Biodigestor

PROJETO BIODIGESTOR

INTRODUÇÃO:

O presente trabalho foi desenvolvido na Escola de Ensino Infantil e Fundamental Professor Marcilio Dias de San Thiago localizada no bairro Vila Manaus em Criciúma, com os alunos do 5º ao 8º ano.

Foi desenvolvido com os alunos a origem do biodigestor e todo o processo de desenvolvimento do biogás com restos de alimentos.

O biodigestor foi construído pelos alunos sob a orientação e supervisão do professor.

OBJETIVOS

Desenvolver conhecimentos relativos a reciclagem, a produção de biogás e biofertilizante através da construção de um biodigestor;

 Trabalhar com os alunos as fórmulas químicas que envolvem todo o processo de fermentação anaeróbica no biodigestor.

METODOLOGIA

Foram realizadas aulas expositivas dialogadas sobre a origem e função do biodigestor; as formulas químicas que envolvem o processo de formação do biogás e biofertilizante.

Os alunos foram levados à campo para construção do biodigestor. Todo o material para sua execução foi cedido pela Prefeitura Municipal de Criciúma dentre eles: pá, tijolo, cimento, areia, brita, ferro,  mangueiras, cano de PVC, válvula de gás, etc.

Os alunos junto ao professor construíram um pré-projeto da planta do biodigestor antes do mesmo ser concretizado. Após, a planta (desenho) foi colocada em pratica, sendo colocado tijolo por tijolo até atingir uma altura de 1,50m e 80 por 60cm de largura. Na parte inferior do biodigestor  foi feito um buraco para a saída do biofertilizante através de um cano de PVC (150cm),  na parte superior, na tampa foi colocado uma mangueira chumbada para a saída do biogás e uma válvula de gás de cozinha sendo o gás injetado diretamente no botijão. O biofertilizante foi jogado diretamente na horta escolar.

Após a construção completa do biodigestor o mesmo recebeu água e material orgânico como cascas de frutas e legumes. O biodigestor foi fechado para que então ocorresse o processo de fermentação anaeróbica. A tampa foi chumbada com cimento para que a vedação completa fosse garantida, pois qualquer entrada de ar comprometeria o desenvolvimento das bactérias anaeróbicas.

RESULTADOS

Foi produzido uma certa quantidade de  biogás mas foi produzido muito mais biofertilizante, que foi jogado na horta onde serviu muito para regular o pH do solo, assim gerando hortaliças e chãs.

Apostila para pesquisa dos alunos  ( material para leitura)

Introdução

      Os restos de materiais orgânicos como a suinocultura passou por grandes transformações nas últimas décadas, intensificando e concentrando-se em algumas regiões do Brasil, especialmente no Sul do Brasil, expandindo agora para o Centro-Oeste. Os avanços tecnológicos da atividade não foram acompanhados pela questão de tratamento dos resíduos, ou seja, dos dejetos de suínos e lixo orgânicos. Um dos motivos foi a pouca capacidade de investimento dos produtores, uma vez que o custo para manejo e tratamento sempre foi alto e não gerava retorno. Com o surgimento de tecnologias para este fim, os produtores perceberam que, com a utilização correta de alguns sistemas, seria possível agregar valor aos dejetos produzidos em suas propriedades, além de amenizar o problema.

Biodigestor anaeróbico é um equipamento usado para a produção de biogás, uma mistura de gases – cerca de 75% CO2 e 25% metano - produzida por bactérias que digerem matéria orgânica em condições anaeróbicas (isto é, em ausência de oxigênio). Um biodigestor nada mais é que um reator químico em que as reações químicas têm origem biológica.

Utilização

      O biogás pode ser usado como combustível em substituição do gás natural ou do Gás Liquefeito de Petróleo (GLP), ambos extraídos de reservas minerais. O biogás pode ser utilizado para cozinhar em residências rurais próximas ao local de produção (economizando outras fontes de energia, como principalmente lenha ou GLP). Pode também ser utilizado na produção rural como, por exemplo, no aquecimento de instalações para animais muito sensíveis ao frio (leitões até 15 dias de idade, por exemplo) ou no aquecimento de estufas de produção vegetal.

