Caracterização e Potencial de Substratos

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CARACTERIZAÇÃO E PRÉ-TRATAMENTO 
DE SUBSTRATOS PARA PRODUÇÃO DE 
BIOGÁS E BIOFERTILIZANTE 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 
 
 
 
 
Projeto “Aplicações do Biogás na Agroindústria Brasileira” (GEF Biogás Brasil) 
Este documento está sob licença Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 
4.0 International License. 
 
O GEF Biogás Brasil permite a citação deste material, desde que a fonte seja citada. 
Contato: contato@gefbiogas.org.br 
COMITÊ DIRETOR DO PROJETO 
 
Global Environment Facility 
 
Organização das Nações Unidas para o 
Desenvolvimento Industrial 
 
Ministério da Ciência, Tecnologia, 
Inovações e Comunicações 
 
Ministério da Agricultura, Pecuária e 
Abastecimento 
 
Ministério de Minas e Energia 
 
Ministério do Meio Ambiente 
 
Centro Internacional de Energias Renováveis 
 
Itaipu Binacional 
PARCEIROS 
Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e 
Pequenas Empresas 
Associação Brasileira de Biogás 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nome do produto: 
Caracterização e Pré-Tratamento de Substratos 
para Produção de Biogás e Biofertilizante 
Componente Output e Outcome: 
2.1.4 
Publicado pela entidade: 
Organização das Nações Unidas para o 
Desenvolvimento Industrial – UNIDO 
Entidades diretamente envolvidas: 
Centro Internacional de Energias Renováveis 
Biogás – CIBiogás 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - 
UTFPR 
Autores e coautores: 
Paulo André Cremonez - CIBiogás 
Jéssica Yuki de Lima Mitto - CIBiogás 
Revisão técnica: 
Felippe Martins Damaceno – UTFPR 
Leonardo Pereira Lins - CIBiogás 
Coordenador: 
Felipe Souza Marques 
Coordenação pedagógica: 
Iara Bethania Rial Rosa 
Data da publicação: 
Agosto, 2020. 
 
 
FICHA TÉCNICA 
Ficha catalográfica elaborada por: 
mailto:contato@gefbiogas.org.br
 
 
O Projeto “Aplicações do Biogás na 
Agroindústria Brasileira” (GEF Biogás Brasil) 
reúne o esforço coletivo de organismos 
internacionais, instituições privadas, entidades 
setoriais e do Governo Federal em prol da 
diversificação da geração de energia e de 
combustível no Brasil. A iniciativa é 
implementada pela Organização das Nações 
Unidas para o Desenvolvimento Industrial 
(UNIDO) e conta com o Ministério da Ciência, 
Tecnologia e Inovações (MCTI) como 
instituição líder no âmbito nacional. O objetivo 
principal é reduzir a dependência nacional de 
combustíveis fósseis através da produção de 
biogás e biometano, fortalecendo as cadeias 
de valor e de inovação tecnológica no setor. 
 
A conversão dos resíduos orgânicos 
provenientes da agroindústria e da fração 
orgânica do lixo urbano, muitas vezes 
descartados de forma insustentável, pode se 
tornar um diferencial competitivo para a 
economia brasileira, além de reduzir a emissão 
de gases de efeito estufa nocivos à camada de 
ozônio e ao meio ambiente. 
 
O biogás e o biometano podem ser utilizados 
para a geração de energia elétrica, energia 
térmica ou combustível renovável para 
veículos, e seu processamento resulta em 
biofertilizantes de alta qualidade para uso 
agrícola. Os benefícios se estendem tanto ao 
produtor agrícola, que reduz os custos de sua 
atividade com o reaproveitamento de resíduos 
orgânicos, quanto ao desenvolvimento 
econômico nacional, já que um setor produtivo 
mais eficiente ganha competitividade frente à 
concorrência internacional. Indústrias de 
equipamentos e serviços, concessionárias de 
energia e de gás, produtores rurais e 
administrações municipais estão entre os 
beneficiários do projeto, que conta com US 
$ 7,828,000 em investimentos diretos. 
 
Com abordagem inicial na região Sul do Brasil 
e no Distrito Federal, a iniciativa pretende 
impactar todo o país. Entre seus resultados 
previstos estão a compilação e a divulgação de 
dados completos e atualizados sobre o setor, a 
oferta de serviços e recursos para capacitação 
técnica e profissional, a criação de modelos de 
negócio e de pacotes tecnológicos inovadores, 
a produção de Unidades de Demonstração 
seguindo padrões internacionais, a 
disponibilização de serviços financeiros 
específicos para o setor, a ampliação da oferta 
energética brasileira, e articulações 
estratégicas entre a alta gestão governamental 
e entidades setoriais para a modernização da 
regulamentação e das políticas públicas em 
torno do tema, deixando um legado positivo 
para o país. 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caracterização e Pré-Tratamento de Substratos 
para Produção de Biogás e Biofertilizante 
 
 
 
 
Aula 2 - Caracterização e Potencial de Substratos 
Data da Publicação: 
 
Agosto/2020 
 
 
Sumário 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 12 
2. CARACTERISTICAS FÍSICO-QUIMICAS E POTENCIAL DE PRODUÇÃO 
DE BIOGÁS DOS SUBSTRATOS .......................................................................... 13 
2.1. Água Residuária de Suinocultura (ARS) ..................................................... 13 
2.2. Bovinocultura Leiteira .................................................................................... 14 
2.3. Cama de Frango ............................................................................................ 16 
2.4. Manupueira .................................................................................................... 17 
2.5. Vinhaça ........................................................................................................... 19 
2.6. Glicerol Residual ............................................................................................ 20 
2.7. Efluente de Laticínios .................................................................................... 21 
2.8. Efluentes da Indústria Cervejeira ................................................................. 22 
2.9. Resíduos de Abatedouros ............................................................................ 23 
3. PRÉ-TRATAMENTO DE SUBSTRATOS ....................................................... 24 
3.1. Pré-tratamento Físico .................................................................................... 24 
3.1.1. Pré-tratamento mecânico .......................................................................... 25 
3.1.2. Pré-tratamento por Irradiação ................................................................... 26 
3.1.3. Pré-Tratamento Térmico ........................................................................... 26 
3.2. Pré-tratamento Químico ................................................................................ 27 
3.3. Pré-tratamento Biológico .............................................................................. 28 
3.4. Comparação Técnológica ............................................................................. 29 
4. CONCLUSÃO .................................................................................................... 31 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 32 
 
 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 
Lista de Figuras 
 
Figura 1 - Descarga de manipueira bruta. ............................................................. 17 
Figura 2 - Lagoa para armazenamento de vinhaça .............................................. 19 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 
Lista de Quadros 
 
