Caracterização do funcionamento de um biodigestor tubular alimentado com estrume de porco na amazónia equatoriana

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Pedro Andrés Peñafiel Arcosa
Edwin Collahuaso
Amaury Pérez Martínez
Karel Diéguez Santanad

Resumo

Os resíduos de estrume animal são hoje em dia um dos principais geradores de problemas ambientais. Estes estão associados às emissões de gases com efeito de estufa e aos elevados riscos de contaminação das águas superficiais e subterrâneas, quando são descarregados sem qualquer tratamento ou com tratamento parcial. O objectivo deste trabalho foi caracterizar o desempenho de um biodigestor tubular instalado no Centro de Investigação e Pós-Graduação para a Conservação da Amazónia (CIPCA) da Universidade Estadual Amazónica, que processa um substrato constituído por excrementos de porco e águas residuais de currais de lavagem. Durante seis semanas, foram realizadas análises das características físicas, químicas e microbiológicas do influente e efluente do biodigestor, obtendo-se percentagens de remoção de sólidos totais e sólidos voláteis que atingiram 91%, Kjeldahl total de azoto 97%, fósforo 77%, COD 74%, CBO5 57% e coliformes totais com 5 unidades logarítmicas. Do mesmo modo, os parâmetros operacionais do equipamento foram calculados, determinando que o tempo médio de retenção hidráulica (HRT) do processo é de 154 dias, o que indica que o biodigestor funciona actualmente com valores superiores à gama recomendada para condições mesófilas (30-60 dias), e por isso é sobredimensionado para a carga média diária do substrato de 51,4 L. Isto gera que outros parâmetros como o tempo de retenção hidráulica (HRT) do processo é de 154 dias. Isto faz com que outros parâmetros como a taxa de carga orgânica, a produção específica de biogás e a taxa de produção de biogás apresentem valores baixos para este tipo de processo.

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Como Citar
Peñafiel Arcosa, P. A., Collahuaso, E., Pérez Martínez, A., & Diéguez Santanad, K. (2021). Caracterização do funcionamento de um biodigestor tubular alimentado com estrume de porco na amazónia equatoriana. Ingenio Magno, 12(1), 6-24. Recuperado de http://revistas.ustatunja.edu.co/index.php/ingeniomagno/article/view/2306
Seção
Articulos
Biografia do Autor

Pedro Andrés Peñafiel Arcosa

Departamento Ciencias de la Vida, Programa Gestión y conservación ambiental, Universidad Estatal Amazónica, km 2 1/2 Vía Tena, Puyo, Pastaza, Ecuador.

Edwin Collahuaso

Departamento Ciencias de la Vida, Programa Gestión y conservación ambiental, Universidad Estatal Amazónica, km 2 1/2 Vía Tena, Puyo, Pastaza, Ecuador.

Amaury Pérez Martínez

Departamento Ciencias de la Tierra, Programa Gestión y conservación ambiental, Universidad Estatal Amazónica, km 2 1/2 Vía Tena, Puyo, Pastaza, Ecuador.

Karel Diéguez Santanad

Departamento Ciencias de la Vida, Programa Gestión y conservación ambiental, Universidad Estatal Amazónica,km 2 1/2 Vía Tena, Puyo, Pastaza, Ecuador.

Referências

Hu, Y., Cheng, H., & Tao, S. (2017). Environmental and human health challenges of industrial livestock and poultry farming in China and their mitigation. Environment international, 107, 111-130. doi:10.1016/j.envint.2017.07.003

Stoddard, E. A., & Hovorka, A. (2019). Animals, vulnerability and global environmental change: The case of farmed pigs in concentrated animal feeding operations in North Carolina. Geoforum, 100, 153-165. doi:10.1016/j.geoforum.2019.01.002

Takahashi, Y., Nomura, H., Son, C. T., Kusudo, T., & Yabe, M. (2020). Manure management and pollution levels of contract and non-contract livestock farming in Vietnam. Science of the Total Environment, 710, 136200.

