Digestão anaeróbia de resíduos orgânicos para cozinha industrial

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1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo 
2013 
 
DIGESTÃO ANAERÓBIA DE RESÍDUOS 
ORGÂNICOS PARA COZINHA INDUSTRIAL DOS 
RESTAURANTES LATIFE 
MARIA EUGÊNIA VIAL MARCHI 
PAULO DO AMARAL BRESSIANI 
PAULO MENESCAL BARBOSA 
 
2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo 
2013 
 
DIGESTÃO ANAERÓBIA DE RESÍDUOS 
ORGÂNICOS PARA COZINHA INDUSTRIAL DOS 
RESTAURANTES LATIFE 
MARIA EUGÊNIA VIAL MARCHI 
PAULO DO AMARAL BRESSIANI 
PAULO MENESCAL BARBOSA 
 
Projeto de Formatura 
apresentado à Escola Politécnica da 
Universidade de São Paulo, no âmbito 
do Curso de Engenharia Ambiental 
 
Orientador: Professor Doutor 
Ronan Cleber Contrera 
 
3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FICHA CATALOGRÁFICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Marchi, Maria Eugenia Vial 
Digestão anaeróbia de resíduos orgânicos para cozinha 
industrial dos restaurantes Latife / M.E.V. Marchi, P.M. Barbosa, 
P.A. Bressiani. -- São Paulo, 2014. 
114 p. 
 
Trabalho de Formatura - Escola Politécnica da Universidade 
de São Paulo. Departamento de Engenharia Hidráulica e Am- 
biental. 
 
1.Digestão anaeróbia 2.Biodigestores anaeróbios 3.Biogás 
4.Resíduos sólidos (Reciclagem) I.Barbosa, Paulo Menescal 
II.Bressiani, Paulo do Amaral III.Universidade de São Paulo. 
Escola Politécnica. Departamento de Engenharia Hidráulica e 
Ambiental IV.t. 
 
4 
AGRADECIMENTOS 
 
Ao Prof. Doutor Ronan Cleber Contrera pelo seu apoio como orientador 
durante toda a realização do projeto. 
À Profa. Doutora Dione Mari Morita pelos conselhos, apoio, materiais 
fornecidos e pela indicação de Margareth Makdisse, que possibilitou o 
desenvolvimento do estudo de caso do projeto. 
À Margareth Makdisse pela sua atenção e carinho em nos receber em seu 
empreendimento e fornecer os dados tão fundamentais para a realização do estudo 
de caso. 
5 
ÍNDICE 
 
 
1.	
   INTRODUÇÃO	
  ...........................................................................................................................	
  13	
  
2.	
   LEVANTAMENTO	
  DOS	
  DADOS	
  ..................................................................................................	
  17	
  
2.1	
   CONSIDERAÇÕES	
  TÉCNICAS	
  ......................................................................................................	
  17	
  
2.2	
   BIODIGESTORES	
  ........................................................................................................................	
  19	
  
2.2.1	
   PRÉ-­‐TRATAMENTO	
  ............................................................................................................	
  20	
  
2.2.2	
   CONDIÇOES	
  AMBIENTAIS	
  E	
  PARÂMETROS	
  OPERACIONAIS	
  ..............................................	
  21	
  
2.2.3	
   TRATAMENTO	
  DE	
  RESÍDUOS	
  SÓLIDOS	
  ORGÂNICOS	
  .........................................................	
  27	
  
2.2.4	
   TRATAMENTO	
  DE	
  ESGOTO	
  SANITÁRIO	
  E	
  CO-­‐DIGESTÃO	
  ...................................................	
  37	
  
2.3	
   PRODUTOS	
  FINAIS	
  DA	
  BIODIGESTÃO	
  ........................................................................................	
  40	
  
2.3.1	
   BIOGÁS	
  ..............................................................................................................................	
  40	
  
2.3.2	
   PRODUÇÃO	
  DE	
  CONDICIONADOR	
  DE	
  SOLO	
  ......................................................................	
  43	
  
2.4	
   VANTAGENS	
  E	
  DESVANTAGENS	
  DA	
  DIGESTÃO	
  ANAERÓBIA	
  E	
  COMPARAÇÃO	
  COM	
  OUTRAS	
  
TECNOLOGIAS	
  44	
  
2.4.1	
   VANTAGENS	
  ......................................................................................................................	
  44	
  
2.4.2	
   DESVANTAGENS	
  ................................................................................................................	
  45	
  
2.4.3	
   COMPARAÇÃO	
  COM	
  OUTRAS	
  TECNOLOGIAS	
  ...................................................................	
  46	
  
2.5	
   ESTUDO	
  DO	
  CASO	
  .....................................................................................................................	
  48	
  
2.5.1	
   DESCRIÇÃO	
  DA	
  EMPRESA	
  ..................................................................................................	
  48	
  
2.5.2	
   DESCRIÇÃO	
  DA	
  COZINHA	
  INDUSTRIAL	
  E	
  HORTA	
  NO	
  SÍTIO	
  EM	
  COTIA-­‐SP	
  .........................	
  48	
  
2.5.3	
   GERAÇÃO	
  DE	
  RESÍDUOS	
  ....................................................................................................	
  51	
  
2.5.4	
   DETERMINAÇÃO	
  DO	
  TEOR	
  DE	
  SÓLIDOS	
  NO	
  RESÍDUO	
  ......................................................	
  53	
  
2.5.5	
   GESTÃO	
  DE	
  RESÍDUOS	
  .......................................................................................................	
  56	
  
3.	
   análise	
  de	
  dados	
  .......................................................................................................................	
  59	
  
3.1	
   ESCOPO	
  DO	
  PROJETO	
  ................................................................................................................	
  59	
  
3.2	
   PRÉ-­‐TRATAMENTO	
  ....................................................................................................................	
  60	
  
3.3	
   ESCOLHA	
  DO	
  DIGESTOR	
  E	
  PARÂMETROS	
  DE	
  PROJETO	
  .............................................................	
  60	
  
3.4	
   CO-­‐DIGESTÃO	
  E	
  TRATAMENTO	
  DE	
  ESGOTO	
  .............................................................................	
  62	
  
3.5	
   PRODUTOS	
  FINAIS	
  ....................................................................................................................	
  63	
  
3.5.1	
   BIOGÁS	
  ..............................................................................................................................	
  63	
  
6 
3.5.2	
   CONDICIONADOR	
  DE	
  SOLO	
  ...............................................................................................	
  65	
  
4.	
   definição	
  do	
  problema	
  .............................................................................................................	
  66	
  
5.	
   ALTERNATIVAS	
  PARA	
  A	
  SOLUÇÃO	
  DO	
  PROBLEMA	
  ....................................................................	
  67	
  
5.1	
   Domo	
  Fixo	
  .................................................................................................................................	
  67	
  
5.2	
   Tambor	
  Flutuante	
  .....................................................................................................................	
  69	
  
5.3	
   Plug	
  Flow	
  ..................................................................................................................................	
  71	
  
6.	
   DEFINIÇÃO	
  DOS	
  CRITÉRIOS	
  DE	
  AVALIAÇÃO	
  ..............................................................................	
  73	
  
7.	
   Escolha	
  da	
  solução	
  ...................................................................................................................	
  76	
  
7.1	
   Histórico	
  das	
  Tecnologias	
  .........................................................................................................76	
  
7.2	
   Aspectos	
  Operacionais	
  ..............................................................................................................	
  78	
  
7.3	
   Dados	
  de	
  Projeto	
  ......................................................................................................................	
  79	
  
7.4	
   Custo	
  de	
  Projeto	
  ........................................................................................................................	
  80	
  
7.5	
   Resultado	
  Final	
  .........................................................................................................................	
  82	
  
8.	
   ESPECIFICAÇÃO	
  DA	
  SOLUÇÃO	
  ...................................................................................................	
  82	
  
8.1	
   Dimensionamento	
  dos	
  componentes	
  do	
  sistema	
  de	
  biodigestão	
  .............................................	
  83	
  
8.1.1	
   Biodigestor	
  Anaeróbio	
  ......................................................................................................	
  83	
  
8.1.2	
   Tambor	
  Flutuante	
  .............................................................................................................	
  86	
  
8.1.3	
   Caixa	
  de	
  Carga	
  ...................................................................................................................	
  89	
  
8.1.4	
   Caixa	
  de	
  Descarga	
  .............................................................................................................	
  91	
  
8.1.5	
   Tubulação	
  de	
  Transporte	
  de	
  Gás	
  ......................................................................................	
  92	
  
8.2	
   Sistema	
  de	
  Monitoramento	
  ......................................................................................................	
  94	
  
8.3	
   Roteiro	
  de	
  implantação	
  ............................................................................................................	
  97	
  
8.4	
   Comissionamento,	
  operação	
  e	
  manutenção	
  do	
  digestor	
  .........................................................	
  98	
  
8.4.1	
   Inspeção	
  de	
  todos	
  os	
  componentes	
  .................................................................................	
  99	
  
8.4.2	
   Alimentação	
  Inicial	
  ..........................................................................................................	
  100	
  
8.4.3	
   Inicialização	
  .....................................................................................................................	
  100	
  
8.4.4	
   Treinamento	
  e	
  Familiarização	
  dos	
  Usuários	
  ...................................................................	
  100	
  
8.1	
   Analise	
  econômica	
  ..................................................................................................................	
  102	
  
8.1.1	
   Valor	
  Presente	
  Líquido	
  ....................................................................................................	
  102	
  
8.1.2	
   Tempo	
  de	
  Retorno	
  do	
  Investimento	
  ...............................................................................	
  105	
  
7 
9.	
   Comparação	
  com	
  a	
  compostagem	
  ..........................................................................................	
  106	
  
10.	
   Conclusões	
  e	
  Recomendações	
  ..............................................................................................	
  108	
  
11.	
   REFERÊNCIAS	
  BIBLIOGRÁFICAS	
  .............................................................................................	
  110	
  
12.	
   Apêndice	
  ..............................................................................................................................	
  115	
  
 
 