Quadro 1 - Características físico-químicas e produção de biogás de ARS. ...... 14 
Quadro 2 - Características físico-químicas e potencial de produção de biogás 
na bovinocultura. ...................................................................................................... 15 
Quadro 3 - Potencial de produção de biogás a partir da cama de frango em 
sistemas com e sem mistura com outros substratos ............................................17 
Quadro 4 - Potencial de produção de biogás utilizando manipueira. ................. 18 
Quadro 5 - Características físico-químicas e potencial de produção de biogás 
da vinhaça. ................................................................................................................ 20 
Quadro 6 - Trabalhos que utilizaram o glicerol como aditivo para potencializar 
a produção de biogás .............................................................................................. 21 
Quadro 7 - Caracterização físico-química e potencial de produção de biogás de 
efluentes de laticínios .............................................................................................. 22 
Quadro 8 - Caracterização de sólidos e potencial de produção de biogás do 
bagaço de malte ....................................................................................................... 22 
Quadro 9 - Eficiência do tratamento e rendimento de biogás utilizando efluente 
de abatedouro (aves, suínos, bovinos e ovinos) submetido a digestão 
anaeróbia em diferentes condições ....................................................................... 24 
Quadro 10 - Influência do diâmetro da partícula na produção de metano ......... 25 
Quadro 11 - Comparativo entre vantagens e desvantagens entre distintos pré-
tratamentos ............................................................................................................... 30 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 9 
Apresentação do Curso 
Olá! Seja bem-vindo ao nosso segundo módulo do curso de atualização em 
biogás. O curso como um todo, busca trazer conhecimento técnico de uma forma 
didática para profissionais que queiram atuar direta ou indiretamente na cadeia 
produtiva desse importante biocombustível, que vem ganhando cada vez mais destaque 
no cenário nacional. 
Para compreender e se adequar ao dinâmico setor do biogás brasileiro e 
mundial é necessário conhecer cada uma das etapas que contemplam o fluxograma 
logístico do setor. O processo de biodigestão anaeróbia, responsável pela geração de 
biogás nas plantas de produção, se efetiva pela degradação de substratos orgânicos. 
Deste modo, o segundo módulo desse curso visa reunir informações a respeito das 
características físico-químicas dos principais substratos disponíveis no Brasil, em 
especial na Região Sul do país, com potencial de utilização na produção de biogás em 
larga escala. 
 
Tenha uma ótima leitura! 
 
 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 10 
Desenvolvimento Proporcionado 
Este módulo traz conteúdo base de extrema importância para o profissional que 
visa atuar direta ou indiretamente na cadeia produtiva do biogás. Esta aula lhe 
proporcionará desenvolver conhecimentos e habilidades que poderão ser colocados em 
prática ao longo do curso e após a finalização das atividades propostas você estará apto 
a: 
 
COMPETÊNCIAS: 
1. Compreender as características dos substratos e comparar suas 
propriedades de modo que se obtenham os melhores sistemas de 
produção; 
2. Compreender de forma geral, os principais tipos de pré-tratamentos 
disponíveis no mercado e analisar sua adequação a cada um dos 
substratos. 
 
HABILIDADES: 
1. Proatividade; 
2. Criatividade; 
3. Tomada de decisão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 11 
LISTA DE ABREVIATURAS 
ABPA Associação Brasileira de Proteína Animal 
ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis 
ARS Água Residuária de Suinocultura 
CervBrasil Associação Brasileira da Indústria da Cerveja 
CH4 Metano 
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio 
DQO Demanda Química de Oxigênio 
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária 
FAO Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura 
H2 Hidrogênio Molecular 
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 
MAPA Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento 
NTK Nitrogênio Total Kjeldahl 
O2 Oxigênio Molecular 
pH Potencial Hidrogeniônico 
PIB Produto Interno Bruto 
SEBRAE Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas 
SST Sólidos Suspensos Totais 
ST Sólidos Totais 
SV Sólidos Voláteis 
TRH Tempo de Retenção Hidráulica 
UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 12 
1. INTRODUÇÃO 
O biogás é uma energia proveniente da biomassa sendo está definida como 
fonte de energia renovável. Este combustível possui atributos relacionados a 
armazenabilidade, despachabilidade e não intermitência conferindo a ele características 
para ser considerado uma fonte segura de energia. Sua obtenção ocorre por meio da 
digestão anaeróbia da matéria orgânica presente nos substratos. 
A digestão anaeróbia é um processo metabólico complexo que requer 
condições específicas (como a ausência de oxigênio) e depende da atividade conjunta 
de uma associação de microrganismos para transformar material orgânico em metano 
e dióxido de carbono. Para que se tenha êxito neste processo de produção, conhecer 
as características e particularidades dos substratos utilizados é fundamental para a 
tomada de decisões na operação de plantas de biogás. 
O Brasil possui uma infinidade de substratos disponíveis eles são classificados 
em diferentes categorias: agropecuários (efluentes da suinocultura, bovinocultura, 
avicultura, entre outros), agroindustriais (unidades de processamento de mandioca, 
laticínios, abatedouros, cervejarias, usinas sucroalcooleiras entre outros), industriais 
(indústria de papel e celulose, alimentos e bebidas, entre outros) e resíduos urbanos 
(resíduos sólidos urbanos e esgoto sanitário). Cada tipo de resíduos e segmento 
possuem características específicas as quais exigem atenção nas etapas de manejo, 
preparo, tratamento e aplicação. 
Os próximos capítulos abordam em detalhe os principais substratos utilizados 
em plantas de produção de biogás. Além desta apresentação também serão exploradas 
caraterísticas físico-químicas, concentração de nutrientes, o efeito de componentes 
nocivos, necessidades inerentes de cada substrato para se alcançar rendimentos de 
biogás satisfatórios, assim como, descrição de tecnologias de pré-tratamento e como 
sua utilização pode impactar no processo produtivo de biogás. 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 13 
2. CARACTERISTICAS FÍSICO-QUIMICAS E POTENCIAL DE PRODUÇÃO 
DE BIOGÁS DOS SUBSTRATOS 
Compreender as características dos substratos empregados nos processos de 
digestão anaeróbia são de fundamental importância para que eficiências satisfatórias 
em termos de remoção de carga orgânica, produção de biogás e concentração de 
metano sejam alcançadas. 
As especificidades inerentes a cada substrato apontam uma série e ações que 
devem ser analisadas antes e durante a produção de biogás, desta forma, a presente 
seção abordará características físico-químicas e detalhamento de nutrientes e 
condições ideias para a utilização de diferentes tipos de substratos visando a obtenção 
do biogás. 
2.1. Água Residuária de Suinocultura (ARS) 
As águas residuárias de suinocultura possuem interessantes características 
nutricionais, em contrapartida apresentam elevada carga orgânica e está pode contribuir 
no processo de lixiviação de nutrientes no solo, podendo causar contaminação de 
corpos hídricos e águas subterrâneas (ANAMI et al. 2007). Diante disto, a necessidade 
do tratamento para redução de sua carga orgânica e estabilização do efluente é de 
fundamental importância, surgindo neste âmbito a digestão anaeróbia como tecnologia 
para tratamento e solução desta problemática. 
A rica composição em nutrientes presente nas ARS pode variar 
consideravelmente conforme o estágio de vida dos suínos. As concentrações de 
nitrogênio total variam entre 400–3.710 mg/L (SILVA, 1996; WENDT et al. 1999; 
CAOVILLA et al. 2010); as concentrações de fósforo encontram-se entre 338–1.009,40 
mg/L(DUDA e OLIVEIRA, 2009; CAOVILLA et al. 2010); e as concentrações de potássio 
encontram-se entre 220,00–1.180 mg/L (SILVA, 1996; CAOVILLA et al. 2010). O 
balanceamento de nutrientes associado a uma boa relação carbono/nitrogênio (30:1) 
garante condições favoráveis ao desenvolvimento de microrganismos produtores de 
metano (Archeas metanogênicas). A relação carbono/nitrogênio média das ARS são de 
10,1:1, a baixa concentração de carbono pode impactar na oferta de energia para o 
desenvolvimento celular dos microrganismos. 
As Archeas metanogênicas são muito sensíveis a variações bruscas de pH, ao 
passo que para o processo global de biodigestão a faixa ótima de pH deve estar entre 
6,8–7,4 (MAO et al. 2015). Nesse quesito, a ARS apresenta características ideais com 
pH próximos a neutralidade ou levemente alcalinos (WENDT et al. 1999; RAMIREZ et 
al. 2002; CAOVILLA et al. 2010; RODRIGUES et al. 2010). 
A alcalinidade é um fator de extrema importância para o processo de digestão 
anaeróbia e se relaciona diretamente com o pH do processo. A disponibilidade de 
tamponantes (carbonatos, fosfatos, sais de amônio, entre outros). nos substratos 
garante uma estabilidade natural ao processo, pois neutraliza os ácidos orgânicos 
gerados pela degradação da ARS e impede variações bruscas de pH. A ARS apresenta 
naturalmente elevada alcalinidade devido a presença de carbonatos e bicarbonatos com 
valores que se encontram em torno de 2.300–3.700 mg/L (WENDT et al. 1999; 
RODRIGUES et al. 2010). 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 14 
Por suas propriedades a ARS tem sido amplamente estudada como substrato 
auxiliar em processos de codigestão anaeróbia para balancear nutrientes, equalizar 
partículas, complementar a carga orgânica e corrigir o pH de resíduos agroindustriais, 
por exemplo. As características físico-químicas e potencial de produção de biogás e 
metano de efluentes a partir de suinocultura estão expressos No Quadro 1. 
Quadro 1 - Características físico-químicas e produção de biogás de ARS. 
SV (kg Sv/m³ 
dejeto)1 
Produção de biogás 
(Nm³ de biogás/ m³ 
de dejeto)2 
Produção de 
metano (m³CH4/ kg 
SV)2 
Concentração de 
metano (%)2 
80,35 26,08 0,33 60 
Fonte: ASAE, 2005; 
2: Laboratório de Biogás – CIBiogás 
Os valores supracitados constituem números médios de análises, os valores 
podem apresentar variações de acordo com o ciclo produtivo e fase de criação dos 
animais. Fatores relacionados ao manejo de efluentes da suinocultura devem ser 
considerados, pois podem impactar negativamente na produção de biogás, entre os 
principais pode-se destacar o excesso de água na limpeza das baias, utilização de 
desinfetante e antibióticos no sistema de criação. 
2.2. Bovinocultura Leiteira 
Os principais problemas ambientais relacionados à criação animal referem-se 
ao acentuado volume de resíduos orgânicos gerados e seu manejo inadequado. Na 
busca por maior eficiência produtiva, aumento na qualidade dos insumos e dos 
alimentos, o sistema intensivo de produção de leite permitiu reduzir consideravelmente 
a necessidade de áreas para disposição dos animais e, consequentemente, concentrar 
os resíduos gerados no setor (HARDOIM e GONÇALVES, 2007). 
Em sistemas intensivos – confinamento – há o acúmulo de dejetos (conjunto 
de fezes, urina, água desperdiçada nos bebedouros, água de higienização e resíduos 
de ração) e geração de resíduos com altas concentrações de nutrientes e carga 
orgânica, em virtude de apenas 66% da energia contida nos alimentos ser assimilada e 
convertida pelos animais (VAN HORN, 1994). 
A presença de carboidratos, ácidos orgânicos e proteínas juntamente com altas 
concentrações de nitrogênio, fósforo e potássio (DOTTO e WOLFF, 2012) conferem ao 
dejeto bovino uma elevada biodegradabilidade. Quando manejados e aproveitados 
corretamente, este substrato constitui-se como valioso insumos para a produção de 
biogás. 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 15 
 
