Energy recovery from the anaerobic co-digestion of ricotta cheese whey and dairy cattle manure

Abstract

This study evaluated biogas production, methane concentration and yield, as well as the potential for energy production of anaerobic co-digestion of ricotta cheese whey and dairy cattle manure in 60 L plug flow reactors. Four reactors were operated: three with different proportions of ricotta cheese whey (20, 40, and 80%) and a control reactor containing only dairy cattle manure. The reactors were operated for 106 days, with a hydraulic retention time of 30 days. In all reactors, pH remained near neutrality, and alkalinity stayed above 2,500 mg L⁻¹. Notably, only the reactor with 80% ricotta cheese whey demonstrated more efficient removal of total solids, volatile solids, biochemical oxygen demand, and chemical oxygen demand, with average reductions of 54, 69, 69, and 78%, respectively. However, the reactor operated with 40% ricotta cheese whey produced the highest accumulated biogas volume, surpassing the 80% ricotta cheese whey reactor by 36 L, with a realistic extrapolation of electricity production estimated at 1.67 kWh m-³. Although methane yields were close to theoretical maximum values and methane concentrations showed no significant differences between treatments, the results confirm the effectiveness of anaerobic co-digestion in the treating of agro-industrial waste. The 40% ricotta cheese whey and 60% dairy cattle manure ratio stands as a promising alternative for biogas production.Este estudo avaliou a produção de biogás, a concentração e o rendimento de metano, bem como o potencial de produção de energia da co-digestão anaeróbica de soro de queijo ricota e esterco de gado leiteiro em reatores plug flow de 60 L. Foram operados quatro reatores: três com diferentes proporções de soro de ricota (20, 40 e 80%) e um reator controle contendo apenas esterco bovino leiteiro. Os reatores operaram por 106 dias, com tempo de detenção hidráulica de 30 dias. Em todos os reatores, o pH permaneceu próximo da neutralidade e a alcalinidade permaneceu acima de 2.500 mg L⁻¹. Notavelmente, apenas o reator com 80% de soro de ricota demonstrou remoção mais eficiente de sólidos totais, sólidos voláteis, demanda bioquímica de oxigênio e demanda química de oxigênio, com reduções médias de 54, 69, 69 e 78%, respectivamente. Entretanto, o reator operado com 40% de soro de ricota produziu o maior volume acumulado de biogás, superando o reator de 80% de soro de ricota em 36 L, com uma extrapolação realista de produção de energia elétrica estimada em 1,67 kWh m-³. Embora os rendimentos de metano tenham estado próximos dos valores máximos teóricos e as concentrações de metano não tenham apresentado diferenças significativas entre os tratamentos, os resultados confirmam a eficácia da co-digestão anaeróbica no tratamento de resíduos agroindustriais. A proporção de 40% de soro de queijo ricota e 60% de esterco bovino leiteiro se apresenta como uma alternativa promissora para a produção de biogás