Modelagem e otimização da codigestão anaeróbia de resíduos da suinocultura e mandioca

Authors

DOI:

https://doi.org/10.18265/2447-9187a2026id9180

Keywords:

biotecnologia ambiental, modelagem estatística, saneamento rural, sustentabilidade ambiental, tratamento de efluentes

Abstract

The growth of swine production and cassava processing chains has intensified the generation of liquid residues with high pollution potential. In this context, anaerobic co-digestion emerges as a promising alternative for the joint treatment of these effluents, combining environmental efficiency with the production of value-added by-products. This study aimed to optimize the anaerobic co-digestion of swine manure and cassava wastewater by evaluating the effects of mixing ratio and operating time on the removal of chemical oxygen demand (COD), color, and turbidity. The experiment was conducted using a Central Composite Rotational Design (CCRD), totaling 11 experimental runs. The data obtained enabled the adjustment of statistically significant mathematical models (p < 0.10), which adequately described the system behavior. The simultaneous optimization of the variables indicated as optimal condition the coded values of 0.26011 for swine manure proportion and 0.2943 for operating time, resulting in a global desirability of 0.83029. The maximum removal efficiencies observed were 80.99% for COD, 93.30% for color, and 76.10% for turbidity, demonstrating the technical feasibility of the tested treatment consortium as a sustainable alternative for the integrated management of agro-industrial residues.

References

ACHI, C. G.; KUPOLATI, W. K.; SNYMAN, J.; NDAMBUKI, J. M.; FAMESO, F. O. Investigating the effects of biochars and zeolites in anaerobic digestion and co-digestion of cassava wastewater with livestock manure. Frontiers in Energy Research, v. 12, n. 1, p. 1-13, 2024. DOI: https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1386550

ALMEIDA, J. N. S.; RIZZATTO, M. L. Biogás de vinhaça: uma revisão. Scientific Eletronic Archives, v. 15, n. 6, p. 77-80, 2022. DOI: https://doi.org/10.36560/15620221556

Amaral, A. C.; Steinmetz, R. L. R. & Kunz, A. 2019. O processo de biodigestão. In: Amaral, A. C.; Steinmetz, R. L. R. & Kunz, A. Fundamentos da digestão anaeróbia, purificação do biogás, uso e tratamento do digestato. 1ª ed. Concórdia: Sbera: Embrapa Suínos e Aves, p. 13-26.

AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard methods for the examination of water and wastewater. 23. ed. Washington, DC: APHA/AWWA/WEF, 2017.

ASSIS, G. P.; OCAMPOS, V. de O.; FLECK, I. M.; FLECK, L. Modelagem matemática do tratamento de soro de leite por biodigestão anaeróbia. Revista de Estudos Ambientais, v. 25, n. 2, p. 39-50, 2023. DOI: https://doi.org/10.7867/1983-1501.2023v25n2p39-50

BENSEGUENI, C.; KHEIREDDINE, B.; KHALFAOUI, A.; AMROUCI, Z.; BOUZNADA, M. O.; DERBAL, K. Optimization of biogas and biomethane yield from anaerobic conversion of pepper waste using response surface methodology. Sustainability, v. 17, n. 6, Article 2688, 2025. DOI: https://doi.org/10.3390/su17062688

COLIN, X.; FARINET, J. L.; ROJAS, O.; ALAZARD, D. Anaerobic treatment of cassava starch extraction wastewater using a horizontal flow filter with bamboo as support. Bioresource Technology, v. 98, n. 8, p. 1602-1607, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.06.020

DERRINGER, G. C.; SUICH, R. Simultaneous optimization of several responses variables. Journal of Quality Technology, v. 12, n. 4, p. 214-219, 1980. DOI: https://doi.org/10.1080/00224065.1980.11980968

DJIMTOINGAR, S. S.; DERKYI, N. S. A.; KURANCHIE, F. A.; YANKYERA, J. K. A review of response surface methodology for biogas process optimization. Cogent Engineering, v. 9, n. 1, Article 2115283, 2022. DOI: https://doi.org/10.1080/23311916.2022.2115283

DUPONT, G. K.; DELLA-FLORA, I. K.; CLERECI, N. J.; SERAFINI, C. G.; HOFFMANN, J. I.; WELTER, N.; PORTA, P. G. D.; WEBER, P. F. Co-digestão anaeróbica de dejetos de animais e resíduos lignocelulósicos: uma revisão do potencial de produção de metano. Brazilian Journal of Development, v. 6, n. 9, p. 71901-71909, 2020. DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv6n9-584

FLECK, L.; TAVARES, M. H. F.; EYNG, E.; ANDRADE, M. A. M.; FRARE, L. M. Optimization of anaerobic treatment of cassava processing wastewater. Engenharia Agrícola, v. 37, n. 3, p. 574-590, 2017. DOI: https://doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v37n3p574-590/2017

GLANPRACHA, N.; ANNACHHATRE, A. P. Anaerobic co-digestion of cyanide-containing cassava pulp with pig manure. Bioresource Technology, v. 214, p. 112-121, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.04.079

