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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-18052020-142410
Document
Author
Full name
Danilo Nagata Ayabe
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Foresti, Eugenio (President)
Okada, Dagoberto Yukio
Souza, Theo Syrto Octavio de
Title in Portuguese
Co-digestão anaeróbia de glicerol residual com esgoto sanitário visando o aumento da produção de metano
Keywords in Portuguese
Co-digestão anaeróbia
Digestão anaeróbia
Esgoto sanitário
Glicerol
Metano
UASB
Abstract in Portuguese
A crescente preocupação com os impactos ambientais causados pela utilização de combustíveis fósseis, assim como a escassez dos mesmos, tem estimulado o desenvolvimento de tecnologias de produção de energia limpa e renovável nos últimos anos. No Brasil, o biodiesel tem sido um combustível renovável de destaque, principalmente pelo aumento das concentrações mínimas obrigatórias em que o biodiesel deve estar presente na produção de óleo diesel, previstas por lei. O aumento da geração de biodiesel causa o aumento da geração de glicerol, um resíduo altamente poluente que apesar de ter valor comercial na indústria, os altos custos de purificação e o aumento da oferta estão tornando o processo de remoção de impurezas do glicerol financeiramente insustentável. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo agregar valor ao glicerol residual através do aumento da produção de biogás com potencial energético em reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB). A utilização de processo co-digestivo com esgoto sanitário teve como pressuposto o aproveitamento da riqueza nutricional do esgoto e a possibilidade do aumento da produção de metano em reatores UASB tratando esgoto municipal, amplamente encontrados pelo país. O reator foi operado continuamente com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 8 horas, onde a carga orgânica volumétrica (COV) foi expressa em termos de demanda química de oxigênio (DQO), em um aumento progressivo de 1,74 até 6,92 kgDQO/m3.dia ao longo de 280 dias de operação. Foi possível concluir que a adição de glicerol ao esgoto sanitário é adequada para o aumento da produção de metano. A operação do reator se manteve estável até a aplicação de COV de 5,68 kgDQO/m3.dia, quando foi possível atingir 95% de metano no biogás, remoção de 85% de DQO e valores próximos ao potencial teórico de produção de metano obtido em teste de atividade metanogênica específica (AME). A limitação do processo se deu na COV de 6,92 kgDQO/m3.dia, quando o reator passou a apresentar indícios de colapso com o desbalanceamento de valores de pH e diminuição na produção de biogás. As baixas concentrações de CO2 no biogás em todas as fases experimentais sustentaram uma hipótese de ocorrência de atividade homoacetogênica no reator em uma relação de sinergismo com as comunidades da digestão anaeróbia.
Title in English
Anaerobic co-digestion of crude glycerol and sewage to increase methane production
Keywords in English
Anaerobic co-digestion
Anaerobic digestion
Glycerol
Methane
Sewage
UASB
Abstract in English
In recent years, there has been a growing concern about the environmental impacts caused using fossil fuels, as well as their scarcity, which stimulates the development of technologies of production of renewable energy. In Brazil, biodiesel has been a prominent renewable fuel, mainly due to the increase in the minimum concentration, provided by law, in which biodiesel must be present in diesel oil. Increased biodiesel production causes increased generation of glycerol. Despite having commercial value in the chemical industry, glycerol is a highly polluting waste that has high purification costs, which are becoming financially unsustainable due to the increase of supply. In this context, the present work aimed to aggregate value to the residual glycerol by increasing the biogas production through the increase of methane in a upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The choice to use a co-digestive process with sanitary sewage had as a presupposition the use of the nutritional diversity of the sewage and the the possibility to increase methane production in UASB reactors treating municipal sewage, widely found in Brazil. The reactor was continuously operated with hydraulic detention time (TDH) of 8 hours, where the organic loading rate (OLR) was expressed in terms of chemical oxygen demand (COD), in a progressive increase from 1.74 to 6.92 kgCOD/m3.d in 280 days of operation. It was possible to conclude that the addition of glycerol to the sanitary sewage is adequate for the increase of methane production. The operation of the reactor remained stable until the application of OLR of 5.68 kgCOD/m3.d, when it was possible to reach 95% of methane in the biogas, removal of 85% of COD and values close to the theoretical potential of methane production obtained in a specific methanogenic activity test (SMA). The limitation of the process occurred in the OLR of 6.92 kgCOD/m3.d, when the reactor started to show signs of collapse with the imbalance of pH values and a decrease in biogas production. The low concentrations of CO2 in the biogas in all experimental phases supported a hypothesis of homoacetogenic activity in the reactor in a synergistic relationship with the anaerobic digestion communities.
 
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Publishing Date
2020-05-20
 
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