II Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos Agropecuários e
Agroindustriais – II SIGERA
PRODUÇÃO DE BIOGÁS UTILIZANDO DEJETOS DE BOVINOS LEITEIROS COM
DIFERENTES TEMPOS DE ARMAZENAMENTO COM EXPOSIÇÃO AO AR
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Machado, C. R.* ; Lucas Júnior, J. de ; Xavier, C. A. N. ; Aires, A. M.
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Mestranda em Agronomia/Energia na Agricultura, UNESP/Botucatu-SP/Brasil, Email:[email protected];
2
Orientador e Professor do Departamento de Engenharia Rural, UNESP/Jaboticabal;
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Doutora em Zootecnia, UNESP/Jaboticabal;
4
Doutorando em Zootecnia, UNESP/Jaboticabal.
RESUMO- Objetivou-se avaliar a produção de biogás de dejetos de vacas leiteiras sob duas
formas de armazenamento e diferentes tempos de exposição ao ar, submetidos ao tratamento
anaeróbio. No primeiro experimento coletou e armazenou-se 327 kg de dejetos produzidos em
24 horas (Leira 1), e a cada três dias, durante 15 dias, fazia-se o abastecimento dos
biodigestores, que foram realizados nos tempos exposição zero, três, seis, nove, 12 e 15 dias.
No segundo experimento, diariamente coletava-se 10 kg de dejetos, durantes 15 dias (Leira 2),
e no 150 dia foi feito o abastecimento. Os picos de produção de biogás foram antecipados
quando os substratos foram obtidos de leiras mais antigas. As leiras mais novas atingiram picos
de produção de biogás a partir de um mês após o abastecimento. Em relação aos teores de
metano, houve diferença significativa entre os dias de leitura (P<0,05), em que nas quatro
primeiras leituras os teores de metano foram menores do que os teores apresentados na quinta
e na sexta leitura. Houve diferença significativa (P<0,05) entre os tratamentos para os
potenciais dos ST adicionados, do estrume e dos substratos, sendo as melhores médias as dos
tratamentos cujos dejetos eram oriundos da Leira 1 após 9 e 12 dias de exposição.
Palavras-chaves: Biodigestão anaeróbia, dejetos de bovinos, biodigestores.
BIOGAS PRODUCTION OF DAIRY CATTLE MANURE WITH DIFFERENT TIMES OF
STORAGE WITH AIR PRESENCE
ABSTRACT- The objective was to evaluate the production of biogas from manure of dairy cows
under two different times of storage and exposure to air, subjected to anaerobic treatment. In the
first experiment was collected and stored 327 kg of manure produced in 24 hours (Pile 1), and
every three days for 15 days, was to supply the digesters, which were performed at exposure
times zero, three, six, nine, 12 and 15 days. In the second experiment, collected daily to 10 kg of
manure for 15 days (Pile 2), and was done in 150 days supply. The peaks of biogas production
were anticipated when the substrates were obtained from piles of old. The newer piles reached
peaks of biogas production from one month after delivery. In relation to content of methane, a
significant difference between the days of reading (P<0.05), in which the first four readings of
methane levels were lower than the levels presented in the fifth and sixth reading. Statistically
significant (P <0.05) among treatments for the potential of TS added, manure and the substrate,
and the best means of treatment which the waste came from one of Pile after 9 and 12 days of
exposure.
Keyword: Anaerobic digestion, cows manure, biodigesters.
INTRODUÇÃO
As atividades relacionadas á produção de leite vem passando por grandes
transformações visando aumentar a produtividade que, além da adoção de técnicas que
melhoram as condições de nutrição e melhoramento genético dos animais, os produtores vêm
adotando sistemas intensivos de produção, caracterizados pelo confinamento de um grande
número de animais em áreas cada vez menores, resultando em consideráveis aumentos no
volume de dejeto. O destino final dos dejetos, na maior parte dos casos, é a aplicação direta no
campo, não seguindo qualquer critério técnico para esta operação, que além de contaminar
águas superficiais, proporciona a infiltração de águas residuárias no lençol freático, o
desenvolvimento de moscas e gases malcheirosos, que provocam um desconforto, tanto animal
quanto humano, além de contribuírem para o efeito estufa.
Os dejetos como fator de impacto ambiental num sistema de produção de ruminantes
devem ser manejados com responsabilidade. ADHIKARI et al. (2005) estimaram produções
anuais de dejetos por vaca de peso corporal médio de 636 kg, na matéria natural (MN), em
função do teor de umidade neles contidos (frescos e estocados) e encontraram médias de 4 a
21,4 t por animal, com teores de umidade variando de 30 a 87%.
Em confinamentos de vacas leiteiras, o manejo dos dejetos geralmente se dá na forma
líquida, como observado no levantamento realizado por SMITH et al. (2001). Na forma líquida,
os dejetos apresentam menos de 5% de sólidos totais (ST) (FULHAGE, 1997).
