Co-digestão de biomassa residual de microalga com água residuária do processamento do café

Abstract

A co-digestão de microalgas brutas, bem como os resíduos e matérias-primas ricas em carbono aparenta ser interessante para melhoria do processo de digestão. Nesse sentido, este trabalho objetivou o estudo da co-digestão da ARC e a biomassa de Scenedesmus obliquus bruta (MB), rompida (MR) e após a extração de proteínas (MPE). Para isso, também foram feitas a caracterização dos substratos, bem como a análise sinérgica e cinética. A ARC apresentou 92% da demanda química de oxigênio (DQO) na sua forma dissolvida e pH de 4,2. Por outro lado, as biomassas detinham pH de cerca de 9,5. Para MB, 3,9% da DQO estava na forma solúvel, sendo que o rompimento permitiu um aumento de 15% do teor DQO solúvel em MR. MPE apresentou menores valores de matéria orgânica em forma de DQO, uma vez que o processo de extração de proteína removeu também outros compostos, além de proteína. A maior produção acumulada de CH 4 foi para a mono-digestão de ARC de 343,3 mL CH4 g SV-1 . Na co- digestão, as produções acumuladas de metano variaram entre 269,6 a 116,4 mL CH4 g SV-1 (65 a 75% do biogás). O rendimento de metano decresceu à medida que a quantidade de microalgas (MB, MR e MPE) presente na mistura aumentou. Por outro lado, a adição de microalgas proporcionou uma melhora na relação AI/AP em comparação com os testes de mono-digestão. O efeito sinérgico foi observado apenas evidenciado nos tratamentos ARC:MB (50:50) e (25:75). As digestões de microalgas atingiram os menores rendimentos: 18,2 mL CH4 g SV-1 para MB, 70,6 para MR e 39,6 para MPE, porém com biogás com teores de metano de 90%. No estudo cinético da digestão anaeróbia (DA), verificou-se um melhor ajuste dos resultados observados com o modelo tipo Cone. Além disso, na co-digestão com MPE não se observou efeito expressivo sobre o coeficiente cinético k h , com resultado de 1,0 e 1,3 vezes superior que a mono-digestão da ARC e MPE, respectivamente. Nos ensaios de co-digestão da ARC com MB e MR, os resultados de k h foram superiores, em média, 1,2 e 2,7 vezes à mono-digestão da ARC e microalgas, respectivamente. As condições alcalinas promoveram um enriquecimento do biogás. Além disso, as análises sugerem que a co-digestão contribui para a alcalinidade da DA da ARC e o aumento da biodegradabilidade das microalgas. Por outro lado, o efeito dos processamentos das microalgas foi menos evidente quando aplicadas como co-substrato do que na mono-digestão. Palavra-chave: Extração de proteínas. Biodegradabilidade. Efluente do café.

The co-digestion of raw microalgae, as well as residual biomass and carbon wastes, tends to be interesting for the improvement of the anaerobic digestion (AD) process. In this sense, this work aimed to study the co-digestion of ARC and Scenedesmus obliquus, the raw biomass, after disruption (MR) and protein extracted biomass (MPE). To this purpose, the characterization of the substrates, as well as the synergistic and kinetic analysis were also carried out. For ARC, 92% of the Chemical Oxygen Demand (COD) is present in its dissolved form, with a pH of 4.2. On the other hand, the biomasses had a pH of about 9.5. For MB, 3.9% of the COD was in the soluble form, and the rupture allowed a 15% increase in the COD soluble content in MR. MPE showed lower values of organic matter in the form of COD, since the protein extraction process also removed other compounds, mainly protein. The highest cumulative production of CH 4 was for the ARC mono-digestion of 343.3 mL CH4 g SV-1 . In co-digestion, the accumulated methane productions ranged from 269.6 to 116.4 mL CH4 g SV-1 , with the methane content ranging from 65 to 75%. The average BMP decreased as the amount of microalgae (MB, MR and MPE) increased in mixing. On the other hand, the addition of microalgae improved the AI/AP ratio compared to mono-digestion tests. The synergistic effect was observed only in the treatments ARC:MB (50:50) and (25:75). The microalgae single digestion reached the lowest yields: 18.2 mL CH4 g SV-1 for MB, 70.6 for MR and 39.6 for MPE, however with biogas with methane contents of 90%. In the kinetic study of anaerobic digestion (AD), a better fit of the results with the Cone model was observed Furthermore, in the co-digestion with MPE, there was no expressive effect on the kinetic coefficient k h , the result was 1.0 and 1.3 times higher than the mono-digestion of ARC and MPE, respectively. In the co-digestion assays of ARC with MB and MR, k h results were superior, on average, 1.2 and 2.7 times to the mono-digestion of ARC and microalgae, respectively. Alkaline conditions promoted an enrichment of the biogas. In addition, analyzes suggest that co-digestion contributes to the alkalinity of ARC AD and increased microalgae biodegradability. On the other hand, the effect of microalgae processing was less evident when applied as a co-substrate than in mono-digestion. Keywords: Protein extraction. Biodegradability. Coffee effluent.