 
Os resíduos provenientes da bovinocultura variam sua composição de acordo 
com os tratos alimentares que são oferecidos aos animais. A dieta em sistema de 
confinamento inclui alimentos volumosos, concentrados e suplementos. Volumosos são 
alimentos que possuem teor de fibras maior que 18% de matéria seca, como capim-
elefante verde picado, silagem, feno ou forrageiras de inverno; enquanto concentrados 
apresentam teor de fibras menor que 18% de matéria seca e podem ser classificados 
como proteicos (quando há mais de 20% de proteína na matéria seca), como em tortas 
de algodão, de soja etc., ou energéticos (com menos de 20% de proteína na matéria 
seca) como milho, triguilho, farelo de arroz, entre outros (EMBRAPA, 2005). 
A remoção dos resíduos é normalmente realizada através de raspagem 
mecânica das baias de ordenha, sendo que a pouca utilização de água nos processos 
de limpeza confere a estes elevados teores de sólidos. Grande parte dos sólidos voláteis 
(40-50%) presente no dejeto bovino estão relacionados a presença de materiais fibrosos 
não degradados pelos animais, que requerem tempos de retenção hidráulica maiores 
(15–30 dias ou superiores) para seu completo tratamento. 
O Quadro 2, detalha as características físico-químicas e potencial de produção 
de biogás a partir de substratos oriundos da bovinocultura de leite. 
Quadro 2 - Características físico-químicas e potencial de produção de biogás na bovinocultura. 
Categoria ST (%) SV* (%) Produção de 
biogás 
(LNbiogás.kgsv-1) 
Produção de biogás 
(Nm³biogás.kg de 
dejeto-1) 
Metano 
(%) 
Bovino de leite 4,3 75,7 331 0,008 55 
Fonte: CIBiogás, 2019 
 
