Preliminary study of biodigestion of bovine manure with whey in the double-stage digestion system with biogas purification

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i8.5911

Keywords:

bovine fasting; whey; anaerobic digestion; codigestion

Abstract

This work aims to analyze the generation of biogas from anaerobic digestion in two stages in three batches. The work aimed at the comparative study of the anaerobic digestion of bovine manure (first batch) with the codigestion of bovine manure with whey diluted in whey in the proportion whey: bovine manure 15:60 (L: L) in the second batch and 5:60 (L: L) in the third batch, both having completed the rest with water. The biogas generated allowed the operation of an internal combustion engine. The anaerobic digester in two stages was designed to receive 60 liters of substrate in each stage, with hydraulic retention time of 45 days, 8% percentage of total solids, using an electronic temperature control system for 35ºC ± 5ºC and a mixer mechanical and two biogas purification biofilters to remove H2S and CO2. In each batch, before and after anaerobic digestion, a 1500mL content sample was collected for physical-chemical analysis of pH parameters, total, fixed and volatile solids, BOD, COD and Kjeldah total nitrogen. As qualitative results of biogas, from bovine manure substrate, the composition of 65% methane, 8% CO2 and 5% H2S was obtained in the first batch (only with bovine manure). With the substrate composed of bovine manure and whey, in the proportion of 5:60 (L: L) it led to better results with regard to pH (6.27) and Kjeldah total nitrogen (168mg / L).

Author Biographies

Steve Angstrom dos Santos Ribeiro, Universidade Federal de Itajubá

Engenheiro Ambiental. Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá

Alana Lopes Junho, Universidade Federal de Itajubá

Engenheira Hídrica.Estudante de Mestrado Profissional em Recursos Hídricos. Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá

Regina Mambeli Barros, Universidade Federal de Itajubá

Professora do Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá

Ivan Felipe Silva dos Santos, Universidade Federal de Itajubá

Engenheiro Hídrico. Doutorado em Engenharia Mecânica na UNIFEI, e Mestrado em Engenharia de Energia, Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá

Geraldo Lúcio Tiago Filho, Universidade Federal de Itajubá

Professor do Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá,

Eruin Martuscelli, Universidade Federal de Itajubá

Administrator de empresas. Estudante de Doutorado em Engenharia Elétrica na UNIFEI, Mestrado em Engenharia de Energia, Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá

João Victor Rocha de Freitas, Universidade Federal de Itajubá

Graduação em química na UNIFEI, Técnico de laboratório do Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá

References

American Public Health Association (APHA) (2012). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, 22th ed. Washington.

Bertin, L,; Grilli, S.; Spagni, A.; Fava, F. (2013). Innovative two-stage anaerobic process for effective codigestion of cheese whey and cattle manure, Bioresource Technology, Vol. 128, 2013, p. 779-783, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.10.118

Brasil. Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. (2020). Matriz por fonte e combustível. Disponível em: https://app.powerbi.com/view?r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2IiwidCI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9. Acesso em 12 de maio de 2020.

Cestonaro, T., Costa, M.S.S.M., Costa, L.A.M., Rozatti, M.A.T., Pereira, D.C., Lorin, H.E.F., Carneiro, L.J. (2015). The anaerobic co-digestion of sheep bedding and ⩾50% cattle manure increases biogas production and improves biofertilizer quality, Waste Management, 46(1): 612-8, http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2015.08.040.

Climatempo. (2020). Climatologia: Maria da Fé – MG. Disponível em: https://www.climatempo.com.br/climatologia/3849/mariadafe-mg. Acesso em 15 de maio de 2020.

Comino, E.; Riggio, V. A.; Rosso, M.. (2012). Biogas production by anaerobic co-digestion of cattle slurry and cheese whey, Bioresource Technology, Vol. 114, p. 46-53, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.090

Conselho Nacional de Meio Ambiente – Conama. (2011). Resolução no 430, de 13 de maio de 2011. Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA. Diário Oficial da União nº 92, de 16/05/2011, pág. 89, Disponível em: http://www2.mma.gov.br/port/conama/res/res11/res43011.pdf. Acesso em 15 maio 2020.

Fagbohungbe, M. O.; Onyeri, C.A.; Semple, K. T. (2019). Co-fermentation of whey permeates and cattle slurry using a partitioned up-flow anaerobic digestion tank, Energy, Vol. 185, p. 567-572, https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.051

Hardoim, P.C.; Gonçalves, A. D. M.A. (2003). Avaliação do potencial do emprego do biogás nos equipamentos utilizados em sistemas de produção de leite. Departamento de Engenharia, Universidade Federal de Lavras.