 
8 
RESUMO EXECUTIVO 
 
O manejo apropriado dos resíduos sólidos e a dependência de combustíveis 
fósseis são dois dos principais problemas ambientais do século XXI. Novos métodos 
sustentáveis devem se concentrar em alternativas que diminuam a necessidade de 
exploração de recursos naturais escassos. Neste cenário, a biodigestão anaeróbia 
se apresenta como uma solução para tratamento de resíduos orgânicos que concilia 
também a recuperação de biocombustíveis e bioprodutos, como condicionadores de 
solo. O presente estudo buscou avaliar a aplicabilidade deste método para o 
tratamento dos resíduos orgânicos provenientes da cozinha industrial dos 
restaurantes Latife localizada em Cotia, São Paulo. Além disso, buscaram-se 
soluções para aproveitamento do biogás gerado, complementando a demanda de 
gás da própria cozinha industrial, e do lodo como condicionador de solo para a horta 
do empreendimento. Foram levantados dados referentes aos diferentes processos e 
subprocessos de digestão anaeróbia, assim como as diferentes tecnologias que 
podem ser utilizadas para tal, de forma a propor um projeto de biodigestor que 
melhor se adapte ao caso estudado. Foram estudados os processos bioquímicos 
envolvidos, os modelos de biodigestores existentes, os parâmetros de projeto, a 
geração e utilização dos subprodutos, os possíveis pré-tratamentos e a sua 
comparação com outros métodos de tratamentos de resíduos orgânicos, em especial 
a compostagem. Chegou-se a um projeto composto por um digestor de domo 
flutuante, utilizado para o tratamento de 250 kg de resíduos semanais, com a 
geração de 1,75 m3 de biogás por dia, destinado a suprir o gás consumido no 
refeitório dos funcionários. 
 
Palavras-chave: digestão anaeróbia, biodigestores anaeróbios, biogás, 
resíduos sólidos (reciclagem), compostagem, condicionador de solos 
 
 
 
9 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura	
  1	
  -­‐	
  Estimativa	
  da	
  composição	
  gravimétrica	
  dos	
  resíduos	
  sólidos	
  urbanos	
  coletados	
  no	
  Brasil	
  em	
  2008.	
  
(fonte:	
  PNRS,	
  2011)	
  ...............................................................................................................................................	
  15	
  
Figura	
  2	
  -­‐	
  Esquema	
  das	
  fases	
  microbiológicas	
  da	
  digestão	
  anaeróbia	
  (fonte:	
  SPEECE,	
  1983).	
  .............................	
  18	
  
Figura	
  3	
  –	
  Processos	
  integrados	
  de	
  bioconversão	
  anaeróbia	
  para	
  recuperação	
  de	
  recursos	
  a	
  partir	
  de	
  resíduos	
  (	
  
Fonte:	
  Khanal,	
  2008).	
  ............................................................................................................................................	
  19	
  
Figura	
  4	
  -­‐	
  Taxa	
  de	
  crescimento	
  relativa	
  de	
  atividade	
  psicrofílica,	
  mesofílica	
  e	
  termofílica	
  (Fonte:	
  
adaptado	
  de	
  Khanal,	
  2008).	
  ..................................................................................................................................	
  22	
  
Figura	
  5-­‐	
  Tempo	
  de	
  detenção	
  em	
  função	
  da	
  temperatura	
  para	
  microrganismo	
  meso	
  e	
  termofílico	
  (Fonte:	
  Beli	
  
apud.	
  Contrera,	
  2013).	
  ..........................................................................................................................................	
  26	
  
Figura	
  6-­‐	
  Produção	
  de	
  biogás	
  em	
  função	
  da	
  temperatura	
  de	
  operação	
  e	
  do	
  tempo	
  de	
  detenção	
  (Fonte:	
  Beli	
  
apud.	
  Contreta,	
  2013).	
  ..........................................................................................................................................26	
  
Figura	
  7	
  –	
  Biodigestor	
  de	
  batelada	
  de	
  Alto	
  Teor	
  de	
  Sólidos	
  de	
  escala	
  industrial,	
  com	
  sistema	
  de	
  umidificação	
  e	
  
recirculação	
  de	
  lixiviado	
  para	
  aumentar	
  o	
  tempo	
  de	
  retenção	
  celular	
  (Fonte:	
  Björsson,	
  2012).	
  ..........................	
  27	
  
Figura	
  8	
  -­‐	
  Biodigestor	
  de	
  alimentação	
  contínua	
  com	
  sistema	
  de	
  recirculação	
  da	
  matéria	
  orgânica	
  em	
  digestão	
  
misturada	
  com	
  novo	
  substrato	
  (Fonte:	
  Björsson,	
  2012).	
  .......................................................................................	
  28	
  
Figura	
  9	
  –	
  Biodigestor	
  com	
  domo	
  flutuante	
  (Fonte:	
  Müller,	
  2007).	
  ......................................................................	
  30	
  
Figura	
  10	
  –	
  a)	
  um	
  reator	
  de	
  tratamento	
  de	
  resíduos	
  sólidos	
  orgânico	
  em	
  escala	
  institucional	
  b)	
  um	
  reator	
  para	
  
tratamento	
  de	
  resíduos	
  sólidos	
  orgânicos	
  em	
  escala	
  domestica.	
  .........................................................................	
  30	
  
Figura	
  11	
  –	
  Biodigestor	
  compacto	
  desenvolvido	
  pela	
  Appropriete	
  Rural	
  Technology	
  Institute	
  (ARTI).	
  ................	
  31	
  
Figura	
  12	
  -­‐	
  Os	
  sistemas	
  de	
  digestão	
  anaeróbia	
  termofílico	
  e	
  mesofílico	
  utilizados,	
  apresentando	
  o	
  tanque	
  de	
  
alimentação	
  e	
  mistura,	
  digestor	
  e	
  tanques	
  de	
  coleta	
  (Fonte:	
  The	
  University	
  of	
  Southampton	
  and	
  Greenfinch,	
  
2004).	
  ....................................................................................................................................................................	
  32	
  
Figura	
  13	
  -­‐	
  Diagrama	
  esquemático	
  do	
  sistema	
  de	
  digestão	
  anaeróbia.	
  ...............................................................	
  32	
  
Figura	
  14-­‐	
  Digrama	
  simplificado	
  de	
  diferentes	
  processos	
  de	
  digestão	
  anaeróbia.	
  (A)	
  Kompogas,	
  (B)	
  Valorga,	
  (C)	
  
Linde-­‐	
  BRV,	
  (D)	
  Dranco,	
  (E)	
  Biocel	
  (Fonte:	
  Adaptado	
  de	
  Nayono,	
  2009).	
  ..............................................................	
  35	
  
Figura	
  15	
  -­‐	
  Destino	
  dos	
  resíduos	
  sólidos	
  na	
  área	
  rural	
  (Fonte:	
  IBGE/PNAD	
  –	
  2008).	
  ............................................	
  37	
  
Figura	
  16	
  -­‐	
  Esquema	
  de	
  fossa	
  séptica	
  (Fonte:	
  Chernicharo	
  2000).	
  ........................................................................	
  38	
  
Figura	
  17	
  –	
  Logo	
  da	
  empresa.	
  ...............................................................................................................................	
  48	
  
Figura	
  18	
  –	
  Foto	
  aérea	
  do	
  sítio.	
  .............................................................................................................................	
  49	
  
Figura	
  19	
  -­‐	
  Fogão	
  industrial	
  principal.	
  ...................................................................................................................	
  49	
  
Figura	
  20	
  –	
  Refrigerador	
  industrial	
  para	
  armazenamento	
  de	
  produtos	
  prontos.	
  .................................................	
  50	
  
Figura	
  21	
  –	
  Fogão	
  especial	
  para	
  preparo	
  de	
  berinjelas.	
  ........................................................................................	
  50	
  
Figura	
  22	
  –	
  Horta	
  orgânica.	
  ..................................................................................................................................	
  51	
  
Figura	
  23	
  -­‐	
  Geração	
  de	
  resíduo	
  dos	
  três	
  restaurantes	
  por	
  tipo	
  ao	
  longo	
  do	
  ano	
  de	
  2012.	
  ...................................	
  53	
  
Figura	
  24	
  -­‐	
  Amostra	
  do	
  resíduo	
  coletado	
  e	
  resíduo	
  triturado.	
  ..............................................................................	
  55	
  
10 
Figura	
  25	
  -­‐	
  Na	
  primeira	
  imagem	
  está	
  apresentada	
  a	
  amostra	
  no	
  início	
  e	
  na	
  segunda	
  figura	
  está	
  apresentada	
  a	
  
amostra	
  após	
  a	
  mufla.	
  ..........................................................................................................................................	
  55	
  
Figura	
  26	
  -­‐	
  Lixeira	
  de	
  240	
  litros	
  para	
  resíduos	
  orgânicos.	
  .....................................................................................	
  57	
  
Figura	
  27	
  –	
  Resíduo	
  misturado	
  e	
  coberto	
  com	
  capim	
  podado	
  como	
  pré-­‐tratamento	
  para	
  a	
  compostagem.	
  .......	
  58	
  
Figura	
  28	
  –	
  Composteira.	
  ......................................................................................................................................	
  58	
  
Figura	
  29	
  -­‐	
  Escopo	
  do	
  projeto	
  (Fonte:	
  Adaptado	
  de	
  Khanal,	
  2008).	
  ......................................................................	
  59	
  
Figura	
  30	
  -­‐	
  Representação	
  da	
  escolha	
  do	
  tipo	
  de	
  digestor	
  (Fonte:	
  adaptado	
  de	
  Reith,	
  2003)	
  ..............................	
  62	
  
Figura	
  31-­‐	
  Exemplo	
  simplificado	
  do	
  funcionamento	
  do	
  digestor	
  de	
  domo	
  fixo	
  e	
  seus	
  principais	
  componentes.	
  1	
  
Tanque	
  de	
  Mistura;	
  2	
  Digestor;	
  3	
  Armazenador	
  de	
  gás;	
  4	
  Tanque	
  de	
  deslocamento;	
  5	
  Tubulação	
  de	
  gás	
  (fonte:	
  
OEKOTOP,	
  apud.	
  Werner	
  1989).	
  ............................................................................................................................	
  67	
  
Figura	
  32-­‐	
  Digestor	
  de	
  domo	
  fixo:	
  1.	
  Tanque	
  de	
  mistura,	
  2.	
  Digestor,	
  3.	
  Compensação	
  e	
  tanque	
  de	
  descarga,	
  4.	
  
