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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-07102021-154857
Document
Auteur
Nom complet
Isabella Grando Zamboni
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Nascimento, Cláudio Augusto Oller do (Président)
Ratusznei, Suzana Maria
Zaiat, Marcelo
Titre en portugais
Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar em batelada para produção de biogás.
Mots-clés en portugais
Bagaços
Biogás
Cana-de-açúcar
Digestão anaeróbia
Resumé en portugais
Os efeitos da relação substrato-inóculo, do teor de sólidos totais e da presença de uma solução tampão e de um meio nutricional foram estudados em reatores de digestão anaeróbia alimentados com bagaço de cana-de-açúcar. Na primeira batelada, bagaço de cana de açúcar e lodo de um reator anaeróbio de fluxo ascendente de alta eficiência (UASB) de uma estação de tratamento de esgoto foram alimentados nos reatores anaeróbios utilizando diferentes relações substrato-inóculo. A partir da segunda batelada, o inóculo utilizado foi proveniente do líquido dos reatores da batelada anterior, a fim de promover uma adaptação dos microrganismos. Os reatores utilizados possuíram 1 L ou 2 L e foram mantidos em banho de água a 38 °C durante as bateladas. Foram determinados os volumes de biogás e metano produzidos pelos reatores e os valores de pH deles, ao longo das bateladas. O pH dos reatores foi corrigido quando necessário para manter o meio próximo a neutralidade. A composição química do bagaço de cana alimentado nos reatores e dos sólidos retirados de alguns deles foram determinadas. O teor de sólidos totais dos reatores foi diretamente proporcional a relação substrato-inóculo utilizada por eles. Um teor de sólidos totais elevado (10 % (m/m)) junto a uma relação substrato-inóculo elevada (8,2 gSVB?gSVI -1 ) conduziu ao acúmulo de ácidos orgânicos e a falha dos reatores. Relações substrato-inóculo elevadas (4,0 gSVB?gSVI -1 e 8,2 gSVB?gSVI -1 ) conduziram a baixas produções específicas acumuladas de biogás e metano nas primeiras bateladas (produções específicas de biogás acumuladas iguais a 28,0 mLN?gSVB -1 e 14,2 ± 3,97 mLN?gSVB -1 , respectivamente). No entanto, em bateladas posteriores, relações substrato-inóculo maiores (7,4 a 15,9 gSVB?gSVI -1 ) levaram a produções específicas acumuladas de biogás e metano maiores (produções específicas acumuladas de biogás de 111,2 ± 3,9 mLN?gSVB -1 a 198,1 ± 4,1 mLN?gSVB -1 ). Esse resultado sustentou a teoria de adaptação da microbiota dos reatores ao longo das bateladas. A produções específicas acumuladas médias de biogás e metano foram maiores em reatores com solução tampão em relação a reatores sem solução tampão (5,4 % e 43,8 %, respectivamente). As produções específicas acumuladas médias de biogás e metano foram menores em reatores com meio nutricional em relação a reatores sem meio nutricional (43,9 % e 42,7 %, respectivamente). Houve uma degradação preferencial a hemicelulose do bagaço de cana em relação a celulose e a lignina total.
Titre en anglais
Sugarcane bagasse batch anaerobic digestion for biogas production.
Mots-clés en anglais
Anaerobic digestion
Biogas
Sugarcane bagasse
Resumé en anglais
The effects of substrate-inoculum ratio, total solids content and the presence of a buffer solution and a nutritional medium were studied in anaerobic digestion reactors fed with sugarcane bagasse. In the first batch, sugarcane bagasse and sludge from a sewage treatment plant upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) were fed into the anaerobic reactors using different substrate-inoculum ratios. From the second batch, the inoculum used came from the liquid from the reactors of the previous batch, in order to promote an adaptation of the microorganisms. The reactors used had 1 L or 2 L and were kept in a water bath at 38 °C during batching. The volumes of biogas and methane produced by the reactors and their pH values were determined along the batches. The pH of the reactors was corrected when necessary to keep the medium close to neutrality. The chemical composition of the sugarcane bagasse fed into the reactors and the solids removed from some of them were determined. The total solids content of the reactors was directly proportional to the substrate-inoculum ratio used by them. A high total solids content (10% (m/m)) together with a high substrate-inoculum ratio (8.2 gSVB?gSVI -1 ) led to the accumulation of organic acids and the failure of the reactors. High substrate-inoculum ratios (4.0 gSVB?gSVI -1 and 8.2 gSVB?gSVI -1 ) led to low specific cumulative biogas and methane yields in the first batches (accumulated specific biogas yields equal to 28.0 mLN?gSVB -1 and 14.2 ± 3.97 mLN?gSVB -1 , respectively). However, in later batches, ratios higher substrate inoculum (7.4 to 15.9 gSVB?gSVI -1 ) led to higher specific cumulative biogas and methane yields (accumulated specific biogas yields of 111.2 ± 3.9 mLN?gSVB -1 to 198.1 ± 4.1 mLN?gSVB -1 , respectively). This result supported the theory of adaptation of the microbiota of the reactors along the batches. The average cumulative specific productions of biogas and methane were higher in reactors with buffer solution compared to reactors without buffer solution (5.4% and 43.8 %, respectively) The average cumulative specific productions of biogas and methane were lower in reactors with nutritional media compared to reactors without nutritional media (43.9 % and 42.7 %, respectively). There was a preferential degradation of sugarcane bagasse hemicellulose in relation to cellulose and total lignin.
 
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Date de Publication
2021-10-18
 
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