Para saber mais: 
A concentração de resíduos 
na pecuária leiteira ocorreu principalmente pela 
migração do sistema de pastejo para o sistema 
de confinamento. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 16 
2.3. Cama de Frango 
Até 2001, a cama de frango era utilizada como alimento para ruminantes em 
todo o mundo, no entanto, problemas sanitários, como a Encefalopatia Espongiforme 
Bovina ocorridos na Europa, fez com que o Ministério da Agricultura brasileiro lançasse 
uma Instrução Normativa (IN 15/2001) proibindo a comercialização da cama de frango 
para finalidades alimentares (FUKAYAMA, 2008). Essa mudança de cenário fez com 
que os produtores buscassem uma alternativa imediata para a destinação desse resíduo 
orgânico. 
A utilização da cama de frango foi vista como uma interessante alternativa pela 
composição nutricional do resíduo, sendo permitida sua comercialização como 
fertilizante. No entanto, a aplicação do dejeto sem tratamento prévio pode provocar 
eventos altamente impactantes nos solos e corpos hídricos (AIRES, 2009), 
principalmente pelas elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal presente nesse 
composto. 
Os teores de nutrientes presentes nas camas apresentam certa 
homogeneidade independentemente da fonte vegetal utilizada. Segundo Fukayama 
(2008), os fatores que influenciam significativamente a variação de sua composição 
estão associados ao manejo da cama (tipo de ração empregada, quantidade de material 
de cobertura, densidade de alojamento de aves, nível de reutilização, entre outros). 
O Comunicado Técnico nº 466 da Empresa Brasileira de Pesquisa 
Agropecuária (EMBRAPA) traz resultados referentes à caracterização de diferentes 
camas de frango compostas em maravalha, casca de arroz, sabugo de milho, capim, 
palhada de soja, restos da cultura do milho e serragem, obtendo médias de teores de 
2,51% de N, 1,72% de Ca e 0,93% de P. O pH dos resíduos para as camas de diferentes 
fontes variou entre 8,58 e 8,97 (DE AVILA et al. 2007). Santos et al. (2005) relatam 
teores de umidade para cama de frango variando entre 21,33–39,03%. 
Em sua composição, além dos nutrientes minerais, a cama de frango apresenta 
elevados teores de proteínas e carboidratos advindos da ração dos animais, além disso 
apresenta elevada concentração de compostoslignocelulósicos que resultam em longos 
TRHs para a digestão do efluente. Outro problema associado a cama de frango se 
relaciona a presença de elevados teores de nitrogênio amoniacal não dissociado, cuja 
presença exerce grande efeito inibitório para a digestão anaeróbia quando em altas 
concentrações (FUCHS et al. 2018). 
O pH básico somado ao elevado teor de sólidos e grande quantidade de 
nitrogênio amoniacal fazem com que a cama de frango seja um interessante constituinte 
para sistemas de codigestão, principalmente em conjunto com efluentes de elevada 
degradabilidade, relação C:N e acidez, e baixo teor de sólidos. O Quadro 3 expressa 
diversos trabalhos que realizaram a digestão de resíduos da avicultura com ou sem 
adição de outros substratos. 
 
 
 
 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 17 
Quadro 3 - Potencial de produção de biogás a partir da cama de frango em sistemas com e 
sem mistura com outros substratos 
Substratos TRH 
Eficiência 
Referência 
RMO 
Produção de 
gás 
Cama de frango e 
resíduos de 
abatedouro 
até 100 
dias 
76% SV 
Até 300 mLCH4/g 
de efluente 
Salminen e Rintala 
(2002) 
Cama de frango e 
carcaças 
60 dias 47,21% SV 165 mLbiogás/gSV 
Orrico Júnior et al. 
(2010) 
Esterco de frango e 
palha de milho 
90 dias 79% SV 283 mLCH4/gSVadic. 
Li et al. 
(2014) 
Cama de frango e 
resíduos da polpa 
de beterraba 
sacarina 
20 dias 66,23% SV 346 mLCH4/gSV 
Borowski et al. 
(2016) 
Esterco de frango e 
silagem de milho 
297 dias 
Aprox. 
20% de ST 
309 mLCH4/gSV 
Sun et al. 
(2016) 
Esterco de galinha 
e palha de papoula 
240 dias 
Até 
67% de SV 
360 mLCH4/gSV 
Bayrakdar et al. 
(2017) 
2.4. Manupueira 
A água residuária oriunda do processamento de mandioca é denominada 
manipueira. Este efluente é originado no processo de prensagem, desintegração e 
lavagem da mandioca. Juntamente com a água extraída são também transportados 
diversos compostos como carboidratos, nitratos, proteínas, fosfatos, potássio e cianeto. 
De toda energia contida nas raízes da mandioca apenas 70% é recuperada como amido, 
sendo que aproximadamente 11% é perdida nas águas residuárias (CARVALHO et al. 
2018). Na Figura 1 pode-se visualizar local de descarga de manipueira bruta. 
Figura 1 - Descarga de manipueira bruta. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 18 
A composição da manipueira também é variável conforme o sistema de 
processamento das raízes e o produto de interesse. Carvalho et al. (2018) determinou 
teores médios para caracterização do resíduo com base em diversos trabalhos da área. 
Os valores médios determinados foram de 32,9 g/L, 14,4 g/L, 0,9 g/L, 549 mg/L e 1,33 
g/L para carboidratos totais, açúcares redutores, nitrogênio total, fósforo e potássio, 
respectivamente. As médias ainda alcançaram valores na faixa de 20,6 gO2/L, 2,9 g/L e 
16,4 mg/L para demanda química de oxigênio, sólidos solúveis voláteis e cianeto, 
respectivamente. 
O elevado teor de açúcares redutores confere a manipueira uma rápida 
degradabilidade e conversão a ácidos voláteis, o que ajuda a caracterizar o odor do 
efluente, além disso, a rápida degradação de açúcares faz com que o pH do efluente 
normalmente se encontre entre 4,0–6,8 (XIE et al. 2014; DOS SANTOS et al. 2017). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resíduos de baixo pH requerem certos cuidados quando destinados a 
tratamentos por processos de digestão anaeróbia, sendo recomendadas medidas para 
manter a eficiência do processo. Para essa ação normalmente se associam a 
codigestão da manipueira com outros efluentes de alta disponibilidade a alcalinidade ou 
pela adição de produtos químico-alcalinos como hidróxidos. Além disso, pode-se 
empregar reatores de alta eficiência, digestores em dois estágios, e recirculação do 
digestato. Todas essas ações com a finalidade de minimizar problemas de acidificação 
no interior do biodigestor. O Quadro 4 detalha o potencial de produção de biogás a partir 
da manipueira. 
Quadro 4 - Potencial de produção de biogás utilizando manipueira. 
Reator/Regime Produção de gás Referência 
Tubular de fluxo ascendente 1040 mLCH4/ gDQOconsum. Barana e Cereda (2000) 
UASB 245 mLH2/gDQO Khongkliang et al. (2017) 
UASB 328 mLCH4/gDQOadic. 
Jiraprasertwong et al. 
(2019) 
 
Atenção: 
Pequenas alterações no pH podem 
afetar sensivelmente 
microrganismos envolvidos no 
processo de digestão aneróbia, em 
especial os metanogênicos 
(SOARES et al. 2017). 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 19 
2.5. Vinhaça 
A vinhaça (Figura 2) é rica em diversos nutrientes minerais, principalmente o 
potássio, sendo que este nutriente se encontra em concentrações aproximadamente 
seis vezes maiores que os demais macronutrientes presentes no resíduo (LYRA et al. 
2003). Sua composição apresenta elevada concentração de matéria orgânica e sua 
DQO pode chegar a 35.000 mg/L. O pH do resíduo é mais ácido que o da manipueira, 
variando entre 3,7–5,0 (SZYMANSKI et al. 2010). 
Figura 2 - Lagoa para armazenamento de vinhaça 
 
