S.O.S. Suínos

Informativo Técnico nº 06

MANUAL

DO

BIODIGESTOR

 

CONSTRUÇÂO E FUNCIONAMENTO DE BIODIGESTORES COM GEOMEMBRANAS DE PVC

 

·         Um pouco da História

·         O que é um BIODIGESTOR

·         Conceito Técnico

·         O que é o Biogás

·         Biogás – vantagens

·         O Biofertilizante

·         Dimensionando o seu  BIODIGESTOR

·         Tratamento Líquido

·         Porque este processo CONSAGROU-SE

·         Assessorios e Complementos

·         Informações Complementares

·         Bibliografia de Consulta

 Um Pouco da História

Apesar do processo de biodigestão anaeróbica ser conhecido a longos tempos, só mais recentemente é que tem sido desenvolvido mundialmente. A China tem sido o país que mais desenvolveu o biogás no âmbito rural, visando atender principalmente a energia par cozimento e iluminação doméstica. A Índia também tem desenvolvido uma larga propagação com biodigestores, possuindo um total de 150 mil unidades instaladas. No Brasil os estudos com biogás foram iniciados de maneira mais intensa em 1996, entretanto, os resultados alcançados já nos asseguram um bom domínio tecnológico e podemos nos qualificar como aptos a desenvolver um vasto programa no âmbito nacional com biogás, seja no setor agrícola ou no setor industrial.

O alcance de um programa de substituição de fontes de energia por biogás, pode ser avaliado tomando-se a produção dos 7,2 milhões de biodigestores instalados na China até dezembro 1999, que tem um valor energético equivalente a cinco "Itaipus" ou 48 milhões de toneladas de carvão mineral.

O que é Biodigestor?

É a contenção de resíduos Organicos (dejetos de aninais, excremento Humano, Restos de colheita, poda, vegetais de cultura, Palha, grama, folhas, bagaço, casca, Lixo Domestico ou qualquer material orgânico), em uma Câmara,buraco,poço, tanque, construido ou montado em alvenaria, aço carbono, cobre ou direto na terra impermeabilizada.

Conceito Técnico.

Toda digestão anaeróbica (ausência de oxigênio) é um processo biológico. O organismo anaeróbico não pode sobreviver enquanto estiver oxigênio. Por isso, no digestor não deve entrar o ar atmosférico. Só as bactérias anaeróbicas

metanogênicas produzem gás metano. Pertencem a quatro grupos morfológicos e são muito sensíveis a variações de temperatura, atuando numa faixa entre 10 a 45°C. São as chamadas bactérias mesófilas. Biologicamente, o sucesso de um digestor depende de um balanceamento entre as bactérias que produzem gás metano dos ácidos orgânicos. E este balanceamento é adquirido pela carga diária com água suficiente, pelo pH, temperatura, e a qualidade do material orgânico.

Microbiologia é a fermentação metanogênica é um processo biológico altamente sensível, uma vez que envolve três grupos distintos, os microrganismos e a produção de gás depende da manutenção harmônica destes grupos. Alterações substanciais no meio de cultura ou nos fatores comportamentais podem desequilibrar ou desativar a ação dos três grupos de bactérias levando a produção gasosa a níveis antiecológicos.

 

Condições Indispensáveis à Fermentação

As condições ótimas de vida para os microorganismos anaeróbios são:
a)Impermeabilidade ao Ar
Nenhuma das atividades biológicas dos microorganismos, inclusive, seu desenvolvimento, reprodução e metabolismo, exigem oxigênio, que em cuja presença são eles, de fato, muito sensíveis. A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono (CO2); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente vedado a produção de biogás é inibida.
b)Temperatura adequada
A temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás. "Todos os microorganismos produtores de metano são muito sensíveis a alterações de temperatura; qualquer mudança brusca que exceder a 30°C afeta a produção.
É preciso, pois, assegurar uma relativa estabilidade de temperatura.

COMO BIOGÁS

 

"O Biogás é um gás inflamável produzido por microorganismos, quando matérias orgânicas são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em um ambiente impermeável ao ar" O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre. O peso do metano é pouco mais da metade do peso do ar.

