Effective microorganisms (EM) as biofeeders for anaerobic digestion

Abstract

Soil micro-organisms called Effective Microorganisms (EM) were first cultivated and used in the 1970s. Researches about these cultures have since then demonstrated their effectiveness in improving soil characteristics and as an alternative for accelerating organic matter decomposition in waste treatment systems. The objective of this study was to test whether the addition of EM to substrates incubated in anaerobic digesters would increase the efficiency of waste treatment and biogas production. EM cultures were obtained from bacterial colonies captured within the A-horizon of a Brazilian forest soil. They were left to grow during 15 days on cooked rice contact with the soil; afterwards, the established colonies were separated according to their colors, discarding all shades of black, gray and white, according to recommendations from related literature. Remaining colonies were further grown in sugarcane broth medium for 18 days, being this the final EM culture. Twelve bench digesters were used, each with a total capacity for three liters. The experiment was composed by four treatments consisting of different concentrations of EM inoculum [15% (T1), 10% (T2), 1% (T3) and 0% (T4)] applied to dairy cattle manure, with three replications per treatment. Anaerobic digestion was carried out under controlled temperature (35 o C) over 99 days. Data collected included concentrations of total, fixed and volatile solids (TS, FS and VS), pH and Chemical Oxygen Demand (COD). The pH of the EM inoculum was 3.34 and COD was 24.25 mg L -1 . The best reduction efficiencies for COD and TS removal were 79.44% and 42.50%, respectively, in T4. Among the treatments with EM addition, 1% (T3) resulted in better COD reduction. The maximum accumulated biogas production was 20.60 L biogas L substrate -1 , also for T3. In conclusion, EM as an inoculum in low concentrations may be advantageous to anaerobic digestion.

Microrganismos benéficos ao solo, nomeados “Microrganismos Eficientes” (ME) foram cultivados e utilizados nos anos 70. Pesquisas sobre tal cultura tem demonstrado sua eficiência na melhoria das características do solo e também como forma alternativa de acelerar a decomposição da matéria orgânica em sistemas de tratamento de resíduos. O objetivo desse estudo foi testar se a adição da cultura ME como inóculo a substratos incubados em digestores anaeróbios aumentaria a eficiência do tratamento de resíduos. A cultura ME foi obtida de colônias capturadas no horizonte A do solo em uma floresta brasileira. Elas foram desenvolvidas em arroz cozido posto em contato com o solo por um período de 15 dias, após o qual as colônias estabelecidas foram separadas de acordo com padrões de cores, sendo descartadas as de tons cinza, preto e branco, conforme recomendado. As colônias remanescentes foram transferidas para o meio de caldo de cana, onde se desenvolveram por mais 18 dias, sendo esta a cultura ME. Foram utilizados 12 biodigestores de bancada, com capacidade total de três litros cada. Foram aplicados quatro tratamentos, referentes às diferentes adições de ME como inóculo [15% (T1), 10% (T2), 1% (T3) e 0% (T4)] a esterco de bovino de leite, com três repetições por tratamento. A digestão anaeróbia foi conduzida sob condição de temperatura controlada (35oC), durante 99 dias. Os dados coletados incluíram concentrações de sólidos totais, fixos e voláteis (ST, SF e SV), pH e Demanda Química de Oxigênio (DQO). O pH do inóculo ME foi de 3,34 e sua DQO foi de 24,25 mg L -1 . As maiores eficiências de redução de DQO e de ST foram de 79,44% e 42,50%, respectivamente para T4. Dentre os tratamentos com adição de ME, 1% (T3) resultou em melhor eficiência de redução de DQO. A produção máxima acumulada foi de 20,60 L de biogás por L de substrato, também para T3. Concluiu-se que o uso do ME como inóculo, em baixa concentração, pode ser vantajoso para a digestão anaeróbia.