Fonte: USP, 2016. 
Além das características químicas, a vinhaça normalmente sai das plantas de 
destilação com altas temperaturas, que podem variar de 65–107 °C (PARSAEE et al. 
2019). Por sua composição desbalanceada de nutrientes, baixo pH e elevada DQO, a 
vinhaça é um dos efluentes de maior potencial poluidor dentre os resíduos provenientes 
da agroindústria. 
Assim como a manipueira, seu tratamento via processos de digestão anaeróbia 
apresenta elevado potencial pela alta concentração de açúcares redutores 
remanescentes dos processos fermentativos, no entanto, a baixa disponibilidade de 
nitrogênio e baixo pH requerem maior rigor no controle de estabilidade do processo, 
adição de alcalinidade nos reatores, codigestão com outros resíduos visando 
balanceamento de nutrientes, digestão em reatores de múltiplos estágios, recirculação 
de digestato e operação em reatores mais eficientes, como reatores UASB. 
Pompermayer e De Paula Jr. (2003) avaliaram o potencial de produção de 
biogás de vinhaça no Brasil e estimaram uma geração anual de aproximadamente 3 
bilhões de metros cúbicos do biocombustível. Com esse valor seria possível suprir toda 
a demanda de diesel mineral utilizado para geração de energia elétrica no país, 
comprovando sua viabilidade técnica e econômica. 
Valores de referência sobre a característica da vinhaça e seu potencial de 
produção de biogás, estão expressos no Quadro 5. 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 20 
Quadro 5 - Características físico-químicas e potencial de produção de biogás da vinhaça. 
Substrato ST 
(g/kg) 
SV 
(g/kg 
ST) 
Produção de 
biogás 
(LN.kg/SV) 
Metano (%) 
 
Produção de 
biogás (Nm³/ton 
de substrato 
 
Produção de 
metano (Nm3/ton 
de substrato) 
 
Vinhaça 28,9 692,2 586 59 11,2 6,6 
Fonte: Laboratório de Biogás – CIBiogás (2020). 
Devido à elevada umidade e ausência de lignina, a produção de biogás a partir 
da vinhaça é mais simples e rápida se comparada ao bagaço de cana e a torta de filtro 
e exclui a necessidade de um pré-tratamento complexo. Adicionalmente, a baixa 
concentração de sólidos permite a escolha de modelos de biodigestores mais simples e 
baratos, como lagoa coberta. 
2.6. Glicerol Residual 
O glicerol (Figura 3) é um dos principais subprodutos gerados na cadeia 
produtiva do biodiesel. Em sua composição apresenta diversas impurezas como 
gorduras não convertidas, resíduos de catalisadores, álcoois, pigmentos, sabões e 
biodiesel (MEHER et al. 2006), o que torna técnica e economicamente inviável sua 
purificação para utilizações mais nobres na indústria alimentícia e de cosméticos por 
exemplo. Desta forma, destinações alternativas foram estudadas avaliando-se possíveis 
destinações para esse resíduo. 
Testes utilizando o glicerol como aditivo em processos de digestão anaeróbia 
com outros resíduos agroindustriais comprovam sua viabilidade. Por sua elevada cargaorgânica e grande disponibilidade de carbono, pequenas adições de glicerol podem 
incrementar consideravelmente a produção de biogás. Além disso, a presença de 
resíduos básicos oriundos dos processos de transesterificação proporcionam 
disponibilidade de alcalinidade para o processo, auxiliando na estabilidade do pH, 
principalmente quando se realiza a digestão de resíduos de elevada acidez como a 
manipueira e a vinhaça. 
No Quadro 6 são apresentados resultados de pesquisas sobre a codigestão 
anaeróbia de diferentes resíduos agroindustriais e glicerol, utilizado como aditivo para 
potencializar a produção de biogás, em diferentes proporções. 
 
 
 
 
 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 21 
Quadro 6 - Trabalhos que utilizaram o glicerol como aditivo para potencializar a produção de 
biogás 
Substratos 
Teor de 
Glicerol 
Produção de 
Biogás 
(mL/gSV) 
Referência 
Glicerol + ARS 45–60% 190–670 Chen et al. (2008) 
Glicerol + ARS 1–5% 260–1430 Cremonez et al. (2016) 
Glicerol + ARS 3% 470 Astals et al. (2013) 
Glicerol + Manipueira 2–3% 750–1200 Larsen et al. (2013) 
Glicerol + Lodo de esgoto 1% 910–1270 Rivero et al. (2014) 
2.7. Efluente de Laticínios 
Durante o processamento de leite são gerados aproximadamente 3 litros de 
efluente para cada litro que entra no processo. Segundo Cichello et al. (2013), os 
resíduos gerados pelo setor de laticínios apresentam elevada concentração de óleos e 
graxas, conferindo alta carga orgânica ao efluente. Além de óleos e gorduras (4.680 
mg/L), os resíduos ainda apresentam certo teor de proteínas (5.711 mg/L) e carboidratos 
residuais (377 mg/L) que não são eficientemente aproveitados nos processos industriais 
(MENDES et al. 2004). 
A concentração de DQO do efluente gira em torno de 4.427 mg/L, 
apresentando 88% de degradabilidade e potencial de geração de metano de 295 m³/ton 
DQO removida (HANDREICHUNG BIOGASNUTZUNG, 2004), vale ressaltar que os 
percentuais de degradabilidade e potencial podem variar de acordo com o pré-
tratamento e tratamento adotados. 
A presença de gorduras indica grande potencial de geração de biogás ao 
efluente de laticínios, por outro lado, elevados conteúdos lipídicos implicam em 
problemas operacionais aos sistemas, principalmente os relacionados a incrustações 
em tubulações e acúmulo de escumas na superfície dos reatores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para fixar: 
Sistemas de digestão anaeróbia têm como principal função a 
remoção de carbono nos efluentes, no entanto, o nitrogênio é de 
grande importância para a manutenção das culturas de 
microrganismos 
 
Uma boa relação C:N é de fundamental importância para a 
eficiência do processo 
 
Em muitos casos a codigestão anaeróbia de resíduos é a saída mais 
eficiente para equalização dos elementos necessários ao processo. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 22 
A utilização de efluentes de laticínios como fonte de energia é amplamente 
utilizada em nível comercial e ainda apresenta grande potencial de aprimoramento, ao 
passo que diversas pesquisas (Quadro 7) são realizadas buscando a melhoria da 
eficiência dos sistemas de degradação desses materiais e, consequentemente, maior 
aproveitamento da energia contida no resíduo. 
Quadro 7 - Caracterização físico-química e potencial de produção de biogás de efluentes de 
laticínios 
 
Parâmetro 
 
Unidade 
Faixa de variação 
(1) (2) 
SV mg.L-1 24 – 5700 100 – 1000 
ST mg.L-1 135 – 8500 100 – 2000 
DQO mg.L-1 500 - 4.500 6000 
Produção de biogás¹ Nm³.kgSV-1 0,6429 0,6429 
Fonte: (1) Environment Agency of England and Wales, 2000 – European Commission – IPPC 
(2006) apud Machado et al (2002); (2) ABIQ apud Machado et al (2002); ¹Laboratório CIBiogás; 
Villa et al. (2007). 
2.8. Efluentes da Indústria Cervejeira 
Segundo CervBrasil (2017), para cada litro de cerveja produzida são 
consumidos 4,5 litros de água. A quantidade relativa de efluentes gerados no processo 
de produção da bebida também é elevada apesar dos avanços tecnológicos no setor. 
Dentre os principais resíduos sólidos produzidos, citam-se o bagaço de malte, que 
corresponde a cerca de 85% do resíduo gerado (ALIYU e BALA, 2011). O bagaço de 
malte constitui-se principalmente por cascas da cevada maltada e apresenta elevados 
teores de fibras, sendo composto por 12,29% de celulose, 26,13% de lignina e 23,41% 
de hemicelulose (MELLO ET AL. 2013). A caracterização desse resíduo é apresentada 
no Quadro 8. 
Quadro 8 - Caracterização de sólidos e potencial de produção de biogás do bagaço de malte 
Substrato ST 
(g.kg-1) 
SV 
(g.kgST-1) 
Produção de biogás 
(Nm³.t-1 de substrato) 
Bagaço de malte 219,2 964,8 129,8 
 
