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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/65248| Type: | Dissertação |
| Title: | Valorização de resíduos agroindustriais por meio da recuperação de subprodutos em sistemas de digestão anaeróbia |
| Authors: | Silva, Amanda de Sousa e |
| Advisor: | Santos, André Bezerra dos |
| Co-advisor: | Pereira, Erlon Lopes |
| Keywords: | Digestão anaeróbia;Recuperação de bioprodutos;Ácidos carboxílicos;Águas residuárias agroindustriais |
| Issue Date: | 2020 |
| Citation: | SILVA, Amanda de Sousa e. Valorização de resíduos agroindustriais por meio da recuperação de subprodutos em sistemas de digestão anaeróbia. 2020. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Fortaleza, 2020. |
| Abstract in Brazilian Portuguese: | Os ácidos carboxílicos (AC), compostos de base com diversas aplicações industriais, são convencionalmente produzidos através da plataforma petroquímica. Entretanto, devido a impactos ambientais, risco de escassez e elevados preços do petróleo, a produção biológica de AC a partir da digestão anaeróbia de recursos renováveis de baixo custo, como resíduos orgânicos, vem tendo atenção crescente. O objetivo geral do trabalho foi avaliar o efeito de diferentes relações alimento/microrganismo (A/M) na formação de bioprodutos (ácidos carboxílicos e álcoois) a partir do glicerol residual, assim como aplicar diferentes modelos matemáticos aos dados de formação dos bioprodutos e selecionar aqueles que melhor descrevem o processo. Buscou-se também analisar as potencialidades da recuperação biotecnológica de metano, hidrogênio e ácidos carboxílicos de águas residuárias agroindustriais (ARA) a partir de vários dados de composição quali-quantitativa das ARA, assim como das produtividades encontradas em vários trabalhos da literatura no tocante à formação dos referidos bioprodutos. Os ensaios de Potencial de Produção de Ácidos Carboxílicos (PPAC) foram realizados em reatores batelada, construídos em borossilicato, com 300 mL de volume total. Foram testadas 4 relações A/M, cujo teor de substrato foi variado e a concentração de inóculo mantida constante (2,5 gSSV L-1), obtendo-se relações de 0,7; 1,1; 1,5; 2,1 gDQO gSSV-1. O glicerol residual apresentou elevado potencial para produção de ácidos carboxílicos. Após 28 dias de fermentação em reatores batelada alimentados com A/M de 0,7-2,1 gDQO gSSV-1, uma média de 73-83 % da DQO inicial do glicerol residual foi convertida em bioprodutos, onde o aumento da relação A/M teve efeito negativo na porcentagem de conversão de bioprodutos. Houve influência também no perfil de bioprodutos. O ácido formado em maior quantidade para todas as relações A/M avaliadas foi o HAc que teve sua seletividade reduzida de 84 a 73 % com o aumento da relação A/M. A produção de HPr foi mais favorecida na A/M 1,5 e a de 1,3-PD na relação 2,1. Em geral, a produtividade máxima dos bioprodutos ocorreu durante os primeiros 7 dias. Os coeficientes cinéticos estimados por meio da modelagem matemática das conversões de matéria orgânica ao longo do experimento sugerem que a etapa limitante do processo é a acidogênese, possivelmente decorrente da baixa concentração de material particulado no glicerol residual. O modelo cinético que melhor se ajustou à curva de hidrólise e de degradação do substrato foi o de primeira ordem com residual. Verificou-se que as ARAestudas apresentam excelentes potenciais econômicos para a produção de metano, hidrogênio e ácidos carboxílicos. Entretanto, a plataforma de AC mostra-se mais vantajosa sob o ponto de vista econômico, principalmente quando há processo de alongamento de cadeia. Contudo, devem ser feitos estudos econômicos mais aprofundados contabilizando os custos de recuperação desses produtos par uma melhor análise com base em valor agregado líquido, haja visto que a digestão anaeróbia tradicional é mais simples em termos de controle de processo e a purificação do metano é mais barata. Além disso, é preciso analisar outros fatores como consolidação da técnica de produção e recuperação, uso para diferentes escalas de produção, possibilidade de instalação em meio urbano e rural, entre outros, para uma correta escolha da plataforma de recuperação de recursos a ser adotada. |
| Abstract: | Carboxylic acids (CA), chemical-based compounds with several industrial applications, are conventionally produced through the petrochemical platform. However, due to environmental impacts, the risk of scarcity and high oil prices, organic production of CA from anaerobic digestion of low-cost renewable resources, such as organic waste, has received increasing attention. The general objective of the work was to evaluate the effect of different food/microorganism ratio (F/M) on the formation of bioproducts (carboxylic acids and alcohols) from residual glycerol, as well as to apply different mathematical models to the data of bioproducts formation and to select those that best describe the process. We also sought to analyze the potential of the biotechnological recovery of methane, hydrogen and carboxylic acids from agro-industrial wastewater (AWW) based on various data on the qualitative and quantitative composition of the AWW, as well as on the productivity found in several works in the literature regarding the formation of latter bioproducts. The Carboxylic Acid Production Potential (CAPP) assays were performed in batch reactors, in borosilicate, with a total volume of 300 mL. Four F/M ratios were tested, whose substrate content was varied and the inoculum concentration kept constant (2.5 gVSS L-1), obtaining ratios of 0.7; 1.1; 1.5; 2.1 gCOD gVSS-1. The residual glycerol showed a high potential for the production of carboxylic acids. After 28 days of fermentation in batch reactors fed with F/M ratios between 0.7-2.1 gCOD gVSS- 1, an average of 73-83% of the initial COD of the residual glycerol was converted into bioproducts, where the increase in the F/M ratio had a negative effect on the percentage of bioproducts conversion. There was also an influence on the profile of bioproducts. The acid formed in greater quantity for all the evaluated F/M ratios was HAc, which had its selectivity reduced from 84 to 73% with the increase in the F/M ratio. The production of HPr was more favored at F/M 1.5 and 1.3-PD at 2.1. In general, the maximum productivity of the bioproducts occurred during the first 7 days. The kinetic coefficients estimated by mathematical modeling of the organic matter conversions throughout the experiment suggest that the limiting step in the process is acidogenesis, possibly due to the low concentration of particulate material in the residual glycerol. The kinetic model that best fitted the hydrolysis and degradation curve of the substrate was the first order with residual. The studied AWWs showed to have excellent economic potentials for resource recovery, in which the CA platform seems to be more economically advantageous, especially when a chain elongation process is considered. However, the traditional anaerobic digestion is simpler in terms of process control and methane purification is usually easier and cheaper. Because of the low yields achieved, it seems that hydrogen production is the least attractive technological route. Therefore, it is necessary to analyze other factors such as the gross value-added, consolidation of the production and recovery techniques, the production scales and the possibility of installation in urban and rural environments to adopt the best choice of resource recovery platform. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/65248 |
| Appears in Collections: | DEHA - Dissertações defendidas na UFC |
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