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Guias e Dicas
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Eficiência da Biodigestão Anaeróbia de Esterco Bovino: Comparação Biodigestores Índia e Ch, Trabalhos de Química

Um estudo sobre a eficiência da biodigestão anaeróbia de esterco bovino em biodigestores modelo indiano e chinês, operados sob três tempos de retenção hidráulica diferentes. O objetivo era avaliar o impacto do processo de digestão anaeróbia sobre o número de microrganismos indicadores de poluição fecal, a presença de ovos e larvas de helmintos parasitas de ruminantes, além de analisar os teores de sólidos totais e voláteis e a produção e qualidade do biogás produzido.

Tipologia: Trabalhos

2010

Compartilhado em 24/07/2010

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rafael-buarque-9 🇧🇷

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1897
Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de retenção hidráulica
Ciência Rural, v.34, n.6, nov-dez, 2004.
Ciência Rural, Santa Maria, v.34, n.6, p.1897-1902, nov-dez, 2004
ISSN 0103-8478
Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de
retenção hidráulica
Cecília Maria Costa do Amaral1 Luiz Augusto do Amaral2 Jorge de Lucas Júnior3
Adjair Antônio do Nascimento4 Daniel de Souza Ferreira5
Márcia Rita Fernandes Machado6
Anaerobic biodigestion of the dairy catle manure with several hydraulic retention time
1Doutorando do Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadu-
al Paulista (UNESP), Campus de Jaboticabal. Endereço: Rua 24 de maio, 859 apto. 1001, Centro, 14870-350, Jaboticabal, SP. E- mail:
cmcamaral@netsite.com.br
2Professor Adjunto, Departamento de Medicina Veterinária Preventiva, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus
de Jaboticabal.
3Professor Titular, Departamento de Engenharia Rural, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus de Jaboticabal.
4Professor Assistente, Doutor, Departamento de Medicina Veterinária Preventiva, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinarian, UNESP,
Campus de Jaboticabal.
5Aluno do curso de graduação em Zootecnia, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus de Jaboticabal.
6Professor Adjunto, Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus
de Jaboticabal.E-mail:mrfmachd@fcav.unesp.br.
RESUMO
Utilizando-se biodigestores contínuos, abastecidos com
dejetos de bovinos leiteiros e operados sob três tempos de
retenção hidráulica, avaliou-se o efeito do processo de digestão
anaeróbia sobre o número de microrganismos indicadores de
poluição fecal, sobre a ocorrência de ovos e larvas de helmintos
parasitas de ruminantes, analisando-se também os teores de
sólidos totais e voláteis do afluente e dos efluentes, bem como a
produção e a qualidade do biogás produzido. Verificou-se que
vinte dias de retenção hidráulica foram suficientes para reduzir
significativamente o número de microorganismos indicadores de
poluição fecal e a quantidade de ovos de helmintos parasitas de
ruminantes. Os resultados obtidos nas análises de sólidos totais
e voláteis, bem como a produção de biogás (m3/dia), permitem
concluir que o biodigestor modelo Chinês operado com 20 dias
de tempo de retenção hidráulica, apresentou mais eficiência. Vale
ressaltar que vinte dias de retenção foram insuficientes para
impedir a sobrevivência de larvas de helmintos parasitas de
ruminantes.
Palavras-chave: biodigestor, coliformes, dejetos, helmintos,
sólidos totais.
ABSTRACT
Continuous biodigestors filled with dairy cattle manure
and operated at different hydraulic retention times, were used to
determine the number of coliforms and the presence of helmints
eggs and parasite larvae of ruminants and to analyze the total
and volatile solid contents and the production and quality of the
biogas produced. Twenty days of the retention time were sufficient
to reduce the number of coliforms and eggs of ruminant parasites.
Analysis of total and volatile solids and biogas production showed
that the Chinese biodigester was more efficient at a hydraulic
retention time of twenty days. It should be pointed out, however,
that twenty days of hydraulic retention time were not sufficient to
prevent the survival of larvae of ruminant parasites.
Key words: biodigestor, coliforms, helmints, manure, solid
contents.
INTRODUÇÃO
Em sistemas de confinamento de bovinos
leiteiros, um volume considerável de dejetos animais
são gerados diariamente. O manejo inadequado desses
dejetos, os quais são ricos em matéria-orgânica e
agentes patogênicos, pode ser responsável pela
poluição de águas superficiais e subterrâneas, devido
ao carreamento desse material pela ação das chuvas
(DORAN & LINN, 1979).
Esses dejetos são compostos orgânicos de
alto teor energético, com macro e micronutrientes que
oferecem água, abrigo e temperatura, sendo preferido
por inúmeros micro e macrovetores de grande
importância sanitária, como nicho ecológico. Segundo
PEREIRA NETO (1992), esses vetores estão
associados à transmissão de inúmeras zoonoses, além
de doenças respiratórias, epidêmicas e intestinais. Fezes
bovinas tem sido identificadas como o principal
Recebido para publicação 03.12.03 Aprovado em 12.05.04
pf3
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Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de retenção hidráulica 1897