Há também as leveduras, que são geradas na etapa da fermentação. Parte 
desta levedura é reaproveitada em uma nova batelada, e parte é vendida para indústria 
alimentícia. E a terra diatomácea, que é usada na clarificação da cerveja (SANTOS, 
2005). 
Da água residuária gerada no processo produtivo, constatam-se elevados 
teores de açúcares fermentescíveis (maltotriose, maltose e glicose) não digeridos no 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 23 
processo fermentativo, além de elevada carga orgânica (ARANTES et al. 2018). Com 
relação a caracterização físico-química das águas residuárias de cervejaria constata-se 
segundo Arantes et al. (2019): DQO de 4,71–10,01 g/L, teor de carbono de até 7,22 g/L; 
teor de nitrogênio de até 240 mg/L, teor de fósforo de 8,0–20,4 mg/L, 3,85–17,58 g/L de 
ST e 3,67–17,06 g de SV. A relação Carbono/Nitrogênio varia entre 8 a 13, valores 
inferiores aos recomendados em literatura para um bom desenvolvimento do processo 
anaeróbio. O pH também é inferior ao ideal para o desenvolvimento de microrganismos 
metanogênicos, variando entre 4,4–6,6. 
2.9. Resíduos de Abatedouros 
O elevado consumo de água nos sistemas de abate de animais é responsável 
pela geração dos grandes volumes de efluentes líquidos encontrados no setor. Os 
resíduos de abatedouros apresentam elevada DQO e DBO, principalmente pela 
composição em óleos, graxas e sangue (BAYR et al. 2012; VILVERT et al. 2019). 
Segundo caracterização de resíduos de abatedouro de bovinos realizada por Cassidy e 
Belia (2005), após tratamentos primários, os valores de DQO e SST para o efluente 
foram de 7.685 mg/L e 1.742 mg/L, respectivamente. Com relação aos nutrientes 
minerais, o resíduo apresentou 1.057 mg/L de nitrogênio total e 217 mg/L de fósforo. O 
pH obtido do resíduo foi muito próximo da neutralidade com valor de 7,3. 
Assim como já relatado na seção sobre efluentes de laticínios, gorduras e 
proteínas apresentam elevado potencial teórico para produção de biogás, no entanto, 
sistemas de digestão anaeróbia convencionais aplicados a esses compostos são 
propensos a problemas e falhas, principalmente pela geração de inibidores do processo 
fermentativo, como a amônia e ácidos graxos livres (CUETOS et al. 2008; BAYR et al. 
2012). Além disso, resíduos com essas características apresentam lenta 
degradabilidade, demandando sistemas de elevada complexidade e eficiência ou 
digestores de grandes volumes. 
O fato de graxas e proteínas apresentarem certo valor comercial atrelado a 
problemática relacionada ao manejo desses compostos fazem com que indústrias 
busquem destinações alternativas ou realizem o aproveitamento desses resíduos. 
Desta forma, poucos são os relatos de sucesso (no Brasil) na utilização em grande 
escala de efluentes de abatedouros na produção de biogás. Ainda assim, com o 
desenvolvimento de pesquisas e sistemas comerciais de digestão mais aprimorados 
(reatores com sistemas avançados de controle, pré-tratamentos específicos, entre 
outros) levanta-se grande potencial de utilização dessas águas residuais na obtenção 
de energia limpa, agregando valor as próprias cadeias produtivas. A partir da Tabela 9 
visualizam-se referências em pesquisas a níveis laboratoriais utilizandoresíduos de 
abatedouros como substratos para processos de digestão anaeróbia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 24 
Quadro 9 - Eficiência do tratamento e rendimento de biogás utilizando efluente de abatedouro 
(aves, suínos, bovinos e ovinos) submetido a digestão anaeróbia em diferentes condições 
Tipo de 
Efluente 
Condição Eficiência Referência 
Aves 
Codigestão com 
resíduos sólidos 
urbanos em sistema de 
alimentação semi-
contínua 
Até 83% de remoção de 
gorduras; 
Produção específica de 
biogás de até 1000 
mLbiogás/gSV 
Cuetos et al. 
(2008) 
Suíno 
Pré-tratamento com 
aquecimento, adição de 
NAOH e autoclavagem 
489 dm³CH4/kgSV 
Hejnfelt e 
Angelidaki (2009) 
Aves e Suínos 
Pré-tratamento térmico 
(pasteurização e 
esterilização) e digestão 
em lotes 
Após tratamento, 
incremente de 580 para 
960 mLCH4/ gSVadic. 
Rodríguez-Abalde 
et al. (2011) 
Gado 
Digestores tubulares 
sequenciais 
Produção específica de 
biogás de 550 mL/gSV 
Martí-Herrero e 
Flores (2018) 
Ovelha 
Nanopartículas de ferro 
biossintetizadas a partir 
do lodo para incremento 
da biodigestão 
Aumento no rendimento de 
metano de até 45%; 
RMO:42% DQO 
Yazdani et al. 
(2019) 
3. PRÉ-TRATAMENTO DE SUBSTRATOS 
Apesar de apresentarem carga orgânica e teor de sólidos voláteis elevados, 
muitos substratos com alto potencial de produção de biogás necessitam de pré-
tratamento para que possam ser aproveitados em processos de digestão anaeróbia e 
aumentar o rendimento do biogás, em especial quando adotada codigestão de resíduos. 
Substratos com elevados teores de gorduras e de compostos lignocelulósicos 
são os que apresentam maior número de estudos nessa área. Essa seção visa abordar 
as principais categorias de pré-tratamentos empregados nos substratos destinados a 
digestão anaeróbia. Vale ressaltar que as técnicas de pré-tratamentos podem ser 
utilizadas de forma combinada para que alcancem maior eficiência. 
3.1. Pré-tratamento Físico 
Os pré-tratamentos físicos são utilizados para modificar a estrutura do 
substrato e facilitar a degradação da matéria orgânica na digestão anaeróbia. A 
aplicação destes pré-tratamentos aumenta a área superficial do substrato para os 
microrganismos por meio da redução do diâmetro da partícula, adição de ondas 
eletromagnéticas ou elevada temperatura, além da combinação entre eles. Dentre os 
pré-tratamentos mais utilizados destacam-se: mecânico, irradiação e térmico. 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 25 
3.1.1. Pré-tratamento mecânico 
O pré-tratamento mecânico contribui para o aumento da superfície de contato 
entre o substrato e os microrganismos e reduz o grau de cristalização da celulose 
através de processos mecânicos como a trituração, moagem ou corte da biomassa 
(SANTOS, 2013). A redução no diâmetro das partículas orgânicas complexas melhora 
o acesso das enzimas hidrolíticas ao substrato, acelera sua conversão em compostos 
mais simples durante a fase de hidrólise, para posterior assimilação desses compostos 
pelas bactérias acidogênicas, e aumenta a produção acumulada de biogás. Dentre os 
pré-tratamentos mecânicos citam-se os de alta pressão, centrifugação, gradeamento, 
tamisação, retificação e extrusão. Além destes, o tratamento com uso de ultrassom tem 
sido amplamente estudado como forma de redução do tamanho de partículas 
(CARLSSON et al. 2012). 
O Quadro 10, expressa a influência do tamanho na partícula no processo de 
produção de biogás. 
Quadro 10 - Influência do diâmetro da partícula na produção de metano 
Substrato 
Diâmetro da 
partícula (mm) 
Produção de metano 
(L CH4/kg SV) 
Gramíneas 
(Pennisetum híbidro) 
> 0,83 269 (±6) 
0,38 – 0,83 276 (±4) 
0,18 – 0,25 290 (±0) 
< 0,18 290 (±2) 
*Os valores entre parênteses representam o desvio padrão da média. 
Fonte: Adaptado de Kang et al., (2019). 
Em geral, métodos mecânicos são relativamente mais simples e menos 
dispendiosos, no entanto, apesar de eficazes no que se propõe apresentam menos 
eficiência que outras formas de tratamento de substrato. Dessa forma, procedimentos 
mecânicos normalmente são utilizados em combinação com outros tratamentos, como 
em trabalho de Dhar et al. (2011) que realizaram o pré-tratamento de lodo ativado de 
resíduos municipais com emprego de combinações de tratamento mecânico e doses de 
peróxido de hidrogênio e cloreto férrico. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 26 
3.1.2. Pré-tratamento por Irradiação 
O pré-tratamento físico por irradiação inclui diversas técnicas, especialmente o 
ultrassom e micro-ondas. O micro-ondas é a técnica mais estudada dentre os pré-
tratamentos físicos, contudo, o ultrassom que usualmente é aplicado em lodo 
proveniente de tratamento de esgoto por lodos ativados, tem sido adotado também aos 
resíduos lignocelulósicos, nesta categoria duas tecnologias são amplamente utilizadas: 
micro-ondas e ultrassom. 
• Micro-ondas: Micro-ondas são ondas curtas de energia 
eletromagnética com frequência entre 0,3 e 300 GHz. Os micro-ondas 
domésticos e industriais usualmente operam com uma frequência de 
2,45 GHz. Estas ondas aumentam a energia cinética da água presente 
na biomassa (ou adicionada durante o pré-tratamento) levando ao 
ponto de ebulição. A rápida geração de calor e pressão contribui para a 
hidrólise da biomassa, forçando a saída dos componentes para fora da 
estrutura celular. 
• Ultrassom: O ultrassom é uma energia acústica na forma de ondas com 
uma frequência acima do intervalo de audição humana. O efeito físico 
do pré-tratamento por ultrassom é o colapso das bolhas cavitacionais[1] 
geradas durante o processo, que proporcionam uma alteração de 
natureza química na biomassa, resultando na destruição em sua parede 
celular. Ao alterar a estrutura da parede celular da biomassa, este pré-
tratamento aumenta a superfície de contato e reduz o grau de 
polimerização dos seus componentes, o que permite aumentar a 
biodegradabilidade de substratos lignocelulósicos e consequentemente 
a produção de biogás. 
3.1.3. Pré-Tratamento Térmico 
Pré-tratamentos térmicos apresentam eficiência no tratamento de resíduos 
lignocelulósicos, degradando a lignina e a hemicelulose, além de quebrar as ligações 
de hidrogênio em complexos cristalinos de celulose, elevando a área superficial e 
promovendo inchamento da biomassa. Normalmente é realizado em estruturas como 
autoclaves, panelas de pressão ou reatores encamisados (RODRIGUEZ et al. 2017). 
Com a utilização de hidrólise enzimática, compostos como lipídeos e 
carboidratos são rapidamente degradados, no entanto, as proteínas são protegidas por 
estarem envoltas pela parede celular. O emprego de calor destrói as ligações químicas 
da parede e da membrana celular permitindo o acesso das proteínas a degradação. A 
utilização de compostos químicos, como ácidos, favorece a solubilização da matéria 
orgânica fazendo com que temperaturas moderadas sejam suficientes para 
deterioração dos compostos orgânicos complexos (GUPTA et al. 2012). 
Temperaturas variando dos 60 aos 270 °C (BORDELEAU e DROSTE, 2011) 
têm sido estudadas, no entanto, os esforços se concentram na faixa entre 60 a 180°C 
ao passo que temperaturas superiores podem induzir a formação de elementos tóxicos 
ou inibidores (amônia, compostos refratários entre outros) (FERRER et al. 2008; 
RODRIGUEZ-ABALDE et al. 2011; AZEITONA, 2012). 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 27 
 
