Digestão da vinhaça em reator anaeróbio híbrido (HAnR) de alta taxa para geração de biogás e incremento da produção de energia na indústria sucro-alcooleira

Resumo

A energia remanescente na vinhaça gerada na indústria sucroalcooleira, pouco explorada tecnologicamente, pode ser aproveitada pelo processo biológico de digestão anaeróbia com produção de metano e geração de energia elétrica, térmica ou mecânica. Reatores anaeróbios em diversas escalas já foram utilizados para degradação da vinhaça, entretanto, o número de reatores implantados na indústria sucro-alcooleira para geração de energia é inexpressivo devido às lacunas de projeto e à instabilidade do processo anaeróbio de alta taxa. Resultados recentes obtidos com reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) em escala piloto (LPB-EESC-USP), operados com vinhaça concentrada (20 g DQO L-1) sob diferentes parâmetros operacionais, mostraram elevada produtividade de metano e evidenciaram a potencialidade de produção de energia a partir deste substrato com o protocolo de partida adotado (Projeto de pós-doutorado Senior-CNPq-158721/2012-8 e Projeto de auxílio FAPESP- 2013/17591-1). Entretanto, a complexidade do tratamento anaeróbio da vinhaça requer que estudos complementares abordem o desenvolvimento de mecanismos que assegurem a permanência da biomassa na área de reação e o aprofundamento do conhecimento da degradação anaeróbia da vinhaça com características variáveis ao longo da safra. O reator anaeróbio híbrido (HAnR), desenvolvido pela Bio Proj Tecnologia Ambiental Ltda., é uma alternativa tecnológica para suprir as deficiências detectadas nos reatores UASB para a degradação da vinhaça. Caracterizado por ter uma camada de material suporte para adesão da biomassa (Biobob®) acima da manta de lodo, o reator HAnR possui alta capacidade de retenção de sólidos e maior concentração de biomassa na área de reação devido ao Biobob®, melhorando o desempenho e permitindo velocidades ascensionais elevadas em reatores mais compactos. Embora o reator HAnR tenha apresentado resultados excelentes para aumentar o tempo de retenção celular e maximizar a eficiência do tratamento de esgoto sanitário e de efluente de cervejaria, estas águas residuárias são de baixa e média concentração de matéria orgânica e estudos específicos devem ser realizados com efluentes líquidos concentrados e com elevada produção de biogás. Este projeto tem como objetivo principal a adequação da configuração, do protocolo de partida e da operação contínua do reator HAnR em escala piloto a ser implantado em uma usina de açúcar e álcool, visando o estabelecimento do processo anaeróbio para a contínua degradação da vinhaça e a maximização da produção de metano. O reator será construído em fibra de vidro e terá geometria cilíndrica, com dimensões de 1,00 m de diâmetro e 6,00 m de altura, com volume total de 4,71 m³. O leito reacional será dividido em uma camada de manta de lodo com volume de 2,35 m³ e uma camada de material suporte com volume de 1,57 m³. Serão realizados incrementos de cargas orgânicas (de 0,05 a 30 kg DQO m-3 d-1) associados aos incrementos de vazão de vinhaça (1,6 a 167 L h-1) e de velocidades ascensionais (de 0,01 a 1,27 m h-1), com variação da taxa de recirculação de 1:2 a 1:5, com o objetivo de definir o melhor arranjo operacional para partida e operação do reator. A empresa vislumbra com o desenvolvimento desse projeto lançar no mercado sistemas compactos de alto desempenho para produção de metano a partir da degradação anaeróbia da vinhaça, com capital e tecnologia nacionais. O impacto do sucesso deste projeto contribuirá para manter a indústria sucro-alcooleira em posição de evidência na área de biocombustível, aumentando consideravelmente o seu potencial de geração de energia renovável. (AU)