Biodigestor - Mustafa

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Biodigestor 
 
 
 
 
 
 
Profº George de Souza Mustafa 
 
Abril – 2018 
Salvador – Bahia - Brasil 
 
 
 
 
 
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1.0 INTRODUÇÃO 
O objetivo de um processamento industrial é a transformação de matérias-primas 
em produtos. Além do produto cuja fabricação é intencional, alguns dos quais possuem 
valor comercial, há outros que são totalmente indesejáveis. Estes últimos são os rejeitos 
industriais, o que requerem um tratamento adequado antes do seu destino final. 
Alguns componentes presentes nos rejeitos industriais podem provocar poluição 
ambiental quando lançados inadequadamente, provocando alguns problemas como: 
i. Matéria orgânica, que ao ser degradada reduz o nível de oxigênio dissolvido na água, 
podendo ocasionar a mortandade de peixes e a formação de ambientes malcheirosos; 
ii. Microrganismos patogênicos; 
iii. Compostos tóxicos, como metais pesados, cianetos, sulfatos, que causam inibição às 
atividades vitais da microfauna, microflora e peixes; 
iv. pH excessivamente alto ou baixo, que pode provocar efeitos tóxicos locais na fauna e 
na flora; 
v. Nutrientes (nitrogênio e fósforo, por exemplo) que podem provocar o crescimento 
indesejável de algas; e 
vi. Materiais grosseiros, óleos e graxas, espumas, corantes, etc. que deterioram a 
aparência da água e influem negativamente na capacidade de reoxigenação natural 
dos cursos de água. 
Para determinação do processo de disposição final dos rejeitos, devem-se conhecer 
suas principais características, como: teor de matéria orgânica, teor de sólidos em 
suspensão e concentração de substâncias tóxicas. Quando a matéria orgânica é o principal 
poluente, os processos biológicos são geralmente os mais adequados, pela sua relativa 
simplicidade, elevada eficiência e pelo custo global mais baixo que o dos processos físico-
químicos. 
Visto que, a matéria orgânica presente nos rejeitos industriais se encontra na forma 
de uma infinidade de compostos, não é possível medir diretamente sua concentração. Para 
avaliar o conteúdo da matéria orgânica são realizadas medidas indiretas, como a DBO 
(Demanda Bioquímica de Oxigênio), a DQO (Demanda Química de Oxigênio) e o COT 
(Carbono Orgânico Total). 
A DBO é a quantidade de oxigênio requerida pela unidade de volume de um 
resíduo, para a estabilização biológica da matéria orgânica biodegradável (normalmente 
 
 
 
 
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determinada após 5 dias de incubação a 20ºC), através de organismos vivos ou de suas 
enzimas. A DBO é um parâmetro que indica a presença de maior ou menor quantidade 
de substâncias ávidas por oxigênio na massa líquida. Já a DQO, por definição, é a 
quantidade de oxigênio necessária para a oxidação da matéria orgânica da amostra, 
através de dicromato de potássio em meio ácido, e em presença de catalisadores. A 
vantagem da medida da DQO em relação à DBO é a sua maior reprodutibilidade, 
facilidade de medida e o pouco tempo dispendido para sua determinação. A desvantagem 
principal é que a medida da DQO não distingue se a matéria orgânica é biodegradável ou 
não. O CTO representa a concentração total de carbono orgânico da amostra de efluente, 
sendo fácil e rapidamente medido através do uso de métodos instrumentais. 
Na prática do tratamento de rejeitos industriais, a concentração mássica de 
microrganismos é normalmente avaliada pela concentração de Sólidos em Suspensão 
Voláteis (SSV) ou Totais (SST). 
Os processos biológicos de tratamento de rejeitos industriais podem ser 
classificados de uma forma geral em aeróbios e anaeróbios. Nos processos aeróbios, a 
matéria orgânica é transformada em produtos finais não energéticos (CO2 e H2O). Já os 
processos anaeróbios os produtos finais possuem grande conteúdo energético, e que, 
portanto podem ser usados como fonte de energia (CH4). 
O tratamento anaeróbio (digestão anaeróbia) de substâncias biodegradáveis é 
realizado através da fermentação bacteriana que ocorre em ambientes isentos de oxigênio 
livre (molecular). Como consequência, a matéria orgânica complexa é convertida em 
biogás (metano e gás carbônico). Devido à elevada concentração de metano presente no 
biogás, as principais aplicações referem-se à geração de energia, devido ao seu potencial 
combustível. Para o cálculo da geração de energia, torna-se necessário determinar a 
eficiência do sistema, que depende da tecnologia utilizada na conversão do biogás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.0 PROCESSO ANAERÓBIO: ETAPAS DA BIODIGESTÃO 
O processo de biodigestão anaeróbia pode ser representado como ocorrendo em três 
etapas, conforme mostra a Figura 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Esquema da biodigestão anaeróbia completa. 
 
 No primeiro estágio, o processo de degradação da matéria orgânica inicia-se com 
a hidrólise do material presente no meio, gerando compostos mais simples, que possam 
ser assimilados pelos microrganismos. Normalmente os compostos orgânicos complexos 
(polímeros orgânicos) são transformados em monômeros ou dímeros, como açúcares, 
ácidos orgânicos, aminoácidos etc. Esta conversão é executada por enzimas extracelulares 
que são excretadas pelas bactérias fermentativas hidrofílicas, chamadas hidrolases. Os 
principais fatores que influenciam na hidrólise, segundo Lettinga e Rinzema (1985), são: 
pH, temperatura, tempo de retenção, tamanho e distribuição das partículas. 
A aplicabilidade da digestão anaeróbia ficou por algum tempo restrita à degradação 
de compostos mais simples, como açúcares, carboidratos e ácidos graxos voláteis. Não 
sendo tratados por este processo os rejeitos que continham gorduras (lipídeos), devido 
principalmente a problemas de arraste de biomassa (massa de microrganismos) e as 
substâncias intermediárias formadas durante a hidrólise, que podem ser tóxicas aos 
microrganismos. 
 
 
 
 
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A acidogênese acontece quando a matéria orgânica dissolvida é biodegradada até 
ácidos graxos voláteis (ácidos acético, propiônico e butírico), hidrogênio, dióxido de 
carbono e álcoois por uma população de bactérias heterogêneas. Dentre os 
microrganismos presentes nesta etapa estão às bactérias acidogênicas, que são as 
predominantes e ainda fungos e protozoários. Estas bactérias são consideradas de 
crescimento rápido, tempo de duplicação mínimo de 30 minutos (Mussati, 1998), e a 
reação preferida pelas mesmas é a que produz ácido acético. As outras reações são 
respostas das bactérias ao acúmulo de hidrogênio durante as perturbações de carga do 
sistema. 
No segundo estágio, os produtos formados anteriormente são transformados em 
acetato, hidrogênio e gás carbônico, com o objetivo de fornecer substrato apropriado aos 
microrganismos metanogênicos. Em geral, isto acontece a partir de dois mecanismos: 1) 
a acetogênese de hidrogenação que produz ácido acético como um só produto final de 
fermentação de hexose ou de CO2 e H2; 2) a acetogênese de desidrogenação que converte 
os ácidos graxos de cadeia curta e longa em ácido acético por um grupo de bactérias 
acetogênicas. As reações que produzem são muito mais complexas energeticamente e são 
interrompidas facilmente por acúmulo de gás hidrogênio dissolvido no meio. 
De todos os produtos gerados por estes microrganismos, somente o acetato e o 
hidrogênio podem ser assimilados pelas bactérias metanogênicas. De acordo com as 
pesquisas realizadas por Breure e Van Andel (1984), a distribuição dos ácidos orgânicos 
voláteis dependerá principalmente da natureza do substrato e das condições às quais os 
microrganismos estão sendo expostos. Com isto, a etapa de acetogênese pode ser mais ou 
menos intensa no processo de degradação do substrato. 
No terceiro estágio, o processo de degradação do substrato é finalizado 
transformando os produtos formados (com um ou dois átomos) anteriormente, em metano 
e dióxido de carbono. A formação do metano é executada por dois mecanismos distintos, 
conforme descreve Speece (1995).O primeiro consiste da formação do metano a partir 
do CO2 e H2, pelos microrganismos do grupo das arqueas hidrogenotrópicas. Estes se 
desenvolvem rapidamente com um tempo de duplicação mínimo de 6 horas e controlam 
o potencial redox do processo. Os traços de hidrogênio que ficam no meio regulam a 
velocidade total de produção de ácidos pelas bactérias acidogênicas, e a composição da 
mistura formada. O hidrogênio também controla a velocidade da qual os ácidos 
propiônico e butírico são convertidos a ácido acético, ou seja, regulam a formação de 
ácidos voláteis. O segundo mecanismo consiste na produção do metano a partir do 
 
 
 
 
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acetato, realizada pelos microrganismos do grupo das arqueas acetoclásticas, que se 
desenvolvem muito lentamente com um tempo de duplicação mínimo de 2 – 3 dias, e 
influenciam no pH do sistema pela eliminação do ácido acético e formação de dióxido de 
carbono, além do mais são responsáveis pela maioria do metano produzido. 
Segundo Lema et al (1995), os microrganismos metanogênicos possuem uma 
velocidade de crescimento e um fator de produção de biomassa inferior ao dos grupos 
acidogênicos e sulfato redutores, o que muitas vezes gera desequilíbrio no processo de 
degradação do substrato. 
Embora, para o entendimento da microbiologia do processo seja possível separar 
os microrganismos, como atuando em três estágios, em um biodigestor isto não ocorre. 
Cada grupo depende do funcionamento do outro, é a chamada ação sinérgica, que 
significa ação conjunta. 
A fase limitante do processo é a formação de metano, visto que as bactérias 
metanogênicas são muito lentas e sensíveis às variações do ambiente. Por essa razão, as 
condições de processo devem ser tais que se aproximem das condições ótimas de 
crescimento para bactérias metanogênicas, e o tempo de retenção deve ser baixo o 
suficiente para que não venha ocorrer a “lavagem” daquelas bactérias, pois, em caso 
contrário, corre-se o risco de desbalancear o processo, aumentando gradativamente a 
concentração de ácidos voláteis não transformados em metano. 
 