Além da combinação entre reagente químicos e elevadas temperaturas, o 
processo hidrotérmico, com emprego de água líquida em elevadas temperaturas, pode 
ser considerado um dos métodos mais interessantes no pré-tratamento de resíduos 
lenhosos, além de ser extremamente atrativo por não utilizar nenhum reagente químico. 
O processo emprega água em elevada temperatura (160–220 °C) e pressão elevando 
sua força iônica e por consequência despolimerizado a hemicelulose presente nossubstratos (RUIZ et al. 2013). Resultados de até 40% na elevação da produção de 
biogás podem ser alcançados com essa técnica ao passo que o processo pode levar de 
segundos até horas dependendo da temperatura aplicada. No entanto, em vias gerais, 
esse procedimento não tende a resultar em balanços energéticos positivos que 
viabilizem seu uso (KRATKY e JIROUT, 2015). 
3.2. Pré-tratamento Químico 
Compostos químicos, sejam orgânicos ou inorgânicos podem ser empregados 
no tratamento de substratos objetivando o incremento da produção de biogás (GUPTA 
et al. 2012). Segundo Azeitona (2012), os principais tratamentos químicos se dividem 
em dois grupos, o grupo de i) hidrólise alcalina e ácida e o ii) grupo de oxidação 
avançada (incluindo técnicas de aplicação de ozônio e peroxidação). Essas categorias 
incluem principalmente os tratamentos oxidativos e de adição de ácidos ou bases em 
praticamente todos os tipos de substratos (CARLSSON et al. 2012). 
Frente a outros métodos de pré-tratamentos, os de origem química apresentam 
menor consumo de energia além de elevada eficiência, contando com um dos melhores 
custos benefícios (LIN et al. 1997). 
 
