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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79342
Tipo: | Tese |
Título: | Avaliação do potencial de produção de metano a partir da codigestão anaeróbia de resíduos de alimentos e aguapé: escala piloto |
Título em inglês: | Evaluation of the potential for methane production from the anaerobic co-digestion of food waste and water hyacinth: pilot scale |
Autor(es): | Machado, Francisca Lívia de Oliveira |
Orientador: | Stefanutti, Ronaldo |
Palavras-chave em português: | Digestão anaeróbia;Monodigestão;Lignocelulose;Biogás |
Palavras-chave em inglês: | Anaerobic Digestion;Monodigestion;Lignocellulose;Biogas |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL |
Data do documento: | 2024 |
Citação: | MACHADO, Francisca Lívia de Oliveira. Avaliação do potencial de produção de metano a partir da codisgetão anaeróbia de resíduos de alimentos e aguapé: escala piloto. 2024. 122 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil - Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federla do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumo: | Soluções sustentáveis na gestão de resíduos orgânicos e redução das emissões de gases do efeito estufa (GEE) têm motivado pesquisas para otimizar a aplicação da digestão anaeróbia e produção de biogás como alternativa estratégica de descarbonização da matriz energética. Nesse contexto, o presente estudo avaliou o potencial de produção de metano a partir da digestão anaeróbia de resíduos de alimentos e aguapé, em escala piloto. Foi utilizado um biodigestor de 1300L, volume útil de 1000L, operando em regime semicontínuo, com carga orgânica volumétrica (COV) variando entre 0,29 e 0,35 kg de SV.m-3d-1, iniciando pela monodigestão com resíduos de alimentos (Etapa 1) e posteriormente a codigestão com aguapé não tratado (Etapa 2), aguapé tratado por secagem (Etapa 3) e uma mistura de aguapé de ambos numa proporção de 50% entre as frações (Etapa 4), de forma subsequente. O experimento durou 399 dias. Ao longo do experimento, os seguintes parâmetros de controle e eficiência foram monitorados: pH, temperatura, alcalinidade, ácidos graxos voláteis (AGV), demanda química de oxigênio (DQO), carbono orgânico total (COT), sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV), amônia (NH4), nitrogênio total Kjeldahl (NTK), volume de biogás produzido e percentual de metano no biogás. Amostras de lodo de fundo foram caracterizadas em termos de metais, pH, ST, SV, SF, alcalinidade, AGV, NH4, nitrogênio orgânico, NTK, carbono inorgânico e carbono orgânico. O digestato inicial e final de cada etapa e uma, dentre as 6 amostras de lodo de fundo, foram caracterizados pela metodologia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) para detecção de compostos orgânicos. Diante do extenso número de variáveis obtidas nas 4 etapas do estudo, foram realizadas as análises estatísticas multivariada não-supervisionada por Principal Component Analysis (PCA) e a supervisionada por Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA), para reduzir a dimensionalidade dos dados e explicar a maior parte da variabilidade dos dados, facilitando a interpretação dos resultados. Os rendimentos médios de biogás em cada etapa foram de 0,16789 Nm3/kg SV, 0,09506 Nm3/kg SV, 0,22987 Nm3/kg SV e 0,18772 Nm3/ kg SV, para as etapas 1, 2, 3 e 4, e os percentuais médio de metano de 57,85%, 56,58%, 56,84% e 57,52% respectivamente. A Etapa 4 apresentou maior remoção de DQO e SV, sem diferença estatisticamente significativa quando comparado à Etapa 3, que apresentou maior volume de biogás acumulado e rendimento de metano, além de dispensar tratamento em toda massa de aguapé. |
Abstract: | Sustainable solutions for the management of organic waste and the reduction of greenhouse gas (GHG) emissions have motivated research to optimize the application of anaerobic digestion and biogas production as a strategic alternative for decarbonizing the energy matrix. In this context, the present study evaluated the methane production potential from the anaerobic digestion of food waste and water hyacinth on a pilot scale. A 1300L biodigester with a 1000L was used, operating in a semi-continuous mode, with an organic loading rate (OLR) ranging from 0.29 to 0.35 kg VS.m-3d-1. The process started with the mono-digestion of food waste (Phase 1) and subsequently progressed to co-digestion with untreated water hyacinth (Phase 2), dried water hyacinth (Phase 3), and a mixture of untreated and treated water hyacinth at a 50% ratio between the fractions (Phase 4). The experiment lasted 399 days. Throughout the experiment, the following control and efficiency parameters were monitored: pH, temperature, alkalinity, volatile fatty acids (VFA), chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC), total solids (TS), volatile solids (VS), ammonia (NH4), total Kjeldahl nitrogen (TKN), biogas volume, and methane percentage in the biogas. Bottom sludge samples were characterized in terms of metals, pH, TS, VS, fixed solids (FS), alkalinity, VFA, NH4, organic nitrogen, TKN, inorganic carbon, and organic carbon. The initial and final digestate from each stage, along with one of the six bottom sludge samples, were characterized using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy for the detection of organic compounds. Given the extensive number of variables obtained in the four stages of the study, unsupervised multivariate statistical analysis using Principal Component Analysis (PCA) and supervised analysis using Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) were performed to reduce data dimensionality and explain the majority of the data variability, thereby facilitating the interpretation of the results. The average biogas yields for each stage were 0.16789 Nm3/kg VS, 0.09506 Nm3/kg VS, 0.22987 Nm3/kg VS, and 0.18772 Nm3/kg VS for stages 1, 2, 3, and 4, while the average methane percentages were 57.85%, 56.58%, 56.84%, and 57.52%, respectively. Stage 4 showed higher COD and SV removal, with no statistically significant difference compared to Stage 3, which achieved higher accumulated biogas volume and methane yield, in addition to eliminating the need for treating the entire water hyacinth biomass. |
Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79342 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/2625305131107589 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-6776-0413 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/2381599257044388 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DEHA - Teses defendidas na UFC |
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