Pode ser usado também na geração de energia elétrica, através de geradores elétricos acoplados a motores de explosão adaptados ao consumo de gás. Exemplo um motor de caminhão como gerador de eletricidade.

Equivalência energética

Um metro cúbico (1 m³) de biogás equivale energeticamente a :

·      1,5 m de gás de cozinha;

·      0,52 a 0,6 litro de gasolina;

·      0,9 litro de álcool;

·      1,43 kWh de eletricidade;

·      2,7 kg de lenha (madeira queimada).

         O efluente (o líquido que sai do biodigestor após o período de tempo necessário à digestão da matéria orgânica pelas bactérias) possui propriedades fertilizantes. Além de água, o líquido efluente, conhecido como biofertilizante, apresenta elementos químicos como nitrogênio, fósforo e potássio em quantidades e formas químicas tais que podem ser usados diretamente na adubação de espécies vegetais através de fertirrigação. O biofertilizante possui entre 90 a 95 % de água (isto é, 5 a 10% de fração seca do líquido). Nessa base seca, o teor de nitrogênio - dependendo do material que lhe deu origem - fica entre 1,5 a 4% de nitrogênio (N), 1 a 5% de fosfato (P2O5) e 0,5 a 3% de potássio (K20).O mesmo biodigestor que trata os dejetos vindos do estábulo ou da pocilga ou do confinamento de bovinos pode ser ligado ao esgoto doméstico das residências. Embora sejam usados primordialmente como fonte de energia e de fertilizantes orgânicos para produtores rurais, o biodigestor também pode ser enfocado como um sistema de tratamento de esgotos humanos para pequenas comunidades urbanas.

Condições anaeróbicas

As condições ótimas de vida para as bactérias anaeróbicas são:

Inexistência de Ar

       O Oxigênio (O2) do ar é letal para as bactérias anaeróbicas. Se houver oxigênio no ambiente, as bactérias anaeróbicas paralisam seu metabolismo e deixam de se desenvolver. As bactérias aeróbicas (que utilizam o oxigênio em seu metabolismo) produzem dióxido de carbono (CO2) como produto final de sua respiração. As Archaeas metanogênicas produzem metano (CH4). Enquanto que o metano é um gás rico em energia química e, portanto, pode ser usado como combustível, o dióxido de carbono já está totalmente oxidado e não pode ser usado como combustível. Se o biodigestor não estiver hermeticamente vedado contra a entrada de ar, a produção de biogás não ocorre porque as bactérias anaeróbicas morrem e as aeróbicas sobrevivem. O biogás produzido será então rico em CO2 e não em metano. Assim, o biodigestor deve assegurar uma completa hermeticidade que cause uma completa falta de oxigênio em seu interior, isto é, a completa anaerobiose do ambiente necessária para o metabolismo das bactérias anaeróbicas.

Temperatura adequada

     A temperatura no interior do biodigestor é um parâmetro importante para a produção de biogás. As archaeas que produzem metano são muito sensíveis a alterações de temperatura. Alterações de temperatura que excedam 45 graus Celsius ou vão abaixo de 15 graus Celsius paralisam a produção de biogás. Assim, outro papel do biodigestor também é o de assegurar certa estabilidade de temperatura para as bactérias.

Nutrientes

      Os principais nutrientes dos micro-organismos são o carbono, nitrogênio e sais minerais. Fontes ricas de nitrogênio são os dejetos de animais (inclusive seres humanos). Fontes ricas de carbono são os restos de culturas vegetais. Os sais minerais presentes nos dejetos animais e resíduos vegetais são suficientes para a nutrição mineral das bactérias. No entanto, se não houver um adequado equilíbrio de compostos de carbono (que fornecem a energia) e de compostos nitrogenados (que fornecem o nitrogênio) não ocorrerá uma eficiente produção de biogás.