4.0 REATORES ANAERÓBIOS 
O processo de biodigestão, quando realizado de forma controlada, pode fornecer 
um gás que pode ser utilizado como combustível e um excedente que pode ser usado 
como adubo, ou seja, como biofertilizante. Uma das formas de controlar a biodigestão é 
utilizar biodigestores, reatores onde às reações de fermentação ocorrem. 
O sistema de biodigestão pode ser operado das seguintes formas: 
 Batelada 
Nestes tipos de digestores, a matéria-prima a ser fermentada é colocada no seu 
interior e logo após é feito o seu isolamento do ar para que seja realizada a digestão; o 
gás produzido é armazenado no próprio recipiente, que serve de digestor ou em um 
gasômetro acoplado a este. Uma vez cessada a produção de gás, o digestor é aberto e 
retiram-se os resíduos (material não assimilado pelo processo); após a sua limpeza, é 
colocada nova quantidade de substrato. 
 
 
 
 
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 Contínuo 
Neste tipo de digestor, as matérias-primas usadas são líquidas ou semi-líquidas. São 
colocadas, periodicamente, quase sempre diretamente. Neste digestor usa-se matéria-
prima que possua decomposição relativamente fácil e que seja sempre disponível nas suas 
proximidades. A produção de gás e de resíduos é contínua. Existem vários modelos de 
digestores contínuos de acordo com o seu formato. De modo geral, os digestores 
contínuos se encontram divididos em dois tipos: vertical e horizontal, de acordo com o 
seu posicionamento sobre o solo. 
O vertical é um tanque cilíndrico, em alvenaria, concreto ou outros materiais, quase 
sempre com a maior parte submersa no solo. A matéria-prima é colocada na sua parte 
inferior com a saída do gás na parte superior, funcionando como acumulador de gás e 
como instrumento de vedação do digestor. Existem dois modelos básicos de digestores 
verticais: com uma câmara e com dupla câmara. 
Já o horizontal consiste de uma câmara, com qualquer formato, desde que a altura 
ou profundidade seja inferior às outras dimensões (comprimento e largura), a qual é 
enterrada no solo ou não. A matéria-prima é colocada periodicamente em um dos lados 
do digestor. Este tipo de digestor é mais frequentemente utilizado em regiões onde o 
lençol freático é muito superficial ou há afloramento de rochas, dificultando a construção. 
 
5.0 TIPOS DE REATORES 
a) Modelo Indiano 
A Figura 2 mostra o modelo indiano de biodigestor, que tem como característica 
principal o uso de uma campânula flutuante como gasômetro, sendo que a mesma pode 
estar mergulhada sobre a biomassa em fermentação. Existe ainda uma parede central que 
divide o tanque de fermentação em duas câmaras, onde a função desta divisória é fazer 
com que o material circule por todo o interior da câmara de fermentação de forma 
homogênea. O biodigestor possui pressão de operação constante, ou seja, à medida que o 
biogás produzido não é consumido, o gasômetro desloca-se verticalmente, aumentando o 
volume deste, mantendo dessa forma a pressão constante em seu interior. Do ponto de 
vista construtivo, apresenta-se de fácil construção, contudo o gasômetro de metal pode 
encarecer o custo final, e também à distância entre o biodigestor e o local do consumo do 
 
 
 
 
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biogás pode dificultar e encarecer o transporte inviabilizando a implantação deste modelo 
de biodigestor. 
 
Figura 2: Biodigestor Indiano 
 
Onde: 
 H: altura do nível do substrato; 
 Di: diâmetro interno do biodigestor; 
 Dg: diâmetro do gasômetro; 
 Ds: diâmetro interno da parede superior; 
 h1: altura ociosa (reservatório do biogás); 
 h2: altura útil do gasômetro; 
 a: altura da caixa de entrada; e 
 e: altura de entrada do tubo de entrada do rejeito. 
b) Modelo Chinês 
Os principais componentes de um biodigestor modelo chinês são os seguintes: caixa 
de carga, tubo de carga, câmara de biodigestão cilíndrica com fundo esférico, gasômetro 
em formato esférico, galeria de descarga e caixa de descarga. 
 
 
 
 
 
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Figura 3: Biodigestor Chinês. 
 
Sendo assim, uma melhor descrição do modelo chinês mostrado na Figura 3, seria 
que o mesmo é confeccionando sob a forma de uma câmara cilíndrica de fermentação em 
alvenaria (tijolo ou blocos), com teto impermeável, destinado ao armazenamento do 
biogás. Este biodigestor funciona com pressão hidráulica, onde o aumento de pressão em 
seu interior resulta no acúmulo do biogás na câmara de fermentação, induzindo-o para a 
caixa de saída. O biodigestor é constituído quase que totalmente em alvenaria, 
dispensando o uso de gasômetro com chapa de aço, obtendo uma redução de custos, 
porém podem ocorrer problemas com vazamento do biogás caso a estrutura não seja bem 
vedada e impermeabilizada. Neste tipo de biodigestor, uma parte do biogás produzido na 
caixa de saída é liberada na atmosfera, reduzindo em parte a pressão interna do gás e 
devido a isso, o mesmo não é indicado para instalações de grande porte. 
Onde: 
 H: altura do corpo cilíndrico; 
 D: diâmetro do corpo cilíndrico; 
 hg: altura da calota do gasômetro; 
 hf: altura da calota do fundo; 
 Of: centro da calota esférica do fundo; 
 Og: centro da calota esférica do gasômetro; 
 
 
 
 
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 he: altura da caixa de entrada; 
 De: diâmetro da caixa de entrada; 
 hs: altura da caixa de saída; 
 Ds: diâmetro da caixa de saída; e 
 a: afundamento do gasômetro. 
c) Plug Flow – Lona 
É um modelo tipo horizontal, com sentido de fluxo tubular, apresentando uma 
geometria retangular, construído em alvenaria e com a largura maior que a profundidade, 
assim tendo uma grande área de exposição ao sol, que em climas quentes contribui para 
a produção de biogás pela elevação da temperatura. Este modelo é indicado para grandes 
volumes de dejetos, pois apresenta um valor financeiro mais acessível para implantação. 
Sendo um dos mais utilizado nas propriedades do sul doBrasil, é constituído por 
uma caixa de entrada, para onde são canalizados os dejetos; uma câmara de fermentação 
subterrânea revestida com material impermeabilizante; campânula superior construída 
com lona plástica para reter o biogás produzido; uma caixa de saída, por onde passa o 
efluente final, sendo conduzido para uma esterqueira; um registro para saída do biogás e 
um queimador do biogás. Por questões de segurança, o biodigestor deve estar cercado e 
seus arredores limpos, desta maneira, oferecendo um risco menor de ocorrer furos na lona 
da campânula. 
 
 
Figura 4: Biodigestor Plug Flow - Lona. 
d) CSTR 
A geometria e o funcionamento dos digestores de tanque agitado são similares aos 
reatores químicos deste tipo, com a diferença de que os esforços cortantes gerados pela 
agitação devem ser consideravelmente diminuídos para evitar o dano dos 
 
 
 
 
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biocatalisadores. Surgiu nos anos 50, onde solucionou o problema da formação de espuma 
na parte superior do digestor e obteve-se uma maior eficiência no processo, devido ao 
maior contato das bactérias com o efluente. Neles, o líquido ou a corrente de lodo se 
introduz continuamente e o conteúdo de líquidos é continuamente eliminado do reator. 
Os reatores convencionais podem ser agitados continuamente (CSTR) ou de forma 
intermitente. A agitação pode ser mecânica ou através da recirculação dos gases 
produzidos. Em condições normais de operação, podem ser ou não introduzidos no 
digestor os cultivos microbianos. Os microrganismos que crescem no digestor substituem 
continuamente os que são eliminados do reator com o efluente. A característica básica do 
reator CSTR ideal é que as concentrações de substrato e microrganismos são as mesmas 
em todo reator. As concentrações de biomassa e substrato do efluente que deixa o digestor 
são as mesmas para o material que permanece no digestor. Esta uniformidade de 
concentração faz com que a análise do reator CSTR seja comparativamente simples. Nos 
reatores convencionais do tipo CSTR, o tempo de retenção celular (TRC) é igual ao tempo 
de retenção hidráulica (TRH), portanto o menor TRH possível de se utilizar está limitado 
ao tempo de geração média das bactérias limitantes do processo. 
A Figura 5 apresenta um exemplar do reator CSTR. 
 
 
Figura 5: Biodigestor CSRT. 
 
 
 
 
 
 
 
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e) UASB 
Desenvolvido na Holanda, os biodigestores UASB (Upflow Anaerobic Sludge 
Blanket Digestion) são indicados, segundo Cortez et al (2007), citado por Szymanski et 
al (2010), para o tratamento de efluentes com teor de sólidos de até 2%. Os reatores UASB 
são sistemas muito compactos, necessitando de volume reduzido devido à sua elevada 
concentração de biomassa. 
Estes reatores podem apresentar várias configurações, como tanques cilíndricos, 
quadrados e retangulares na “estrutura de distribuição de vazão”, constituída por uma ou 
mais caixas distribuidoras de fluxo. Estas caixas são divididas internamente, conduzindo 
o efluente aos seus compartimentos internos. De cada um destes compartimentos, parte 
um tubo que conduz o efluente à parte inferior do reator, onde é liberado e inicia seu fluxo 
ascendente, passando pela manta de lodo e vindo a ser coletado na parte superior, em 
vertedores ou tubulações perfuradas. Este é o efluente do reator UASB. O gás que é 
produzido no compartimento de reação na forma de bolhas é coletado na parte central do 
separador trifásico. 
Como a entrada de matéria orgânica no reator é contínua, a biomassa cresce 
continuamente. Isso traz a necessidade de remoção periódica de parte da manta de lodo 
evitando-se, assim, que a biomassa venha a sair juntamente com o efluente. No entanto, 
a produção de lodo em reatores tipo UASB é muito baixa e de elevada qualidade, podendo 
ser simplesmente desidratado em leitos de secagem ou em equipamentos mecânicos. 
Por ser um processo anaeróbio, ocorre a formação de gases com odor desagradável 
(sulfurados). No entanto, se o projeto for bem elaborado e o reator bem vedado, incluindo 
a saída do efluente, a liberação destes odores é bastante minimizada. O reator UASB é 
ilustrado na Figura 6. 
 
