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Title in Portuguese: Co-digestão anaeróbia de microalgas e de glicerol residual do biodiesel
Title: Co-anaerobic digestion of microalgae and glycerol from biodiesel residual
Author: Machado, Francisca Lívia de Oliveira
Advisor(s): Stefanutti, Ronaldo
Co-advisor(s): Lopes, Alexandre Colzi
Keywords: Saneamento
Microalga
Digestão anaeróbia
Issue Date: 1-Jun-2012
Citation: MACHADO, F. L. O. Co-digestão anaeróbia de microalgas e de glicerol residual do biodiesel. 2012. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Portuguese: As microalgas, seres microscópicos com capacidade fotossintética, produzem oxigênio na presença de energia luminosa. Devido a isso as microalgas são utilizadas para tratamento de esgotos em lagoas de estabilização, porém essa atividade gera uma grande quantidade de biomassa algal. Tendo em vista a produção dessa biomassa e sua destinação em corpos hídricos provocando efeitos desagradáveis, buscou-se avaliar a reutilização dessa biomassa como substrato para produção de metano a partir da digestão anaeróbia. Devido à presença de uma parede celular rígida, verificou-se a necessidade da aplicação de testes de hidrólise para as microalgas com a finalidade de melhorar sua biodegradabilidade, sendo observado o melhor pré-tratamento aplicado, o térmico por 30 minutos a 120°C e 1 kgf/cm2. Para melhorar a relação C/N, utilizou-se o glicerol residual do biodiesel para realização de co-digestão com microalgas. O glicerol residual do biodiesel (1 kg de glicerol para cada 10 kg de biodiesel produzido), além de ser um resíduo impuro, é também produzido em grande escala como subproduto da transesterificação de óleos e gorduras e sem muitas aplicações devido exatamente a presença de impurezas. Foram testadas relações DQO/N de 20 (fase 2), 40 (fase 3) e 70 (fase 4), além da relação apenas das microalgas (fase 1), sendo as COV aplicadas, variando de 0,06 a 0,75 kg/m3.d. Foram utilizados dois reatores semelhantes ao UASB (UASB modificado), nos quais continham microalgas brutas e pré-tratadas, ambos em co-digestão com o glicerol. As remoções de DQO variaram de 40 a 90%. O biogás produzido teve rendimentos de até 73% para o reator degradando microalgas pré-tratadas e 84% para o reator degradando microalgas brutas. Não houve remoções significativas de amônia e sólidos suspensos totais e voláteis, também não foram utilizados macro e micronutrientes, sendo esses nutrientes fornecidos apenas pelas microalgas. O bicarbonato de sódio como tampão foi utilizado apenas na última fase (fase 4), devido a queda do pH para uma faixa não aceitável para digestão anaeróbia, no início dessa fase. As condições de estabilidade foram mantidas, baseadas na relação AGV/Alc, que se manteve em faixas aceitáveis, principalmente para o reator operando microalgas pré-tratadas, sendo observado valores indicativos de instabilidade em algumas fases no reator sem pré-tratamento. Foi realizado teste de atividade metanogênica específica para avaliar o lodo de inóculo quanto a atividade e produção de metano, obtendo-se valor médio de 0,26 g DQO-CH4/g SSV.d
Abstract: Microalgae, microscopic life forms with photosynthetic capacity, produce oxygen thanks to light energy. Due to this capacity, microalgae are used for sewage treatment in stabilization ponds, however, this activity generates a large amount of microalgal biomass. In view of this excess of biomass production and its disposal in water bodies produces unpleasant effects, it has been evaluated the re-use of this biomass as a substrate for methane production in anaerobic digestion. Since microalgae have a rigid cell wall, the application of microalgae hydrolysis tests was necessary in order to improve its biodegradability. Heat pretreatment for 30 minutes at 120°C and 1 kgf/cm2 resulted in the best pretreatment applied. In order to improve C/N ratio, residual glycerol coming from biodiesel production was used to perform co-digestion with microalgae. Residual glycerol coming from biodiesel production (1Kg of glycerol per 10 Kg of biodiesel generated) is an impure residue which is also produced at large scale as a byproduct from the trans-esterification of fats and oils. In fact, the presence of impurities limits its applications. In this study, different COD/N ratios of 20 (phase 2), 40 (phase 3) and 70 (phase 4) were tested and the organic loading rate (OLR) applied ranged from 0,06 to 0,75 kg/m3.d. In the phase 1 only microalgae was used on the influent. Two modified UASB reactors were used. One of them was fed with pretreated microalgae, while the other one was fed with non-pretreated microalgae. Both of them were operated in co-digestion with glycerol. COD removal efficiencies ranged between 40% and 90%. Biogas produced presented values of 73% and 84% for each bioreactor treating pretreated and non-pretreated microalgae, respectively. Neither nitrogen nor ammonia and total and volatile suspended solids was significantly removed. Moreover, microalgae were the sole source of macro and micro-nutrients in this work. Sodium bicarbonate was used as a buffer during the phase 4, since pH fall down enough to harm the anaerobic digestion process at the beginning of phase 4. Based on the maintenance of adequate VFA/Alk ratios, both reactors presented a stable operation, specially the reactors treating pre-treated microalgae. Instability periods were mainly observed in some operation phases in the reactor without pretreatment. Specific methanogenic activity tests were carried out in order to evaluate the quality of the inoculum in terms of activity and methane production. Methane production presented a mean value of 0,26 g DQO-CH4/g SSV.d
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/11701
metadata.dc.type: Dissertação
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