Acumulador	
  de	
  gás,	
  5.	
  Tubulação	
  de	
  gás,	
  6.	
  Tampo	
  do	
  digestor	
  com	
  vedação,	
  7.	
  Acumulação	
  de	
  lodo,	
  8.	
  
Tubulação	
  de	
  saída,	
  9.	
  Nível	
  de	
  referência,	
  10.	
  Escuma	
  sobrenadante,	
  quebrada	
  pelo	
  nível	
  variável	
  (Fonte:	
  
Werner,	
  1989).	
  ......................................................................................................................................................	
  69	
  
Figura	
  33	
  –	
  Digestor	
  de	
  tambor	
  	
  flutuante	
  com	
  estrutura	
  guia	
  interna.	
  1-­‐Tanque	
  de	
  mistura,	
  11-­‐Tubo	
  de	
  
alimentação,	
  	
  2-­‐Digestor,	
  3-­‐Tambor,	
  31-­‐Estrutura	
  guia,	
  4-­‐Tanque	
  de	
  armazenamento	
  de	
  efluente,	
  41-­‐Tubo	
  de	
  
saída,	
  	
  5-­‐Tubo	
  de	
  gás,	
  51-­‐Water	
  trap	
  (Fonte:	
  Werner	
  et	
  al.,	
  1989	
  apud.	
  Sasse,	
  1988).	
  ........................................	
  70	
  
Figura	
  34	
  -­‐	
  Digestor	
  de	
  tambor	
  	
  flutuante	
  com	
  envoltória	
  de	
  	
  água.	
  1-­‐Tanque	
  de	
  mistura,	
  11-­‐Tubo	
  de	
  
alimentação,	
  	
  2-­‐Digestor,	
  3-­‐Tambor,	
  31-­‐Envoltória	
  de	
  água	
  como	
  estrutura	
  guia,	
  4-­‐Tanque	
  de	
  armazenamento	
  
de	
  efluente,5-­‐Tubo	
  de	
  gás	
  (Fonte:	
  Werner	
  et	
  al.,	
  1989	
  apud.	
  Sasse,	
  1984).	
  .......................................................	
  71	
  
Figura	
  35-­‐	
  Esquema	
  simplificado	
  de	
  um	
  digestor	
  plug	
  flow	
  (Fonte:	
  Rajendran,	
  2012)	
  .........................................	
  72	
  
Figura	
  36	
  –	
  Planta	
  e	
  perfil	
  do	
  conjunto	
  digestor	
  tambor	
  flutuante	
  (medidas	
  em	
  centímetros).	
  ...........................	
  85	
  
Figura	
  37	
  –	
  Tanque	
  de	
  inox	
  Sander	
  AC	
  1500	
  que	
  será	
  usado	
  como	
  tanque	
  de	
  armazenamento	
  de	
  gás,	
  ou	
  tambor	
  
flutuante.	
  ...............................................................................................................................................................	
  87	
  
Figura	
  38	
  -­‐	
  Geração,	
  consumo	
  e	
  armazenamento	
  esperado	
  do	
  biogás	
  semanalmente.	
  ......................................	
  88	
  
Figura	
  39	
  –	
  Ilustração	
  esquemática	
  do	
  anel	
  de	
  suporte	
  para	
  a	
  brita	
  de	
  lastro	
  do	
  tambor	
  flutuante.	
  ..................	
  89	
  
Figura	
  40	
  -­‐	
  Planta	
  e	
  perfil	
  da	
  caixa	
  de	
  carga	
  (medidas	
  em	
  centímetros).	
  .............................................................	
  90	
  
Figura	
  41	
  –	
  Planta	
  e	
  perfil	
  da	
  carga	
  de	
  descarga	
  (medidas	
  em	
  centímetros).	
  ......................................................	
  92	
  
Figura	
  42	
  –	
  Til	
  Radial	
  Rede,	
  que	
  será	
  utilizado	
  para	
  o	
  sistema	
  de	
  drenagem.	
  ......................................................	
  93	
  
Figura	
  43	
  -­‐	
  Desenho	
  esquemático	
  do	
  sistema	
  de	
  transporte	
  de	
  gás:	
  1)Biodigestor;	
  2)Válvula	
  de	
  segurança;	
  
3)Registro	
  de	
  esfera;	
  4)Mangueira	
  Flexível;	
  5)Sistema	
  de	
  purificação	
  do	
  gás;	
  6)Drenos;	
  7)Caixa	
  de	
  controle	
  de	
  
propagação	
  de	
  faíscas;	
  8)Mangueira	
  flexível	
  para	
  conexão	
  com	
  o	
  fogão;	
  9)refeitório.	
  .......................................	
  94	
  
Figura	
  44	
  -­‐	
  Planta	
  do	
  digestor	
  com	
  indicação	
  da	
  posição	
  do	
  painel	
  de	
  controle	
  (medidas	
  em	
  centímetro).	
  ........	
  95	
  
Figura	
  45	
  -­‐	
  Fluxograma	
  para	
  controle	
  da	
  taxa	
  alimentação	
  do	
  digestor	
  com	
  base	
  no	
  monitoramento	
  de	
  pH	
  
(Lettinga,	
  2010).	
  ....................................................................................................................................................	
  96	
  
Figura	
  46	
  -­‐	
  Desenho	
  esquemático	
  da	
  localização	
  do	
  biodigestor	
  (em	
  destaque).	
  ................................................	
  97	
  
11 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela	
  1	
  –	
  Índice	
  de	
  produção	
  de	
  RSU	
  por	
  grande	
  região	
  do	
  Brasil.	
  .....................................................................	
  16	
  
Tabela	
  2	
  -­‐	
  Faixas	
  de	
  pH	
  ótimo	
  por	
  tipo	
  de	
  reator	
  de	
  acordo	
  com	
  diferentes	
  autores.	
  ..........................................	
  22	
  
Tabela	
  3	
  -­‐	
  Concentrações	
  ótimas	
  de	
  macro	
  e	
  micronutrientes	
  para	
  os	
  microrganismos	
  metanogênicos.	
  ...........	
  24	
  
Tabela	
  4	
  -­‐	
  Concentrações	
  inibidoras	
  ou	
  estimulantes	
  para	
  alguns	
  compostos	
  em	
  relação	
  à	
  digestão	
  anaeróbia.
	
  ..............................................................................................................................................................................	
  25	
  
Tabela	
  5	
  -­‐	
  Desempenho	
  dos	
  processos	
  de	
  via	
  seca	
  (Fonte:	
  Flor,	
  2006).	
  ................................................................	
  36	
  
Tabela	
  6-­‐	
  Desempenho	
  de	
  processos	
  mesofílicos	
  por	
  via	
  úmida	
  (Fonte:	
  Flor,	
  2006).	
  ...........................................	
  36	
  
Tabela	
  7	
  –	
  Composição	
  típica	
  do	
  biogás	
  produzido	
  pela	
  digestão	
  anaeróbia	
  de	
  resíduos	
  orgânicos	
  (Fonte:	
  
Bermann,	
  2013).	
  ....................................................................................................................................................	
  41	
  
Tabela	
  8	
  –	
  Propriedades	
  físicas	
  e	
  químicas	
  do	
  Metano	
  .........................................................................................	
  41	
  
Tabela	
  9	
  –	
  Equivalentes	
  energéticos	
  de	
  1	
  Nm3	
  de	
  biogás	
  com	
  outros	
  combustíveis	
  em	
  suas	
  unidades	
  de	
  
comercialização	
  unidades	
  (Fonte:	
  Bermann,	
  2013).	
  .............................................................................................	
  41	
  
Tabela	
  10	
  -­‐	
  Emissões	
  de	
  compostos	
  voláteis	
  durante	
  compostagem	
  e	
  durante	
  maturação	
  após	
  digestão	
  
anaeróbia	
  (Fonte:	
  De	
  Baere,	
  1999).	
  ......................................................................................................................	
  46	
  
Tabela	
  11	
  -­‐	
  Fatores	
  de	
  emissão	
  para	
  diferentes	
  tecnologias	
  de	
  tratamento	
  e	
  disposição	
  final	
  de	
  resíduos	
  sólidos	
  
urbanos	
  (Fonte:	
  Baldasano	
  e	
  Soriano,	
  1999).	
  .......................................................................................................	
  47	
  
Tabela	
  12	
  -­‐	
  Critérios	
  comparativos	
  entre	
  incinerador	
  e	
  biodigestor	
  anaeróbio	
  (Fonte:	
  EPE,	
  2008).	
  .....................	
  47	
  
Tabela	
  1	
  -­‐	
  Monitoramento	
  do	
  peso	
  de	
  resíduo	
  gerado	
  .........................................................................................	
  52	
  
Tabela	
  2	
  –	
  Dados	
  gerais	
  sobre	
  a	
  geração	
  de	
  resíduos	
  ...........................................................................................	
  52	
  
Tabela	
  14	
  –	
  Resultados	
  dos	
  ensaios	
  realizados	
  para	
  determinação	
  das	
  concentrações	
  de	
  ST	
  e	
  SVT.	
  ...................	
  54	
  
Tabela	
  15	
  -­‐	
  Produção	
  de	
  gás	
  segundo	
  diversos	
  autores.	
  .......................................................................................	
  64	
  
Tabela	
  16	
  -­‐	
  Critérios	
  utilizados	
  na	
  definição	
  dos	
  pesos	
  de	
  cada	
  um	
  dos	
  grupos	
  de	
  indicadores(adaptado	
  de	
  
Gomes	
  et.	
  al,	
  2012).	
  ..............................................................................................................................................	
  75	
  
