Estudo do impacto ambiental da aplicação de vinhaça tratada em biodigestor anaeróbico em colunas de solo

Abstract

RESUMO: Os principais subprodutos gerados na indústria sucroalcooleira são o bagaço (palha) da cana e a vinhaça. O bagaço se integra à fonte energética industrial através da queima, já a vinhaça é um efluente potencialmente prejudicial ao meio ambiente se utilizada de maneira incorreta. Embora a vinhaça venha sendo aplicada nos canaviais, quando utilizada sem critérios pode gerar impactos ambientais, devido a sua acidez, excesso de sais/minerais, elevada carga orgânica e odor desagradável. Para contornar esses problemas a biodigestão anaeróbia pode ser uma alternativa devido a depuração de componentes não desejáveis da vinhaça. A biodigestão não é uma tecnologia nova, entretanto o seu uso em grande escala ainda representa um enorme estudo técnico-científico a ser explorado. Na digestão anaeróbia, a decomposição microbiana da matéria orgânica presente na vinhaça promove um efluente rico em minerais e produção conjunta de gases com alta capacidade calorífica (essencialmente gás metano e carbônico) que podem ser utilizados na geração de energia. Baseando-se nestas considerações, este trabalho tem como objetivo avaliar a o impacto ambiental decorrente da aplicação de vinhaça tratada em um biodigestor anaeróbico de bancada. Para as considerações de implicação de lixiviação/acúmulo de nutrientes foi caracterizado o solo do distrito de Iguatemi-PR, quanto aos seus atributos químicos (cálcio, magnésio, potássio, sódio, alumínio, acidez potencial, pH, fósforo, sulfato e matéria orgânica) seguindo as metodologias da EMBRAPA (2017), além dos parâmetros físico-químicos da vinhaça in natura e da vinhaça tratada (pH, turbidez, cor, DQO, DBO, sólidos voláteis e fixos, nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio, sódio e sulfato). A aplicação dos efluentes (vinhaça in natura e vinhaça tratada) no solo foi efetuada utilizando a técnica de colunas. Como resultados principais pode-se destacar os valores médios no solo sem aplicação de 3,9 para o pH em CaCl2; 0,056 cmolc L-1 para o potássio e de 11,5 g L-1 para a matéria orgânica. A digestão anaeróbia da vinhaça permitiu uma remoção de 94 e 92% para DQO e DBO e apenas 11% de remoção do potássio, além de elevar o pH da vinhaça in natura. A concentração de potássio do solo após aplicação aumentaram somente na camada superficial (0-20 cm) com valor máximo de 3,103 cmolc L-1 para o solo que recebeu a vinhaça in natura e 3,939 cmolc L-1 para o solo que recebeu a vinhaça tratada, ambos na camada de 0-5 cm. Já a concentração de matéria orgânica aumentou significativamente em todo o perfil do solo, principalmente, com aplicação de vinhaça in natura. Os macronutrientes essenciais para o desenvolvimento da cultura da cana (nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio e magnésio) permaneceram praticamente inalterados, ao passo que os parâmetros que podem prejudicar o solo (pH, DQO e DBO), apresentaram-se em baixos teores em relação à vinhaça in natura, cujos valores foram de 2.175 mg O2 L-1 de DQO, 1.123 mg O2 L-1 de DBO, além de neutralizar o pH, elevando-o para 7,4. Portanto, pode-se concluir que, com a implementação desses sistemas, oferecem-se benefícios energéticos, econômicos e ambientais, comprovando-se a viabilidade da utilização de vinhaça tratada em campos canavieiros

ABSTRACT: The main by-products generated in the sugar and alcohol industry are sugarcane bagasse and vinasse. Bagasse is integrated into the industrial energy source through burning, while vinasse is an effluent potentially harmful to the environment if used incorrect. Although the vinasse is used in the practice of fertigation, when applied without criteria can generate environmental impacts, due to its acidity, excess salts/minerals, high organic load and unpleasant odor. To overcome these problems, anaerobic biodigestion may be an alternative with debugging of undesirable vinasse components. Biodigestion is not a new technology, but its use on a large scale still represents a huge technical-scientific study to be explored. In anaerobic digestion, the microbial decomposition of the organic matter present in the vinasse promotes a mineral-rich effluent and the joint production of gases with high heat capacity (essentially methane and carbonic gas) that can be used in the generation of energy. Based on these considerations, this work has as porposes to evaluate the environmental impact of the application of treated vinasse in an anaerobic biodigester of bench. For the considerations of implication of leaching/accumulation of nutrients, the soil of the district of Iguatemi-PR was characterized for its chemical attributes (calcium, magnesium, potassium, sodium, aluminum, potential acidity, pH, phosphorus, sulfate and organic matter) following the EMBRAPA (2017) methodologies, besides of physical-chemical parameters of raw vinasse and treated vinasse (pH, Turbidity, Color, COD, BOD, Solids, Nitrogen, Phosphorus, Potassium, Calcium, Magnesium, Sodium, Sulphate and Chloride). The application of the effluents (raw vinasse and treated vinasse) in the soil was permorfed using the columns technique. As main results it is possible to emphasize the average values in the soil without application of 3.9 for the pH in CaCl2; 0.056 cmolc L-1 for potassium and 11.5 g L-1 for organic matter. The anaerobic digestion of the vinasse allowed a removal of 94 and 92% for COD and BOD and only 11% for the removal of potassium, besides raise the pH of the raw vinasse. The potassium concentration of the soil after application increased only in the superficial layer (0-20 cm) with a maximum value of 3.103 cmolc L-1 for the soil that received the raw vinasse and 3.939 cmolc L-1 for the soil that received the vinasse treated, both in the 0-5 cm layer. The concentration of organic matter increased significantly throughout the soil profile, mainly with application of raw vinasse. Macronutrients essential for the development of sugarcane (nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and magnesium) remained practically unchanged, while the parameters that can harm the soil (pH, COD and BOD), presented low concentrations in relation to raw vinasse, whose values were 2,175 mg O2 L-1 of COD, 1,123 mg O2 L-1 of BOD, in addition to neutralize the pH, raise to 7.4. Therefore, it can be concluded that, with implementation of these systems, energy, economic and environmental conditions, proving the feasibility of using vinasse treated in sugarcane fields