 
 
 
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Figura 6: Biodigestor UASB. 
6.0 PARÂMETROS DE PROCESSO 
6.1 Relação carbono/nitrogênio 
Este é um parâmetro muito importante e está relacionado com as condições em que 
se desenvolve o processo biológico da fermentação. Para os microrganismos, o carbono 
é o elemento fundamental para a vida. Além de ser empregado na fabricação de 
biomoléculas, ele é a fonte de energia necessária para o funcionamento da célula. 
Nitrogênio, por outro lado, é requerido para a produção de proteínas, materiais genéticos 
e para estrutura celular. Relação entre a quantidade de carbono e nitrogênio do substrato 
é fundamental para haja a formação dos ácidos orgânicos, que serão transformados pelas 
bactérias metanogênicas em biogás. 
6.2 Teor de sólidos totais (ST) 
Toda matéria seca contida na biomassa é analisada como teor de sólidos totais, 
podendo ser biodegradável ou não. A quantidade de sólido que pode ser biodegradável 
gera o biogás, e a outra parte não biodegradável forma o chamado biofertilizante ou 
biossólido. 
 
6.3 Teor de sólidos voláteis (SV) 
O conhecimento da quantidade de sólidos voláteis da biomassa é muito 
importante, porque eles é que serão fermentados para produzir o biogás. Quanto maior 
for à concentração de sólidos voláteis de uma biomassa, maior será a produção de gás, 
dentro de certos limites, pois dependerá da eficiência do sistema digestor. 
 
 
 
 
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6.4 Temperatura do biodigestor 
O desenvolvimento das bactérias metanogênicas e a consequente produção de 
biogás é função da temperatura operacional do digestor. Digestores mais eficientes 
operam em temperaturas mais elevadas. A temperatura ótima para o funcionamento de 
um digestor vai depender do grupo de bactérias com que se pretende trabalhar e das 
condições locais. As faixas de temperatura associadas ao crescimento microbiano podem 
ser classificadas como: 
- Faixa mesofílica: (20-45°C), a temperatura ótima se situa em torno de 35°C. 
- Faixa termofílica: (45-65°C), a temperatura ótima se situa em torno de 55°C. 
Segundo Soares (1990), citado por Salomon (2007, p.18), o processo apresenta uma 
maior instabilidade nos seus parâmetros de controle, quando operado na faixa termofílica, 
e quando ocorre variação da temperatura, este problema se agrava podendo afetar mais 
seriamente o processo. O grupo de bactérias metanogênicas são as que mais sofrem com 
a influência da temperatura, pois apresentam um intervalo de temperatura muito restrito 
de operação, podendo causar o aumento de ácidos voláteis através de baixas temperaturas, 
e consequentemente uma queda de pH. 
6.5 Tempo de retenção 
É o tempo em que um substrato qualquer passa no interior de um digestor, isto é, o 
tempo entre a entrada e a saída dos diferentes materiais do digestor. O tempo de retenção 
ou de digestão varia em função do tipo de biomassa, granulometria da biomassa, 
temperatura do digestor, pH da biomassa etc., mas, de modo geral, situa-se na faixa de 4 
a 60 dias. 
 
6.6 Produção de H2S 
Na presença de sulfato, sulfito ou outros compostos a base de enxofre, a oxidação 
da matéria orgânica é realizada utilizando estes compostos como aceptores de elétrons. 
Como produtos finais deste processo, serão formados o gás sulfídrico e gás carbônico 
(Chernicharo, 1997). 
Segundo Lettinga et al. (1985), os microrganismos responsáveis pela redução dos 
compostos de enxofre são chamados de bactérias redutoras de sulfato. Estes 16 
 
 
 
 
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microrganismos são capazes de utilizar vários tipos de substrato para o seu crescimento 
e manutenção. A habilidade de utilizar os ácidos orgânicos voláteis torna este grupo 
importante para o equilíbrio da digestão anaeróbia. 
Pela existência da possibilidade de ambos os grupos de bactérias, redutoras de 
sulfatoe metanogênicas, poderem utilizar o acetato como fonte de carbono e energia para 
o seu crescimento, em sistemas onde estes dois grupos estejam presentes, a competição 
entre eles pode afetar o desempenho do sistema de tratamento (Bhattacharya et al., 1996). 
O aumento desta competição torna-se mais importante quando a relação DQO:SO4
-
2 é pequena. Segundo Lettinga et al. (1985), a digestão anaeróbia pode ser considerada 
sem problemas quando esta relação é superior a 10. Teoricamente, a redução completa do 
sulfato é possível para relações de DQO:SO4
-2 acima de 0,67, porém, a literatura cita que 
em relações abaixo de 10, o sistema anaeróbio tem dificuldades para proceder a 
degradação da matéria orgânica em taxas satisfatórias. O modelo matemático 
desenvolvido por Lettinga et al. (1985) explica que, com a diminuição da relação 
DQO:SO4
-2, a concentração do H2 aumenta no reator, e a capacidade de arraste do biogás 
formado no reator decai rapidamente com o declínio da relação, aumentando a quantidade 
de H2S solúvel no efluente. 
Lettinga et al. (1985) citam alguns dos microrganismos envolvidos neste processo 
de redução do sulfato, tais como: Desulfobacter postgatei, Desulfobulbus propionicus, 
Desulfovibrio sp, entre outros. 
 
6.7 Patógenos nos biossólidos 
Os biossólidos contêm matéria orgânica, macro e micronutrientes que exercem um 
importante papel na produção agrícola e na manutenção da fertilidade do solo. Além disto, 
a matéria orgânica contida no biossólido aumenta o conteúdo de húmus, melhorando a 
capacidade de armazenamento e de infiltração da água no solo, aumentando a resistência 
dos agregados e reduzindo a erosão. 
A quantidade de patógenos nos biossólidos é bastante variável e depende 
fundamentalmente das condições socioeconômicas da população, das condições 
sanitárias da região geográfica, da presença de indústrias agroalimentares e do tipo de 
tratamento do lodo de esgoto. Nos países mais desenvolvidos, cuja população apresenta 
padrões adequados de saúde, a densidade de alguns patógenos nos biossólidos, como os 
ovos de helmintos, é mais baixa do que em países em desenvolvimento. 
 
 
 
 
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Para a redução de patógenos nos biossólidos, a norma norte americana EPA 40 CFR 
Part 503 recomenda os processos de redução apresentados na Tabela 1 e classifica os 
biossólidos em função da concentração de patógenos para o uso agrícola. Os biossólidos 
classe A podem ser utilizados na agricultura sem nenhuma restrição, enquanto que, para 
o uso dos biossólidos classe B, são determinadas pela EPA algumas restrições em função 
da cultura e das atividades na área de aplicação do biossólido. 
A norma norte americana define a digestão anaeróbia como um processo PSRP - 
processo de redução significativa de organismos patogênicos, condição obrigatória para 
produção de biossólidos Classe B, desde que observadas as seguintes condições: para 
temperatura de 35º a 55º C, tempo de digestão mínimo de 15 dias ou para temperatura de 
20º C e tempo de digestão de 60 dias. 
Tabela 1: Processos de redução de patógenos em função da classificação do biossólido. 
Tipo de Biossólido Critério de Classificação Processo de Redução de Patógeno 
Classe A 
Coliformes fecais: Densidade < 1000 
NMP/gST 
Compostagem 
Secagem térmica 
Salmonella sp: Densidade < 3 
NMP/4gST 
Tratamento térmico 
Digestão aeróbia termofílica 
Irradiação 
Pasteurização 
Classe B 
Coliformes fecais: em pelo menos 
uma amostra. 
Ou, coliformes fecais: média 
geométrica da densidade de 7 
amostras < 2.000.000 NMP/gST ou 
2.000.000 UFC/gST 
Digestão aeróbia 
Secagem 
Digestão anaeróbia 
Compostagem 
Estabilização com cal 
NMP/gST – Número mais provável por grama de sólidos totais. 
UFC/gST – Unidades formadoras de colônias por grama de sólidos totais. 
 
6.8 Efluente gerado 
O efluente gerado pode ser considerado como toda a parte líquida utilizada para 
diluição dos resíduos sólidos. Em casos onde a biodigestão é realizada em resíduos de 
esgotos sanitários, o efluente final deve ser analisado, para detecção de substâncias 
patógenas. 
 
 
 
 
 
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6.9 Concentração de nutrientes 
As necessidades nutricionais dos microrganismos presentes no sistema anaeróbio 
são estabelecidas de acordo com a composição química das células microbianas. Este 
dado exato é raramente conhecido, sendo esta informação determinada com base na 
composição empírica das células. 
Os elementos químicos em maior quantidade na composição dos microrganismos 
são: carbono, oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, fósforo e enxofre. Outros nutrientes são 
necessários para a biossíntese dos componentes celulares, como cátions (Mg+2, Ca+2, 
Na+1, K+1, Fe+2), ânions (Cl-, SO4
-2) e traços de elementos considerados como 
micronutrientes (Co, Cu, Mn, Mo, Zn, Ni, Se), servindo como elementos auxiliares para 
várias enzimas. Os microrganismos precisam de uma fonte de carbono para o seu 
crescimento, muitos utilizam CO2 e outros carbono orgânico. 
De acordo com Chernicharo (1997), assumindo que os nutrientes estejam numa 
forma disponível, uma relação de nutrientes representada pela Equação 1, geralmente é 
utilizada nos processos de tratamento de efluente. 
 