Tabela	
  18	
  -­‐	
  Critérios	
  e	
  notas	
  para	
  as	
  diferentes	
  tecnologias.	
  ................................................................................	
  81	
  
Tabela	
  19	
  -­‐	
  Desempenho	
  das	
  tecnologias	
  em	
  cada	
  um	
  dos	
  grupos	
  de	
  indicadores.	
  .............................................	
  82	
  
Tabela	
  20	
  -­‐	
  Lista	
  de	
  atividades	
  de	
  operação	
  e	
  manutenção	
  para	
  treinamento	
  dos	
  usuários.	
  (Fonte:	
  adaptado	
  de	
  
Werner,1989).	
  ....................................................................................................................................................	
  101	
  
Tabela	
  21	
  -­‐	
  Tabela	
  de	
  custos	
  e	
  quantidades	
  dos	
  materiais	
  e	
  serviços	
  usados	
  para	
  a	
  construção	
  do	
  digestor	
  ...	
  104	
  
 
12 
LISTA DE SÍMBOLOS 
Ab – Benefícios Anuais 
Ac - Custos operacionais 
ADMC – Análise de Decisão com Múltiplos Critérios 
ATS – Alto Teor de Sólidos 
Bc – Incremento anual financeiro pelo uso do efluente como condicionador de solo 
P0: Peso do recipiente 
Bg – Incremento anual financeiro pelo uso do biogás 
BTS – Baixo Teor de Sólidos 
C – Custos operacionais 
CNTP – Condições Normais de Temperatura e Pressão 
CO – Carga Orgânica 
DA – Digestão Anaeróbia 
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio 
DQO – Demanda Química de Oxigênio 
CQO – Carência Química de Oxigênio 
FORSU – Fração Orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos 
GLP – Gás Liquefeito de Petróleo 
i – Taxa de juros real 
P1: Peso do recipiente com a amostra 
P2: Peso após a passagem pelo dessecador 
P3: Peso após a passagem pela mufla 
PEAD – Polietlino de Alta Densidade 
PEM – Produção Específica de Metano 
PVM – Produção Volumétrica de Metano 
pH – Potencial Hidrogeniônico 
PNRS- Política Nacional dos Resíduos Sólidos 
PVC – Cloreto de Polivinila 
PVM – Produção Volumétrica de Metano 
RSU – Resíduos Sólidos Urbanos 
ST – Sólidos Totais 
STV – Sólidos Totais Voláteis 
t – Tempo de vida útil da planta 
TRH – Tempo de Retenção Hidráulico 
UV – Ultra Violeta 
VPL – Valor Presente Líquido 
13 
1. INTRODUÇÃO 
 
O manejo inapropriado dos resíduos sólidos e a dependência de combustíveis 
fósseis são dois dos principais problemas ambientais do século XXI. O forte 
crescimento da demanda mundial por energia esperado para as próximas décadas 
só poderá ser suportado de maneira sustentável através da concentração de 
esforços na produção de energia a partir de fontes renováveis, que não só reduzem 
a produção de rejeitos como aliviam a demanda por recursos naturais escassos. A 
biotecnologia anaeróbia é uma alternativa para a obtenção desses objetivos, por 
combinar o tratamento de resíduos com a recuperação da matéria orgânica em 
produtos com valor agregado relevante – a biodigestão anaeróbia desvia a 
disposição de resíduos em aterros e lixões, gerando ainda biogás e condicionador 
de solo, além de ser um processo que pode ser usado em diferentes escalas, de 
industrial a doméstica. 
No Brasil, o aumento populacional somado ao crescimento econômico tem 
levado a um aumento significativo da produção de resíduos. Infelizmente, este 
crescimento não é acompanhado do desenvolvimento de sistemas de manejo dos 
resíduos. A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) foi elaborada exatamente 
com o objetivo de melhorar este cenário. 
A Politica Nacional de Resíduos, instituída pela Lei 12.305, de 2 de agosto de 
2010 e regulamentada pelo decreto 7404/10, dispõe sobre princípios, objetivos e 
instrumentos, bem como sobre as diretrizes relativas à gestão integrada e ao 
gerenciamento de resíduos sólidos, às responsabilidades dos geradores e do poder 
público e aos instrumentos econômicos aplicáveis. Uma grande contribuição dessa 
política é uma alteração na visão sobre os resíduos sólidos. Dentre os princípios 
apontados por essa política está o reconhecimento dos resíduos sólidos reutilizáveis 
e recicláveis como um bem econômico e de valor social, gerador de trabalho e 
renda. Uma vez que os resíduos sólidos são reconhecidos como um material de 
valor agregado, a forma como ele é gerido deve ser coerente. Sendo assim, deve-se 
aproveitar o máximo do que esse material pode fornecer, ao mesmo tempo gerando 
o menor impacto social e ambiental. Para isso, a PNRS define a seguinte ordem de 
prioridades para a gestão de resíduos: não geração, redução, reutilização, 
reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente 
14 
adequada dos rejeitos, incluindo a recuperação energética. Portanto, a disposição 
em aterros sanitários deve ser a última opção, sendo possível apenas para rejeitos 
que não podem ser aproveitados de outras formas. 
Enquanto o Brasil tenta transformar os seus aterros controlados e lixões em 
aterros sanitários ao por em prática o Plano Nacional de Resíduos Sólidos, a Diretiva 
Europeia já tornou essas práticas bastante restringidas e desencorajadas, devido 
aos custos associados, como o tratamento do chorume e a manutenção do aterro, a 
dificuldade de encontrar terrenos para alocação de aterros e aos possíveis impactos 
ambientais associados. Além disso, os aterros sanitários continuamente requerem 
novas áreas para ser implantados e são cada vez mais difíceis de licenciar. 
Somando-se aos problemas relativos ao uso da terra e às emissões geradas, 
incluem-se também os custos econômicos da disposição. O crescimento da geração 
de resíduos, os problemas e as dificuldades de dispô-los em aterros sanitários faz 
com que se busquem alternativas. 
Nesse contexto, o tratamento de resíduos sólidos assim como o seu 
aproveitamento energético são opções alinhadas com a PNRS, sendo que 
alternativas como a incineração, a compostagem e a biodigestão anaeróbia ganham 
cada vez mais força. Além de tratar o resíduo, a compostagem o aproveitamento dos 
subprodutos dos tratamentos na forma de condicionante de solo. A biodigestão 
anaeróbia fornece tanto o aproveitamento energético na forma de biogás quanto a 
possibilidade da utilização dos subprodutos do tratamento de forma similar a 
compostagem. 
Nesse sentido, o tratamento biológico é uma clara alternativa quando se 
pensa em opções mais sustentáveis, sobretudo no Brasil, onde a fração orgânica 
15 
corresponde a 51,4% dos resíduos sólidos urbanos (RSU), como apresentado na 
 
Figura 1, deixando claro o grande potencial da aplicação de biodigestores à 
longo prazo. 
 
Matéria	
  Orgânica	
  	
  
52%	
  
Pláshco	
  Total	
  	
  
14%	
  
Papéis	
  
13%	
  
Vidro	
  
2%	
  
Aço	
  
2%	
  
Rejeitos	
  
17%	
  
16 
 
Figura 1 - Estimativa da composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos coletados no 
Brasil em 2008. (fonte: PNRS, 2011) 
 
O potencial de aplicação de biodigestores é ainda maior quando se pensa na 
enorme zona rural existente no país, que, além dos resíduos domésticos, gera os 
resíduos denominados agrosilvopastoris mencionados no Artigo 13° da PNRS. 
Nestes locais, mais afastados da infraestrutura fornecida por centros urbanos, essa 
solução apresenta-se como uma alternativa de baixo custo e fácil operação. 
Considerando ainda que a área rural é deficiente em saneamento básico, os 
digestores são capazes de solucionar problemas de disposição de resíduos e 
tratamento de esgoto ao mesmo tempo, através da co-digestão de resíduos sólidos 
e esgoto sanitário. Soma-se ainda a possibilidade de aproveitamento energético do 
biogás, que pode ser aplicado em pequenas propriedades em fogões e sistemas de 
aquecimento, e do uso do condicionador de solos gerado que pode ser aplicado em 
plantações. A Tabela 1 indica as quantidades coletadas e a geração per capita de 
RSU, no país, por grande região. 
 
 
 
Matéria	
  Orgânica	
  	
  
52%	
  
Pláshco	
  Total	
  	
  
14%	
  
Papéis	
  
13%	
  
Vidro	
  
2%	
  
Aço	
  
2%	
  
Rejeitos	
  
17%	
  
17 
 
 
Tabela 1 – Índice de produção de RSU por grande região do Brasil. 
Grande Região RSU Coletado (t/dia) Índice (kg/hab/dia) 
Norte 10623 0.911 
Nordeste 38118 0.982 
Centro-Oeste13967 1.119 
Sudeste 92167 1.234 
Sul 18708 0.804 
TOTAL 173583 1.079 
Fontes: Pesquisa ABRELPE (2010) e IBGE (2010). 
 
O estudo terá como objetivo avaliar a viabilidade técnica e econômica da 
construção de um biodigestor anaeróbio, reciclando a fração orgânica dos resíduos 
sólidos urbanos (FORSU), convertendo-a em condicionador de solos e gerando 
energia renovável na forma de biogás. O foco será voltado para pequenas 
propriedades rurais com produção agrícola, onde há suprimento para o biodigestor e 
demanda para os subprodutos gerados. 
O estudo de caso será o da rede paulistana de restaurantes árabes Latife. A 
Latife é uma empresa familiar fundada em 2001 e que conta hoje com três 
restaurantes em São Paulo, abastecidos por uma cozinha industrial localizada em 
um sítio no município de Cotia, no estado de São Paulo. O sítio possui uma área de 
aproximadamente 50.000 m2, onde trabalham 22 funcionários entre as funções da 
cozinha industrial e da horta. A cozinha possui 10 bocas de fogão e opera 5 dias por 
semana, produzindo cerca de 7 toneladas de alimento semanalmente. A geração de 
resíduos orgânicos que visa ser tratada é de aproximadamente 250 kg por semana, 
composta principalmente por cascas, frutas e vegetais. 
 
