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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85371| Tipo: | Tese |
| Título: | Avaliação da produção de biometano em biodigestores com sobras e restos de alimentos por meio de recirculação e inoculação de consórcio microbiológico |
| Título em inglês: | Evaluation of biomethane production in biodigesters with leftovers and food residues through recirculation and inoculation of a microbiological consortium |
| Autor(es): | Souza, Debora Nery de |
| Orientador: | Stefanutti, Ronaldo |
| Palavras-chave em português: | Biogás;Digestão anaeróbia;Economia circular;Sustentabilidade;Fertilizantes biológicos;Microorganismos |
| Palavras-chave em inglês: | Biogas;Anaerobic digestion;Circular economy;Sustainability;Biological fertilizers;Microorganisms |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | SOUZA, Débora Nery de. Avaliação da produção de biometano em biodigestores com sobras e restos de alimentos por meio de recirculação e inoculação de consórcio microbiológico. 2025. 90 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil-Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federaldo Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Resumo: | A crescente demanda energética, o aumento do volume de resíduos, a dificuldade de sua adequada gestão e por consequência sua inadequada disposição final, têm demandado busca por soluções sustentáveis. Dessa forma, este estudo procurou avaliar a geração de biogás e biometano produzidos pela digestão anaeróbia de resíduos alimentares, em reatores com diferentes configurações de recirculação, diferentes cargas orgânicas e utilizando consórcio microbiano hidrolítico. Em uma primeira fase, dois reatores de 1,3 m3 foram operados de forma semi contínua, o reator 01 com recirculação em quatro pontos de fundo e o reator 02 com um único ponto de fundo. Nas fases seguintes foram avaliados o efeito da variação da carga orgânica e taxa de aplicação (1% e 5% de sólidos voláteis – SV) e a bioincrementação com consórcio microbiano hidrolítico (Bacillus subtilis [KJ870046.1] e Alcaligenes faecalis [CP013119.1]). Logo após, avaliou-se o potencial de utilização do digestato como biofertilizante. Diversos parâmetros físico-químicos foram monitorados ao longo de 90 dias. O reator 01 demonstrou maior eficiência na degradação da matéria orgânica, com menores concentrações de sólidos e 60% de remoção de sólidos voláteis (SV), contra 8% do reator 02, além de ter produzido mais biogás (35,80 Nm3) e biometano (67,17%) em comparação ao reator 02 (26,73 Nm3 de biogás e 64,57% de bimetano). Nas fases seguintes, o reator microbiológico com 1% de SV (RM1) e o reator controle com 5% de SV (RC5) apresentaram maior eficiência de degradação da matéria orgânica com 71% de remoção de SV contra 50% do RC1 e 49% do RM5, no entanto os reatores microbiológicos apresentaram maiores volumes de biogás acumulado (22,74 Nm3 para o RM5 e 21,22 Nm3 do RM1) em relação aos reatores controle (17,33 Nm3 do RC5 e 13,37Nm3 do RC1). Na avaliação do potencial uso dos digestatos como biofertilizantes, os biodigestores com recirculação em quatro pontos de fundo (R1 e RM1) se mostraram mais estabilizados do que o digestato do biodigestor com recirculação em um único ponto de fundo (R2), com relação C/N mais baixas (0,79 e 1,25 para o R1 e RM1 respectivamente, contra 1,63 do R2) e menores concentrações de sódio (0,26 e 0,21 g/Kg para o R1 e RM1 respectivamente, contra 0,30 g/Kg do R2). Todos os digestatos avaliados apresentaram concentrações de micronutrientes abaixo dos limites máximos estabelecidos para biofertilizantes e valores de macronutrientes abaixo dos valores de referência estipulados pela legislação brasileira e europeia. Concluindo que a recirculação por bombeamento em quatro pontos de fundo se mostrou mais eficiente do que com um ponto de fundo, que a estratégia de bioincrementação com o consórcio microbiano hidrolítico se mostrou eficaz tanto para a produção de biogás e biometano quanto para a degradação da matéria orgânica nos biodigestores e que, de forma geral, todos os digestatos apresentaram potencial para serem utilizados como fertilizante mineral complementar, contribuindo para a economia circular do sistema e auxiliando na manutenção da sustentabilidade do meio ambiente. |
| Abstract: | The increasing energy demand, the growing volume of waste, the challenges in its proper management, and consequently its inadequate final disposal have necessitated the search for sustainable solutions. Accordingly, this study aimed to evaluate the generation of biogas and biomethane produced through anaerobic digestion of food waste in reactors with different recirculation configurations, varying organic loads, and utilizing a hydrolytic microbial consortium. In an initial phase, two 1.3 m3 reactors were operated semi-continuously: reactor 01 with recirculation at four bottom points and reactor 02 with a single bottom point. Subsequent phases assessed the effect of varying organic load (1% and 5% volatile solids – VS) and bioaugmentation with a hydrolytic microbial consortium (Bacillus subtilis [KJ870046.1] and Alcaligenes faecalis [CP013119.1]). Subsequently, the potential use of the digestate as biofertilizer was evaluated. Various physicochemical parameters were monitored over 90 days. Reactor 01 demonstrated higher efficiency in organic matter degradation, with lower solid concentrations and 60% volatile solids (VS) removal, compared to 8% in reactor 02, in addition to producing more biogas (35.80 Nm3) and biomethane (67.17%) than reactor 02 (26.73 Nm3 biogas and 64.57% biomethane). In the subsequent phases, the microbiological reactor with 1% VS (RM1) and the control reactor with 5% VS (RC5) showed higher efficiency in organic matter degradation with 71% VS removal, compared to 50% for RC1 and 49% for RM5. However, the microbiological reactors produced higher accumulated biogas volumes (22.74 Nm3 for RM5 and 21.22 Nm3 for RM1) relative to the control reactors (17.33 Nm3 for RC5 and 13.37 Nm3 for RC1). In evaluating the potential use of digestates as biofertilizers, the biodigesters with four-point bottom recirculation (R1 and RM1) exhibited greater stabilization than the digestate from the biodigester with single-point bottom recirculation (R2), displaying lower C/N ratios (0.79 and 1.25 for R1 and RM1, respectively, versus 1.63 for R2) and lower sodium concentrations (0.26 and 0.21 g/Kg for R1 and RM1, respectively, versus 0.30 g/Kg for R2). All evaluated digestates presented micronutrient concentrations below the maximum limits established for biofertilizers and macronutrient values below the reference values stipulated by Brazilian and European legislation. It is concluded that four-point bottom pumping recirculation proved more efficient than single- point recirculation, that the bioaugmentation strategy with the hydrolytic microbial consortium was effective for both biogas and biomethane production and organic matter degradation in the biodigesters, and that, generally, all digestates showed potential for use as complementary mineral fertilizer, contributing to the system's circular economy and aiding in environmental sustainability. |
| 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/85371 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0002-9000-0703 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/9660315253599393 |
| 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 |
Arquivos associados a este item:
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| 2025_tese_dnsouza.pdf | 1,4 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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