Teor de água

        O material a ser fermentado deve possuir em torno de 90 a 95 % de umidade em relação ao peso. Tanto muita água quanto pouca água são prejudicial. O teor da água varia de acordo com as matérias-primas destinadas à fermentação. Esterco de bovino (que possui em média 84% de umidade) precisa ser diluído em 100% de seu peso em água. Já o de suínos (com 19%) precisa de 130% de seu peso em água. O de ovinos e caprinos, em 320%.

Tipos de biodigestores

Biodigestor anaeróbico tubular

O biodigestor é composto de :

Caixa de entrada – Esta é à parte do biodigestor em que é feito o carregamento dos resíduos animais e vegetais. Os resíduos podem ser submetidos a uma trituração e diluídos com água até atingirem o teor adequado de umidade (90 a 95% de água).

Biodigestor propriamente dito - Dentro do biodigestor, na área de entrada de materiais, processa-se inicialmente uma fermentação aeróbica ácida na qual os açúcares simples presentes no material são fermentados e se transformam em acetato (ou ácido acético). No corpo do biodigestor passa a ocorrer uma fermentação anaeróbica concomitante. As bactérias que produzem acetato usam todo o oxigênio presente na carga inicial e o ambiente interno do biodigestor tende a ficar anaeróbico e as bactérias que sobrevivem são apenas as anaeróbicas. Elas utilizam o acetato em seu metabolismo e o transformam em metano. O ambiente torna-se totalmente anaeróbico e a formação de biogás ganha a maior eficiência. O dimensionamento do biodigestor deve permitir a retenção da biomassa. O nível de DBO (Demanda Biológica de Oxigênio) do líquido em fermentação declina e ele começa a se transformar em biofertilizante.

Caixa de saída - A cada volume de carga na entrada corresponde à saída do mesmo volume de líquido do biodigestor. Este líquido deve ser armazenado em condições aeróbicas para que, sob a ação de bactérias nitrificastes, sofra uma última e drástica redução do seu nível de DBO. Estas reações bioquímicas finais resultam na formação do biofertilizante. Como também deve estocar o produto, este tanque aberto deve ter capacidade de armazenar cerca de 30 dias de produção do biodigestor.

Qual o melhor local para construção dos Biodigestores

        É indicado local que  produzem resíduos orgânicos diariamente que sirva como fonte de alimentação para as bactérias que transformara em biogás. Sua alimentação é descontinua e a produção de gás não é constante. A matéria orgânica é adicionada no biodigestor, e fica armazenado por um tempo determinado até a degradação de o material ocorrer e a biogás ser produzido. Por exemplo, um biodigestor com esterco bovino fica em média trinta a quarenta dias fechados, sem oxigênio, ocorrendo somente a retirada do gás. Depois é aberta, a biomassa restante é retirada, podendo ser utilizada como biofertilizante, e novamente é adicionada a matéria, repetindo-se o processo.

Breve histórico da origem do biodigestor:

      O biodigestor, que na década de 1970 esteve no auge, caindo em desuso na década seguinte, vindo a renascer na década de 1990. A Embrapa, vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, dois fatores foram decisivos para o retorno desta tecnologia. “Um deles se refere à legislação ambiental, que cobra cada vez mais do produtor a responsabilidade com o meio ambiente no tratamento dos resíduos da atividade. Outra causa foi à crise de energia enfrentada pelo país e a busca por energias renováveis, de baixo custo", explicou o pesquisador. O biodigestor é um sistema de tratamento que estabiliza parcialmente o dejeto. "Esta característica implica em cuidados redobrados com o manejo", alerta o pesquisador Airton Kunz. O produto final deve passar por tratamento complementar, como lagoas de estabilização, se o destino final forem os corpos d água. Via de regra, o sistema tem um abatimento de 70 a 80% da carga orgânica, ou seja, ele reduz o poder poluente do dejeto nestas porcentagens.