18 
2. LEVANTAMENTO DOS DADOS 
2.1 CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS 
No tratamento de matéria orgânica, a digestão se refere ao processo de 
estabilização desta, obtido através da ação de uma população de microrganismos 
em condições que propiciem seu crescimento e reprodução. Os processos de 
digestão podem ser anaeróbios, aeróbios, ou a combinação de ambos. Definidos 
como anaeróbios aqueles em que não há presença de oxigênio. 
A digestão anaeróbia (DA) é um processo bioquímico de múltiplos estágios, 
capaz de estabilizar diferentes tipos de matéria orgânica. O processo ocorre em 
quatro estágios principais: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese, 
sendo que em cada estágio estão envolvidas diferentes populações bacterianas 
(Figura 2). 
 Hidrólise – Na primeira fase da digestão anaeróbia, bactérias acidogênicas 
convertem o material orgânico particulado em compostos dissolvidos menores. 
Proteínas são degradadas a aminoácidos, carboidratos a açúcares solúveis e 
lipídios a ácidos graxos de cadeia longa e glicerina. As bactérias acidogênicas são 
em sua maioria anaeróbias, mas também há presença de aeróbias e anaeróbias 
facultativas (SPEECE, 1983). 
Acidogênese – Nesta etapa os compostos dissolvidos gerados na hidrólise 
são assimilados pelas bactérias fermentativas e excretados como substâncias 
orgânicas simples (ácidos graxos voláteis, álcoois, ácido lático e compostos minerais 
como CO2, H2, NH3 e H2S). A maioria das bactérias envolvidas na acidogênese são 
anaeróbias estritas, mas também há presença das facultativas, que são importantes 
na remoção do oxigênio dissolvido presente no material em fermentação anaeróbia, 
que poderia afetar negativamente o processo (SPECE, 1983). 
Acetogênese – Bactérias acetogênicas consomem os ácidos graxos voláteis 
e outros compostos orgânicos formados durante a fase acidogênica, produzindo 
ácido acético e hidrogênio gasoso. As bactérias acetogênicas sobrevivem em 
simbiose com as bactérias metanogênicas. 
Metanogênese – bactérias metanogênicas produzem metano a partir dos 
produtos resultantes da fase acetogênica. A produção de metano segue duas rotas 
distintas: as bactérias metanogênicas autotróficas oxidam hidrogênio na presença de 
CO2 sendo responsáveis por 30% da produção de metano, enquanto as bactérias 
19 
metanogênicas acetoclásticas produzem metano a partir de acetatos, metanol, 
produzindo os outros 70% do metano. Outros organismos encontrados no processo 
que podem desempenhar papel fundamental no processo de digestão são as 
bactérias redutoras de sulfato (responsáveis pela redução do íon sulfato a íon 
sulfeto) e as bactérias nitrificantes (reduzem o nitrato a nitrogênio gasoso) 
(BJÖRSSON, 2012). 
 
Figura 2 - Esquema das fases microbiológicas da digestão anaeróbia (fonte: SPEECE, 
1983). 
. 
20 
2.2 BIODIGESTORES 
O biodigestor anaeróbio é um sistema fechado onde se processa a 
degradação anaeróbia da matéria orgânica. Ele geralmente conta com um sistema 
de alimentação de matéria orgânica, um tanque onde ocorre a digestão e um 
processo para retirada dos subprodutos. São inúmeras as aplicações da 
biotecnologia anaeróbia na recuperação de resíduos orgânicos. 
A Figura 3 ilustra o potencial dessa tecnologia na transformação de resíduos 
em produtos de valor agregado e biocombustíveis. Carbono, nitrogênio, hidrogênio e 
enxofre de resíduos industriais, municipais e rurais secos e úmidos são convertidos 
em recursos valiosos. Isso inclui biocombustíveis (hidrogênio, butanol e metano), 
fertilizantes, e compostos químico úteis (enxofre, ácidos orgânicos, etc.). Efluentes 
pós-tratados podem ainda ser utilizados para irrigação (KHANAL, 2008). 
Visando a otimização e eficiência dos processos de digestão e de seus 
resultados, é importante a aplicação de tecnologias apropriadas no pré e no pós-
tratamento da matéria orgânica, além de um rigoroso controle das condições 
ambientais e dos parâmetros operacionais do reator. 
 
Figura 3 – Processos integrados de bioconversão anaeróbia para recuperação de recursos a 
partir de resíduos ( Fonte: Khanal, 2008). 
. 
21 
2.2.1 PRÉ-TRATAMENTO 
A fração orgânica dos resíduos sólidos possui grandes quantidades de 
carbono orgânico biodegradável. Essa alta concentração de matéria orgânica é a 
matéria prima ideal para a geração de energias renováveis como metano, hidrogênio 
e butanol, através de fermentação anaeróbia. Os pré-tratamentos são importantes 
para melhorar o desempenho da digestão e aumentar o potencial de geração de 
bioenergia. Os pré-tratamentos podem ser físicos (mecânicos), químicos ou 
biológicos. 
Um dos pré-tratamentos mais comuns é a redução mecânica das partículas. 
Esse método aumenta a área superficial especifica das partículas e em média 
melhora o processo da DA. Dois efeitos foram observados nos estudos de 
Palmowsky e Muller (1999): se o substrato possui alto teor de fibra e pouca 
degradabilidade, sua fragmentação aumenta a produção de gás; a diminuição no 
tamanho da partícula leva à uma digestão mais rápida. Engelhart et al. (1999) 
apresentou um aumento de 25% na redução de sólidos voláteis em seus estudos, e 
também apontou que frações de lenta degradabilidade de proteínas e carboidratos 
foram liberadas via desintegração. Hartmann et al. (1999) encontrou um aumento de 
25% na produção de biogás em fibras de estrume maceradas antes da DA. 
A ampla utilização desse método advém dos baixos custos de operação e da 
simplicidade do processo, o que resulta em uma degradação mais ampla e simples 
do substrato. Resumidamente, os estudos indicam um aumento de 15% a 25% na 
geração de biogás com a utilização de maceração, fragmentação e trituração 
mecânica do resíduo, com efeitos ainda mais pronunciados em se tratando de 
substratos fibrosos. 
Para materiais fibrosos, o que restringe o desempenho do reator é a sua lenta 
solubilização, sendo a hidrólise dos seus compostos a fase limitante. Pré-
tratamentos aeróbios antes da DA, como a compostagem, provaram ser eficientes 
para esse tipo de material, uma vez que garantem maior solubilização dos 
compostos para a fase seguinte. Capela et al. (1999) reportou um aumento na 
produção de metano e uma consequente redução de sólidos uma vez que esse pré-
tratamento foi adotado para lodos de fábricas de celulose. Por sua vez, Hasegawa e 
Katsura (1999) reportaram um aumento de 50% na produção de metano a partir da 
22 
DA de lodos de esgoto quandopré-tratados com uma solubilização por um processo 
levemente termofílico. 
Já para materiais mais biodegradáveis, a fase limitante é a metanogênese, na 
qual a baixa taxa de crescimento bacteriano não é suficiente para processar a alta 
carga orgânica. Nesses casos, são utilizados métodos que aumentam o tempo de 
detenção celular, como a recirculação de digestato. 
 
2.2.2 CONDIÇOES AMBIENTAIS E PARÂMETROS OPERACIONAIS 
O processo de digestão anaeróbia é influenciado por diversas variáveis, que 
devem ser monitoradas e controladas continuamente durante todo o processo, uma 
vez que o equilíbrio entre os diferentes tipos de bactérias e processos é essencial 
para a manutenção da estabilidade da digestão e determinante no sucesso do 
tratamento. Mudanças nas condições ambientais que não são controladas a tempo 
podem até inibir o processo de maneira irreversível. 
 
2.2.2.1 Temperatura 
Os tratamentos por digestão anaeróbia costumam funcionar em três faixas de 
temperatura: psicrofílica, mesofílica e termofílica. O sistema psicrofílico está 
associado à temperaturas abaixo de 20°C, o mesofílico funciona na faixa entre 20°C 
e 40°C (faixa ótima entre 30-35°C) e o termofílico entre 50°C e 60°C (Figura 4). 
 A temperatura influencia diretamente a velocidade do metabolismo 
bacteriano, de modo que biodigestores operando na faixa termofílica produzem 
maior quantidade de biogás em comparação com aqueles operando nas faixas 
psicro e mesofílica. Isso resulta em menores tempos de detenção hidráulica, menor 
volume para o tratamento e, consequentemente, em menor custo de implantação. A 
redução no custo, porém, é compensada pelo gasto para aquecer o digestor. (FLOR, 
2006) 
 
23 
 
Figura 4 - Taxa de crescimento relativa de atividade psicrofílica, mesofílica e 
termofílica (Fonte: adaptado de Khanal, 2008). 
. 
2.2.2.2 pH 
Cada grupo de bactérias envolvido no tratamento anaeróbio tem faixas de pH 
ótimo específicas, sendo significativamente afetadas por pequenas mudanças no pH 
ideal. Para a acidogênese o valor de pH ótimo está em torno de 6, enquanto que 
para a acetogênese e a metanogênese o valor ótimo está em torno de 7, variando 
de acordo com a literatura (Tabela 2). A atividade metanogênica cai drasticamente 
para pHs menores que 6,5. O pH em um tratamento anaeróbio deve ser mantido 
próximo ao neutro, uma vez que a acidogênese também se desenvolve bem em pHs 
próximos a 7, sendo a metanogênese a fase limitante do processo. As preocupações 
relativas ao pH são principalmente para garantir uma operação bem sucedida e o 
controle do sistema anaeróbio . Quando as bactérias acidogênicas produzem mais 
ácido do que as metanogênicas conseguem consumir o pH cai e o reator entra em 
desequilíbrio (BJÖRSSON, 2012). 
Tabela 2 - Faixas de pH ótimo por tipo de reator de acordo com diferentes autores. 
Faixa de operação Faixa ótima Fonte 
6,5 a 8,5 6,6 a 7,8 Mata-Alvarez, 2000 
6,8 a 7,4 7,0 Khanal, 2008 
6,5 a 7,5 6,5 a 7,5 Flor, 2006 
6,5 a 8,2 6,5 a 8,2 Speece 1996 
 
 
24 
2.2.2.3 Carga Orgânica 
A carga orgânica reflete a capacidade de conversão biológica de um sistema 
de digestão anaeróbia, sendo um dos principais parâmetros operacionais de projeto, 
medida em quantidade de sólidos totais (ST) ou de sólidos voláteis (SV). Uma carga 
orgânica acima da recomendada leva a uma acidificação do ambiente, causada pelo 
acúmulo de ácidos graxos e/ou geração excessiva de dióxido de carbono, devendo 
ser reduzida até o ponto em que os ácidos graxos acumulados sejam consumidos 
num ritmo maior do que são produzidos, retornando o pH para níveis próximos do 
neutro e retomando a atividade metanogênica. Não costumam haver problemas de 
acidificação com cargas de até 8,5 kg DQO/m3.dia (REICHERT, 2012). 
 