C:N:P = 130:5:1 Eq. (1) 
 
6.10 Controle do pH 
Mudanças no pH do meio afetam sensivelmente as bactérias envolvidas no processo 
de digestão. A faixa de operação dos digestores é em pH 6,0 a 8,0, tendo como ponto 
ideal o pH 7, o que ocorre normalmente quando o digestor está funcionando bem. Em 
condições acima ou abaixo desta faixa decresce a taxa de produção de metano. As 
bactérias produtoras de ácidos têm um crescimento ótimo na faixa de pH entre 5 e 6, tendo 
uma tolerância maior a valores mais baixos de pH que as metanogênicas. Em sistemas 
onde existe uma série de microrganismos atuando em forma de consórcio, deve-se buscar 
a faixa de pH onde se propicia o crescimento máximo da maior parte dos microrganismos 
envolvidos. 
Soares (1990), citado por Salomon (2007, p.19), relata ainda que, o pH está 
intimamente ligado a concentrações de ácidos orgânicos voláteis no meio, resultante do 
equilíbrio entre populações de microrganismos e a alcalinidade total do sistema. Portanto, 
qualquer desequilíbrio no sistema provoca o acúmulo de ácidos orgânicos no meio e, 
consequentemente, queda do pH. Segundo este autor, os valores de pH abaixo de 6 e 
acima de 8, praticamente fazem cessar a produção de metano. 
 
 
 
 
18 
Os dois principais compostos que afetam o pH nos processos anaeróbios são o ácido 
carbônico e os ácidos voláteis. Na faixa de pH entre 6 e 7,5 a capacidade de 
tamponamento (capacidade de uma determinada amostra em resistir a mudança do pH) 
do sistema é quase completa, dependendo da relação gás carbônico/alcalinidade, que em 
equilíbrio com a dissociação do ácido carbônico, tende a regular a concentração do íon 
H+. 
Aumentos significativos no teor de matéria orgânica na carga do biodigestor 
causam aumentos expressivos na atividade das bactérias produtoras de ácidos. No 
entanto, infelizmente, tais aumentos não são acompanhados por aumentos na mesma 
intensidade na atividade das bactérias metanogênicas. Em decorrência disto, há um 
acúmulo de ácidos voláteis no biodigestor e, por conseguinte uma severa queda de pH, 
que causa a imediata paralisação do metabolismo das bactérias metanogênicas. Para evitar 
tais choques por mudança na composição da carga, emprega-se em biodigestores a adição 
de bicarbonato de sódio para atuar como um tampão. 
 
6.11 Ácidos orgânicos voláteis (AOV) 
É um dos parâmetros mais importantes para o acompanhamento e controle da 
digestão anaeróbia, pois este mede o equilíbrio entre as populações de microrganismos 
acidogênicos e metanogênios. O acúmulo dos mesmos indica desequilíbrio do processo e 
consequentementea falha. Vários métodos estão disponíveis para sua medida, das quais 
podem-se destacar a cromatografia em fase gasosa ou em fase líquida, por fornecer 
informações mais detalhadas. 
 
6.12 Substâncias tóxicas 
O excesso de qualquer nutriente ou elemento em solução no digestor pode provocar 
toxidez ao meio bacteriano. A adequada degradação dos efluentes por qualquer processo 
biológico depende da manutenção de um ambiente favorável para os microrganismos, 
incluindo o controle e a eliminação de constituintes tóxicos. A toxicidade tem sido 
considerada uma das principais razões para a não aplicação de processos anaeróbios, pois 
as bactérias metanogênicas são facilmente inibidas por toxinas, devido a sua pequena 
fração de substratos sintetizados em células e ao elevado tempo de geração destas 
bactérias. Os microrganismos possuem um grau de adaptação a concentrações inibitórias, 
desde que certas condições de projeto sejam favorecidas, como elevados tempos de 
residência de sólidos e minimização do tempo de residência das toxinas no sistema. 
 
 
 
 
19 
Grupos de substâncias químicas, como metais pesados e organoclorados, têm uma 
influência tóxica, mesmo em concentrações muito baixas. Os microrganismos podem ser 
capazes de biotransformar compostos como clorofórmio e tricloroetano, desde que seja 
usada uma metodologia apropriada. 
A seguir, são apresentados alguns tipos de toxidade. 
a) Toxidade por compostos orgânicos: Segundo Hwu et al. (1998), citado por 
Salomon (2007, p.21)998), que estudaram a biossorção dos ácidos graxos de 
cadeia longa (LCFA) em reatores UASB, concluindo que a adsorção destes 
compostos na matriz dos grânulos de microrganismo é rápida e que, com o 
aumento da concentração destes compostos no efluente, maior será a sua 
adsorção aos grânulos, gerando uma maior inibição na sua degradação. 
A degradação de corantes do tipo azo, produto normalmente utilizado na 
indústria têxtil e de curtume, foi estudada por Manu et al. (2001), onde o efeito 
tóxico destes corantes e dos sais presentes neste tipo de efluente, nos 
microrganismos metanogênicos foi avaliado através dos indicadores de 
produção máxima de metano e máxima atividade metanogênica. Os resultados 
mostraram não haver inibição quanto à máxima produção de metano, porém os 
resultados da atividade metanogênica indicaram que concentrações acima de 
400 mg/L do azocorante preto (Reativo 5B) podem ser inibitórias para estes 
microrganismos. 
b) Toxidade por amônia: segundo Chernicharo (1997), a presença do bicarbonato 
de amônia, resultante da degradação de efluentes ricos em compostos protéicos 
ou uréia, é benéfica ao sistema de digestão, como fonte de nitrogênio e como 
tampão para alterações de pH. Tanto o íon amônia (NH4
+) quanto à amônia livre 
(NH3), podem ser tóxicas aos microrganismos. 
c) Toxidade por metais pesados: elementos e compostos químicos como cromo, 
cromatos, níquel, zinco, cobre, arsênico, cianetos, dentre outros, são 
classificados como altamente tóxicos. As concentrações dos metais pesados 
mais tóxicos que podem ser toleradas no tratamento anaeróbio estão 
relacionadas com a concentração de sulfeto disponível no meio para combinar 
com estes metais pesados e formar sais de sulfeto que são bastante insolúveis, 
sem efeito adverso ao tratamento anaeróbio. Cerca de 1,8 a 2 mg/L de metais 
pesados são precipitados como sulfetos metálicos, quando estes estão presentes 
na quantidade de 1 mg/L de sulfeto (Chernicharo, 1997). 
 
 
 
 
20 
 
6.13 Impermeabilidade ao ar 
Nenhuma das atividades biológicas dos microrganismos, inclusive, seu 
desenvolvimento, reprodução e metabolismo, exige oxigênio, que em cuja presença são 
muito sensíveis. A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz 
dióxido de carbono (CO2); na ausência de oxigênio produz metano. Se o biodigestor não 
estiver perfeitamente vedado à produção de biogás será inibida. 
Tabela 3: Geração de biogás e características de resíduos vegetais. 
Carga % N 
Relação 
C/N 
Umidade 
% 
Sólidos Voláteis 
(SV)em % Sólidos 
Totais (ST) 
Biogás 
m3/kg SV 
Inibidores2 
Restos de Comida 1,9 - 2,91 14 - 161 691 801 0,5 a 0,62 Desinfetantes 
Restos de Frutas2 n.a. 35 75-80 75 0,25 a 0,50 Pesticidas 
Folhas n.a 30 - 802 603 901 0,1 a 0,32 Pesticidas 
Restos de Jardim n.a 
100 - 
1502 
403 901 0,2 a 0,52 Pesticidas 
Grama n.a 15 - 252 603 901 0,552 Pesticidas 
1 Cornell Composting; 2 Ileleji (2008); Martin e Jones (2007); 3 RIS International Ltd (2005). 
 
7.2 Estimativa de produção de biogás 
A estimativa de produção de biogás para esgotos é baseada principalmente no seu 
teor de DQO – Demanda Química de Oxigênio. É importante ressaltar que o esgoto 
apresenta um menor teor de sólidos em suspensão, o que representa uma grande facilidade 
para o seu tratamento de biodigestão. De fato, por conta disso, é possível seu 
processamento em reatores anaeróbios de baixos tempos de residência hidráulica, tipo 
UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket. Tais reatores toleram baixos teores de sólido 
em suspensão, o que limita os tipos de carga possíveis de processamento. Como exemplo 
do emprego desse tipo de biorreator para tratamento de esgoto cita-se a ETE Tupi, 
Piracicaba, que opera um reator UASB modificado para realizar o polimento do efluente 
antes de seu descarte (Matsuo e Lamo, 2009). No entanto, apesar da facilidade de 
processamento, o esgoto oferece um pequeno potencial de geração de biogás e não será 
considerado como uma alternativa de carga neste estudo. 
Para restos de comida do refeitório, como também para resíduos de poda, a 
estimativa do volume de biogás produzido baseia-se em dados de rendimento de biogás 
em função do teor de sólidos voláteis encontrados na literatura. Sólidos voláteis são 
 
 
 
 
21 
aqueles que são de natureza orgânica e passíveis, a depender de sua biodegradabilidade, 
de serem convertidos em biogás. 
Deve-se ressaltar também que restos de comida, resíduos de poda e esgotos 
sanitários são muito diferentes entre si em relação à velocidade de biodegradação. 
Enquanto que os restos de poda apresentam um alto teor de material celulósico, de lenta 
digestão, nos restos de comida este teor depende principalmente do teor de cascas de 
frutas presente. Porém, dada a maior presença de outros elementos nos restos de comida, 
o seu teor de material celulósico é bem menor do que aquela dos resíduos de poda. 
Entretanto, apesar do resíduo de poda apresentar um potencial de geração de biogás da 
mesma ordem de magnitude dos restos de alimentos, ele não será empregado neste estudo 
como uma alternativa de carga para biodigestão por ser difícil manter uma mistura 
homogênea, sem forte sedimentação e/ou flutuação de sólidos, de água e resíduos de poda 
dentro do biodigestor. 
A seguir, será apresentado o cálculo do volume de biogás produzido a partir dos 
restos de comida. Os cálculos para resíduos de poda e esgoto sanitário encontram-se, 
respectivamente, nos Anexos 1 e 2. 
 