PODER CALÓRICO DO BIOGÁS

 

 

 

INSUMO ENERGÉTICO

em JOULES/cm3

em Kcal/m3

 

 

 

 

 

 

Gàs Natural

39 -81

9.300 a 9.400

 

 

 

Carvão

17 - 18

4.000 a 4.400

 

 

 

Biogás (CH4)

21 - 28

5.000 a 6.600

 

 

 

Metano

33 - 40

8.000 a 9.400

 

 

 

Propano

81 - 96

19.400 a 23.000

 

 

 

Lenha

-

3.000 a 3.300

 

 

 

Bagaço Cana

-

2.000 a 2.300

1 m3 de metano/1 m^3 de ar = 0,716 kg/1,293 kg = 0,554 kg

No emprego do biogás como combustível, deve-se estabelecer entre este e o ar, uma relação que permita a combustão integral. Quando esta se dá, a chama é forte, de coloração azul claro, e o gás emite um assobio. Se a chama tremer, há insuficiência de ar e combustão incompleta. Se for curta, amarela e bruxuliante, indica biogás insuficiente e ar excessivo.

As Vantagens da produção de biogás representa um avanço importante no sentido da solução do problema da disponibilidade de combustível no meio rural, devido, por conseguinte, interessar a toda a população nele residente. A redução das necessidades de lenha poupa as matas.

A produção de biogás representa um importante meio de estímulo a agricultura, promovendo a devolução de produtos vegetais ao solo e aumentando o volume e a qualidade de adubo orgânico.

O uso do biogás na cozinha é higiênico, não desprende fumaça e não deixa resíduos nas panelas. As donas de casa ficam livres de pesadas tarefas domésticas, de mobilizar carvão e lenha para a cozinha. 

O próprio gás pode e deve ser utilizado para o aquecimento. Ao se utilizar um sistema de aquecimento deve-se fazer uma análise entre a quantidade de calorias gasta para elevar-se a temperatura a um certo nível e a quantidade de gás produzida pelo efeito dessa elevação de temperatura. Caso o incremento na produção de biogás seja inferior, igual ou levemente inferior às calorias gastas no processo, o sistema de aquecimento torna-se inviável.

 

QUANTIDADE DE GÁS PARA

 

 

 

FINALIDADE

 

GÁS NECESSÁRIO

 

 

m3/hora

 

 

 

ELETRICIDADE

KWH

0,62

 

 

 

LÂMPADA 100W

 

0,13

 

 

 

LAMPIÃO 40W

 

0,47

 

 

 

MOTOR A COMBUSTÃO

BIOGÁS/HP

0,45 a 0,51

 

 

 

BICO DE FOGÃO

PESSOA/DIA

0,34 a 0,42

 

 

 

DISSIPADOR DE CALOR

1,4 a 1,8

COMO BIOFERTILIZANTE (ou “LODO”)

Depois de passarem no digestor, os resíduos sobrantes apresentam alta qualidade para uso como fertilizante agrícola, devido principalmente aos seguintes aspectos: diminuição no teor de carbono do material, pois a matéria orgânica ao ser digerida perde exclusivamente carbono na forma de CH4 e CO2;

* aumento no teor de nitrogênio e demais nutrientes, em conseqüência da perda do carbono;
* diminuição na relação C/N da matéria orgânica, o que melhora as condições do material para fins agrícola;
* maiores facilidades de imobilização do biofertilizante pelos microrganismos do solo, devido ao material já se encontrar em grau avançado de decomposição o que vem aumentar a eficiência do biofertilizante;
* solubilização parcial de alguns nutrientes.

PRODUÇÃO de BIOGÁS de diferentes Resíduos Orgânicos

Biomassa

Kg/dia

Geração de gás

Geração degás

(SER Vivo)

Excremento

em Kilo

Litros/ animal/dia

GADO 

10,00

36

360

 

 

 

 

AVES

0,18

62

11

 

 

 

 

SUINOS

2,25

78

176

 

 

 

 

HOMEM

0,40

70

28

 

 

 

 

CAVALOS

10,00

35

350

 

 

 

 

OVELHAS

2,00

50

100

Ex.: 5 ovelhas x 2 Kg/dia = 10Kg/dia x 50 Kg gás = 500 kg/gás/dia ou 0,5m3/dia

DIMENSIONANDO SEU BIODIGESTOR

O volume do biodigestor é o produto da carga diária pelo período em dias de retenção da material orgânica para Fermentação.