2.2.2.4 Nutrientes 
Como em todos os processos biológicos, o carbono, o nitrogênio e o fósforo 
são essenciais para a digestão anaeróbia, entre outros nutrientes já presentes na 
Fração Orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos (FORSU). Alguns autores apontam 
a relação C:N ótima entre 20 e 30 e C:N:P em torno de 126:7:1 (FLOR, 2006). Um 
excesso de carbono leva a um rápido consumo de nitrogênio pelas bactérias 
metanogênicas e um excesso de nitrogênio leva a amônia a liberar-se para o meio, 
causando um efeito tóxico. O balanceamento dos nutrientes pode ser feito pela 
inclusão no substrato de produtos mais ricos em carbono, como papel ou resíduos 
verdes, ou em nitrogênio, como estrumes animais e compostos ricos em proteínas 
(FLOR, 2006). A inibição do processo de digestão por altas concentrações de 
amônia é ainda intensificada na faixa termofílica, dado o aumento na sua 
concentração com a elevação da temperatura, requerendo atenção especial neste 
tipo de tratamento. 
Além dos macronutrientes, apresentados na Tabela 3, é fundamental que 
sejam fornecidos para os microrganismos os micronutrientes, que são em geral 
substancias necessárias em baixíssimas quantidades, mas que são fundamentais 
para o bom crescimento dos microrganismos no reator. Na Tabela 3 são 
apresentadas as concentrações ótimas de macro e micronutrientes para os 
microrganismos metanogênicos. 
 
 
25 
Tabela 3 - Concentrações ótimas de macro e micronutrientes para os microrganismos 
metanogênicos. 
Macronutrientes Micronutrientes 
Elemento Conc. (g/kgSST) Elemento Conc. (mg/kgSST) 
Nitrogênio 65 Ferro 1800 
Fosforo 15 Níquel 100 
Potássio 10 Cobalto 75 
Enxofre 10 Molibdênio 60 
Cálcio 4 Zinco 60 
Magnésio 3 Manganês 20 
 Cobre 10 
Fonte: Lettinga (1996) apud Chernicharo (1997) 
 
2.2.2.5 Presença de compostos inibidores ou tóxicos: 
A presença de compostos orgânicos tóxicos (pesticidas) podem inviabilizar a 
operação do sistema. Metais pesados em excesso também podem inibir ou até 
cessar as atividades microbianas causando a intoxicação do sistema. Sais em 
excesso podem inibir a produção de metano e se a concentração for muito elevada 
pode levar a inibição total da produção do gás. Por fim, concentrações elevadas de 
amônia também podem levar a intoxicação do sistema. A forma tóxica da amônia é 
a amônia livre (NH3 não dissociado) cuja concentração depende da concentração de 
amônia total, pH e temperatura. 
Como visto no item 2.2.2.4 alguns metais são necessários como 
micronutrientes para os microrganismos. Mas esses, a partir de certos limites, 
podem se tornar tóxicos, como apresentado na Tabela 4. (Beli apud. Contrera, 2013) 
 
 
 
26 
Tabela 4 - Concentrações inibidoras ou estimulantes para alguns compostos em relação à 
digestão anaeróbia. 
 
Concentração 
Estimulante mg/l 
Concentração inibidora (mg/l) 
Fracamente Tóxico 
IONS 
Na+ 100 à 200 3500 à 5500 8000 
K+ 200 à 400 2500 à 4500 12000 
Ca2+ 100 à 200 2500à 4500 8000 
Mg2+ 75 à 150 1000 à 1500 3000 
NH4+ 50 à 200 1500 à 3000 3000 
S2- - <200 200 
 
METAIS 
Cr3+ - 130 260 
Cr6+ - 110 420 
Cu - 40 70 
Ni - 10 30 
Cd - - >20 
Pb - 340 >340 
Zn - 400 600 
Fonte: Beli apud. Contrera, 2013. 
 
2.2.2.6 Tempo de Retenção Hidráulica (TRH) 
O TRH típico para um reator completar a digestão varia de acordo com seu 
tipo, a composição do resíduo e a tecnologia utilizada. Para os tratamentos 
mesofílicos o TRH varia de 10 a 40 dias. Na faixa termofílica o tempo necessário é 
reduzido, em torno de 14 dias para reatores operando com alta taxa de sólidos 
(REICHERT, 2012). As Figura 5 e Figura 6 ilustram algumas relações entre o TRH e 
faixas de temperatura de operação e produção de biogás. 
27 
 
Figura 5- Tempo de detenção em função da temperatura para microrganismo meso e 
termofílico (Fonte: Beli apud. Contrera, 2013).Figura 6- Produção de biogás em função da temperatura de operação e do tempo de 
detenção (Fonte: Beli apud. Contreta, 2013). 
 
 
 
28 
2.2.3 TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS ORGÂNICOS 
Existe uma série de diferentes tipos de sistemas de digestão anaeróbia de 
resíduos sólidos orgânicos, cada um classificado pelas seguintes categorias: 
• Teor de sólidos totais contidos na massa do reator (ST) 
• Estágio único ou múltiplo 
• Alimentação contínua ou batelada 
• Faixa de temperatura mesofílica ou termofílica 
Em relação ao teor de sólidos totais, os reatores são classificados como 
sistemas com baixo teor de sólidos (BTS), ou via úmida, quando têm ST abaixo de 
15%, como médio teor de sólidos quando ST está entre 15% e 20%, e alto teor de 
sólidos (ATS) quando TS está na faixa de 22% a 40%, também chamados de via 
seca (VERMA, 2002), como o esquematizado na Figura 7. Sistemas BTS utilizam 
um grande volume de água, resultando num maior volume do reator e altos custos 
de tratamento do efluente, que requer drenagem ao fim do processo. Os sistemas 
ATS são mais robustos e têm altas taxas de carga orgânica, mas requerem 
equipamentos mais caros. 
 
Figura 7 – Biodigestor de batelada de Alto Teor de Sólidos de escala industrial, com sistema 
de umidificação e recirculação de lixiviado para aumentar o tempo de retenção 
celular (Fonte: Björsson, 2012). 
 
Os reatores de estágio único são os que utilizam somente um reator para as 
fases de acidogênese e metanogênese, enquanto os de estágio múltiplo separam os 
reatores de acordo com os diferentes estágios de digestão anaeróbia. A separação 
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29 
tem com o intuito de melhorar a digestão, permitindo a flexibilização necessária para 
otimizar cada uma das reações. Porém, a esperada vantagem da separação dos 
estágios para digestão dos resíduos não é verificada na prática, resultando em 
processos mais complexos, que requerem maiores investimentos, com uma menor 
produção final de biogás. Todavia, o reator de estágio múltiplo se torna mais viável 
para resíduos com baixo teor de celulose, e é a única tecnologia aplicável para 
razão C:N menor que 20. 
 
Figura 8 - Biodigestor de alimentação contínua com sistema de recirculação da matéria 
orgânica em digestão misturada com novo substrato (Fonte: Björsson, 2012). 
 
Quanto ao regime de alimentação, o reator de batelada é muito mais utilizado 
que o de alimentação contínua, aplicado principalmente no tratamento de 
excrementos de animais com baixo teor de sólidos. No regime contínuo o fluxo de 
alimentação é constantemente carregado e descarregado, como apresentado na 
Figura 8, enquanto que no de batelada o reator é alimentado e após cada ciclo, 
esvaziado. O digestor do tipo batelada é tecnicamente mais simples, barato e 
robusto, mas requer uma maior área de implantação e é menos estável, correndo 
ainda o risco de uma sedimentação de material no fundo do reator inibir a digestão. 
Classificando a operação por temperatura, têm-se as seguintes faixas: 
mesofílica, entre 35°C e 40°C; e termofílica, entre 50°C e 60°C. Tradicionalmente, as 
estações de tratamento de digestão anaeróbia operavam na faixa mesofílica, dada a 
dificuldade de controlar a temperatura do digestor em faixas elevadas; temperaturas 
acima de 70°C podem matar as bactérias responsáveis pela digestão do resíduo. 
Porém, a tecnologia agora está consolidada e, apesar de ser mais cara e menos 
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30 
estável que a mesofílica, tem como vantagens a higienização do resíduo, menor 
tempo de retenção hidráulico e maior produção de biogás. 
 