Jiménez-Castro, M. P.; Buller, L. S; Zoffreo, A.; Timko, M. T.; Forster-Carneiro, T. (2020). Two-stage anaerobic digestion of orange peel without pre-treatment: Experimental evaluation and application to São Paulo state, Journal of Environmental Chemical Engineering, Vol. 8, n. 4, 104035, https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104035

Jordão, E. P.; Pessoa, C. A. (2005). Tratamento de esgotos domésticos. Rio de Janeiro: ABES, 4. ed., 932p.

Magalhães, K.T.; Dragone, G.; Pereira, G. V. M.; Oliveira, J.M.; Domingues, L.; Teixeira, J. A.; Almeida e Silva, J. B.; Schwan, R. F. (2011). Comparative study of the biochemical changes and volatile compound formations during the production of novel whey-based kefir beverages and traditional milk kefir, Food Chemistry, Vol. 126, n. 1, p. 249-253, https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.11.012

Minas Gerais. Conselho Estadual de Política Ambiental -Copam. (2008). Deliberação Normativa Conjunta COPAM/CERH-MG n.º 1, de 05 de Maio de 2008. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Disponível em: http://www2.mma.gov.br/port/conama/processos/EFABF603/DeliberaNormativaConjuntaCOPAM-CERHno01-2008.pdf. Acesso em 15 de maio de 2020.

Nathao, C.; Sirisukpoka, U.; Pisutpaisal,N.. (2013). Production of hydrogen and methane by one and two stage fermentation of food waste, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 38, n. 35, p. 15764-15769, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.05.047

Nuvolari, A. (Org.). (2011). Esgoto Sanitário: Coleta, Transporte, Tratamento e Reúso Agrícola, Ed. Blucher, 2 ed., 562 p., ISBN: 9788521205685

Pecora, V. (2006). Implantação de uma Unidade Demonstrativa de Geração de Energia Elétrica a partir de Biogás de Tratamento de Esgoto Residencial da USP- Estudo de Caso. Dissertação (Mestrado) - Programa Interunidades de Pós-graduação em Energia. Universidade de São Paulo, São Paulo.

Pereira A.S. et al. (2018). Metodologia da pesquisa científica. [e-book]. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM. Disponível em: https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1.

Ribeiro, E. M.; Barros, R. M.; Tiago Filho, G. L.; Santos, I. F. S.; Sampaio, L. C.; Santos, T. V.; da Silva, F. G. B.; Silva, A. P. M.; Freitas, J. V. R. (2016). Power generation potential in posture aviaries in Brazil in the context of a circular economy, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 18, p.153-163, https://doi.org/10.1016/j.seta.2016.10.009

Ribeiro, E. M.; Barros, R. M.; Tiago Filho, G. L.; Santos, I. F. S.; Sampaio, L. C.; Santos, T.V.; Silva, F. G. B.; Silva, A.P.M.; Freitas, J. V.R. (2018). Feasibility of biogas and energy generation from poultry manure in Brazil, Waste Management & Research, Vol. 36, n. 3, p. 221–235, https://doi.org/10.1177/0734242X17751846

Rico, C.; Muñoz, N.; Fernández, J.; Rico, J.L.. (2015). High-load anaerobic co-digestion of cheese whey and liquid fraction of dairy manure in a one-stage UASB process: Limits in co-substrates ratio and organic loading rate, Chemical Engineering Journal, Vol. 262, p. 794-802, https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.10.050

Santos, I. F. S.; Vieira, N.D.B.; Nóbrega, L. G. B.; Barros, R. M.; Tiago Filho, G. L.. (2018). Assessment of potential biogas production from multiple organic wastes in Brazil: Impact on energy generation, use, and emissions abatement, Resources, Conservation and Recycling, Vol. 131, p. 54-63, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.12.012

Silva, D. J. P. da. (2011). Resíduos na indústria de laticínios. 21 f. Curso de Gestão Ambiental, Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG.

Vivekanand, V.; Mulat, D.G.; Eijsink, V. G.H.; Horn, S. J. (2018). Synergistic effects of anaerobic co-digestion of whey, manure and fish ensilage, Bioresource Technology, Vol. 249, p. 35-41, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.09.169

Published

20/07/2020

How to Cite

RIBEIRO, S. A. dos S.; JUNHO, A. L.; BARROS, R. M.; SANTOS, I. F. S. dos; FILHO, G. L. T.; MARTUSCELLI, E.; FREITAS, J. V. R. de. Preliminary study of biodigestion of bovine manure with whey in the double-stage digestion system with biogas purification. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 8, p. e646985911, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i8.5911. Disponível em: https://www.rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/5911. Acesso em: 26 apr. 2024.

Issue

Section

Engineerings