7.3 Cálculo do volume de biogás produzido a partir dos restos de comida 
O cálculo do volume de biogás produzido é função da umidade do material, do teor 
de sólidos voláteis em relação aos sólidos totais e do índice de rendimento de biogás em 
relação ao conteúdo de sólidos voláteis. 
A Equação 2 apresenta o cálculo da vazão de biogás: 
 
Eq. (2) 
 
 
Onde: 
 Qbiogás: vazão volumétrica diária de biogás nas condições padrão (m
3/d); 
 �̇�: quantidade mássica média diária dos restos de comida (kg/d); 
 U: teor de umidade dos restos de comida (%); 
 SV: teor de sólidos voláteis em relação aos sólidos totais (%) e; 
 RBG/SV: índice de rendimento de biogás em relação aos sólidos voláteis 
(m3/kg). 
 
 
 
 
 
22 
7.4 Cálculo da potência elétrica gerada 
Após o tratamento do biogás para a remoção de H2S, este é enviado a um motor de 
combustão interna acopladoa um gerador de energia elétrica. O motor empregado nestes 
grupos geradores são frequentemente do tipo diesel, adaptados com a inclusão de uma 
vela de ignição. No mercado nacional, a Cummins, por exemplo, oferece sistemas 
operando a gás natural com potências de 20 a 100 kW (http://www.cumminspower.com 
.br/geradoresgas.asp). 
A eficiência possível para a conversão energética de biogás em energia elétrica foi 
reportada na literatura com valores de 31% a 33% (Bullard et al., 2009). Porém, na 
prática, a experiência mostra que a eficiência alcançada está bem abaixo deste patamar. 
Martin e Roos (2007), relatam eficiências de 20 e 21% para a geração de energia elétrica 
a partir de biogás produzido em plantas de biodigestão anaeróbia, utilizando esterco 
bovino, localizadas nos estados de Nova York e Wisconsin, respectivamente. Em 2003, 
Martin reportava, para uma unidade geradora de energia elétrica pela queima de biogás 
produzido com dejetos suínos em uma planta localizada no Colorado, uma eficiência de 
22%. O autor indicava a taxa média de utilização, cerca de 52% apenas, do motor de 
combustão de 80 kW, como a possível causa da baixa eficiência de geração do sistema 
moto-gerador, e sugeria que para a operação a carga plena do sistema de geração de 
energia elétrica a conversão atingiria o valor de 30%. 
Conservadoramente será empregada neste estudo uma eficiência de geração de 
energia elétrica de apenas 20% para a queima de biogás produzido na empresa. 
 
7.4.1 Cálculo do poder calorífico inferior do biogás (PCIbiogás) 
Pela Norma ABNT NBR15213 de 2008, o poder calorífico inferior do biogás, neste 
estudo com a composição de 60% em mol de CH4 e 40% em mol de CO2, pode ser 
calculada segundo a Equação 4: 
 
𝑃𝐶𝐼𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 = ∑ 𝑃𝐶𝐼𝑗 ∗ 𝑦𝑗
2
𝑗=1 Eq.(4) 
 
Onde: 
 PCIbiogás é o poder calorífico inferior do biogás a 15˚C em MJ/m3; 
 PCIj é o poder calorífico inferior do componente j da mistura gasosa, em 
MJ/m3; e 
http://www.cumminspower/
 
 
 
 
23 
 yj é a fração molar do componente j na mistura gasosa. 
 
Utilizando os valores de PCIj obtidos na tabela B5 da ABNT NBR 15213, o PCI do 
biogás é: 
 
𝑃𝐶𝐼𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 = 33,948 ∗ 0,60 + 0 ∗ 0,40 = 20,369 MJ/m
3(4782 kcal/m3) Eq.(4) 
 
 
O PCI acima se refere ao biogás considerado como um gás ideal. 
 
7.4.2 Produção de energia elétrica 
A vazão total de biogás a ser utilizada na produção de energia elétrica é 149 m3/d, 
e representa o biogás proveniente apenas da biodigestão dos restos de comida. Não será 
produzido biogás a partir da biodigestão dos esgotos e de resíduo de poda. 
A produção de energia elétrica para uma eficiência de geração de 20% será: 
𝐸𝐸 = 𝑄𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 ∗ 𝑃𝐶𝐼𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 ∗ 𝜂 ∗ 𝐹𝑡1 ∗ 𝐹𝑡2 Eq.(5) 
 
Onde: 
 EE: potência elétrica gerada, em kW; 
 Qbiogás: vazão de biogás, em m³/d; 
 η: eficiência de conversão da energia térmica em elétrica; 
 Ft1: fator de transformação, de dia para segundos; e 
 Ft2: fator de transformação, de mega para kilo. 
 
7.5 Parâmetros para cálculo do volume do biodigestor 
O cálculo do volume para processos aeróbios, tais como o de tratamento biológico 
por lodos ativados, é feito de maneira análoga ao do cálculo de volume de reatores que 
conduzem reações químicas. Conhecendo-se as constantes cinéticas de crescimento da 
biomassa, a vazão volumétrica da carga, e as concentrações de matéria biodegradável 
presente na entrada e desejada na saída da planta, é calculado o volume necessário do 
tanque de aeração – que é o reator nos sistemas aeróbios – necessário para a redução da 
carga orgânica. 
Em reatores anaeróbios, no entanto, a grande diversidade da comunidade 
microbiana presente faz com que o procedimento de cálculo seja bem peculiar e bem mais 
 
 
 
 
24 
simplificado. Nestes sistemas, onde são observadas diferentes taxas de crescimento para 
cada microrganismo presente, distintas taxas metabólicas e complexas interações entre 
seus membros, o cálculo a partir de modelos cinéticos não é factível. 
Assim, o cálculo do volume necessário para os reatores anaeróbios é conduzido 
simplesmente a partir da experiência adquirida na observação do tempo de residência 
necessário para reduzir a matéria orgânica aos níveis desejados. Com o tempo de 
residência indicado para um dado tipo de carga, seja ela esgoto, poda ou esterco, e a vazão 
volumétrica a ser processada, determina-se o volume requerido. Convém lembrar aqui 
que outro importante parâmetro neste cálculo é a concentração de sólidos totais na carga. 
Escolhida uma concentração, esta é que irá determinar o volume necessário de água de 
diluição e em última análise a vazão volumétrica da carga. 
A Equação 6 apresenta a relação utilizada no cálculo do volume do biodigestor 
anaeróbio: 
 
𝑉 = 𝑄 ∗ 𝜏 Eq.(6) 
 
Onde: 
 V: volume do biodigestor, em m3; 
 Q: vazão volumétrica da suspensão sólido–líquido, em m3/d; e 
 Τ: tempo de residência hidráulico, em dias. 
Em biodigestores, o tempo de residência hidráulico é idêntico ao tempo de 
residência celular, já que não ocorre nestes sistemas a sedimentação da biomassa, e sua 
retirada da planta não se dá através de corrente segregada (Chernicharo, 2007). Pelo 
contrário, sólidos e líquidos saem da planta em uma mesma corrente. Por conta disso, não 
há a possiblidade de redução de volume do biodigestor, e consequentemente de 
investimento, como em sistemas que aliam um longo tempo de residência celular a um 
curto tempo de residência hidráulico. O reator anaeróbio tipo UASB – Upflow 
Aanaerobic Sludge Blanket, é um exemplo de tais sistemas. Ele opera com baixos tempos 
de residência hidráulico, isto é, altas vazões, ao mesmo tempo em que permite que a 
biomassa permaneça por longos tempos no reator. No entanto, toleram apenas cargas com 
baixo teor de sólidos em suspensão (Tchobanoglous et al., 2004). 
Cada tipo de carga requer um tempo de residência adequado para sua biodigestão. 
Cargas com alto teor de celulose e lignina estão entre aquelas de digestão mais difícil, 
dado a complexidade estrutural da celulose e da complexidade química da lignina 
 
 
 