No Brasil, onde a maior parte das granjas leiteiras é de pequena e média escala, o que
parece predominar é o manejo dos dejetos na forma sólida, por raspagem do piso das
instalações. Na forma sólida, os dejetos apresentam de 15 a 20% de ST (FULHAGE, 1997). De
acordo com esse autor, o sistema de manejo de dejetos sólido exige maior mão-de-obra por
unidade de dejeto manejado em relação aos manejos de dejetos semi-sólido e líquido que
podem ser manejados por sistemas hidráulicos, com menor exigência de mão-de-obra.
Entre as possibilidades viáveis para o tratamento de dejetos, a biodigestão anaeróbia
representa uma alternativa, pois permite redução do potencial poluidor, geração de energia e
reciclagem do efluente para fertilização de culturas comerciais. Além de ser considerada como
um importante método de proteção ambiental e preservação de recursos naturais, podendo os
dejetos retornarem ao sistema como fonte de nutrientes e energia (XAVIER, 2009).
Objetivou-se avaliar a produção de biogás de dejetos de vacas leiteiras sob duas formas
de armazenamento e diferentes tempos de exposição ao ar, submetidos ao tratamento
anaeróbio.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os ensaios de biodigestão anaeróbia foram realizados na Universidade Estadual
Paulista (UNESP) – Campus de Jaboticabal, SP Brasil. Os dejetos utilizados eram de vacas
holandesas em lactação, mantidas em sistema semi-intensivo de produção, alimentadas no
cocho com concentrado e silagem de milho, e após a última ordenha eram soltas para o pasto.
Para composição da Leira 1 foram utilizados 327 kg de dejetos que foram amontoados
e a cada três dias, durante um período de 15 dias, uma parte era retirada para o abastecimento
de biodigestores. Para composição da Leira 2 espalhou-se 10 kg de dejetos sobre o piso e
diariamente foram acrescentados 10 kg de dejetos, procedimento realizado durante 15 dias.
Foram utilizados 21 biodigestores de bancada do tipo Batelada, caracterizados por serem
abastecidos de uma só vez e após determinado tempo de retenção hidráulica, todo o material
fermentado é retirado. Cada biodigestor tinha capacidade de 12 litros de substrato e era
mantido em condições de temperatura ambiente e abrigados da radiação solar direta e de
chuvas. Os dejetos foram diluídos de forma que os substratos contivessem cerca de 4,5% de
ST e cada biodigestor recebeu 11 kg de substrato. Em todos os abastecimentos eram feitas
análises de quantificação de Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV) e medição de pH; tanto
das amostras de dejetos quanto dos substratos.
Foram analisados outros parâmetros como pH, Sólidos Totais (ST) e Sólidos Voláteis
(SV), segundo metodologia descrita por APHA (1998).
As produções de biogás foram calculadas em volume com base no deslocamento
vertical obtido na leitura das réguas graduadas dispostas verticalmente nos gasômetros. O
número obtido na leitura foi multiplicado pela área da seção transversal interna dos gasômetros
para determinar o volume de gás produzido. Os potenciais de produção de biogás foram
calculados utilizando-se a produção total de biogás de cada biodigestor e as quantidades de
dejetos, de substrato e de sólidos totais e voláteis adicionados nos biodigestores.
Para as variáveis potencial de produção de biogás e produção total de biogás utilizou-se o
delineamento inteiramente casualizado (DIC), com três repetições, os dados foram analisados
pelo procedimento GLM do pacote estatístico SAS, e para todas as variáveis a comparação de
médias foi realizada por meio do teste de Tukey (P<0,05).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
De acordo com a tabela 1, não foi observada diferença significativa de teor médio de
metano entre os tratamentos, somente entre os dias de leitura (P<0,05), em que nas quatro
primeiras leituras os teores de metano foram menores do que os teores apresentados na quinta
e na sexta leitura. Esse fato está relacionado com a maior formação de CO 2 no início do
processo de biodigestão anaeróbia por ocasião da hidrólise dos componentes do substrato
mais prontamente disponível para os microrganismos, aparecendo em maiores proporções nas
primeiras análises.
Foram analisados os potenciais de produção de biogás em m3 de biogás por kg de ST
adicionados, por kg SV adicionados, por kg de estrume e por kg de substrato. Houve diferença
significativa (P<0,05) entre os tratamentos para os potenciais dos ST adicionados, do estrume e
dos substratos, sendo as melhores médias as dos tratamentos cujos dejetos eram oriundos da
leira 1 após 9 e 12 dias de enleiramento, conforme apresentado na tabela 2.
XAVIER (2005) também obteve valores de potenciais de produção de biogás muito
superiores aos encontrados nesse trabalho, que foram 0,0343 m3/kg substrato, 0,7855m3/kg ST
adicionados e 0,0823m3/kg estrume no período de primavera/verão; e de 0,0219m3/kg
substrato, 0,4399m3/kg ST adicionados e 0,0525m3/kg estrume no período de outono/inverno,
nos tratamentos sem adição de inoculo, porém com TRH de 150 dias. Segundo VEDRENNE et
al. (2008) as variações para os potenciais dos SV adicionados podem ocorrer devido às
diferenças nas composições dos dejetos, nas frações de SV, proteínas, lipídios, carboidratos e
lignina, com cada fração apresentando um determinado potencial para a produção de biogás.
