My thesis is aimed at the possiblities of collecting and utilizing the biodegradable component of municipal waste in the specific environment of České Budějovice. The thesis includes a proposal to construct a municipal biogas plant to decrease the volume of mixed municipal waste. The goal of this part of the thesis is to compare expected costs and income of the project and determine the general economic indicators and evaluate the investment, so that the project can be either fully recommended or rejected.

La méthanisation de la biomasse lignocellulosique est un des moyens les plus efficients pour la production d’énergie renouvelable. Cependant, la lignine présente dans cette biomasse est difficile à hydrolyser. Cette limite peut être surmontée grâce aux prétraitements. Parmi eux, les prétraitements peu couteux par pourritures blanches sont attrayants mais ils ont été peu appliqués pour la digestion anaérobie. La présente étude explore les prétraitements par pourritures blanches de la paille de blé afin d’en améliorer sa méthanisation. Tout d’abord, une étape de sélection a révélé l’efficacité de la souche Polyporus brumalis BRFM 985 puisque 43% de méthane supplémentaire ont été obtenus par gramme de matières volatiles par comparaison avec la paille témoin. En prenant en compte les pertes de matières occasionnées par le prétraitement, cela correspondait à 21 % d’amélioration par gramme de matière sèche initiale. De plus, il a été montré que l’addition de glucose durant le prétraitement limitait la délignification et donc la production de méthane du substrat. Puis, des échantillons prétraités furent obtenus lors d’un plan d’expérience visant à optimiser le prétraitement par P. brumalis BRFM 985 ; les paramètres du prétraitement testés étaient : la durée et la température de culture, l’humidité initiale du substrat et l’addition de métaux. Les surfaces de réponse de la production de méthane à partir de ces échantillons furent construites. La production optimale de méthane ne fut pas atteinte dans le domaine expérimental testé mais l’impact positif de l’addition de métaux fut démontré, ainsi que l’importance de choisir une durée de culture adaptée. Ensuite, l’usage de la technique de la pyrolyse-GC-MS pour évaluer l’efficacité du prétraitement fut étudié. Une estimation de la quantité de biomasse fongique avec cette méthode apparaît possible. Le ratio polysaccharides/lignine déterminé par py-GC-MS a permis de classer des échantillons prétraités selon leur biodégradabilité anaérobie. La digestion anaérobie en voie sèche (DAVS) de paille de blé prétraitée en réacteur pilote fut menée en batch avec recirculation des lixiviats. Durant le démarrage de la DAVS, un trop fort S/I mène à une accumulation d’acides gras volatils (AGV) et parfois à la défaillance de la DAVS. Néanmoins, de forts S/I permettent de traiter plus de substrat et augmentent la production de méthane par volume de réacteur. Avec la paille de blé, des S/I entre 2 et 3 (en matières volatiles) permettent un bon démarrage de la DAVS. Alors qu’un ratio AGV totaux/alcalinité inférieur à 0,6 correspond à des réacteurs stables en digestion anaérobie voie liquide ; cette limite semble mal adaptée à la DAVS. Il fut observé que la DAVS pouvait récupérer d’une phase d’acidification tant que le ratio AGV totaux/alcalinité était inférieur à 2 et que la concentration en AGV était inférieure à 10 g/L dans les lixiviats. Malgré une amélioration de la biodégradabilité et une phase de démarrage facilitée, le prétraitement fongique non optimisé ne permit pas d’améliorer la production de méthane après prise en compte des pertes de matière occasionnées par le prétraitement. / Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass is one of the most efficient ways to produce renewable energy. However, lignin contained in this biomass is difficult to hydrolyze. This limitation can be overcome by pretreatments. Among them, low-cost white-rot fungi pretreatments seem attractive but were scarcely applied for anaerobic digestion. The current study investigates white-rot fungi pretreatments of wheat straw to improve its methane production. Firstly, a selection step has revealed the efficiency of Polyporus brumalis BRFM 985 since 43% more methane per gram of pretreated volatile solids were obtained compared to the control straw. Taking into account the dry weight loss occurring during the pretreatment, it still corresponded to 21% more methane per gram of initial total solids. Moreover, glucose addition during the pretreatment was shown to limit delignification and thus methane production from the substrate. Secondly, pretreated samples were obtained in an experiment device aiming to optimize the pretreatment with P. brumalis BRFM 985; tested pretreatments parameters were: culture duration, temperature, initial substrate moisture content and metals addition. Response surfaces of methane production from those samples were built. Optimum methane production was not reached in the experimental domain but the positive impact of metals addition was demonstrated, so as the importance to choose adequate culture duration. Then, the use of pyrolysis-GC-MS technic to access pretreatment efficiency was studied. Estimation of fungal biomass amount on wheat straw with this method appeared possible. Polysaccharides/lignin ratio determined with py-GC-MS allowed to classify some pretreated samples according to their anaerobic degradability. Solid State Anaerobic Digestion (SSAD) of wheat straw pretreated in pilot-reactor was carried out in batch with leachate recycle. During SSAD start-up phase, too high Substrate/Inoculum (S/I) ratio leads to Volatile Fatty Acid (VFA) accumulation and sometimes to reactor failure but with high S/I more substrate can be treated and methane production per reactor volume increases. With wheat straw, S/I between 2 and 3 (Volatile Solid basis) allow a successful start-up in SSAD. Whereas Total VFA/alkalinity ratio under 0.6 corresponds to stable wet anaerobic digestion; this limit seems not well adapted to SSAD. It was observed that SSAD reactors were able to recover from acidification phase when Total VFA/alkalinity was lower than 2 and with VFA concentrations inferior to 10 g/L in leachate. Despite the improvement of biodegradability and the facilitation of start-up phase, non-optimized fungal pretreatment did not improve methane production after taking into account mass losses occurring during the pretreatment.