VOLUME A CARREGAR P/DIA ? _ _ _ _ _ Litros. (A)

PERÍODO DE FERMENTAÇÃO ?  _ _ _ _ _ Dias.  (B)

 

VOLUME DO BIODIGESTOR  ?  (A) x (B) = _ _ _ _ _ _ Litros ou dividido por 1000 = _ _ _ _ m3.

Agora que você já sabe o que o quanto vai ser preciso acumular de dejetos pastosos, esta na hora de identificar o Tamanho do Reservatório!

TRATAMENTO LÍQUIDO.

Independentemente do processo de decomposição da parte sólida dos dejetos, haverá necessidade  (pela própria legislação) de um prévio tratamento para a “água” usada para diluição. Entendendo que esta “água” deverá ser usada para Fertirrigação, porém deveremos eliminar os Coliformi Fecal, para não haver contaminação dos alimentos tão pouco para contaminação do Lençol Freatico.

Como Opção – Tanque circular

Esta opção permite instalar o tanque, o mais próximo possível do cultivo, permitindo um melhor manejo, com menor custo tanto de energia elétrica como da operação.

PORQUÊ ESTE PROCESSO CONSAGROU-SE.

Manta de PVC – POSSUINDO GRANDE FLEXIBILIDADE, PERMITE-SE ALONGAR E RETRAIR SEM PERDA DA RESISTÊNCIA.

Caracteristicas do PVC (Policloreto de Vinila):

 APLICAÇÃO:            Impermeabilização

CARACTERÍSTICAS

·         Não propaga  chama;

·         Amolece a 70°C; à 150°C torna-se completamente pastoso e a  220°C, carboniza.

RESISTÊNCIA QUÍMICA

·         É atacado por hidrocarbonetos aromáticos, solventes clorados, cetonas, ésteres, aminas e óleos minerais.

·         É resistente à maioria dos ácidos, com algumas restrições para ácidos concentrados à quente.

·         É resistente à maior parte dos outros líquidos inorgânicos, com exceção de algumas substâncias fortemente alcalinas.

COMPOSIÇÃO - Laminado Sintético de Policloreto de Vinila.

 

Propriedade/ Característica

Referência

Normativa

Unid./ de medida

Valor Especificado

1. Cor

ME-021

-0-

*CP

2. Espessura

MA-001

mm

0.78 à 0,82

3. Peso Específico

 

ASTM D792

Método A

g/cc

1,20 a 1,35

4. Resistência mínima à tração

ASTM D882

 

 

   4.1. Tensão à ruptura – mínimo

 

Kg/cm²

140

   4.2. Alongamento na ruptura mínimo

 

%

325

   4.3. Módulo a 100% alongamento  mínimo

 

Kg/cm²

65

5. Resistência ao rasgo – mínimo

ASTM D1004

Kg/cm

45

6. Estabilidade Dimensional – máximo

ASTM D1204

100°C, 15MIN.

%

5

7. Perda de voláteis

ASTM D1203

%

0,7

8. Resistência de solda em fábrica (alta freqüência)

ASTM D3083

Kg/cm

9

9. Resistência ao enterramento

 

ASTM D3083

120 DIAS

 

 

   9.1. Tensão de ruptura

 

%

5

9.2. Alongamento na ruptura

 

%

20

9.3. Módulo a 100% alongamento

 

%

20

 

* CP – Conforme Padrão

** Os valores acima citados poderão ser modificados de acordo com as caracteristicas de projetos específicos.

ACESSÓRIOS

P/ AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE "MASSA" p/m3. PARA LIMPEZA E HIGENIZAÇÃO DE ÁREAS

INFORMAÇÕES COMPLEMENTARES

·         Em hipótese alguma, colocar no digestor fertilizantes fosfatados. Sob condições de total ausência de ar, este material pode produzir fosfina, extremamente tóxica, cujo contato será fatal.