Hadlocon, L., Zhao, L., Bohrer, G., Kenny, W., Garrity, S., Wang, J., . . . Upadhyay, J. (2015). Modeling of particulate matter dispersion from a poultry facility using AERMOD. Journal of the Air & Waste Management Association, 65(2), 206-217. doi:10.1080/10962247.2014.986306.

Arias Martínez, S. A., Betancur Toro, F. M., Gómez Rojas, G., Salazar Giraldo, J. P., & Hernández Ángel, M. L. (2010). Fitorremediación con humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales porcinas. Informador técnico, 74, 12-22.

Quishpe-López, J. D., Lliguicota-Guarquila, J. P., Sarduy-Pereira, L. B., & Diéguez-Santana, K. (2020). La producción más limpia, como estrategia de valorización (ecoeficiencia) del centro de faenamiento, Puyo, Pastaza, Ecuador. Revista Científica de la UCSA, 7(3), 59-71. doi:http://dx.doi.org/10.18004/ucsa/2409-8752/2020.007.03.059

Vera-Romero, I., Martínez-Reyes, J., Estrada-Jaramillo, M., & Ortiz-Soriano, A. (2014). Potencial de generación de biogás y energía eléctrica Parte I: excretas de ganado bovino y porcino. Ingeniería, Investigación y Tecnología, 15(3), 429-436. doi:10.1016/S1405-7743(14)70352-X

Fan, J., Xiao, J., Liu, D., Ye, G., Luo, J., Houlbrooke, D., . . . Tian, J. (2017). Effect of application of dairy manure, effluent and inorganic fertilizer on nitrogen leaching in clayey fluvo-aquic soil: A lysimeter study. Science of the Total Environment, 592, 206-214. doi:10.1016/j.scitotenv.2017.03.060

Pinos-Rodríguez, J. M., García-López, J. C., Peña-Avelino, L. Y., Rendón-Huerta, J. A., González González, C., & Tristán-Patiño, F. (2012). Impactos y regulaciones ambientales del estiércol generado por los sistemas ganaderos de algunos países de América. Agrociencia, 46(4), 359-370

Commission, E. (2011). Report from the commission to the Council and the European Parliament on implementation of the Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of water against pollution caused by nitrates from agricultural sources for the period 2004-2007 SEC(2010)118, COM(2007)47 final/2. Retrieved from Brussels: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A52010DC0047R%2801%29

Cárdenas, E. V., Maldonado, J. M., Valdez, R. A., Sarduy-Pereira, L. B., & Diéguez-Santana, K. (2019). La producción más limpia en el sector porcino. Una experiencia desde la Amazonia Ecuatoriana. Anales Científicos, 80(1), 76-91. doi:http://dx.doi.org/10.21704/ac.v80i1.1288

Hien, P. T. T., Preston, T., Lam, V., & Khang, D. N. (2014). Vegetable waste supplemented with human or animal excreta as substrate for biogas production. Livestock Research for Rural Development, 26(10).

Duan, N., Khoshnevisan, B., Lin, C., Liu, Z., & Liu, H. (2020). Life cycle assessment of anaerobic digestion of pig manure coupled with different digestate treatment technologies. Environment international, 137, 105522. doi:10.1016/j.envint.2020.105522

Ramón, A., Romero, F., & Simanca, J. (2013). Diseño de un biodigestor de canecas en serie para obtener gas metano y fertilizantes a partir de la fermentación de excrementos de cerdo. Revista Ambiental agua, aire y suelo, 1(1), 15-23.

Zanabria, J. I. (2019). Evaluación de la calidad de biol de segunda y tercera generación de estiércol de cuy producido en un biodigestor instalado en el instituto regional de la costa de la UNALM. (Opción al Título Profesional de Ingeniero Ambiental ), Universidad Nacional Agraria La Molina Lima, Perú

Pedraza, G., Chará, J., Conde, N., Giraldo, S., & Giraldo, L. (2002). Evaluación de los biodigestores en geomembrana (pvc) y plástico de invernadero en clima medio para el tratamiento de aguas residuales de origen porcino. Livestock Research for Rural Development, 14(1), 2002.