 
25 
(Swapnavahini et al., 2010). Por conta disso, requerem um maior tempo de digestão. Na 
literatura são encontrados tempos de residência que variam de 20 a 30 dias para a 
biodigestão de resíduos celulósicos (Ris International, 2005). Tais tempos variam de 
acordo com a empresa detentora da tecnologia e da faixa de temperatura em que a 
biodigestão ocorre. Por exemplo, a Valorga, empresa francesa que desenvolve e vende 
tecnologia para a biodigestão de diferentes fontes, tais como, resíduos sólidos urbanos, 
restos de papelão e lodo, reporta tempos de residência para processos mesofílicos – 
temperatura entre 35˚ e 40˚C – que variam de 24 a 33 dias a depender da carga e da planta 
(Ris International, 2005). 
Restos de comida, por outro lado, são de menor grau de dificuldade para sua 
digestão, embora também requeiram altos tempos de residência. O relatório final da EPA 
sobre a digestão anaeróbia de restos de comida, de março 2008, apresenta dados 
experimentais obtidos em escala de laboratório com biodigestores de 30 L de capacidade. 
Este biodigestor apresentou bom desempenho com tempos de residência de 10 e 15 dias 
sendo alimentado com uma carga composta de restos de comida de restaurantes 
misturados a refugos de frutas, legumes e verduras obtidas em mercados 
hortifrutigranjeiros. Para o tempo de residência de 5 dias, no entanto, o biodigestor não 
funcionou a contento. Este baixo tempo de residência, menor que o tempo de duplicação 
apresentado pelas bactérias metanogênicas, não permitiu que a cultura permanecesse 
dentro do reator.Tais ocorrências são denominadas no jargão da engenharia bioquímica 
como lavagem do reator (washout). 
O biodigestor da empresa irá operar com uma carga composta por restos de comida 
e deve ter um tempo de residência compatível com esta carga. A literatura indica tempos 
de residência de 15 dias (Gray et al., 2008) a 20 dias (Ileleji et al.). Assim, para efeito 
deste estudo, é recomendável que o tempo de residência seja de no mínimo 20 dias. 
O cálculo do volume do biodigestor passa em primeiro lugar pela escolha do teor 
de sólidos presente no biodigestor. Este teor é o resultado da diluição da carga com o 
objetivo de facilitar sua biodigestão. Escolhido o teor de sólidos para a alimentação do 
biodigestor, calcula-se o fator de diluição necessário levando-se em conta o teor de 
umidade presente na carga in natura. A Equação 7 apresenta o teor de sólidos ST após a 
adição de água diluição: 
 
𝑆𝑇 =
�̇�∗(1−𝑈/100) 
�̇�/𝜌𝑀+𝜌á𝑔𝑢𝑎𝑉á𝑔𝑢𝑎
∗ 100 Eq.(7) 
 
 
 
 
26 
 
Onde: 
 ST: teor de sólidos na carga diluída, em %; 
 Ṁ: vazão mássica do material in natura que será biodigerido, em kg/d; 
 U: teor de água do material in natura que será biodigerido, em %; 
 ρM: massa específica do material in natura que será biodigerido, em kg/L; 
 ρágua: é a massa específica da água: 1,0 kg/L; e 
 Vágua: é a vazão de água de diluição, em L/d. 
 
Após rearranjo esta equação se torna: 
 
𝑉á𝑔𝑢𝑎 =
�̇�∗(1−𝑈/100−
1
𝜌𝑀
𝑆𝑇/100) 
𝜌á𝑔𝑢𝑎∗𝑆𝑇/100
 Eq.(8) 
 
Assim, escolhido qual o teor de sólido que a carga deverá conter, e o teor de 
umidade do material a ser digerido, o volume da água de diluição pode ser imediatamente 
calculado pela Equação 8. Entretanto deve-se escolher a priori o tipo de processo que se 
deseja operar, se aqueles chamados de úmidos ou os denominados secos. 
Processos secos são aqueles em que o teor de sólidos totais situa-se entre 20% e 
40% (Vandevivere et al., 2002), enquanto que os processos úmidos a carga se assemelha 
a uma lama, cujo teor de sólidos chega até 15% (Vandevivere et al., 2002). O uso de 
processos secos é recente. Apenas na década de 80 comprovou-se que esses processos 
podiam produzir biogás em rendimentos e taxas semelhantes aos processos úmidos. A 
tecnologia dos biodigestores que operam processos secos é dominada por empresas 
europeias e pouco utilizada nos Estados Unidos, por exemplo. A principal vantagem do 
processo seco é a significativa redução do volume do biodigestor. Outra grande vantagem 
é a diminuição substancial do inventário dentro do biodigestor, o qual para países 
temperados implica em um menor gasto energético para manter o biodigestor na 
temperatura desejada: entre 39˚C e 65˚C para processos termofílicos. No entanto, por 
conta do alto teor de sólidos a ser manipulado os processos secos necessitam de sistemas 
mais robustos para transporte desses sólidos através da unidade. Os sistemas úmidos, por 
sua vez, baseiam-se em processos conhecidos há muito tempo, permitem uma 
movimentação mais fácil da lama e uma diluição maior dos eventuais inibidores da 
biodigestão. Contudo requerem maiores volumes para o biodigestor e são mais suscetíveis 
 
 
 
 
27 
a caminhos preferenciais dentro do biodigestor. Dado a maior facilidade de transporte da 
lama e a maior experiência, recomenda-se o emprego da tecnologia com processos 
úmidos no projeto do biodigestor. 
 
8.0 PARÂMETROS OPERACIONAIS 
8.1 Temperatura 
A temperatura no interior do biodigestor deve ser controlada para atingir a melhor 
eficiência da reação. As bactérias responsáveis pela biodigestão são bastante sensíveis a 
variações bruscas de temperatura, estas variações podem ser suficiente para provocar a 
morte da maioria das bactérias digestoras, por isso, em locais onde a amplitude térmica 
seja elevada, deve-se dispor de sistemas de aquecimento ou resfriamento auxiliares. Para 
controlar a temperatura interna no biodigestor podem ser utilizados: isolamento térmico, 
trocadores de calor e alimentação de fluido aquecido. 
 
8.2 pH 
Variações do pH do meio podem diminuir a eficiência da reação, ou até mesmo a 
morte dos microrganismos. O pH do meio reacional deve ser monitorado afim de informar 
as variações no interior do biodigestor, possibilitando assim correções operacionais. Para 
isto, o reator deve possuir um analisador on-line no seu interior ou então deve ser 
analisado rotineiramente o pH através de pHmetro portátil. 
 
8.3 Relação Carbono/Nitrogênio 
A relação carbono/nitrogênio ideal para uma digestão ótima está na faixa de 20 a 
30 partes de carbono para uma parte de nitrogênio. Valores da relação carbono/nitrogênio 
acima da faixa ótima indicam que o nitrogênio limita o processo de biodigestão. Estes 
casos podem ser corrigidos pela adição à carga do biodigestor de compostos nitrogenados 
tais como uréia ou nitrato. Por outro lado, valores da relação carbono/nitrogênio abaixo 
da faixa ótima indicam que o nitrogênio se encontra em excesso. Neste caso pode-se 
corrigir a carga do biodigestor pela adição de um material com alto teor de carbono, tal 
como folhas, resíduo de poda, jornais velhos, pó de serra, etc. No entanto, a adição destes 
materiais pode causar problemas de sedimentação ou flotação no biodigestor. Uma 
alternativa para o excesso de nitrogênio é permitir que este seja expelido pela cultura 
microbiana na forma de amônia, desde que estas emissões gasosas sejam mantidas em 
 
 
 
 
28 
um valor mínimo. No caso deste estudo, pode-se estimar a relação C/N para restos de 
alimentos a partir dos dados da Tabela 2. Os restos de alimentos serão o resíduo 
majoritário na carga do biodigestor e, por isso, foram considerados como a base de cálculo 
para este estudo. A relação C/N para os resíduos de alimento será calculada pela Equação 
12: 
 
 
 Eq.(12) 
 
Onde: 
 MO: teor de matéria orgânica nos restos de alimento, em % massa; 
 TC: teor de carbono na matéria orgânica, em % massa; e 
 TN: concentração total de nitrogênio, em mg/kg. 
 
O teor de carbono na matéria orgânica será estimado considerando-se 
conservativamente que a matéria orgânica é formada na sua maioria por carboidratos. 
Assim, TC é igual a 40%. 
Assim: 
 
 Eq.(12) 
 
C/N é igual a 103. 
Vê-se que a relação está bem acima do valor requerido de 20 a 30 e por isso será 
necessária a adição de nitrogênio para a correção da relação C/N. A adição de nitrogênio 
é calculada pela Equação 13: 
 
 
 Eq.(13) 
 
 
Onde AN, que representa a adição de nitrogênio, é igual a 1,9 g/kg.d. São 
necessários portanto a adição de cerca de 3,5 kg de nitrogênio por dia. Caso seja utilizada 
uréia, que possui cerca de 46% de nitrogênio em massa, será necessária a adição de 7,5 
kg/d deste composto. 
 
 
 
 
 
29 
8.4 Alcalinidade 
A alcalinidade do meio reacional é um importante parâmetro relacionado ao pH no 
biorreator. O controle da alcalinidade representa baixas variações do pH do meio, fator 
importante para as bactérias metanogênicas, que são sensíveis a variações do pH. 
Soluções tampão são utilizadas para evitar variações no pH do meio, como por exemplo, 
bicarbonato de sódio aquoso. 
 
8.5 Agitação 
Em alguns casos, onde o meio reacional possui fases muito densas de 
sobrenadantes, diminuído assim a eficiência de produção de biogás, a agitação do meio 
torna-se uma eficiente solução. Os tipos de agitação são: agitador mecânico, agitação por 
gás e recirculação através de bomba. 
 
8.6 Características da carga do biodigestor 
Os sólidos em suspensão contidos na carga de alimentação do biodigestor devem 
possuir uma alta relação áreas superficial –volume, aumentando assim a eficiência do 
sistema. Resíduos como grama e poda de árvores podem gerar uma fase sobrenadante 
espessa no interior do biodigestor, dificultando o processo de biodigestão. Sendo assim, 
cargas compostas por grama e poda de árvore devem ser trituradas antes de serem 
alimentadas ao biodigestor. Entretanto, para este estudo foi considerado apenas os restos 
de alimentos como carga do biodigestor, não necessitando assim de triturador de alta 
potência. 
 
8.7 Desaguamento do biossólido produzido 
Após a retirada do biossólido do biodigestor, seja pela saída destes sólidos 
juntamente com o efluente líquido durante a operação ou através de remoções periódicas 
por caminhões a vácuo para manter baixo o assoreamento do reator, estes devem ser 
processados de maneira a reduzir o teor de água antes de serem enviados à compostagem 
ou a aterro. 
Existem várias possibilidades para a separação da água: separação por 
sedimentação em campo de forças gravitacionais, centrífugas ou filtração, desde que, para 
este último caso, os sólidos sejam grandes o bastante para serem retidos. A Tabela 5 
apresenta as principais tecnologias existentes. 
 
