol). Esses fertilizantes têm menor impacto ambiental e reduzem os custos da produção agrícola.

Salubridade

Ao permitir a gestão adequada dos resíduos orgânicos, os riscos que estes representam para a saúde são reduzidos. Foi determinado que 85% dos patógenos não sobrevivem ao processo de biodigestão.

Por exemplo, coliformes fecais a 35 ° C são reduzidos em 50-70% e fungos em 95% em 24 horas. Portanto, por ser um processo fechado, os maus odores são reduzidos.

Desvantagens

Disponibilidade de água

O sistema é exigente em termos de disponibilidade de água, uma vez que é necessária uma mistura. Por outro lado, o biodigestor deve estar próximo à fonte de matéria-prima e ao local de consumo do biogás.

Temperatura

O biodigestor deve manter uma temperatura constante próxima a 35 ° C e entre 20 e 60 ° C. Portanto, uma entrada de calor externa pode ser necessária.

Subprodutos prejudiciais

Pode produzir sulfeto de hidrogênio (H2S), tóxico e corrosivo, e siloxenos derivados de silicone contidos em produtos cosméticos e na mistura de resíduos orgânicos. Esses siloxenos geram SiO2 (dióxido de silício), que é abrasivo para máquinas e componentes.

A presença e concentração desses subprodutos dependem da matéria-prima utilizada, proporção de água e substrato sólido, entre outros fatores.

Acúmulo de resíduos

É necessário acumular resíduos próximo ao biodigestor, o que acarreta problemas logísticos e sanitários que precisam ser resolvidos.

Riscos de explosão

Por se tratar de um sistema gerador a gás combustível, implica certo risco de explosão se não forem tomadas as devidas precauções.

Custos

Embora a manutenção e operação do biodigestor sejam relativamente baratas, os custos iniciais de instalação e construção podem ser relativamente altos.

Como fazer um biodigestor caseiro

Um biodigestor requer como elementos básicos um tanque para fermentação, tubos de carga e descarga com suas respectivas torneiras. Além disso, são necessários tanques para biogás e fertilizantes.

É importante observar que todo o sistema deve ser hermético para evitar vazamentos de gás. Por outro lado, o sistema deve ser construído com materiais inoxidáveis ​​como PVC ou aço inoxidável para evitar danos por água e sulfeto de hidrogênio.

- Tanque de fermentação

Pode-se usar um barril ou tanque de plástico cuja capacidade dependerá da quantidade de lixo orgânico a ser processado. Este tanque deve ter tampa hermética ou, na falta desta, a tampa deve ser selada com cola plástica resistente a altas temperaturas.

O tanque deve ter quatro orifícios e todas as instalações feitas neles devem ser vedadas com silicone de alta temperatura.

Carregando a capa

Este orifício está no centro da tampa do tanque, deve ter pelo menos 4 polegadas e um tampão sanitário rosqueado deve ser instalado. Este plugue será conectado a um tubo de PVC de 4 polegadas que entrará no tanque verticalmente até 10 cm antes do fundo.

Esta entrada servirá para carregar o lixo orgânico previamente triturado ou triturado.

Furo de drenagem de efluente 1

É importante lembrar que 25% do espaço do tanque deve ser deixado livre para o acúmulo de gás, portanto, um orifício deve ser aberto na lateral naquele nível. Neste orifício será instalado um adaptador de tanque com um segmento de tubo de PVC de 2 polegadas de 15 cm de comprimento com torneira.

A função desse dreno é permitir que o biol sobrenadante escape uma vez que o tanque seja recarregado pela tampa de carregamento. O biol deve ser armazenado em recipientes adequados para uso posterior.

Furo de drenagem de efluente 2

Este segundo dreno deve ir para o fundo do tanque para extrair a parte mais densa do produto fermentado (biosol). Da mesma forma, será utilizado um segmento de tubo de PVC de 2 polegadas de 15 cm de comprimento com torneira.

Saída de biogás

Um orifício de 1/2 polegada será cortado na parte superior do tanque para instalar um tubo de PVC de igual diâmetro usando um adaptador de tanque. Este tubo terá uma torneira na saída.

- Saída de biogás e sistema de purificação

A tubulação de saída do biogás deve ter no mínimo 1,5 m de comprimento, para inserir os sistemas de extração de água e sulfeto de hidrogênio em seu trajeto. Este tubo pode então ser estendido, se necessário, para transferir o gás para seu local de armazenamento ou uso.

Extração de água

Para retirar a água da saída, o tubo deve ser interrompido a 30 cm para inserir um recipiente de plástico ou vidro com tampa hermética. O tubo de transferência de gás deve ter um bypass por meio de uma conexão em T, para que o gás entre no recipiente.

Desta forma, o gás enche o recipiente, a água condensa e o gás continua seu caminho através do tubo.

Extração de sulfeto de hidrogênio

Após o coletor de água, um segmento de tubo de 4 polegadas é inserido nos próximos 30 cm usando as reduções correspondentes. Este segmento deve ser preenchido com aparas de ferro ou esponjas de metal comerciais.

O sulfeto de hidrogênio vai reagir com o metal e precipitar, enquanto o biogás continuará sua jornada para o recipiente de armazenamento ou local de uso.

Referências

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