Varnero Moreno, M. T. (2011). Manual de biogas. Santiago de Chile, Chile: MINENERGIA/PNUD/FAO/GEF.

Moncayo Romero, G. (2008). Dimensionamiento, Diseño y Construcción de Biodigestores y Plantas de Biogás: Aqualimpia Beratende Ingenieure.

Duan, N., Zhang, D., Lin, C., Zhang, Y., Zhao, L., Liu, H., & Liu, Z. (2019). Effect of organic loading rate on anaerobic digestion of pig manure: Methane production, mass flow, reactor scale and heating scenarios. Journal of environmental management, 231, 646-652. doi:10.1016/j.jenvman.2018.10.062

Salminen, E. A., & Rintala, J. A. (2002). Semi-continuous anaerobic digestion of solid poultry slaughterhouse waste: effect of hydraulic retention time and loading. Water Research, 36(13), 3175-3182. doi:10.1016/S0043-1354(02)00010-6

Liu, C.-f., Yuan, X.-z., Zeng, G.-m., Li, W.-w., & Li, J. (2008). Prediction of methane yield at optimum pH for anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste. Bioresource Technology, 99(4), 882-888. doi:10.1016/j.biortech.2007.01.013

Rice, E. W., Baird, R. B., & Eaton, A. D. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd Edition. USA: American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environmental Federation.

Lansing, S., Botero, R. B., & Martin, J. F. (2008). Waste treatment and biogas quality in small-scale agricultural digesters. Bioresource Technology, 99(13), 5881-5890. doi:10.1016/j.biortech.2007.09.090

Morgan Jr, H. M., Xie, W., Liang, J., Mao, H., Lei, H., Ruan, R., & Bu, Q. (2018). A techno-economic evaluation of anaerobic biogas producing systems in developing countries. Bioresource Technology, 250, 910-921. doi:10.1016/j.biortech.2017.12.013

Khan, M. A., Ngo, H. H., Guo, W. S., Liu, Y., Nghiem, L. D., Hai, F. I., . . . Wu, Y. (2016). Optimization of process parameters for production of volatile fatty acid, biohydrogen and methane from anaerobic digestion. Bioresource Technology, 219(Supplement C), 738-748. doi:10.1016/j.biortech.2016.08.073

Garfí, M., Martí-Herrero, J., Garwood, A., & Ferrer, I. (2016). Household anaerobic digesters for biogas production in Latin America: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 60, 599-614. doi:10.1016/j.rser.2016.01.071X., & Preston, T. (1999). Gas production from pig manure fed at different loading rates to polyethylene tubular biodigesters. Livestock Research for Rural Development, 11(1).

Martínez Hernández, C. M., & García López, Y. (2016). Use of basic and specific pre-treatments for the biogas production. Revision and analysis. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 25(3), 81-92.

Neshat, S. A., Mohammadi, M., Najafpour, G. D., & Lahijani, P. (2017). Anaerobic co-digestion of animal manures and lignocellulosic residues as a potent approach for sustainable biogas production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 308-322. doi:10.1016/j.rser.2017.05.137

Arteaga-Pérez, L. E., Segura, C., & Santana, K. D. (2016). Procesos de torrefacción para valorización de residuos lignocelulósicos. Análisis de posibles tecnologías de aplicación en Sudamérica. Afinidad, 73(573), 60-68.

