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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2020.tde-08052020-152836
Documento
Autor
Nome completo
Gabriela Maria Ferreira Lima Leite
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2020
Orientador
Banca examinadora
Baptista, Antonio Sampaio (Presidente)
Duda, Rose Maria
Harder, Marcia Nalesso Costa
Horii, Jorge
Título em português
Efeito da suplementação com Sulfato de Ferro (FeSO4) na vinhaça sobre a produção de biogás
Palavras-chave em português
Biodigestão anaeróbia
Biogás
Suplementação
Vinhaça
Resumo em português
A agroindústria sucroenergética possui vários desafios, dentre eles, transformar passivos ambientais em ativos, gerando riquezas, diminuindo custos com gestão de resíduos e melhorando os índices de sustentabilidade desse setor. Entre esses passivos ambientais, a vinhaça se caracteriza pelo alto volume gerado e às altas concentrações de material orgânico. Nesse contexto, verifica-se a necessidade de dar uma finalidade nobre para esse subproduto. A biodigestão anaeróbia é uma tecnologia que proporciona a redução da Demanda Química de Oxigênio (DQO), neutralização do pH e a redução de possíveis compostos nocivos à microbiota do solo. Além disso, promove a produção do biogás, o qual é classificado como biocombustível. O processo de biodigestão anaeróbia, por sua vez, pode ser influenciado por diversos fatores, os quais estão relacionados com o substrato, as características do biodigestor, bem como as condições de operação. Por esses motivos, este projeto teve como objetivo verificar o efeito da suplementação da vinhaça com sulfato de ferro, a fim de promover o aumento de produtividade e de eficiência do processo de produção de biogás, através de processo de biodigestão anaeróbia. Foram utilizados dois biorreatores (R1 e R2) do tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) com capacidade de 50 litros e volume reacional de 34,5 litros cada, operados sob temperatura de 38ºC, com tempo de detenção hidráulica de 24 horas por 63 dias. Foram avaliadas duas dosagens de suplementação da vinhaça com sulfato de ferro (FeSO4), 500 mg L-1 (T2) e 1000 mg L-1 (T3). Também foi conduzido um tratamento controle, sem a adição do sulfato de ferro (T1). Os ensaios foram realizados em triplicatas, sendo que cada ensaio teve a duração de 7 dias. Os resultados obtidos demonstraram que as produções de biogás foram 68,23 (±2,98), 68,06 (±0,84) L dia-1 e 66,80 (±0,81) L dia-1, T1, T2 e T3, respectivamente. O teor de metano foi 61,97% (±0,05), 60,41% (±0,32) e 61,65% (±1,45) para T1, T2 e T3 respectivamente. A maior remoção de DQO foi observada no T2 (70,11%). Todos os tratamentos apresentaram concentração elevada de sulfato. Não houve acúmulo de ácidos orgânicos no processo, sendo que o T1 apresentou a menor concentração (211,93 ± 70,93) mg L-1 de ácido acético e o T2 a maior concentração (280,15 ± 64,38) mg L-1 desse elemento. No tocante aos teores de cátions, o cálcio expressou a maior porcentagem de remoção, 64,34%, 63,16% e 60,77% T1, T2 e T3, respectivamente. Os valores de pH foram 7,81 (T1), 7,74 (T2) e 7,79 (T3). A relação alcalinidade parcial/alcalinidade intermediária (AI/AP) na vinhaça submetida ao T1 foi de 0,11 (±0,01), nos tratamentos T2 e T3 a relação foi de 0,12 (±0,01). A concentração de ácidos voláteis totais (AVT) foi maior para o T1 (387,74 ± 84,47) e menor para o T3 (310,78 ± 19,67). A utilização da solução de FeSO4 não permitiu atingir o aumento da produtividade e da qualidade do biogás obtido no processo de biodigestão anaeróbia da vinhaça, entretanto, o processo foi estável e não verificou-se acúmulo de produtos intermediários.
Título em inglês
Effect of iron sulphate supplementation (FeSO4) on vinasse on biogas production
Palavras-chave em inglês
Anaerobic digestion
Biogas
Supplementation
Vinasse
Resumo em inglês
The sugar-energy agroindustry has several challenges, including transforming passive environments into assets, generating wealth, reducing waste management costs and improving the sustainability indices of this sector. Among these environmental liabilities, the vinasse is characterized by the high volume generated and the high concentrations of organic material. In this context, there is a need to give a noble purpose to this byproduct. Anaerobic digestion is a technology that provides the reduction of Chemical Oxygen Demand (COD), neutralization of pH and the reduction of possible compounds harmful to soil microbiota. In addition, it promotes biogas production, which is classified as biofuel. The anaerobic digestion process, in turn, can be influenced by several factors, which are related to the substrate, the characteristics of the biodigester, as well as the operating conditions. For these reasons, this project aimed to verify the effect of iron sulphate vinasse supplementation in order to promote the increase of productivity and efficiency of the biogas production process, through an anaerobic biodigestion process. Two UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) bioreactors (R1 and R2) were used, with a capacity of 50 liters and a rational volume of 34.5 liters each, operated at a temperature of 38ºC, with a hydraulic detention time of 24 hours for 63 days. Two dosages of iron sulphate vinasse supplementation (FeSO4), 500 mg L-1 (T2) and 1000 mg L-1 (T3) were evaluated. A control treatment was also conducted without the addition of iron sulphate (T1). Assays were performed in triplicates, each assay lasted 7 days. The results showed that biogas yields were 68.23 (± 2.98), 68.06 (± 0.84) L day-1 and 66.80 (± 0.81) L day-1, T1, T2 and T3, respectively. The methane content was 61.97% (± 0.05), 60.41% (± 0.32) and 61.65% (± 1.45) for T1, T2 and T3 respectively. The highest COD removal was observed at T2 (70.11%). All treatments showed high sulfate concentration. There was no accumulation of organic acids in the process. T1 had the lowest concentration (211.93 ± 70.93) mg L-1 of acetic acid and T2 the highest concentration (280.15 ± 64.38) mg L-1 of this element. Regarding cation contents, calcium expressed the highest percentage of removal, 64.34%, 63.16% and 60.77% T1, T2 and T3, respectively. The pH values were 7.81 (T1), 7.74 (T2) and 7.79 (T3). The ratio of partial alkalinity / intermediate alkalinity (AI / AP) in vinasse submitted to T1 was 0.11 (± 0.01), in treatments T2 and T3, the ratio was 0.12 (± 0.01). The concentration of total volatile acids (TVA) was higher for T1 (387.74 ± 84.47) and lower for T3 (310.78 ± 19.67). The use of FeSO4 solution did not allow to increase the productivity and quality of biogas obtained in the anaerobic digestion process of vinasse, however, the process was stable and there was no accumulation of intermediate products.
 
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Data de Publicação
2020-05-08
 
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