2.2.3.1 Exemplo da Literatura 
Graunke (2008) projetou um biodigestor para tratar os restos de alimentos 
produzidos no Refeitório Broward da Universidade da Flórida. Foi utilizado um 
biodigestor de batelada, alimentado e misturado diariamente, de 120 litros, com 
volume útil de 90 litros, alimentado diariamente numa taxa de 2 gSVT/L e adotando 
um TRH de 30 dias. O biodigestor foi operado a temperatura ambiente, sendo 
apenas pintado de cor azul para absorver energia solar, e teve uma taxa de 
produção média de biogás de 0,5188 l biogás/gSV/dia, ou seja, 93,4 L/dia de biogás. 
O gás foi utilizado para complementar as demandas de gás natural do refeitório. 
A BARC (Bhabha Atomic research Center), na Índia, desenvolveu um sistema 
de domo flutuante (Figura 9), baseado nos reatores tradicionais indianos. É um 
reator contínuo de dois estágios e úmido. Resíduos provenientes de cozinha são 
misturados com água aquecida por painéis solares e passam primeiramente por um 
pré-digestor termofílico aeróbio de batelada, depois disso o substrato entra no 
digestor anaeróbio onde acontece a metanogênese. O sistema é completamente 
enterrado e os fluxos se dão por gravidade. O efluente que sai do reator passa por 
um filtro de areia e é reutilizado no sistema. O lodo vai para secagem 
(MÜLLER,2007). Os principais parâmetros operacionais deste reator eram: 
• Substrato: 5000 kg/dia 
• Sólidos totais: 20-25% 
• TRH: 4 dias (pré-reator) + 12 dias (digestor) 
• Volume do reator: 60m3 (pré-digestor) + 175 m3 (digestor) 
• Produção de biogás: 500-650 m3/dia 
• Aplicação da matéria orgânica digerida: Jardim 
• Receita de biogás: 25 kW 
31 
 
Figura 9 – Biodigestor com domo flutuante (Fonte: Müller, 2007). 
 
Já a BIOTECH desenvolveu uma tecnologia para tratamento de comida 
preparada, vegetais e efluentes de cozinha (Figura 10). A tecnologia pode ser 
aplicada em escala doméstica, institucional e municipal. Para uma família de 3 a 5 
membros uma planta de um metro cubico é suficiente, gerando biogás para suprir 
até 50% das necessidades para cozinha (Müller,2007). 
a) b) 
 
Figura 10 – a) um reator de tratamento de resíduos sólidos orgânico em escala institucional 
b) um reator para tratamento de resíduos sólidos orgânicos em escala domestica. 
 
A Appropriete Rural Technology Institute (ARTI), na Índia, desenvolveu um 
reator compacto para a produção de biogás usando resíduo de alimento para o 
suprimento de gás de cozinha. O reator é suficientemente compacto para ser usado 
em casas urbanas. Os digestores são feitos de polietileno de alta densidade e é 
mostrado na Figura 11. O sistema funciona com dois tanques com volumes 
aproximados de 1 m3 e 0,75 m3. O tanque menor é usado para o armazenamento do 
biogás. É recomendado que o efluente do reator seja recirculado. O espaço total da 
32 
planta é de 2 m2 e 2,5 metros de altura. A planta demanda em torno de algumas 
semanas para fornecer um suprimento estável de biogás, tipicamente de 250g/dia/kg 
de matéria. Os resíduos que devem alimentar o digestor são farinha, vegetais, restos 
de alimento, casca de frutas e frutas podres. Além disso, podem ser incluídos, 
caules, cana, grama e sementes, sendo grãos estragados uma ótima matéria prima 
(Müller, 2007). 
A planta pode se tornar muito ácida e deixar de funcionar caso seja colocado 
alimento em excesso. Esse cuidado é difícil quando se está usando material 
orgânico altamente degradável (Müller,2007). 
 
 
Figura 11 – Biodigestor compacto desenvolvido pela Appropriete Rural Technology Institute 
(ARTI). 
 
Na cidade de Burford, na Inglaterra, foi feito um projeto com o objetivo de 
estabelecer se a digestão anaeróbia, possivelmente combinada com tratamento 
térmico, é um método seguro e eficiente de processamento de resíduos orgânicos 
de cozinha e de restaurantes.O foco foi determinar se a disposição da matéria 
orgânica digerida, estabilizada e higienizada, estaria de acordo com a regulação 
europeia para subprodutos. 
Resíduos de cozinha foram coletados, triturados no local da digestão 
anaeróbia, e tratados em dois digestores, um operando à temperatura mesofílica 
(36,5°C) e outro à temperatura termofílica (56°C), apresentados na Figura 12. Um 
fluxograma simplificado do processo está apresentado na Figura 13. Os digestores 
foram operados em ciclos de seis horas, e a alimentação de sólidos voláteis foi 
variada para otimizar o sistema. 
33 
A digestão mesofílica começou com tempo de detenção hidráulica de 31,5 
dias com taxa de alimentação de sólidos voláteis de 4,1 kg SV/m3d. O TRH foi 
reduzido após algumas semanas para 20 dias, com taxa de alimentação de sólidos 
voláteis de 5,7 kg SV/m3d, mas a taxa se provou muito alta, causando acumulação 
de ácidos graxos e queda acentuada do pH. O processo do digestor termofílico 
começou com um TRH de 44,5 dias e taxa de alimentação de sólidos voláteis de 3,0 
kg SV/m3d, porém essa taxa não foi sustentável, causando acumulação de 
substâncias inibidoras. 
 
 
Figura 12 - Os sistemas de digestão anaeróbia termofílico e mesofílico utilizados, 
apresentando o tanque de alimentação e mistura, digestor e tanques de coleta 
(Fonte: The University of Southampton and Greenfinch, 2004). 
 
 
Figura 13 - Diagrama esquemático do sistema de digestão anaeróbia. 
 
34 
As amostras coletadas indicaram que o resíduo tinha teor de umidade médio 
de 78,4% e teor de sólidos voláteis de 92,4%. A digestão termofílica dos resíduos 
orgânicos de cozinha se provou menos estável que a digestão mesofílica. A 
mesofílica tem maior capacidade tampão e é mais resistente à mudanças ou 
acumulação de substâncias inibidoras. Em ambos os sistemas o biogás era 
composto em 58% de metano. O sistema mesofílico produziu 164 m3 por tonelada, 
enquanto o termofílico produziu 157 m3 por tonelada. 
O resíduo coletado para o projeto continha patogênicos como Salmonella, 
Escherichia coli e Enterococci. A matéria orgânica digerida dos tanques de coleta, 
tanto no do sistema mesofílico quanto do termofílico, ainda continha resquícios dos 
patogênicos, requerendo, portanto, tratamento adicional antes de sua aplicação em 
agricultura. Pasteurização em laboratório a 70°C por uma hora foi suficiente para 
eliminar a Salmonella, E. coli e Enterococci. Quando A matéria orgânica digerida é 
armazenada a 20°C, a Salmonella persiste por 10 dias e Escherichia coli por 10 
dias, mas Enterococci ainda esteve presente após 3 meses (The University of 
Southampton and Greenfinch, 2004). 
A seguir será apresentado o estudo feito por Flor (2006) que compara 
tecnologias, em geral, consolidadas e criadas para aplicações industriais, apesar de 
seus mecanismos básicos poderem, também, ser aplicados em escalas menores. A 
pesquisa usou como critério de comparação das tecnologias o teor de sólidos, que 
relaciona-se com a carga orgânica através da concentração de alimentação e do 
TRH. Um teor de sólidos inferior a 15% é considerado uma via úmida, enquanto se a 
concentração foi superior é considerado um processo de via seca. 
Nos processos de via seca obteve-se melhores taxas de produção de metano 
e maiores cargas orgânicas aplicadas, como apresentado na Tabela 5. Os desafios 
dessa via se concentram na manutenção das reações altos teores de sólidos e a 
dificuldade de bombear os resíduos e homogeneizar o conteúdo dentro do reator. 
 
 
 
 
35 
Nos sistemas de elevada concentração de sólidos, os resíduos movem-se 
dentro do reator de modo “plug-flow”, no qual o fluxo do reator não é determinado 
por sistemas mecânicos de agitação. No sistema DRANCO a mistura ocorre por 
recirculação dos resíduos extraídos pelo fundo do reator, e a mistura no exterior com 
os resíduos frescos, numa razão especifica de 1/6. No sistema Kompogas, a mistura 
entre o substrato e as bactérias é feita também no exterior, além disso existe um 
sistema de agitação de baixa rotação no interior do reator horizontal, que fornece 
homogeneização e permite a liberação do biogás. No processo Valorga a agitação 
do conteúdo ocorre por injeção cíclica de biogás a partir do fundo, sem necessidade 
de recircular o substrato digerido de volta para o reator. O processo BIOCEL nasceu 
da intenção de desenvolver um reator com facilidade de operação e manipulação 
semelhante a um aterro sanitário, mas com produção de biogás, porcentagens de 
remoção de voláteis e de DQO muitos superiores. Os princípios de funcionamento 
se mantiveram, baseando-se na recirculação de lixiviado para aquecimento e 
mistura do conteúdo do reator. 
Um exemplo de reator com baixo teor de sólidos (via úmida) é o Linde-BRV, A 
característica marcante dos reatores Linde-BRV é o sistema de recirculação de 
biogás usando um tubo que também serve para aquecer o conteúdo do reator. A 
Figura 14 apresenta esquema dessas cinco tecnologias descritas acima. 
A tecnologia de via úmida se aproxima mais dos digestores anaeróbios usado 
em estações de tratamento de águas residuárias para tratamento e estabilização de 
lodos. Dessa forma é possível utilizar equipamentos mais baratos e de uso comum. 
O fato é balanceado pelos maiores custos de investimento devido ao maior tamanho 
dos reatores, além de equipamento de desidratação. No final, as duas tecnologias 
são bastante semelhantes quanto à variável econômica. A Tabela 6 apresenta o 
desempenho de processos mesofílicos por via úmida. 
A pesquisa concluiu que tecnologias por via seca permitem operar os reatores 
com concentrações médias de sólidos de 30%. Para reatores contínuos, foram 
obtidos os seguintes resultados: produção de metano entre 90 - 300m3 (CH4).ton-
1(STV), cargas orgânicas entre 7 - 20 kg (DQO).m-3.dia-1 e TRH médio de 15 dias. 
Os processos em batelada apresentam produção de biogás entre 160-220m3(CH4). 
ton-1 (STV), cargas orgânicas inferiores a 3 - 12kg (DQO).m-3.dia-1 e TRH entre 21 - 
42 dias. 
36 
 
Para tecnologia de via seca a produção de metano ficou entre 250 - 430 
m3(CH4).ton-1(SVT), superior à via seca. Porém, as produções volumétricas e as 
cargas orgânicas são muito baixas: 0,6 - 4,6 m3 (CH4).m-3.dia-1 e 1 – 
5kg(DQO).m3.dia respectivamente. 
 
