Biodigestor: para que serve, tipos, vantagens, desvantagens

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

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

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Sistema de biogás Fonte: Renergon International AG [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

A operação básica começa com a adição de resíduos orgânicos e água a um recipiente hermético, no qual é gerado o processo de fermentação anaeróbica. 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 descontínuos são carregados com resíduos orgânicos apenas uma vez em cada processo de produção e, em seguida, o fertilizante é extraído para iniciar outro ciclo.

As cargas semi-contínuas são carregadas em períodos regulares extraindo a quantidade de fertilizante equivalente ao volume carregado. Sistemas contínuos são plantas industriais com carga permanente de matéria orgânica, bem como a extração de biogás e fertilizantes.

Entre as vantagens dos biodigestores estão a gestão adequada dos resíduos orgânicos, a reciclagem e a redução dos riscos ambientais. Além disso, são produzidos energia (biogás) e fertilizantes orgânicos, o que gera um valor econômico e ambiental.

No entanto, existem também 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 próxima à área e os riscos de explosões.

Você pode construir um biodigestor caseiro com custo relativamente baixo e processar resíduos orgânicos de cozinha. Para isso, é necessária apenas uma tampa estanque e alguns materiais de encanamento (tubos de PVC, torneiras, entre outros).

Em uma escala maior, em casas nas áreas rurais, o sistema de construção mais econômico e relativamente fácil é a linguiça. Este sistema consiste basicamente em um saco poli selado e as conexões correspondentes.

Para que serve

– Tratamento e reciclagem de resíduos orgânicos

Os biodigestores são alternativas tecnológicas muito úteis da perspectiva do gerenciamento sustentável de resíduos orgânicos e da produção de energia renovável. Por exemplo, eles fornecem 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 maneira reduz seu impacto poluidor e gera economia em seu gerenciamento. Os biodigestores são usados ​​para tratamento de águas residuais, processamento de resíduos orgânicos urbanos sólidos e resíduos agrícolas e de gado.

– Produção de biogás e biofertilizantes

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

Biogás

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

Biofertilizantes

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

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

Como funciona

O biodigestor atua gerando um processo de biogásificação através da digestão anaeróbica, a partir da decomposição da matéria orgânica hidratada e na ausência de ar. Isso ocorre através de um processo de fermentação cujos principais produtos são gás metano (CH 4 ) e dióxido de carbono (CO 2 ).

– Carga e agitação do biodigestor

É realizado 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 e carregamento de matéria orgânica

O biodigestor deve ser alimentado periodicamente com matéria orgânica e água suficientes para sua capacidade de transporte. Nesse sentido, 25% do volume de biodigestor livre deve ser deixado para a acumulação 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 fertilizantes. Alguns resíduos orgânicos podem causar problemas no processo de fermentação, como resíduos de frutas cítricas que podem acidificar demais o ambiente.

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

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Temperatura e tempo de retenção

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

– Digestão anaeróbica

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Digestão anaeróbica Fonte: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C. [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

No processo, bactérias que requerem condições ambientais adequadas, como ausência de ar, temperaturas acima de 20 ° C (ideal 30-35 ° C) e um ato médio não muito ácido. Sob essas condições, três fases se desenvolvem:

Hidrólise

Bactérias hidrolíticas que secretam enzimas extracelulares atuam nesse processo. Portanto, as cadeias complexas de carboidratos, proteínas e lipídios são divididas em pequenos pedaços solúveis (açúcares, aminoácidos e gorduras).

Acidificação ou estágio de fermentação

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

Acetanogênese

Bactérias acetogênicas que oxidam ácidos orgânicos como fonte de carbono entram em jogo. Geram ácido acético (CH 3 COOH), hidrogénio (H 2 ) e dióxido de carbono (CO 2 ) e odores desagradáveis são causadas pela presença de sulfureto de hidrogénio.

Metano ou formação de fases metanogênicas

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

No final desta 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 biodigestores

A taxa de produção de biogás e fertilizante depende do tipo de biodigestor, da matéria orgânica que o alimenta e da temperatura. O biogás se acumula na parte superior do digestor e é extraído através de tubos para tanques de armazenamento.

Terminada a fermentação, o lodo (uma mistura de sólidos e líquidos) é extraído através de tubos. A descarga é produzida pelo princípio de vasos comunicantes, ou seja, ao carregar novo material, a pressão faz o excedente fluir do lado oposto.

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

– Biogás: purificação

O gás produzido deve ser purificado para eliminar ou diminuir o conteúdo de sulfeto de hidrogênio e água usando armadilhas para prender 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 transportada pelo biogás precipita quando o tubo é aberto para um espaço maior e o gás continua por outra constrição. Esse tubo flui para um recipiente grande e hermético para reter a água que é subsequentemente extraída por uma válvula de purga na parte inferior.

Armadilha de sulfeto de hidrogênio

O processo de extração de sulfeto de hidrogênio do biogás é semelhante ao da armadilha de água, mas a armadilha intercalada no caminho do tubo deve conter aparas ou esponjas de ferro. Quando o biogás passa pelo leito de ferro, o sulfeto de hidrogênio reage com ele e precipita.

– Fertilizantes: separação e compostagem

A mistura de biosol e biol é submetida a um processo de decantação para separar os 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, por isso é muito útil em sistemas hidropônicos.

Tipos

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Produção de biogás na Alemanha. Fonte: Volker Thies (Asdrubal) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

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

– descontínuo

O lote ou sistema de lotes consiste em um tanque hermético que está totalmente carregado e não recarregado até que pare de produzir biogás. O gás se acumula em um coletor flutuante acoplado ao topo do tanque (gasômetro).

Esse tipo de biodigestor é usado quando a disponibilidade de resíduos orgânicos é intermitente.