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. 2025a. IBGE prevê safra de 322,6 milhões de toneladas para 2025, com crescimento de 10,2 % frente a 2024. Agência de Notícias IBGE, 14 jan. 2025. Disponível em: https://agenciadenoticias.ibge.gov.br/agencia-sala-de-imprensa/2013-agencia-de-noticias/releases/42436-ibge-preve-safra-de-322-6-milhoes-de-toneladas-para-2025-com-crescimento-de-10-2-frente-a-2024. Acesso em: 9 jul. 2025.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. 2025b. 2024 registra recorde no abate de bovinos, frangos e suínos. Agência de Notícias IBGE, 18 mar. 2025. Disponível em: https://agenciadenoticias.ibge.gov.br/agencia-sala-de-imprensa/2013-agencia-de-noticias/releases/42898-2024-registra-recorde-no-abate-de-bovinos-frangos-e-suinos. Acesso em: 9 jul. 2025.

KADAM, R.; JO, S.; LEE, J.; KHANTHONG, K.; JANG, H.; PARK, J. A review on the anaerobic co-digestion of livestock manures in the context of sustainable waste management. Energies, v. 17, p. 1-27, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/en17030546

LASKAR, A. A.; AHMED, M.; KHAN, A. S.; SAMIR, M. Experimental investigation and statistical validation of mathematical models for hot air-drying traits of carrot. Food Science and Technology International, v. 29, n. 4, p. 345-360, 2023. DOI: https://doi.org/10.1177/10820132221093264

MATOS, C. F. 2016. Produção de biogás e biofertilizante a partir de dejetos bovinos, sob sistema orgânico e convencional de produção. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola e Ambiental) – Instituto de Tecnologia- Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 66 p.

PANIAGUA, C. E. S.; SANTOS, V. O. Potencial do uso de dejetos suínos como biofertilizante, biogás e energia elétrica: da redução de custos na produção ao manejo ecologicamente mais sustentável. Brazilian Journal of Development, v. 7, n. 9, p. 90227-90243, 2021. DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv7n9-266

REGALADO, R. E. H.; WEIDE, T.; BAUMKÖTTER, D.; WETTWER, L.; HÄNER, J.; BRÜGGING, E.; TRÄNCKNER, J. Optimization and analysis of liquid anaerobic co-digestion of agro-industrial wastes via mixture design. Processes, v. 9, n. 5, Article 877, 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/pr9050877

RODRIGUES, M. I.; IEMMA, A. F. Planejamento de experimentos e otimização de processos: uma estratégia sequencial de planejamentos. 3. ed. Campinas, SP: Cárita Editora, 2014.

SCHMIDT, V. K. O.; VASCONSCELOS, G. M. D.; VICENTE, R.; CARVALHO, J. S.; DELLA-FLORA, I. K.; DEGANG, L.; OLIVEIRA, D.; ANDRADE, C. J. Cassava wastewater valorization for the production of biosurfactants: Surfactin, rhamnolipids, and mannosylerythritol lipids. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 39, Article 65, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s11274-022-03510-2

TOMCZAK, W.; DANILUK, M.; KUJAWSKA, A. Food waste as feedstock for anaerobic mono-digestion process. Applied Sciences, v. 14, n. 22, p. 10593, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/app142210593

UGWU, E. I.; AMÉRICO-PINHEIRO, J. H. P.; NWOBIA, L. I.; KUMAR, V.; IKECHUKWU, E. L.; VICTOR, E. C. Optimization of parameters in biomethanization process with co-digested poultry wastes and palm oil mill effluents. Cleaner Chemical Engineering, v. 3, Article 100033, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clce.2022.100033

ZHANG, H.; HE, J.; TIAN, M.; MAO, Z.; TANG, L.; ZHANG, J.; ZHANG, H. Enhancement of methane production from cassava residues by biological pretreatment using a constructed microbial consortium. Bioresource Technology, v. 102, n. 19, p. 8899-8906, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.06.061

Downloads

Published

2026-03-25

Issue

Vol. 63 (2026)

Section

Engenharias I - Engenharia Sanitária, Hidráulica e Ambiental

License

Copyright (c) 2026 José Domingos de Melo Neto, Vera Lúcia Fülber Domingos de Melo, Leandro Fleck

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Esta revista, seguindo as recomendações do movimento de Acesso Aberto, proporciona seu conteúdo em Full Open Access. Assim os autores conservam todos seus direitos permitindo que a Revista Principia possa publicar seus artigos e disponibilizar pra toda a comunidade.

A Revista Principia adota a licença Creative Commons 4.0 do tipo atribuição (CC-BY). Esta licença permite que outros distribuam, remixem, adaptem e criem a partir do seu trabalho, inclusive para fins comerciais, desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.

Os autores estão autorizados a enviar a versão do artigo publicado nesta revista em repositório institucionais, com reconhecimento de autoria e publicação inicial na Revista Principia.

Demais informações sobre a Política de Direitos Autorais da Revista Principia encontram-se neste link. 

How to Cite

DE MELO NETO, J. D.; DE MELO, V. L. F. D.; FLECK, L. Modelagem e otimização da codigestão anaeróbia de resíduos da suinocultura e mandioca. Revista Principia, v. 63, 25 Mar.2026.