Ciência Rural, v.34, n.6, nov-dez, 2004.

Ciência Rural, Santa Maria, v.34, n.6, p.1897-1902, nov-dez, 2004

ISSN 0103-

Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de

retenção hidráulica

Cecília Maria Costa do Amaral^1 Luiz Augusto do Amaral 2 Jorge de Lucas Júnior 3

Adjair Antônio do Nascimento 4 Daniel de Souza Ferreira 5

Márcia Rita Fernandes Machado^6

Anaerobic biodigestion of the dairy catle manure with several hydraulic retention time

(^1) Doutorando do Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadu- al Paulista (UNESP), Campus de Jaboticabal. Endereço: Rua 24 de maio, 859 apto. 1001, Centro, 14870-350, Jaboticabal, SP. E- mail: cmcamaral@netsite.com.br (^2) Professor Adjunto, Departamento de Medicina Veterinária Preventiva, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus de Jaboticabal. (^3) Professor Titular, Departamento de Engenharia Rural, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus de Jaboticabal. (^4) Professor Assistente, Doutor, Departamento de Medicina Veterinária Preventiva, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinarian, UNESP, Campus de Jaboticabal. (^5) Aluno do curso de graduação em Zootecnia, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus de Jaboticabal. (^6) Professor Adjunto, Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Campus de Jaboticabal.E-mail:mrfmachd@fcav.unesp.br.

RESUMO

Utilizando-se biodigestores contínuos, abastecidos com dejetos de bovinos leiteiros e operados sob três tempos de retenção hidráulica, avaliou-se o efeito do processo de digestão anaeróbia sobre o número de microrganismos indicadores de poluição fecal, sobre a ocorrência de ovos e larvas de helmintos parasitas de ruminantes, analisando-se também os teores de sólidos totais e voláteis do afluente e dos efluentes, bem como a produção e a qualidade do biogás produzido. Verificou-se que vinte dias de retenção hidráulica foram suficientes para reduzir significativamente o número de microorganismos indicadores de poluição fecal e a quantidade de ovos de helmintos parasitas de ruminantes. Os resultados obtidos nas análises de sólidos totais e voláteis, bem como a produção de biogás (m 3 /dia), permitem concluir que o biodigestor modelo Chinês operado com 20 dias de tempo de retenção hidráulica, apresentou mais eficiência. Vale ressaltar que vinte dias de retenção foram insuficientes para impedir a sobrevivência de larvas de helmintos parasitas de ruminantes.

Palavras-chave: biodigestor, coliformes, dejetos, helmintos, sólidos totais.

ABSTRACT

Continuous biodigestors filled with dairy cattle manure and operated at different hydraulic retention times, were used to determine the number of coliforms and the presence of helmints eggs and parasite larvae of ruminants and to analyze the total and volatile solid contents and the production and quality of the biogas produced. Twenty days of the retention time were sufficient to reduce the number of coliforms and eggs of ruminant parasites.

Analysis of total and volatile solids and biogas production showed that the Chinese biodigester was more efficient at a hydraulic retention time of twenty days. It should be pointed out, however, that twenty days of hydraulic retention time were not sufficient to prevent the survival of larvae of ruminant parasites.

Key words : biodigestor, coliforms, helmints, manure, solid contents.

INTRODUÇÃO

Em sistemas de confinamento de bovinos

leiteiros, um volume considerável de dejetos animais

são gerados diariamente. O manejo inadequado desses

dejetos, os quais são ricos em matéria-orgânica e

agentes patogênicos, pode ser responsável pela

poluição de águas superficiais e subterrâneas, devido

ao carreamento desse material pela ação das chuvas

(DORAN & LINN, 1979).