Figura 14- Digrama simplificado de diferentes processos de digestão anaeróbia. (A) 
Kompogas, (B) Valorga, (C) Linde- BRV, (D) Dranco, (E) Biocel (Fonte: Adaptado de 
Nayono, 2009). 
 
37 
Tabela 5 - Desempenho dos processos de via seca (Fonte: Flor, 2006). 
 
 
Tabela 6- Desempenho de processos mesofílicos por via úmida (Fonte: Flor, 2006). 
 
 
38 
2.2.4 TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO E CO-DIGESTÃO 
 
A biodigestão é uma alternativa tecnológica para expandir as opções de 
saneamento básico no Brasil. Devido a sua simplicidade construtiva, pequena área 
ocupada e geração de subprodutos, essa tecnologia se torna especialmente 
importante no que diz respeito às áreas rurais e comunidades isoladas do país. 
Essas regiões são extremante carentes de serviços de saneamento e não contam 
com grandes investimentos em infraestrutura, nem as famílias contam com recursos 
para soluções individuais complexas. 
Segundo o PNAD/2009 apenas 5,7% dos domicílios da área rural estão 
ligados à rede coletora de esgoto e 20,3% utilizam a fossa séptica como solução 
para o tratamento de dejetos. Os demais domicílios depositam os dejetos em fossas 
rudimentares (48,9%), lançam em cursos d’água ou diretamente no solo a céu 
aberto. 
No que diz respeito a resíduos sólidos apenas 26,3% dos domicílios rurais 
possuem serviço de coleta direta. Na Figura 15 está apresentadaa situação da 
coleta de resíduos na zona rural. 
 
Figura 15 - Destino dos resíduos sólidos na área rural (Fonte: IBGE/PNAD – 2008). 
 
A Política Nacional de Saneamento Básico, instituída pela Lei 11.445/2007, 
tem como uma das diretrizes a garantia de meios adequados para o atendimento da 
população rural dispersa, mediante a utilização de soluções compatíveis com suas 
características econômicas e sociais. A biodigestão se encaixa perfeitamente no 
cenário apresentado, uma vez é uma solução local, que pode ser implantada em 
39 
escala domiciliar com capacidade de tratar tanto os resíduos sólidos orgânicos como 
esterco e esgoto sanitário, a baixos custos. 
Nessa sessão, o levantamento de dados será focado na eficiência do sistema 
mais utilizado para o tratamento de esgoto sanitário no meio rural, as fossas sépticas 
e rudimentares, e a possibilidade de co-digestão entre resíduos sólidos orgânicos e 
esgoto sanitário. 
 Os tanques sépticos constituem uma das unidades mais antigas de 
tratamento de esgoto, e ainda hoje são amplamente utilizados devido a sua 
simplicidade construtiva e operacional. São unidades de forma cilíndrica ou 
prismáticas retangulares de fluxo horizontal que desempenham função múltipla de 
sedimentação e remoção de material flutuante, além de se comportar como digestor 
de baixa carga sem mistura e aquecimento. Consistem no principal tratamento para 
residências e pequenas áreas que não são servidas por redes coletoras. Um 
esquema de uma fossa séptica é apresentado Figura 16. 
 
 
Figura 16 - Esquema de fossa séptica (Fonte: Chernicharo 2000). 
 
Os sólidos do esgoto presente no afluente do tanque vão para o fundo 
constituindo uma camada de lodo. Óleos, graxas e outros materiais mais leves 
flutuam formando escuma. O esgoto livre de materiais sedimentáveis e flutuantes é 
encaminhado para pós-tratamento e disposição final no solo. O lodo sofre 
decomposição anaeróbia facultativa no fundo do tanque sendo convertido em 
materiais mais estáveis. 
	
  
Inspeção 
Saída 
Inspeção 
Entrada 
40 
Quanto a configuração, as fossas sépticas podem ser de três tipos: câmara 
única, câmara em série e câmara sobreposta. As duas últimas visam principalmente 
aumentar a eficiência de remoção de sólidos. 
Apesar dos tanques sépticos serem projetados com TRH elevado, de 12h a 
24h, grandes picos de vazão podem repercutir negativamente no seu 
funcionamento, deteriorando a qualidade do efluente final. O TRH varia 
principalmente com a carga diária de vazão, sendo 12 horas o tempo indicado para 
contribuições acima de 9.000 L/d e 24 horas indicado para contribuições até 
1.500L/d. 
Além do TRH, é importante atentar para a temperatura da massa líquida uma 
vez que temperaturas inferiores a 20 °C comprometem a atividade biológica e 
aumentam o volume do lodo. A retirada do lodo é pré-determinada pelo intervalo de 
limpeza previsto no projeto e é de fundamental importância para o bom 
funcionamento do processo. 
Por fim, a eficiência do processo, segundo a literatura, varia muito de acordo 
com as condições locais e a operação da unidade, mas em média apresentam os 
seguintes valores de remoção (Chernicharo, 1997): -­‐ DBO: 30 - 55% -­‐ Sólidos suspensos: 20 - 90% -­‐ Óleos e graxas: 70 - 90% 
 A co-digestão consiste na digestão conjunta de substratos de diferentes 
fontes, que muitas vezes pode melhorar a produção de biogás por sinergias 
positivas estabelecidas entre os co-substratos. A utilização desta alternativa pode 
ser motivada pela necessidade de melhora do substrato a ser tratado, devido à falta 
de nutrientes ou humidade, por exemplo, ou pela demanda de tratamento de 
resíduos de diferentes fontes (Mata-Alvarez et al., 2000). Para que esta sinergia 
positiva ocorra, é importante definir critérios para uma mistura ótima entre os 
volumes dos diferentes resíduos a serem tratados (Chanakya, 2006). Porém, 
normalmente não é possível utilizar uma mistura ótima, pois é a produção de 
resíduos que determina os volumes de cada tipo de substrato a ser tratado no 
biodigestor. 
A co-digestão pode ser observada em escala doméstica, porém, costuma ser 
feitas de maneira empírica, na qual nem a proporção de mistura nem os parâmetros 
41 
operacionais são bem definidos e registrados. Os processos mais consolidados de 
biodigestão são encontrados no setor industrial. 
A maioria das aplicações industriais de co-digestão anaeróbia são para 
tratamento da FORSU com pequenas porcentagens de lodo, como estudado por 
Mata-Alvarez e Cecchi (1990). Apesar de estudos apresentarem resultados positivos 
para esta combinação, ela é pouco aplicada mesmo na indústria (Mata-Alvarez et 
al., 2000). Um exemplo de sucesso nesse tipo de co-digestão foi relatado por 
Edelmann et al. (1999), no qual resíduos de frutas e vegetais picados foram 
misturados com lodo primário, obtendo resultados melhores na biodigestão, em 
termos de produção de metano, do que na digestão de lodo primário apenas (Mata-
Alvarez et al., 2000). 
Em outro exemplo, Callaghan et al. (1999) realizou experimentos comparando 
a digestão anaeróbia apenas de estrume bovino com a sua co-digestão com 
resíduos de frutas e vegetais. Os resultados indicaram que houve pouca diferença 
em termos de redução de SV entre os dois casos, porém a co-digestão com frutas e 
vegetais apresentou produção de metano mais eficaz. 
 
 
2.3 PRODUTOS FINAIS DA BIODIGESTÃO 
2.3.1 BIOGÁS 
A quantidade e a composição do biogás produzido no processo de digestão 
anaeróbia dependem do substrato adicionado ao biodigestor e das condições 
ambientais e parâmetros de operação. A digestão anaeróbia da fração orgânica de 
resíduos domésticos produz geralmente 50 - 100 m3 de biogás por tonelada de 
substrato, com concentração de metano típica entre 54% e 70%, conforme indica a 
Tabela 8, com suas principais características expostas na Tabela 9. A Tabela 10 
compara o potencial energético do biogás com o de outros combustíveis. 
 
42 
Tabela 7 – Composição típica do biogás produzido pela digestão anaeróbia de resíduos 
orgânicos (Fonte: Bermann, 2013). 
Metano (CH4) 54% a 70% 
Dióxido de Carbono (CO2) 27% a 45% 
Nitrogênio (N2) 0,5% a 3,0% 
Hidrogênio (H2) 1% a 10% 
Monóxido de Carbono (CO) 0,1% 
Oxigênio (O2) 0,1% 
Gás Sulfídrico (H2S) 3,0% a 5,0% 
 
Tabela 8 – Propriedades físicas e químicas do Metano 
Características Físicas Sem cor, inodoro 
Densidade 0.042 Kg/m3 a 21°C 
Perigo 
Extremamente inflamável (Forma mistura explosiva com o ar com 
apenas 5 - 15% do volume) 
Toxicidade Asfixiante em altas concentrações 
Valores típicos de produção de 
calor 
37750 KJ/m3 (Biogás apresenta valor menor de 22400 KJ/m3 
devido a mistura com CO2) 
 
Tabela 9 – Equivalentes energéticos de 1 Nm3 de biogás com outros combustíveis em suas 
unidades de comercialização unidades (Fonte: Bermann, 2013). 
1 m3 de Biogás 
0,61 L de gasolina 
0,58 L de querosene 
0,5 kg de gás liquefeito petróleo (GLP) 
0,79 L de álcool combustível 
1,54 kg de lenha 
1,43 kWh de energia elétrica 
0,55 L de óleo diesel 
20 kg de lixo urbano 
2,5 kg de resíduo seco vegetal 
14,3 kg de resíduo sólido de frigorífico 
 
O biogás como fonte de energia é um recurso valioso da biodigestão. A 
forma adequada de tratamento, armazenamento e utilização deverá ser determinada 
para o caso estudado. No caso do presente estudo, devido à alta demanda do 
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empreendimento por gás para cozinha, a utilização do biogás para este fim foi 
escolhida. 
Os principais componentes de um sistema de uso do biogás para cozinha 
são: 
Medidor de gás: Deve ser posicionado em uma posição estratégica para