Os mesmos referem que ao menos 90 dias de TRH são necessários para alcançar 90% dos
verdadeiros potenciais dos SV adicionados, o que não foi possível nesse experimento. Os
valores de potencial de produção de biogás por kg de estrume obtidos na Leira 1, com nove, 12
e 15 dias de enleiramento, são semelhantes aos encontrados por HOPFGARTNER (1983) com
estrumes de bovino, que foi de 0,04m3.
CONCLUSÕES
Os substratos para biodigestão anaeróbia de dejetos enleirados com mais de nove dias
de obtenção promoveram antecipação dos picos, maiores produções de biogás e maiores
potenciais de produção por kg de estrume, indicando que uma fermentação prévia dos dejetos
é conveniente quando se deseja uma rápida produção de biogás.
LITERATURA CITADA
1. ADHIKARI, M. PAUDEL, K. P.; MARTIN JR., N. R.; GAUTHIER, W. M. Economics of dairy
waste use as fertilizer in central Texas. Waste Management, Oxford, v. 25, p. 1067-1074, 2005.
2. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of
water and wastewater. 19th ed. Washington, 1998. 3. FULHAGE, C. D. Manure management
considerations for expanding dairy herds. Journal Dairy Science, Champaign, v. 80, n. 8, p.
1872-1879, 1997. 4. HOPFTGARTNER, E.G. Algumas observações quanto ao potencial de
produção de biogás e a variação de qualidade de 6 tipos de substratos utilizados em
biodigestores rurais. 1983. 63f. Monografia (Trabalho de Graduação em Agronomia) Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal,
1983. 5. SMITH, K. A.; BREWER, A. J.; CRABB, J.; DAWVEN, A. A survey of the production
and use of animal manures in England and Wales. III. Cattle manures. Soil Use and
Management, Oxford, v. 17, p. 77-87, 2001 6. VEDRENNE, F. et al. The effect of incubation
conditions on the laboratory measurement of the methane producing capacity of livestock
wastes. Bioresource Technology, Essex, v. 99, n. 1, p. 146-155, jan 2008. Disponível em:
<http://www.sciencedirect.com>. Acesso em: 15 fev. 2008. 7. XAVIER, C.A.N. Caldo de canade-açúcar na biodigestão anaeróbia com dejetos de vacas em lactação sob diferentes dietas.
2009. 104f. Tese (Doutorado em Zootecnia- Área de Concentração em Produção Animal) –
Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal,
2009. 8. XAVIER, C.A.N. Biodigestão anaeróbia de dejetos em sistema de produção de leite:
obtenção de parâmetros e dimensionamento. 2005. 90f. Dissertação (Mestrado em ZootecniaÁrea de Concentração em Produção Animal) – Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias,
Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, 2005.
Tabela 1 - Teores médios de metano (CH4), em porcentagem, observados a partir de substratos
de biodigestores batelada contendo dejetos de vacas holandesas enleirados de
formas distintas e análise estatística
Tratamento
Médias
Desvio padrão
L1-0d
68,40
5,26
L1-3d
71,06
3,54
L1-6d
70,89
5,23
L1-9d
70,36
5,37
L1-12d
70,27
4,12
L1-15d
71,90
4,63
L2-15d
62,37
7,16
Valor de F para Tratamento: 27,69 (P=0,1445). Valor de F para leitura:63,07 (P<0,0001)
Tabela 2 - Potenciais médios de produção de biogás, em m3, por kg de sólidos totais (ST)
adicionados, de sólidos voláteis (SV) adicionados, de estrume e de substrato e
análises estatísticas, obtidos a partir de substratos de biodigestores bateladas
contendo dejetos de vacas holandesas enleirados
Tratamento
L1-0d
L1-3
L1-6
L1-9d
L1-12d
L1-15d
L2
Valor de F1
Valor de P1
CV2
1
2
Potenciais (m3/kg)
ST adicionados
0,0975 bcd
0,0762 d
0,1233abc
0,1381ab
0,1604 a
0,0933cd
0,1053bcd
9,78
0,0002
14,12
SV adicionados
0,1247 bc
0,0948c
0,1525abc
0,1784ab
0,2078ab
0,1251bc
0,1265bc
10,25
0,0002
14,35
Estrume
0,0168 bc
0,0146 c
0,0240 b
0,0366 a
0,0396 a
0,0429 a
0,0233 bc
35,95
<0,0001
11,58
Substrato
0,0034 b
0,0032 b
0,0046 ab
0,0054 a
0,0059 a
0,0043 ab
0,0047 ab
8,68
0,0005
12,91
Para tratamento. Coeficiente de variação. Médias seguidas de mesmas letras, na coluna, não diferem entre si
pelo teste de Tukey (P>0,05).