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Tipo: Tese
Título: Strategies for enhancing the semi-dry and dry anaerobic biometanization of swine manure
Título em inglês: Strategies for enhancing the semi-dry and dry anaerobic biometanization of swine manure
Autor(es): Silva, Amanda de Sousa e
Orientador: Santos, André Bezerra dos
Palavras-chave em português: Digestão anaeróbica;Biometanização anaeróbica;Suinocultura;Residuos
Palavras-chave em inglês: Anaerobic digestion;Biometanization anaerobic;Pig farming
Data do documento: 2023
Citação: SILVA, A. de S. e. Strategies for enhancing the semi-dry and dry anaerobic biometanization of swine manure. 2024. 81f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: A suinocultura È uma das atividades agrÌcolas mais importantes do mundo, sendo o Brasil o quarto maior produtor e exportador de suÌnos. Entretanto, esta atividade gera grandes volumes de resÌduos, como os dejetos suÌnos (DS), com alta carga de matÈria org‚nica, nitrogÍnio, fÛsforo, metais pesados, patÛgenos e antibiÛticos, o que acarreta diversos problemas ambientais. Aliado a isso, a crise clim·tica e energÈtica requer a busca por fontes alternativas de energia. Neste contexto, a digest„o anaerÛbia (DA) surge como uma alternativa sustent·vel para converter resÌduos em energia (biog·s e metano). Portanto, este trabalho buscou avaliar estratÈgias para potencializar a biometanizaÁ„o anaerÛbia de dejetos suÌnos, como prÈ- tratamento termoalcalino (3% NaOH a 121 ∫C por 30 min), teor de sÛlidos totais - ST (10 e 15%), raz„o substrato/inÛculo (SI) (1, 3 e 5 g.SVsubstrato / g.SVinÛculo) e adiÁ„o de carv„o ativado granular – CAG (10, 20 e 30 g/L) como material condutor. Foram utilizadas an·lises de modelagem cinÈtica, para melhor compreender a influÍncia dos par‚metros avaliados e gerar coeficientes cinÈticos importantes para otimizaÁ„o e escalonamento do processo; e ferramentas de biologia molecular, para compreender as diferentes populaÁıes microbianas envolvidas e as mudanÁas na din‚mica ecolÛgica. Para isso, experimentos de Potencial BioquÌmico de Metano (PBM) foram conduzidos em regime de batelada sob temperatura mesofÌlica e agitaÁ„o orbital de 150 rpm durante 90 dias. Na primeira fase da pesquisa, o prÈ-tratamento aumentou a biodegradabilidade do dejeto, aumentando assim o rendimento acumulado de metano para as duas condiÁıes testadas (10% ST: de 30 para 205 mL CH4/gSV e 15% ST: de 0 para 136 mL CH4/gSV). Por outro lado, o aumento da raz„o SI para o dejeto prÈ-tratado mostrou-se vi·vel apenas na condiÁ„o semisseca (205, 268 e 187 mL CH4/gSV para SI 1, 3 e 5, respectivamente), pois na seca sÛ houve produÁ„o significativa de metano em SI 1 (136 mL CH4/gSV). Na segunda fase, a adiÁ„o de 20 g CAG/L promoveu o aumento do rendimento de metano de 3 para 154 e 155 mL CH4/gSV com dejeto bruto e prÈ-tratado, respectivamente, na condiÁ„o semisseca (10% ST). Portanto n„o houve diferenÁa significativa ao realizar o prÈ-tratamento. Com relaÁ„o ao estudo da dosagem de CAG para o dejeto prÈ-tratado na DA semisseca, a adiÁ„o de 10 g CAG/L apresentou rendimento de 190 mL CH4/gSV, valor 21% maior do que com 20 e 30 g CAG/L, embora a cinÈtica tenha sido mais favor·vel para a concentraÁ„o de 20 g/L, de acordo com o modelo Gompertz Modificado, que foi o que melhor descreveu o processo. Na DA seca (15% ST), a concentraÁ„o ideal de CAG foi de 30 g CAG/L (157 mL CH4/gSV).
Abstract: Pig farming is one of the most important agricultural activities in the world, with Brazil being the fourth largest producer and exporter of pigs. However, this activity generates large volumes of organic waste, such as swine manure (DS), with a high load of organic matter, nitrogen, phosphorus, heavy metals, pathogens, and antibiotics, which causes several environmental problems. In addition, a climate and energy crisis requires the search for alternative energy sources. In this context, anaerobic digestion (AD) emerges as a sustainable alternative to convert waste into energy (biogas and methane). Therefore, this work sought to evaluate strategies to enhance the anaerobic biometanization of swine manure, such as thermos-alkaline pretreatment (3% NaOH at 121 ∫C for 30 min), total solids content – TS (10 and 15% TS), substrate/inoculum (SI) ratio (1, 3 and 5 g.VSsubstrate / g.VSinoculum) and addition of granular activated carbon - GAC (10, 20 and 30 g/L) as conductive material, applying kinetic modeling analysis to understand the influence of the evaluated parameters better and generate important kinetic coefficients for optimization and process scaling, and molecular biology tools for a better comprehension of the different microbial population involved and ecology dynamics changes. For this, Biochemical Methane Potential (BMP) experiments were conducted in batch mode under mesophilic temperature and orbital shaking at 150 rpm for 90 days. In the first phase of the research, the pretreatment increased the biodegradability of the manure, thus increasing the accumulated methane yield for the two conditions tested (10% TS: from 30 to 205 mL CH4/gVS and 15% TS: from 0 to 136 mL CH4/gVS). On the other hand, increasing the SI ratio for the pretreated manure proved to be viable only in the semi-dry condition (205, 268, and 187 mL CH4/gVS for SI 1, 3, and 5, respectively), as in the dry condition there was only significant methane production in SI 1 (136 mL CH4/gVS). In the second phase, the addition of 20 g GAC/L promoted an increase in methane yield from 3 to 154 and 155 mL CH4/gVS with raw and pretreated manure, respectively, in semi-dry condition (10% TS). Therefore, there was no significant difference when carrying out pretreatment. Regarding the study of GAC dosage for pretreated manure in semi-dry AD, the addition of 10 g GAC/L yielded 190 mL CH4/gVS, a value 21% higher than with 20 and 30 g GAC/L, although the kinetics were more favorable for the concentration of 20 g/L, according to the Modified Gompertz model, which best described the process. In dry AD (15% TS), the optimal GAC concentration was 30 g/L (157 mL CH4/gVS).
Descrição: Silva, A. de S. e. Strategies for enhancing the semi-dry and dry anaerobic biometanization of swine manure. 2024. 81f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76085
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/9041266605472493
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/3626519258208111
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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