 
 
 
 
 
Para saber mais: 
 
O emprego de calor no tratamento de 
substratos da produção de biogás é 
interessante não só pela hidrólise de 
compostos complexos, mas também pela 
esterilização do material. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 28 
 
Ácidos concentrados podem beneficiar a hidrólise enzimática de substratos de 
origem lignocelulósica, enquanto a hidrólise alcalina remove a lignina e hemiceluloses 
elevando a área superficial do material e o tornando mais acessível aos microrganismos 
(GUPTA et al. 2012). Além da utilização de ácidos fortes, tratamentos com ácidos fracos, 
como o ácido acético são interessantes pois alguns ácidos são precursores do metano 
no processo de digestão, contribuindo sinergicamente com o processo. 
Segundo De Rossi et al. (2017), diversas tecnologias químicas estão sendo 
aprimoradas. Dentre elas, cita-se a utilização de ácido diluído, amoníaco, solubilização 
alcoólica, explosão das fibras em amônia e uso de sulfito. O mesmo autor relata o uso 
eficiente de tratamentos ácidos (ácido cítrico em alta pressão) e tratamentos básicos 
(ureia com hidróxido de sódio em baixas temperaturas) no incremento da produção de 
biogás de resíduos lignocelulósicos. 
Avaliando a eficiência no tratamento de resíduos sólidos urbanos com emprego 
de HCl, Devlin et al. (2011) obtiveram elevação no rendimento de metano de 14,3%. Já 
Dewil et al. (2007) empregando técnicas de peroxidação como processo Fenton e 
tratamento com peroximonosulfato obteve elevação na produção de biogás de até 100%. 
Nos pré-tratamento alcalinos as reações químicas ocorrem por meio de 
catalisadores alcalinos que provocam a saponificação das ligações de ésteres entre as 
moléculas internas e aumenta a porosidade do material. Esse efeito diminui o grau de 
polimerização e cristalização da lignina e facilita o contato das exoenzimas com a 
celulose e hemicelulose. Dentre as principais soluções utilizadas destacam-se o 
hidróxido de sódio (NaOH), hidróxido de potássio (KOH) e hidróxido de cálcio (Ca(OH2)). 
3.3. Pré-tratamento Biológico 
Para degradação de substratos lenhosos ou restos vegetais, pré-tratamentos 
biológicos baseados em atividade enzimática de bactérias e fungos são os mais 
empregados. Em geral, fungos brancos atacam a lignina e a celulose enquanto fungos 
marrons tem a capacidade de degradar a celulose (RODRIGUEZ et al. 2017). 
Para resíduos com elevado teor de açúcares fermentescíveis, a separação da 
fase ácida pode ser considerada uma etapa de pré-tratamento, garantindo a conversão 
carboidratos em ácidos orgânicos e evitando os efeitos inibitórios das Archeas 
metanogênicas que são muito sensíveis a variações bruscas de pH. A adição dos ácidos 
Para saber mais: 
 
Métodos químicos 
são usualmente submetidos a variações de 
temperaturas sendo denominados: 
“TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS” 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 29 
voláteis ocorre de forma controlada no reator de fase metanogênica garantindo essa 
estabilidade. 
A hidrólise enzimática é outra forma de tratamento biológico muito empregado 
principalmente na quebra de resíduos lignocelulósicos, amido e gorduras. Apesar de 
muitas enzimas serem produzidas pelas bactérias no próprio reator, enzimas 
específicas ou uma mistura de enzimas podem ser adicionadas de modo que se otimize 
a degradação da biomassa (RODRIGUEZ et al. 2017). 
De modo geral, tratamentos biológicos podem acelerar a hidrólise de 
microrganismos e melhorar a fermentação de substratos complexos (BARUA et al. 
2018). Pré-tratamentos biológicos são conduzidos em reatores simples e em condições 
moderadas, o que proporciona economia de energia (YU et al. 2019). No entanto, 
processos de quebra biológica necessitam de longos tempos de ação, além disso, as 
enzimas empregadas normalmente apresentam custos elevados se comparado a 
reagente químicos. 
3.4. Comparação Técnológica 
O Quadro 11 apresenta em resumo as vantagens de desvantagens de cada 
tipo de pré-tratamento. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 30 
Quadro 11 - Comparativo entre vantagens e desvantagens entre distintos pré-tratamentos 
VANTAGENS DESVANTAGENS 
2.1 MECÂNICO 
-Causa efeito de cristalização da 
celulose; 
- Não requer soluções químicas; 
- Não gera efluentes e subprodutos. 
-Demanda energia; 
-Demanda equipamentos para o 
controle; 
2.2 FÍSICO 
-Aumenta a superfície de contato do 
substrato; 
-Aumenta a velocidade de produção 
de biogás; 
-Não requer soluções químicas; 
-Não gera efluentes perigosos. 
-Demanda energia elétrica; 
-Eleva os custos de aquisição de 
equipamentos; 
-Baixa eficiência em biomassa sólida; 
-Pode formar compostos inibitórios 
(furfural e polifenóis). 
2.3 TÉRMICO 
-Solubiliza a hemicelulose; 
-Solubiliza parte da hemicelulose; 
-Melhora a viscosidade; 
-Não requer soluções químicas; 
-Não gera efluentes perigosos. 
-Demanda energia para 
aquecimento; 
-Demanda equipamentos para o 
controle de pressão e temperatura; 
-Pode formar compostos inibitórios 
(furfural e polifenóis) 
2.4 QUÍMICO 
- Alta conversão de açúcar; 
- Pode ser realizado em temperatura 
ambiente; 
- Remove a celulose e lignina; 
- Solubiliza a hemicelulose. 
Demanda energia e consumo de 
reagentes; 
- Demanda equipamentos resistentes 
a corrosão; 
- Apresenta alta toxicidade; 
- Gera efluente ao final do processo. 
2.5 BIOLÓGICO 
- Baixo custo; 
- Não tem liberação de compostos 
tóxicos; 
- Não gera efluente ao final do 
processo. 
- Período de incubação longo; 
- Taxa lenta de deslignificação; 
- Perda de celulose e hemicelulose 
no processo. 
A aplicação de pré-tratamentos é uma alternativa tecnológica com potencial 
para a incorporação de novos substratos na produção de biogás. Cada tipo de pré-
tratamento apresenta demandas distintas em termos de área, tempo, energia, soluções 
químicas ou microrganismos, bem como gera, além do material pré-tratado, efluentes 
ou resíduos oriundos do processo. Um estudo de viabilidade técnica e econômica 
considerando as especificidades da biomassa a ser tratada, como as características de 
geração, os custos de aquisição de insumos e o manejo do material residual é uma 
etapa imprescindível para o sucesso da aplicação do pré-tratamento. 
 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 31 
4. CONCLUSÃO 
A partir dos conhecimentos adquiridos nas seções anteriores, pode-se concluir 
que: 
• Cada resíduo apresenta suas especificidades, vantagens e limitações 
quando submetidos a processos de digestão anaeróbia. Muitos deles 
apresentam características complementares fazendo com que ocorra 
boa sinergia em sistemas de codigestão. 
• De modo que se obtenha o máximo aproveitamento desses resíduos, 
processos de pré-tratamento podem ser utilizados com a finalidade demelhorar as propriedades dos substratos e facilitar sua degradação 
pelos microrganismos do processo. 
 
Caracterização e Potencial de Substratos 
 32 
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