Esses dejetos são compostos orgânicos de

alto teor energético, com macro e micronutrientes que

oferecem água, abrigo e temperatura, sendo preferido

por inúmeros micro e macrovetores de grande

importância sanitária, como nicho ecológico. Segundo

PEREIRA NETO (1992), esses vetores estão

associados à transmissão de inúmeras zoonoses, além

de doenças respiratórias, epidêmicas e intestinais. Fezes

bovinas tem sido identificadas como o principal

Recebido para publicação 03.12.03 Aprovado em 12.05.

1898 Amaral et al.

reservatório de Escherichia coli , sendo um potente

veículo de transmissão para o ambiente, para o gado e

para os alimentos (WANG et al., 1996).

A presença de E.coli pode ser usada como

indicador para monitorar a redução de patógenos

presentes no esterco animal, tratado em biodigestores.

LARSEN et al. (1994) observaram que, em dejetos

submetidos a pré-tratamento, tanto a digestão

termofílica como a mesofílica, resultaram em redução

de bactérias patogênicas e parasitas intestinais,

encontradas usualmente no esterco animal.

Os dejetos de bovinos também são

freqüentemente utilizados como fonte de adubação de

forragens, entretanto, a simples aspersão desse material

nas pastagens ou capineiras, possibilita a continuidade

do ciclo biológico dos nematódeos gastrintestinais,

aumentando o potencial de contaminação e colocando

em risco a saúde dos animais (DOWNEY & MOORE,

1977). Assim, a adoção de práticas de manejo que

visem minimizar a transferência de contaminantes às

pastagens, são de fundamental importância dentro de

um sistema de produção, ainda que seja necessário

observar as técnicas e os tempos de retenção

recomendados (FURLONG, 1996).

Portanto, a biodigestão anaeróbia

representa uma alternativa para o tratamento de

resíduos, pois além de permitir a redução do potencial

poluidor e dos riscos sanitários dos dejetos ao mínimo,

promove a geração do biogás, utilizado como fonte

de energia alternativa e permite a reciclagem do

efluente, podendo ser utilizado como biofertilizante.

Assim, o objetivo do estudo foi avaliar o

efeito do processo de digestão anaeróbia efetuado em

biodigestores (modelo Indiano e modelo Chinês),

abastecidos com dejetos de bovinos leiteiros e

operados sob três tempos de retenção hidráulica

(TRH), sobre o número de microrganismos

indicadores de poluição fecal, verificando-se a

ocorrência de ovos e larvas de helmintos parasitas de

ruminantes e, analisando-se também os teores de

sólidos totais e voláteis, bem como a produção e a

qualidade do biogás produzido.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido no

Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de

Ciências Agrárias e Veterinárias-UNESP, Campus de

Jaboticabal. Foram utilizados dois biodigestores, um

modelo Indiano e outro modelo Chinês, que foram

concebidos para operar de maneira contínua, um

volume útil de substrato em fermentação igual a 5.

litros (LUCAS JÚNIOR, 1987).

Os dejetos utilizados no carregamento

inicial dos biodigestores, assim como para nos

abastecimentos diários, foram coletados diariamente

dos piquetes cimentados das instalações de Bovinos

Leiteiros da FCAV/UNESP, isentos de contato com a

água de lavagem. A partir dessa colheita, foram

preparados os substratos, utilizando-se água para a

diluição e adotando-se teores de sólidos totais em

torno de 8%. Após calculadas as quantidades de água

e dejetos necessários para o abastecimento dos

biodigestores em cada TRH, a mistura foi

homogeneizada em um tambor plástico e colocada

dentro dos biodigestores.

Os biodigestores foram operados sob três

tempos de retenção hidráulica: quarenta, trinta e vinte

dias e durante os períodos de coleta de dados,

diariamente foram retiradas amostras do afluente e

dos efluentes de ambos biodigestores (em cada TRH),

para a determinação dos teores de sólidos totais e

voláteis (APHA, 1995) e para determinação da

produção de gás.

Foram colhidas três amostras do afluente

e do efluente em cada TRH para realização das

análises microbiológicas e parasitológicas. O número

mais provável de coliformes totais e fecais foi

determinado segundo metodologia descrita em

BRASIL (1993).

A técnica de Willis baseada no princípio

da flutuação foi empregada para determinação de ovos

de helmintos e a metodologia de Roberts O’

SULLIVAN (1950) para cultivo de larvas de

nematódeos gastrintestinais. Utilizou-se a Técnica de

Baermann modificada e a chave de Keith (1953), para

coleta e identificação de larvas, respectivamente

(UENO,1998).

