The anaerobic digestion (AD) of a high diversity blend of fruit and vegetable waste (FVW) generated in tropical conditions as a single substrate was performed. A continuously stirred tank reactor (CSTR) operated in semi-continuous regime was used for AD. The reactor performance was monitored with gradually increasing organic loading rates (OLRs) from 0.5 up to 5.0 gVS L^–1 d^–1. The biochemical methane potential (BMP) of FVW determined by batch bottles was 360 L_N CH₄ kg_VS^–1, with a biodegradability of 79%. A stable pH with an adequate level of buffering capacity was observed during the entire experiment. Methane yield indicated the best performance at an OLR of 3.0 gVS L^–1 d^–1, with 285 L_N CH₄ kg_VS^–1 added, reaching 79% of BMP. At an OLR over 3.0 gVS L^–1 d^–1 accumulation of volatile fatty acids (VFA) was detected; in particular, propionic acid was monitored, and a decreased methane yield was detected. Biogas production rate was 1.55 L_N L^–1 d^–1 and showed linear increase according to increases in the OLR.

Sugarcane is the most traded crop in the world, with Brazil being the world’s largest producer. Sugarcane processing generates up to 28% of sugarcane bagasse (SB) from the entire plant, with only 50% of it used for energy generation. SB is a lignocellulosic biomass that can be converted into biogas. However, the optimization of pretreatment process parameters is essential for its successful scaling up. This study evaluated the effect of mild alkaline pretreatment of SB using NaOH and KOH at concentrations of 1–10% and exposure time of 1–12 hours) on the biochemical methane potential (BMP) under mesophilic temperature. The central composite rotatable design (CCRD) was applied as statistical tool to generate optimal operating pretreatment conditions. The tests were performed in triplicates totalizing 84 batch bottles. The BMP of the untreated SB varied between 297–306 L_N CH₄ kg VS⁻¹ while the BMP of the pretreated samples with NaOH and KOH were 19% and 20% higher. The optimized conditions were NaOH at 7.7% and KOH at 8.3% KOH for 12 hours. However, the range indicated by the statistical design with CCRD revealed that there was no statistical difference in terms of methane yield when concentrations between 4–10% NaOH and 6–10% KOH during 12 hours were applied, when compared to the specific optimized points. The optimization of the pretreatment parameters demonstrated to be a key-factor to improve the anaerobic digestion of lignocellulosic substrates, leading to a less chemically dependent and more sustainable approach, while allowing a more profitable process. GRAPHICAL ABSTRACT

Sugarcane bagasse (SCB) is the main residue obtained from sugarcane processing, and it has been widely investigated as a strategic renewable energy source. The typical recalcitrant characteristic of SCB requires the use of pretreatments (e.g., chemicals) to increase methane production through anaerobic digestion, which is normally reported to generate toxic effluents and increase operational costs. Based on this, the present study evaluated the efficiency of an inexpensive, alternative, and more sustainable method to improve the biodegradability of SCB and increase methane production by pre-storing it with acidic organic biowastes, such as cheese whey (CW) and fruit and vegetable waste (FVW). Different fresh weight-based proportions of FVW (5:95, 10:90, and 15:85) and CW (10:90, 20:80, and 25:75) were soaked with SBC for 7 days at 25 °C. These treatments were compared with traditional alkaline pretreatment using NaOH at concentrations of 1%, 5%, and 10% (w/v). The best result was obtained with SCB + FVW (5:95), being 520 ± 7 NL CH₄ kg VS⁻¹ (27.6% higher than the control) with degradation time (T₉₀) reduced from 13 to 7 days. Pretreatment with SBC + CW resulted in antagonistic effects due to process inhibition, while alkaline pretreatment with NaOH at concentrations of 5% and 10% similarly increased methane yield by 21.2% and 34.1%, respectively. Therefore, pre-storage of SBC with FVW proved to be the best strategy to increase methane production from SCB, while simultaneously avoiding the use of chemical reagents that result in toxic effluents.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de produção e a qualidade do biogás a partir da biodigestão anaeróbia de resíduos de frutas e hortaliças (RFH) como substrato e duas fontes distintas de inóculo como fonte de biomassa bacteriana. Os resíduos foram coletados em uma Central de Abastecimento e os inóculos incluíram lodo anaeróbio secundário coletado em uma estação de tratamento de esgoto sanitário (inóculo/ES) e lodo anaeróbio coletado em um biodigestor abastecido com dejetos suínos (inóculo/DS). A determinação do potencial de produção de biogás foi realizada seguindo as diretrizes propostas pela norma VDI 4630. O volume de biogás foi medido diariamente e a composição determinada semanalmente por cromatografia gasosa. Os RFH apresentaram pH ácido, ausência de alcalinidade, elevada umidade e elevada concentração de material orgânico volátil. Os inóculos apresentaram pH próximo à neutralidade, resultante de processos anaeróbios bem estabilizados e a principal diferença foi observada para os teores de alcalinidade. A produção acumulada de biogás dos RFH foi de 362 mLN g SV–1 utilizando o inóculo/ES e 348 mLN g SV–1 utilizando com inóculo/DS, indicando similaridade independentemente do tipo de inóculo. No entanto, observaram-se diferenças quanto à produção diária e à concentração de metano. A utilização do inóculo–ES possibilitou a rápida conversão da matéria orgânica em biogás, com aproximadamente 90% da produção total gerada nos primeiros quatro dias. Os testes com o inóculo/DS apresentaram 60% de metano (totalizando 210 mLN CH4 g SV–1) e os testes com inóculo/ES 51% de metano (totalizando 184 mLN CH4 g SV–1). Mesmo com maior capacidade de degradação durante o processo, o inóculo/DS permitiu uma produção acumulada de metano 14% superior quando comparada ao inóculo/ES.

A digestão anaeróbia é uma estratégia promissora para o tratamento de resíduos de codornas, uma vez que pode ser transformado em biogás. Porém, o alto rendimento do biogás está relacionado às características físico-químicas do biorresíduo como substrato e do reator utilizado. Este estudo avaliou a produção de biogás e metano a partir de biorresíduos de codornas aplicando estratégias de diluição de água e variando a relação inóculo/substrato de 1/1, 1/2 e 1/3 dentro dos reatores bateladas. Foram realizados testes de potencial de biogás e metano com dejeto bruto (DB), efluente de lavagem de gaiolas (EB) e efluente diluído em água (ED) na proporção de 1:1 (v/v). O maior rendimento de biogás foi obtido na amostra ED, sendo a RIS de 3/1 a melhor condição (677 LN de biogás kg SV-1). O teor de metano no biogás variou de 59,6% a 66,8%, sendo o maior valor obtido na amostra ED com RIS de 2/1. Porém, ao avaliar a produção acumulada de biogás a partir de matéria fresca (MF) em vez de sólidos voláteis (SV), observou-se que o maior rendimento foi obtido na amostra DB (80 LN biogás kg MN-1). Assim, diluir o dejeto de codorna com água pode aumentar a produção de biogás quando os resultados são expressos em base SV, mas quando os resultados são expressos em uma base MN, o cenário muda, e o dejeto bruto (DB) resulta nos valores mais elevados. Além disso, a variação da RIS melhorou a compreensão de possíveis inibições ao longo do processo.