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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-23092020-130230
Document
Author
Full name
Maria Eduarda Simões Dias
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Tommaso, Giovana (President)
Damianovic, Marcia Helena Rissato Zamariolli
Medina, Kelly Johana Dussan
Title in Portuguese
Digestão anaeróbia de efluente de liquefação hidrotérmica de borra de café
Keywords in Portuguese
Digestão anaeróbia
Liquefação hidrotérmica
Resíduos da produção de café solúvel
Abstract in Portuguese
O presente trabalho propôs a estruturação de balanço energético do processo que engloba a produção de óleo bruto por liquefação hidrotérmica da borra de café em água, e a recuperação de biogás a partir da digestão anaeróbia da fração líquida resultante desse processo físico-químico emergente. O sistema propõe a valorização do resíduo empregando-o na produção de biocombustíveis, a fim de atender a demanda energética crescente, minimizando o uso de combustíveis fósseis. O processo de liquefação hidrotérmica foi conduzido por meio de associação entre a borra de café (fração sólida de alto teor úmido, resíduo do processo de produção de café solúvel) e água na proporção 1:20, a temperatura de 275 °C e tempo de reação de 10 minutos. Após a reação de liquefação hidrotérmica, o efluente gerado foi caracterizado. Feita a caracterização, passou-se ao estudo da digestão anaeróbia do efluente. O lodo previamente exposto ao efluente foi aplicado em ensaios com concentrações iniciais de matéria orgânica crescentes voltadas à determinação da produção de biogás, para que parâmetros cinéticos da digestão anaeróbia do efluente como substrato fossem estimados. Os ensaios foram conduzidos em frascos de 1000 mL operados em bateladas sequenciais e submetidos à atmosfera de N2, mantidos à temperatura de 37 °C. De posse da quantificação dos ácidos voláteis e das constantes cinéticas estimadas foi feita a modelagem matemática de acordo com o Anaerobic Digestion Model No 01 (ADM1). O modelo proposto por Wu et al. (1988) apresentou o maior coeficiente de correlação (R²) quando ajustado aos dados experimentais da cinética de degradação do efluente como substrato. Para tal ajuste, o índice n teve valor de 4,61 ± 0,93, o que indica inibição intensa pelo excesso de substrato em concentrações superiores a de 5304 ± 235 mg L-1. A modelagem em ADM1 modificado dos dados apontou para inibição da metanogênese hidrogenotrófica e acetoclástica devido à toxidade do efluente degradado.
Title in English
Anaerobic digestion of post hydrothermal liquefaction wastewater of spent coffee grounds
Keywords in English
Anaerobic digestion
Hydrothermal liquefaction
Spent coffee grounds
Abstract in English
This project aimed the structuring of an energy balance of the process that includes the production of bio-oil by hydrothermal liquefaction of the spent coffee grounds and biogas recovery from the study of anaerobic biodegradability of the effluent resulting from this emerging physicochemical process. The system proposed the waste recovery by using it in the biofuels production to meet growing energy demand and dissociate the focus from the use of fossil fuels. The hydrothermal liquefaction process was conducted by means of an association between the high moisture solid fraction, spent coffee grounds, residue of the soluble coffee production process, and water in a 1:20 ratio, at a temperature of 275 °C and time of 10 minutes. After the hydrothermal liquefaction reaction, a characterization stage of the effluent was conducted. After the characterization, anaerobic biodegradability of the effluent and adaptation of anaerobic sludge was carried out. After characterization, the study proceeded to the anaerobic effluent assays. The sludge previously exposed to the effluent was applied in variant initial COD assays aimed at the determination of biogas production, in order to obtain kinetic parameters of the anaerobic digestion of the effluent as substrate. The assays were carried out in 1000 ml flasks operated in batch and subjected to N2 atmosphere at 37 °C. Calculating the kinetic constants, the intermediate digestion compounds were determined. Once determined the volatile acids, a mathematical modeling was performed according to the Anaerobic Digestion Model No 01 (ADM1). The model proposed by Wu et al. (1988) presented the highest correlation coefficient (R²) when adjusted to experimental data of effluent degradation kinetics. For this adjustment, the n index was 4.61 ± 0.93, which indicates intense inhibition by substrate excess at concentrations above 5304 ± 235 mg L-1. The modified ADM1 modeling of the data indicated inhibition of hydrogenotrophic and acetoclastic methanogenesis due to the toxicity of the effluent.
 
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Publishing Date
2021-06-18
 
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