• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2021.tde-10112021-094234
Documento
Autor
Nome completo
Renan Coghi Rogeri
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2021
Orientador
Banca examinadora
Silva, Ariovaldo José da (Presidente)
Araujo Junior, Moacir Messias de
Fuess, Lucas Tadeu
Título em português
Estratégias de alcalinização no processamento acidogênico da vinhaça de cana-de-açúcar: desempenho do sistema e influência na produção de biogás
Palavras-chave em português
AnSTBR
digestão anaeróbia com separação de fases
potencial de alcalinização
processo acidogênico-sulfetogênico
produção de metano e bioH2
recuperação energética
vinhaça de cana-de-açúcar
Resumo em português
A digestão anaeróbia da vinhaça de cana-de-açúcar em duas fases (acidogênica e metanogênica) tem se apresentado promissora no contexto de potencialização da produção bioenergética ao proporcionar condições de crescimento especificas e adequadas para os distintos grupos microbianos. Ademais, a fase acidogênica é caracterizada pela sua versatilidade (remoção de compostos sulfurosos, produção de bioH2 e metabólitos solúveis) em função do pH operacional onde diferentes estratégias de alcalinização induzem a distintas rotas metabólicas. Por outro lado, em alguns casos a fase ácida pode reduzir o potencial de recuperação energética proveniente do processo metanogênico aumentando o potencial de competição e inibição do efluente acidificado. A vinhaça de cana-de-açúcar é caracterizada pela presença de sulfato (SO42-) proveniente de especificidades do processo produtivo do etanol e, como parte da matéria orgânica é removida na primeira fase, a relação DQO/SO42- torna-se mais crítica. Adicionalmente, o processo de remoção do H2S do biogás (dessulfurização) e os custos operacionais vinculados à alcalinização dos biorreatores representam as principais barreiras econômicas para viabilização em escala real. O processo acidogênico-sulfetogênico, por sua vez, apresenta potencial para superar as referidas limitações através da remoção dos compostos sulfurosos (SO42- e H2S), tal característica reduz ou até mesmo elimina a contaminação do biogás metanogênico. Adicionalmente, a maioria das vias sulfetogênicas de conversão de compostos orgânicos possuem capacidade para geração de bicarbonato (HCO3-) e, ainda, apresentam potencial de neutralizante do meio ao consumir os íons H+ na produção de sulfeto. Nesse contexto, o presente estudo busca avaliar o potencial de alcalinização proporcionado pelo processo acidogênico-sulfetogênico e o impacto da adição de alcalinizante e/ou neutralizante no desempenho de ambas as etapas. Sendo assim, a fase experimental foi dividida em duas etapas: a primeira consistiu na operação paralela e contínua de 3 reatores (AnSTBR) por 60 dias, sob uma Carga Orgânica Volumétrica de 75 kg-DQO m-3 d-1. O desempenho sulfetogênico (R1: pH > 6 – NaOH + NaHCO3); a produção de bioH2 (R2: pH > 5 – NaOH); a produção de ácido lático (HLa) e outros metabólitos solúveis (R3: pH < 5 – sem alcalinizante) foram avaliados. Posteriormente, investigou-se o impacto de cada condição na produção de metano (CH4), o potencial de alcalinização proporcionado pela sulfetogênese na fase ácida, o consumo de matéria orgânica e as características composicionais do biogás produzido através de reatores metanogênicos em batelada. As especificidades do efluente acidificado e de alcalinização da fase metanogênica (com ou sem NaHCO3) impactaram os parâmetros cinéticos, o rendimento de CH4 e o poder calorífico do biogás produzido. Por fim, uma análise do potencial global de recuperação energética (PGRE) e os custos operacionais vinculados à alcalinização de cada condição foram realizados. Apesar do processo acidogênico-sulfetogênico não ter apresentado o melhor desempenho energético para o sistema, o potencial de alcalinização proporcionado e a consequente redução dos custos operacionais justificam sua adoção em estudos futuros. Utilizando o processo como fonte biológica de bicarbonato e/ou agente neutralizante para garantir maior viabilidade econômica em sistemas de duas fases no processamento da vinhaça de cana-de-açúcar.
Título em inglês
Alkalinizing strategies on acidogenic processing of sugarcane vinasse: performance of the system and influence in biogas production
Palavras-chave em inglês
acidogenic-sulfidogenic process
alkalinizing potential
AnSTBR
energy recovery
methane and bioH2 production
sugarcane vinasse
two-phase anaerobic digestion
Resumo em inglês
Two-phase anaerobic digestion (acidogenic and methanogenic) of sugarcane vinasse has been presented promising in the context of potentization on bioenergy production. This configuration provides specific and adequate growth conditions for distinct microbial groups. Moreover, the acidogenic phase is characterized by its versatility (removal of sulfur compounds, biohydrogen and soluble metabolites production) in the function of the operational pH where different alkalinizing strategies induce distinct metabolic routes. On the other hand, the acidogenic phase can reduce the energy recovery potential resulting from the metanogenic process increasing the competition and inhibition potential of acidified effluent. The sugarcane vinasse is characterized by the presence of sulfate (SO42-) deriving from specificities of the production process of ethanol, where part of the organic matter is removed on the first phase and the relation COD/SO4S becomes more critical. Additionally, the removal of hydrogen sulfide (H2S) from biogas (desulfurization) and the operational costs related to the alkalinization of bioreactors represents the main economic barriers for the viability of real scale. In turn, the acidogenic-sulfidogenic process presents the potential to overcome referred limitations through the sulfur compounds (H2S and SO42-) removal, reducing or even eliminating the methanogenic biogas contamination. Moreover, most of the sulfidogenic routes of organic matter conversion have the capacity for bicarbonate (HCO32-) generation and present the neutralizing potential provided by the H+ consumption of the medium through sulfide production. In this context, the present study aims to evaluate the alkalinizing potential of the acidogenic-sulfidogenic process and the impact of alkalizing and/or neutralizing agents on the performance of both processes. Therefore, the experimental phase was divided into two stages: the first one consisted of the operation of three continuous reactors (AnSTBR) in parallel for 60 days, submitted to an Organic Loading Rate (OLR) of 75 kg-DQO m-3 d-1. The sulfidogenic performance (R1: pH > 6 - NaOH + NaHCO3), biohydrogen production (R2: pH > 5 - NaOH) and lactic acid production (R3: pH < 5 - no pH adjustment) was evaluated. Subsequently, the impact of each condition on methane production, alkalinizing potential provided by sulfidogenesis in acidogenic process, organic matter consumption and compositional characteristics of biogas produced in methanogenic batch reactors was investigated. The specificities of acidified effluent and alkalinizing of methanogenic phase (with or without NaHCO3) impacted the kinetic parameters, methane yield and calorific power of biogas produced. Finally, a global energy recovery potential (GERP) and operational costs related to the alkalinizing strategy of each condition were realized. Despite the acidogenic-sulfidogenic process have not presented the best energetic performance for the system, the alkalinizing potential provided and the consequent operational costs reduction justify your adoption in future studies. Utilizing the process as biological bicarbonate source and/or neutralizing agent to guarantee more economic viability on a two-phase system processing sugarcane vinasse.
 
AVISO - A consulta a este documento fica condicionada na aceitação das seguintes condições de uso:
Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange a todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome da pessoa autora do trabalho.
Data de Publicação
2021-11-22
 
AVISO: Saiba o que são os trabalhos decorrentes clicando aqui.
Todos os direitos da tese/dissertação são de seus autores
CeTI-SC/STI
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP. Copyright © 2001-2022. Todos os direitos reservados.