O volume de biogás produzido diariamente

nos biodigestores foi determinado medindo-se o

deslocamento vertical dos gasômetros e multiplicando-

se pelas áreas das seções transversais internas, 2,14m^2

e 3,50m^2 , respectivamente. A correção do volume de

biogás para as condições de 1atm. e 20°C, foi efetuada

segundo CAETANO (1985).

Para determinação da temperatura do

biogás, utilizou-se termômetro de bulbo de mercúrio,

introduzindo o mesmo nos gasômetros pelo orifício

da válvula de saída do biogás. As análises da

qualidade do biogás foram realizadas mediante

determinação dos teores de metano (CH 4 ) e dióxido

de carbono (CO 2 ) e foram efetuadas em cromatógrafo

a gás FINNIGAN, modelo GC-9001, utilizando-se

metodologia descrita por CETESB (sd).

O delineamento experimental utilizado foi

inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 3

1900 Amaral et al.

aceleraram o processo de inativação de nematóides

em relação ao tempo de sobrevivência desses parasitos

no armazenamento convencional (OLSON &

NANSEN, 1987).

Na tabela 3, são apresentados os teores de

sólidos totais e voláteis e a produção de biogás, no

afluente e nos efluentes dos biodigestores Indiano e

Chinês, nos tempo de retenção hidráulica de quarenta,

trinta e vinte dias. Verificou-se que os teores de sólidos

voláteis, representaram 83,36 %, 81,41 % e 79,10 %

dos teores de sólidos totais, nos afluentes dos

biodigestores, nos tempos de retenção de quarenta, trinta

e vinte dias, respectivamente. Esses dados estiveram

próximos aos de BALSARI (1988) e aos dados obtidos

na literatura, os quais demonstraram que, em resíduos

provenientes de bovinocultura, os teores de sólidos

voláteis representavam aproximadamente 80 % dos

teores de sólidos totais.

O potencial de produção de biogás por kg

de estrume obtido no experimento foi em média

0,025m 3 , portanto dados inferiores aos valores

encontrados por LUCAS JR. (1987), que foram de

0,041m^3 de biogás por kg de estrume, adotando-se 50

dias de retenção. TAKIZAWA et al. (1994)

encontraram valores de produção de biogás, em m^3

por kg de sólidos voláteis adicionados, próximos aos

obtido neste estudo.

O melhor fator utilizado para refletir o

potencial de determinada biomassa é aquele que

expressa a produção de biogás por kg de sólidos totais

adicionados, pois elimina a interferência do teor de

água presente na biomassa. No presente estudo, foram

Tabela 2 - Detecção de ovos (Strongyloidea) e larvas infectantes de helmintos parasitas de ruminantes no afluente e nos efluentes dos biodigestores modelo Indiano e Chinês, nos tempos de retenção de quarenta, trinta e vinte dias.

Tempos de retenção (dias) 40 30 20

Ovos de helmintos Afluente positivo positivo positivo Efluente- Biodigestor Indiano negativo negativo negativo Efluente -Biodigestor Chinês negativo negativo negativo 40 30 20 Tempos de retenção (dias) Larvas de helmintos Afluente L3 (^) Haemonchus L3 (^) Haemonchus L3 (^) Haemonchus L3 Cooperia L3 Cooperia Efluente- Biodigestor Indiano L3 Haemonchus L3 Haemonchus L3 Haemonchus L3 Oesophagostomum L3 Cooperia Efluente- Biodigestor Chinês L3 Haemonchus L3 Haemonchus L3 Haemonchus L3 Cooperia L3 Cooperia

Tabela 3 - Teores de sólidos totais e voláteis e produção de biogás por kg estrume, por kg sólidos totais (ST) adicionados e por kg de sólidos voláteis (SV) adicionados e reduzidos, no afluente e nos efluentes dos biodigestores modelo Indiano e Chinês, nos tempos de retenção hidráulica de quarenta, trinta e vinte dias.