 
 
 
 
30 
Tabela 5: Principais tecnologias de desidratação mecânica de sólidos sedimentáveis. 
Técnica Aplicações Limitações Custo Relativo 
Prensa 
desaguadora 
Capaz de obter lodo 
relativamente seco, com 40 – 
50% de sólidos. 
Eficiência depende das 
características da suspensão. 
Deterioração das correias por 
abrasão. 
Baixo 
Decantação 
centrífuga 
Capaz de obter lodo com 15 – 
35% de sólidos. 
Taxa de captura de 90% à 98%. 
Tambor sujeito à abrasão. Médio 
Filtro Prensa Utilizada para sedimentar 
sedimentos finos. 
Taxa de captura de até 98%. 
Necessita adição de cinzas e cal. Alto 
Filtro Rotativo à 
Vácuo 
Mais indicado para tratar sólidos 
finos granulares. Taxa de captura 
de 88 a 95%. 
Elevado consumo de energia. Mais Alto 
Fonte: Adaptado de Richter, 2001. 
 
Além dos processos mecânicos listados na Tabela 5, há também processos não 
mecânicos. Os dispositivos não mecânicos mais comuns são as lagoas e os leitos de 
secagem. Estes sistemas são indicados para pequenas capacidades de até 200 L/s (Richter, 
2001). As lagoas e os leitos de secagem trabalham com a mesma carga superficial, porém 
apresentam diferentes profundidades de líquido: 60 cm para os leitos e 1,80m para as 
lagoas. As cargas superficiais dependem da natureza dos sólidos. 
O dimensionamento dos leitos e lagoas de secagem pode ser feito com a seguinte 
expressão (Richter, 2001): 
 
𝐴 =
𝑉
𝑛•𝐻
 Eq.(14) 
 
Onde: 
 A: área total dos leitos de secagem, em m2; 
 V: volume anual de lodos gerados na estação, em m3; 
 N: número de aplicações por ano; e 
 H: profundidade útil do leito, m. 
Para o caso do biodigestor, pode ser estimada a seguinte área mínima para um leito 
de secagem: 
 
 
 
 
31 
𝐴 =
0276𝑚
3
𝑑
∗365𝑑𝑎
3𝑎−1•0,6𝑚
= 56𝑚2 Eq.(14) 
 
A área do leito de secagem depende do teor de água contido nos sólidos. O volume 
apresentado acima é baseado em uma estimativa de 50% de água. 
 
8.8 Tratamento do biogás 
A presença de substâncias não combustíveis no biogás, como a água e o dióxido 
de carbono, torna o processo de queima menos eficiente. Estas substâncias absorvem 
parte de energia gerada. Além destes, também há a presença de gás sulfídrico (H2S) que 
pode provocar corrosão, diminuindo tanto o rendimento, quanto à vida útil do motor 
térmico utilizado. A maioria dos digestores anaeróbios produz um biogás que contém 
entre 0,3 a 2% de H2S, observando-se também a presença de traços de nitrogênio e 
hidrogênio (Coelho, 2004). Dependendo da aplicação é recomendável a purificação do 
biogás removendo o H2S, CO2, e a umidade. As práticas mais utilizadas são: 
 
8.8.1 Remoção de H2S do biogás 
 
O ácido sulfídrico (H2S) está sempre presente no biogás em diversas concentrações. 
Ele deve ser removido, pois pode causar corrosão no compressor, nos tanques de 
armazenamento e nos motores em geral (Wellinger et al., 1999). O H2S é corrosivo e 
tóxico, bem como, causa danos ao ambiente, pois durante a combustão e convertido em 
dióxido de enxofre. Também pode afetar o processo de digestão anaeróbia por inibição. 
Os principais processos de remoção de H2S são: 
 
I. Remoção química utilizando óxidos de ferro: O H2S reage com os hidróxidos e óxidos 
de ferro para formar sulfeto de ferro. O biogás passa através de pellets de óxidos de ferro 
e remove o H2S. Quando estes pellets são completamente recobertos por enxofre eles são 
removidos para regeneração do enxofre. É um método simples, mas durante a regeneração 
ocorre perda de calor. Este processo é sensível à presença de água no biogás. Pequenos 
pedaços de madeira cobertos com óxidos de ferro também são utilizados, pois possuem 
uma ampla superfície de contato. Este processo também pode ser feito com carvão 
ativado. O carvão também age como um catalisador (Hagen et al., 2001). Um dos 
principais parâmetros para remoção do odor é a área superficial do sólido adsorvente. 
 
 
 
 
32 
Outros sólidos também são utilizados, mas com menor frequência, são eles: alumina, 
bauxita, sílica gel e o carvão vegetal. Esses materiais são menos utilizados devido a sua 
regeneração que é problemática e também está ligada a absorção de água que reduz a 
eficiência de adsorção. Podem ser construídos leitos rasos com alta vazão de gás que 
podem ser utilizados até um ano e meio antes de serem trocados. São utilizadas 
velocidades superficiais de 0,13 a 0,18 m/s para se controlar o odor. A temperatura do 
efluente não pode ultrapassar 52 °C e a umidade relativa deve ser abaixo de 50%, porque 
nas faixas superiores a estas os gases não são facilmente adsorvidos. O carvão após sua 
vida útil pode ser reativado, pelo próprio fornecedor, em processos em processos 
termoquímicos a temperaturas na faixa de 600°C. 
Uma variante do processo de abatimento de H2S com óxido de ferro é realizar ao 
mesmo tempo a reação de remoção de H2S com a de regeneração do óxido de ferro. As 
reações deste processo são apresentadas a seguir: 
2Fe2O3 + 6H2S → 2Fe2S3 + 6H2O Eq.(15) 
2Fe2S3 + 3O2 → 2Fe2O3 + 6S Eq.(16) 
Para isso, a corrente de biogás e uma pequena corrente de ar são alimentadas ao 
vaso de dessulfurização. Por outro lado, no entanto, o processo de regeneração pode ser 
feito separadamente. Deve haver mais de um vaso de dessulfurização, onde um dos vasos 
opera retirando o H2S, enquanto o segundo regenera o catalisador. As Figuras 8 e 9 
apresentam um esquema e uma foto do vaso separador de H2S. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8: Esquema da dessulfurização. Figura 9: Vaso separador de H2S. 
 
II. Processos de absorção em fase líquida 
 
 
 
 
33 
Estes processos são geralmente utilizados em tratamento de gases onde a 
concentração de H2S é relativamente baixa. São eles: processo de absorção física e 
processo de absorção química. 
a) Processo de absorção física: neste processo o H2S pode ser absorvido por um solvente, 
que pode ser a água. O consumo de água é relativamente alto para a quantidade pequena 
de H2S absorvido. Para melhorar o processo algumas substâncias químicas podem ser 
adicionadas a água como a soda cáustica. Os subprodutos formados são sulfetos ou 
hidrossulfetos de sódio que não podem ser recuperados e devem ser tratados para sua 
disposição final. 
b) Processo de absorção química: a absorção química do H2S pode ser feita com soluções 
de sais de ferro, taiscomo o cloreto de ferro. Este método é altamente eficaz na redução 
de altos níveis de H2S. Os produtos formados são precipitados insolúveis. FeCl3 pode ser 
diretamente adicionado no digestor. Estes métodos de remoção de H2S são mais 
apropriados para digestores anaeróbios de pequeno porte, mas todos os outros processos 
são economicamente viáveis em plantas de grande escala. Por este processo, a 
concentração final de H2S chega em torno de 10 ppm. 
 
III. Adsorção de H2S e siloxanos com sílica gel 
O termo siloxanos refere-se a um subgrupo de compostos de sílica que contém 
ligações sílica – oxigénio com radicais orgânicos ligados a molécula de sílica, incluído 
grupos metila e etila, podendo ainda conter igualmente compostos halogenados e azoto 
(Branco, 2010). Os siloxanos originam uma camada de micro cristais de sílica que se 
deposita no equipamento e leva à falha dos motores. De fato, a combustão de gases que 
contenham sílica leva a produção de micro cristais de sílica, que são bastante abrasivos 
para o equipamento. Os compostos que se formam apresentam propriedades similares às 
do vidro comum. A dureza apresentada por este material conduz a abrasão dos 
componentes dos motores (Branco, 2010). Os siloxanos são usados em vários processos 
industriais, e são frequentemente adicionados a produtos de consumo. Eles são também 
gerados como um resíduo da produção de silicone. Os siloxanos encontrados em biogás são 
originários de sua deposição em aterros ou como parte da carga de processos de 
biodigestão. No entanto, dado a natureza do resíduo, restos de alimentos, não é esperada 
a presença desses compostos no biogás. 
 
A Figura 10 apresenta a deposição de siloxanos em tubos de caldeira. 
 
 
 
 
34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10: Deposição de siloxanos em tubos de caldeira. 
 
Sílica gel tem bom potencial de remoção de siloxanos, e de H2S, com alta 
capacidade de adsorção e remoção seletiva de compostos de silício orgânicos. O 
desempenho da sílica, no entanto, é afetado pela presença de umidade. 
 