– Semi-contínuo

Diferentemente do sistema descontínuo, as cargas e descargas são feitas dentro de certos períodos durante o processo de produção de biogás. De acordo com seu sistema de construção, existem três tipos básicos:

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Biodigestor de balão ou salsicha

É também chamado de taiwanês e consiste em um poço plano coberto de concreto onde está instalado um saco ou cilindro de polietileno. Este saco deve ser instalado com conexões para a entrada de resíduos orgânicos e a saída de biogás.

O cilindro é preenchido com água e ar e, subsequentemente, a carga de resíduos orgânicos é adicionada.

Biodigestores de domo fixo

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 um sistema de carga e descarga.

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

Biodigestor de cúpula flutuante

Nomeado biodigestor hindu, consiste em um tanque cilíndrico subterrâneo com sistema de carga e descarga. É construído em tijolo ou concreto e em sua parte superior é um tanque flutuante (gasômetro) no qual o biogás se acumula.

O gasômetro de fibra de vidro revestido com plástico ou aço inoxidável flutua na mistura, graças ao biogás acumulado. Tem a vantagem de manter uma pressão constante de gás.

Posteriormente, o gasômetro sobe e desce, dependendo do nível de mistura e quantidade de biogás. Portanto, são necessários trilhos laterais ou uma haste guia central para evitar esfregar as paredes.

– Contínuo

Nesse caso, a carga e descarga do biodigestor é um processo contínuo, por isso requer disponibilidade permanente de resíduos orgânicos. São grandes sistemas industriais geralmente usados ​​para o processamento de águas residuais das comunidades.

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

Vantagens

Reciclagem e poluição

A instalação de um biodigestor permite a reciclagem de resíduos orgânicos, reduzindo a poluição ambiental e a obtenção de produtos úteis. No caso do ambiente rural, é particularmente importante para o manejo de excrementos de animais nos 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. Nas áreas rurais de países economicamente deprimidos, é cozido com lenha, o que afeta 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

Através dos biodigestores, são obtidos fertilizantes orgânicos sólidos (biosol) e líquidos (biol). Esses fertilizantes têm um menor impacto ambiental e reduzem os custos da produção agrícola.

Saúde

Ao permitir o gerenciamento adequado de resíduos orgânicos, os riscos que eles representam para a saúde são reduzidos. Foi determinado que 85% dos patógenos não sobrevivem ao processo de biodigestão.

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

Desvantagens

Disponibilidade de água

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

Temperatura

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

Subprodutos nocivos

Pode ser produzido sulfeto de hidrogênio (H2S), que é 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 depende da matéria-prima utilizada, proporção de água e substrato sólido, entre outros fatores.

Acumulação de resíduos

É necessário acumular resíduos próximo ao biodigestor, o que traz consigo problemas logísticos e de saúde que devem ser abordados.

Perigos de explosão

Sendo um sistema de geração de gás combustível, implica um certo risco de explosões se as precauções adequadas não forem tomadas.

Custos

Embora a manutenção e o gerenciamento do digestor sejam relativamente baratos, os custos iniciais de instalação e construção podem ser relativamente altos.

Como fazer um biodigestor caseiro

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Digestor caseiro Fonte: Kevinsooryan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Um biodigestor exige como elementos básicos e um tanque para fermentação, carga e descarga de tubos com seus respectivos batentes. Além disso, são necessários depósitos para biogás e fertilizantes.

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É importante ter em mente 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 causados ​​pela água e sulfeto de hidrogênio.

– Tanque de fermentação

Um barril ou tanque de plástico pode ser usado, cuja capacidade depende da quantidade de lixo orgânico a ser processado. Este tanque deve ter uma tampa hermética ou, na sua falta, a tampa deve ser selada com cola plástica resistente a altas temperaturas.

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

Tampa de carregamento

Esse orifício fica no centro da tampa do tanque, deve ter pelo menos 10 cm e um bujão sanitário com rosca 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 será usada para carregar resíduos orgânicos previamente triturados ou triturados.

Orifício de drenagem de efluentes 1

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

Esse dreno tem a função de permitir que o sobrenadante biol saia assim que o tanque for recarregado através da tampa de carregamento. O biol deve ser armazenado em recipientes adequados para uso posterior.

Orifício de drenagem de efluentes 2

Esse 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 e 15 cm de comprimento com torneira.

Saída de biogás

Um orifício de 1/2 polegada será aberto na tampa do tanque para instalar um tubo de PVC do mesmo diâmetro usando um adaptador de tanque. Este tubo terá uma torneira na saída.

– Sistema de saída e purificação de biogás

O tubo de saída de biogás deve ter pelo menos 1,5 m de comprimento, para intercalar os sistemas de extração de água e ácido sulfídrico-hidrogênio em sua trajetória. Esse tubo pode ser estendido, se necessário, para mover o gás para o local de armazenamento ou uso.

Extração de água

Para drenar a água, o tubo deve ser interrompido a 30 cm para inserir um recipiente de plástico ou vidro com uma tampa bem fechada. O tubo de transferência de gás deve ter uma ramificação por meio de uma conexão em T, para que o gás entre no recipiente.

Dessa maneira, o gás enche o recipiente, a água se condensa e o gás continua seu caminho através do tubo.

Extração de sulfeto de hidrogênio

Após o coletor de água, nos próximos 30 cm, um segmento de tubo de 10 cm é inserido através das reduções correspondentes. Este segmento deve ser preenchido com aparas de ferro ou esponjas de metal comerciais.

O sulfeto de hidrogênio reagirá com o metal e precipitará, enquanto o biogás continuará a jornada para o recipiente de armazenamento ou local de uso.

Referências

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