Yilmazel, Y. D., & Demirer, G. N. (2013). Nitrogen and phosphorus recovery from anaerobic co-digestion residues of poultry manure and maize silage via struvite precipitation. Waste Management & Research, 31(8), 792-804. doi:10.1177/0734242X13492005

Diéguez-Santana, K., Casas-Ledón, Y., Loureiro Salabarria, J. A., Pérez-Martínez, A., & Arteaga-Pérez, L. E. (2020). A life cycle assessment of bread production: A Cuban case study. Journal of Environmental Accounting and Management, 8(2), 125-137. doi:https://doi.org/10.5890/JEAM.2020.06.002

Taddeo, R., & Lepistö, R. (2015). Struvite precipitation in raw and co-digested swine slurries for nutrients recovery in batch reactors. Water Science and Technology, 71(6), 892-897. doi:10.2166/wst.2015.045 %J Water Science and Technology

Soto-Cabrera, A. I., Panimboza-Ojeda, A. P., Ilibay-Granda, C. G., Valverde-Lara, C. R., & Diéguez-Santana, K. (2020). Impacto ambiental de la operación del Centro de faenamiento de la ciudad de Puyo, Pastaza, Ecuador. Prospectiva, 18(1). doi:https://doi.org/10.15665/rp.v18i1.

MAG. (2018). Manual técnico para el registro y control de fertilizantes, enmiendas de suelo y productos afines de uso agrícolas Retrieved from Quito, Ecuador: http://www.agrocalidad.gob.ec/wp-content/uploads/Manual-T%C3%A9cnico-para-registro-y-control-fertilizantes-enmiendas-de-suelo-y-productos-afines-de-uso-agr%C3%ADcola-14-12-2018-publicar-web.pdf

Reglamento (UE) 2019/1009 del Parlamento Europeo, 25.6.2019 C.F.R. (2019).

Martí-Herrero, J., Alvarez, R., Cespedes, R., Rojas, M. R., Conde, V., Aliaga, L., . . . Danov, S. (2015). Cow, sheep and llama manure at psychrophilic anaerobic co-digestion with low cost tubular digesters in cold climate and high altitude. Bioresource Technology, 181, 238-246. doi:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.063

Wijesinghe, D. T. N. (2017). Enhancement of methane generation by reducing nitrogen concentration during anaerobic digestion of swine manure. (Doctor of Philosophy), The University of Melbourne, Melbourne, Australia. Retrieved from http://hdl.handle.net/11343/197463Ferrer, I., Garfí, M., Uggetti, E., Ferrer-Martí, L., Calderon, A., & Velo, E. (2011). Biogas production in low-cost household digesters at the Peruvian Andes. Biomass and Bioenergy, 35(5), 1668-1674. doi:10.1016/j.biombioe.2010.12.036

Garfí, M., Ferrer-Martí, L., Perez, I., Flotats, X., & Ferrer, I. (2011). Codigestion of cow and guinea pig manure in low-cost tubular digesters at high altitude. Ecological Engineering, 37(12), 2066-2070. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2011.08.018

Hadlocon, L., Zhao, L., Bohrer, G., Kenny, W., Garrity, S., Wang, J., . . . Upadhyay, J. (2015). Modeling of particulate matter dispersion from a poultry facility using AERMOD. Journal of the Air & Waste Management Association, 65(2), 206-217. doi:10.1080/10962247.2014.986306

MAE. (2015). Acuerdo Ministerial 097-A. Reforma Texto Unificado Legislación Secundaria, Medio Ambiente, Libro VI. Quito, Ecuador Retrieved from http://www.ambiente.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2018/05/Acuerdo-097.pdf

Pu, Q., Zhao, L.-X., Li, Y.-T., & Su, J.-Q. (2020). Manure fertilization increase antibiotic resistance in soils from typical greenhouse vegetable production bases, China. Journal of Hazardous Materials, 391, 122267. doi:10.1016/j.jhazmat.2020.122267

Torrella, S. B. (2008). Para una correcta selección y explotación de digestores anaerobios. Revista de producción animal, 20(2), 102-110.

Van Doren, L. G., Posmanik, R., Bicalho, F. A., Tester, J. W., & Sills, D. L. (2017). Prospects for energy recovery during hydrothermal and biological processing of waste biomass. Bioresource Technology, 225, 67-74. doi:10.1016/j.biortech.2016.11.030