·         ar deve circular para que haja ventilação dentro da casa. Se alguém sentir cheiro forte de ovo podre, abrir as portas e janelas para expelir o gás, e evitar acender cigarro ou fósforo. Na utilização do biogás, acende-se primeiro o fósforo e depois abre-se a válvula de gás.

·         O teor de água deve normalmente situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total. Tanto o excesso, quanto a falta de água são prejudiciais. O teor da água varia de acordo com as diferenças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação.

·         Substâncias prejudiciais Materiais poluentes, como NaCl, Cu, Cr, NH3, K, Ca, Mg e Ni, são conciliáveis se mantidas abaixo de certas concentrações diluídas em água

·         A Impermeabilidade ao Ar - Nenhuma das atividades biológicas dos microorganismos, inclusive, seu desenvolvimento, reprodução e metabolismo, exigem oxigênio, que em cuja presença são eles, de fato, muito sensíveis. A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono (CO2); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente vedado a produção de biogás é inibida.

·         Temperatura adequada  - A temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás. "Todos os microorganismos produtores de metano são muito sensíveis a alterações de temperatura; qualquer mudança brusca que exceder a 30°C afeta a produção. É preciso, pois, a ssegurar uma relativa estabilidade de temperatura.

·         "É arbitrário pensar que quanto maior o digestor mais gás produzirá". Já foi dito que "o sucesso de um digestor depende da sua operação". No caso de um grande digestor, se não se fizer abastecimento regular de matéria-prima e não houver adequada manutenção, a produção de gás poderá ser inferior à de um digestor pequeno. A noção de que é melhor possuir um grande digestor do que um pequeno deve, pois, ser combatida. Naturalmente, o volume do digestor não deverá ser tão pequeno que a produção de gás seja insuficiente e as necessidades não sejam atendidas".

·         Tempo de Retenção - Caracteriza-se como tempo de retenção o tempo que o material passa no digestor, isto é, o tempo de entrada e saída dos diferentes materiais na digestor. Como a água, sólidos e células.

·         Substâncias Tóxicas - Qualquer nutriente de elemento em solução no digestor, em excesso, pode provocar sintomas de toxidez ao meio bacteriano. Entretanto uma definição exata da concentração em que estes elementos passam a ser nocivos é difícil, devido à complexidade do processo. A presença de hidrocarbonetos-clorofórmio, tetra cloreto de carbono e outro usados como inseticidas ou solventes -industrias- constituem fortes agentes tóxicos à digestão anaeróbica. A presença do íon amônio, em digestores com altas taxas de produção, é um significante problema.

·         Biologia da digestão anaeróbica - Os principais nutrientes dos microorganismos são carbono, nitrogênio e sais orgânicos. Uma relação específica de carbono para nitrogênio de ser mantida entre 20:1 e 30:1. A principal fonte de nitrogênio são as dejeções humanas e de animais, enquanto que os polímeros presentes nos restos de culturas representam o principal fornecedor de carbono. A produção de biogás não é bem sucedida se apenas uma fonte de material for utilizada.

·         O desenvolvimento de um programa de biogás também representa um recurso eficiente para tratar os excrementos e melhorar a higiene e o padrão sanitário do meio rural.
"O lançamento de dejetos humanos e animais num digestor de biogás soluciona o problemas de dar fins aos ovos dos esquistossomos e ancilóstomos, bem como de bactérias, bacilos desintéricos e paratíficos e de outros parasitas.

·        30 m3 de BIOGÁS equivale a 13 Kg ou seja a um botijão de gás (GLP) de cozinha.

·         A decomposição bacteriana de matéria orgânica sob condições anaeróbicas (sem oxigênio) é feita em três fases: Fase de hidrólise;  Fase Ácida; Fase Metanogênica .

 Consultas Bibliograficas:

Manual Embrapa; Pesquisas e Teses Embrapa; Manuais Emater; WEB

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