9.0 ALTERNATIVAS DE BIODIGESTOR 
As duas principais tecnologias de biodigestão são definidas a partir do teor de 
sólidos totais presentes na carga: os processos secos, com teores totais de água de 20 a 
40%, e os processos úmidos, onde o teor máximo de água é de cerca de 15%. A Tabela 6 
apresenta as principais vantagens e desvantagens entre estes dois grupos de processo de 
biodigestão anaeróbia. 
Dada a pouca experiência no país com a tecnologia em base seca e as dificuldades 
com o transporte e mistura de uma suspensão com alto teor de sólidos, a tecnologia via 
úmida é a mais apropriada. 
Uma segunda classificação dos biodigestores se dá quanto ao regime de fluxo da 
carga através do reator. Dois tipos principais de fluxo, e de biodigestor, são disponíveis: 
plug flow e CSTR. A Tabela 7 lista as vantagens e desvantagens de cada um destes tipos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
Tabela 6: Vantagens e desvantagens dos dois principais processos de biodigestão 
Tipo de Processo Vantagens Desvantagens 
Seco 
• Menor volume e investimento na 
construção do biodigestor. 
• Transporte mais difícil da carga 
concentrada através do biodigestor. 
• Maior investimento em equipamentos 
de agitação e movimentação da carga. 
Úmido 
• Alta diluição da carga facilita seu 
transporte através do biodigestor. 
• Maior volume e investimento na 
construção do biodigestor. 
 
 
 Plug flow: modelos indiano e chinês 
A biodigestão anaeróbia é uma das mais antigas tecnologias. Entretanto seu uso 
industrial começou em 1859, com a implantação de um planta em Bombaim, na Índia 
(Monnet, 2003). Na Índia e na China foram os locais onde a tecnologia mais se 
disseminou ao longo do século XX. Nestes países ocorreu a implantação de modelos 
simples de biodigestores: o indiano e o chinês, com cerca de 300 mil unidades instaladas 
na Índia e 8 milhões na China (Bezerra, 1993). 
Os modelos indiano e chinês são quase idênticos, com exceção, no entanto, das 
campânulas empregadas no gasômetro. No primeiro modelo a campânula é móvel, 
enquanto que no chinês ela é fixa. Esta diferença faz com que a pressão de entrega do 
biogás seja constante, no caso indiano, e variável no caso chinês. Estes modelos 
geralmente construídos, especialmente o modelo chinês, enterrados para permitir reduzir 
a perda de calor para o meio ambiente. Este detalhe construtivo é muito importante para 
países de clima temperado, como a China, onde as baixíssimas temperaturas certamente 
interromperiam o processo de biodigestão durante o inverno. O escoamento da carga 
através dos modelos chinês e indiano é do tipo plug flow. A diferença de cota entre a 
entrada e a saída faz com que a adição, geralmente diária, de carga force a movimentação 
do conteúdo do biodigestor da entrada até a saída, como mostrado na Figura 11. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
Tabela 7: Vantagens e desvantagens dos dois principais tipos de fluxo no biodigestor 
Tipo de 
Fluxo 
Vantagens Desvantagens 
Plug flow 
Básico 
 • Construção mais simples; 
• Ausência de partes mecânicas (eixos, 
pás etc) dentro do biodigestor; 
• Menor investimento; 
• Menor gasto de energia para 
operação; e 
• Menor necessidade de manutenção. 
• Caminhos preferenciais da carga através do 
biodigestor; 
• Necessidade de um sistema de agitação para 
manter os sólidos não dissolvidos em 
suspensão: reinjeção de biogás ou agitação ao 
longo do comprimento do biodigestor; e 
• No modelo plug flow com cobertura do topo 
com manta de PVC: necessidade de troca 
periódica da manta por conta do desgaste 
decorrente da exposição ao sol. 
Plug flow 
com agitação 
e/ou reinjeção 
de biogás 
• Redução / eliminação da 
sedimentação dos sólidos em 
suspensão. 
• Possibilidade de obstrução no sistema de 
injeção de biogás, corrosão e aparecimento de 
crosta na superfície da suspensão; 
• Maior investimento; e 
• Maior gasto de energia. 
CSTR 
• Operação mais eficiente; 
• Melhor mistura dos sólidos em 
suspensão; e 
• Ausência de caminhos preferenciais 
dentro do biodigestor. 
• Maior investimento com o sistema de 
agitação: eixos, pás, sistema de injeção de 
biogás; 
• Maior gasto de energia com a operação do 
biodigestor; e 
• Difícil acesso ao interior do biodigestor. 
Eventuais quebras no sistema de agitação 
necessitam, para seu reparo, da abertura do 
biodigestor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11: Fluxo interno da carga através de um biodigestor indiano. 
 
 
 
 
37 
 
Para o caso em que biodigestores indiano ou chinês são utilizados quando a carga 
possui alto de fibras, recomenda-se a incorporação de um misturador vertical para evitar 
a sedimentação das mesmas no fundo do reator (Barrera, 2009). 
 Modelo plug flow 
Neste modelo a carga entra por uma extremidade e, após percorrer uma trajetória 
retilínea, sai pela outra extremidade. 
 
 
Figura 12: Biodigestor tipo plug flow com cobertura flexível (EPA, AgSTAR). 
 
O modelo plug flow é de fácil construção e, na sua versão mais básica, não 
incorpora dispositivos de mistura, tais como agitadores ou injeção de biogás, para evitar 
a sedimentação dos sólidos de carga. A estrutura pode ser construída em alvenaria como 
mostrado na Figura 13. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13: Detalhe de construção do biodigestor tipo plug flow (Wright e Inglis). 
 
Reatores extremamente baratos, mas menos resistentes são construídos totalmente 
em lona plástica, como pode ser visto na Figura 14. 
A cobertura do reator tipo plug flow pode ser construído com material leve, lona 
plástica, ou em alvenaria. A cobertura com lona plástica é mais barata, permite um maior 
espaço no topo do biodigestor para armazenamento de gás para um mesmo volume 
 
 
 
 
38 
construído de base, permite um acesso mais fácil ao interior do biodigestor, porém temuma vida menor e pode estar sujeita a vandalismo. A cobertura em alvenaria tem uma 
vida útil muito maior, permite uma operação com maiores pressões para o biogás, porém 
requer um maior investimento e é de acesso mais difícil (Wright e Inglis). 
 
 
 
 
 
Figura 14: Biodigestor de polietileno instalado na Costa Rica. 
Fonte: Hojnacki et al. (2011). 
 
Reatores tipo plug flow são menos eficientes e consistentes do que os biodigestores 
de mistura (CSTR). Os reatores plug flow tem aplicação limitada a cargas com baixas 
quantidades de areia, terra ou pedregulhos, porque tais substâncias tendem a sedimentar 
no biodigestor requerendo grande esforço para a sua remoção e limpeza. Os biodigestores 
plug flow são sujeitos à formação de uma crosta na superfície, o resultado de substâncias 
menos densas flutuando para o topo da suspensão. 
A literatura reporta para os reatores plug flow utilizados com esterco de animais 
problemas com entupimento no sistema de manuseio e de bombeamento, vazamentos, 
corrosão com H2S, problemas com abrasão causada por fibras, pedregulhos e alta 
viscosidade (Klavon). A operação destes biorreatores apresenta uma forte propensão para 
sedimentação. Após 5 anos de operação um biodigestor instalado no estado de Nova York 
foi aberto para reparos emergenciais, quando se constatou que o volume de operação do 
biodigestor tinha sofrido uma redução de 16% (Klavon). 
Para reduzir os problemas com sedimentação, os biodigestores tipo plug flow atuais 
incorporam agitação no seu projeto. Um exemplo desta tendência é a inclusão nestes 
biodigestores de um sistema vertical de injeção do biogás captado do topo do biodigestor. 
Problemas com este tipo de arranjo é a ocorrência de obstruções no sistema de injeção de 
biogás, corrosão e o aparecimento de uma crosta na superfície da suspensão (Klavon). 
 
 
 
 
 
 
39 
 
 
 
 
 
 
Figura 15: Biodigestor tipo plug flow, com cobertura em lona plástica instalado na Haubenschild 
Farms, Inc., Minnesota, EUA. 
Fonte: Lamb e Nelson (2002). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16: Biodigestor tipo plug flow, com cobertura em concreto. 
Fonte: Wright e Inglis. 
 
 
 
 
 
 
Figura 17: Biodigestor tipo plug flow com agitação lateral. 
Fonte: American Biogas Council. 
 Modelo CSTR 
Este tipo de biodigestor requer maior capital para sua implantação e maior energia 
para realizar a agitação da suspensão no seu interior. Porém, apresenta um desempenho 
mais consistente e não é suscetível a acumulação de areia, pedregulhos e outros materiais, 
 
 
 
 
40 
pois com a agitação tais materiais são mantidos em suspensão pela agitação 
(CH2MHILL). A agitação impede também a formação de uma crosta na superfície da 
suspensão (SEVERN WYE ENERGY). Existem diferentes sistemas de agitação que 
mantém o material sólido em suspensão, seja pela introdução dentro do biodigestor de 
pás, chicanas ou pela circulação de biogás tomado do espaço livre no topo do biodigestor 
e injetado na suspensão líquida. As Figuras 18 à 21 apresentam os principais tipos de 
agitação implantados. 
Biodigestores tipo CSTR são tipicamente projetados com o fundo cônico, como 
aqueles utilizados na biodigestação dos lodos ativados, originados em sistemas de 
tratamento de esgotos (Klavon). A operação de agitação pode ser conduzida 
continuamente ou intermitentemente. Neste último modo, o biodigestor é agitado durante 
a introdução diária da carga e ocasionalmente entre as operações de carga (Hamilton). 
Embora tal estratégia possibilite reduções substanciais de consumo de energia, sua 
implantação depende da verificação prática da sua eficácia em manter os sólidos não 
dissolvidos em suspensão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18: Sistema de agitação para biodigestor através da injeção distribuída de biogás. 
Fonte: Tchobanoglous et al. (2004). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19: Sistema de agitação para biodigestor através da injeção confinada de biogás. 
Fonte: Tchobanoglous et al. (2004). 
 
 
 
 
 
 
Figura 20: Sistema de agitação mecânico para biodigestor. 
Fonte: Tchobanoglous et al., (2004). 
 
Figura 21: Sistema de agitação para biodigestor utilizando bombas. 
Fonte: Tchobanoglous et al. (2004).