Biodigestores Indiano Chinês

Tempo de retenção hidráulica (dias) 40 30 20 40 30 20 % Sólidos totais contidos no afluente 11,54 8,34 7,56 11,54 8,34 7, Sólidos totais contidos no efluente 7,51 6,29 5,74 7,47 5,72 4, Sólidos voláteis contidos no afluente 9,62 6,79 5,98 9,62 6,79 5, Sólidos voláteis contidos no efluente 5,85 4,97 4,40 5,71 4,50 3, Produção média de biogás (m^3 /kg estrume) 0,0255 0,0244 0,0231 0,0233 0,0258 0, Produção média de biogás por kg de sólidos totais adicionados (m^3 /kg ST adicionados)

Produção média de biogás por kg de sólidos voláteis adicionados (m^3 /kg SV adicionados)

Produção média de biogás por kg de sólidos voláteis reduzidos (m^3 /kg SV reduzidos)

Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de retenção hidráulica 1901

obtidos valores entre 0,10 e 0,12m^3 por kg de sólidos

totais adicionados. Já a produção de biogás por kg de

sólidos voláteis adicionados esteve entre 0,12 e

0,15m^3.

Na tabela 4, são apresentadas as

porcentagens de redução dos teores de sólidos totais

e voláteis, o potencial de produção de biogás (m 3 por

dia) e os teores de metano e dióxido de carbono, nos

efluentes dos biodigestores modelo Indiano e Chinês,

nos tempos de retenção hidráulica de quarenta, trinta

e vinte dias. Estatisticamente, observou-se que houve

interação significativa entre modelo de biodigestor e

tempo de retenção, quanto as porcentagens de redução

dos teores de sólidos totais e voláteis, potencial de

produção de biogás (m^3 por dia) e para os teores de

metano e dióxido de carbono.

Observou-se que o desempenho do

biodigestor modelo Chinês foi melhor (P<0,05) que

o Indiano na redução dos teores de sólidos totais e

voláteis, nos tempos de retenção de trinta e vinte dias.

Comparando-se esses dois tempos de retenção,

verificou-se que o biodigestor modelo Chinês com

tempo de retenção de vinte dias, foi mais eficiente

(P<0,05) no processo de redução de sólidos em relação

a redução ocorrida com trinta dias.

A produção de biogás em m 3 /dia no

biodigestor modelo Chinês aumentou conforme o

tempo de retenção diminuiu e o potencial de produção

de biogás nesse biodigestor foi superior (P<0,05) em

relação à produção no modelo Indiano, com vinte dias

de tempo de retenção. Os teores de CH 4 obtidos no

experimento, estiveram próximos aos encontrados por

LUCAS JÚNIOR (1987) em biogás produzido a partir

do estrume de bovinos, com 50 dias de TRH, próximos

a 58,00 %. Verificou-se no biodigestor modelo Chinês,

que o teor de CO 2 foi 11,2 % maior (P<0,05) com TRH

de 20 dias do que em relação ao obtido com 40 dias.

CONCLUSÕES

Verificou-se que vinte dias de retenção

hidráulica foram suficientes para reduzir

significativamente o número de microorganismos

indicadores de poluição fecal e a quantidade de ovos

de helmintos parasitas de ruminantes. Os resultados

obtidos nas análises de sólidos totais e voláteis, bem

como a produção de biogás (m 3 /dia), permitem

concluir que o biodigestor modelo Chinês, operado

com tempo de retenção hidráulica de vinte dias,

foi o mais eficiente. Vale ressaltar que vinte dias

Tabela 4 - Redução dos teores de sólidos totais e voláteis (%), produção média de biogás (m^3 /dia) e teores de metano (CH 4 ) e dióxido de carbono (CO 2 ), obtidos em biodigestores modelo Indiano e modelo Chinês, nos tempos de retenção hidráulica de quarenta, trinta e vinte dias.

Tempos de retenção (dias) Sólidos totais (%) Biodigestor Indiano 34,89 aA 24,47 bB 24,21 bB Biodigestor Chinês 35,12 abA 31,41 bA 36,61 aA Coeficiente de variação 23, Sólidos voláteis (%) Biodigestor Indiano 39,13aA 26,49bB 26,08bB Biodigestor Chinês 40,36aA 33,17bA 38,58aA Coeficiente de variação 23, Produção média de biogás (m 3 /dia) Biodigestor Indiano 1,81 bA 1,83 bA 2,15 aB Biodigestor Chinês 1,66 cA 1,93 bA 2,60 aA Coeficiente de variação 17, Teor de CH 4 (%) Biodigestor Indiano 53,66 aB 53,79 aA 53,95 aA Biodigestor Chinês 60,04 aA 53,97 bA 53,52 bA Coeficiente de variação 13, Teor de CO 2 (%) Biodigestor Indiano 46,08aA 44,96aA 45,72aA Biodigestor Chinês 39,74bB 44,88aA 44,19aA Coeficiente de variação 14,

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