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-26Bitstream added on 2014-06-13T18:50:32Z : No. of bitstreams: 1 garcia_frc_me_sjrp.pdf: 955704 bytes, checksum: 9806aa186a96e3aa2085f64f368e2358 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de um reator anaeróbio compartimentado no tratamento de soro de queijo. Para tanto, foi utilizado um reator de 4,9 L com cinco compartimentos, inoculados com lodo biológico granulado obtido de uma indústria da região. O reator foi operado com variados tempos de residência hidráulicos (1 a 4 dias) e concentrações de soro de queijo que variaram de 2500 a 11000 DQO mg L-1. Foram efetuadas as análises de Acidez e Alcalinidade, Turbidez, pH, Demanda Química de Oxigênio (DQO), Sólidos Voláteis (SV) e Sólidos Totais (ST). A partir dos resultados obtidos, e devido às características do reator, foi possível compreender a dinâmica do processo anaeróbio, nas fases acidogênica e metanogênica, tanto na geração / desaparecimento da alcalinidade / acidez, como na redução da carga orgânica. Na primeira etapa da pesquisa, o soro de queijo da alimentação do reator foi diluído a uma DQO de 2500 mg L-1, e o reator mantido em quatro tempos de residência hidráulicos (TRH), 4, 3, 2 e 1 dia. Com TRH 4 dias, a redução da DQO foi de 96,3%. Com TRH 3 dias, o reator apresentou um problema de queda no pH e, devido a isso, foi dividido em duas partes: a primeira na qual o reator apresentou uma redução de 97,3% e a outra na qual a redução foi de 89,4%. Com TRH 2 dias, a redução de DQO foi de 89,5%; e com TRH 1 dia a redução foi de 50,5%. A segunda etapa da pesquisa contou com um aumento da concentração de soro de queijo na alimentação do reator, DQO 6000 mg L-1, e TRHs de 3, 2 e 1 dia. Com TRH 3 dias, a redução de DQO foi 80,7%, com TRH 2 dias 74,0% e com TRH 1 dia, a redução foi 33,5%. Na terceira etapa da pesquisa, a concentração do soro foi elevada para uma DQO de 11000 mg L-1, sendo testado o TRH 3 dias e como a eficiência do reator na redução da DQO apresentou um baixo valor, 47,1%, nenhum outro TRH foi testado. / This study aimed to evaluate the efficiency of an anaerobic baffled reactor treating cheese whey. For this, it was used a five-compartment reactor, 4.9 L, inoculated with granular sludge obtained from a biological industry in the region. The reactor was operated at different hydraulic residence times (HRT) from 1 to 4 days and the concentration of cheese whey was of 2500 to 11000 mg COD L-1. The procedures included analyses of acidity and alkalinity, turbidity, pH, chemical oxygen demand (COD), volatile solids (VS) and total solids (TS).From the results shown and due to the characteristics of the reactor, it was possible to understand the dynamics of the anaerobic process at the acidogenic and methanogenic stages both in the generation / disappearance of alkalinity / acidity and in reducing the organic load. In the first stage of research, the cheese whey used for feeding the reactor was diluted to a 2500 mg L-1 COD. The reactor was maintained at four hydraulic residence times (HRT) of 4, 3, 2 and 1 days. At a HRT of 4 days, the reduction in the COD was 96.3%. At a HRT of 3 days, the reactor had a problem - a decrease in pH and because of that, it was divided into two parts: in the first part the reactor showed a reduction of 97.3% and in the second one, the reduction was of 89.4%. At a HRT of 2 days, the reduction in the COD was of 89.5%; and at a HRT of 1 day, the reduction was of 50.5%. During the second stage of the survey, there was an increase of the concentration of cheese whey while feeding the reactor, COD 6000 mg L-1, and at a HRT of 3, 2 and 1 day. At a HRT of 3 days, the reduction in the COD was of 80.7%; at a HRT of 2 days, it was 74.0% and at a HRT of 1 day, the reduction was of 33.5%. In the third stage of the study, the concentration of whey was increased to a COD of 11000 mg L-1, being tested at a HRT of 3 days and since the efficiency of the reactor in the COD reduction showed a low value, 47.1%, no other HRT was tested.

Ao abordar o tema contaminação ambiental, logo se recorda a quantidade de resíduos domésticos e urbanos, que são gerados nas cidades e metrópoles, os quais muitas vezes não recebem nenhum tipo de tratamento. Porém, problemas de contaminação ambiental também estão vinculados à agricultura, onde são gerados resíduos orgânicos com elevados potenciais poluidores. Dessa forma, o projeto objetivou estudar o processo de codigestão anaeróbia de dejetos bovinos e suínos oriundos de sistemas de produção de suínos e atividade pecuária leiteira, como alternativa para tratamento destes tipos de matrizes, além de investigar a eficiência do biofertilizante produzido a partir das matrizes de resíduos em cultura de milho. Para isso, se coletaram amostras de dejetos de bovinos e suínos para caracterização e posterior utilização nos ensaios com tratamentos diferentes. Na sequência se fez a preparação das amostras para os ensaios utilizando-se de inoculos diferenciados (in natura, inoculo da rede de saneamento básico e inoculo isolado de dejeto bovino) com o propósito de avaliar a degradação dos dejetos via codigestão anaeróbia. Em cada ensaio citado se fizeram vinte tratamentos, via planejamento fatorial 2³, com seis pontos centrais, sendo as variáveis de entrada: tempo, fração de sólidos e razão de mistura; e as variáveis respostas (dependentes): pH, razão AV/AL, umidade, série de sólidos, razão SV/ST, redução de sólidos totais, DQO, redução de DQO, nitrogênio total, fósforo e potássio. Fez-se depois o estudo cinético do processo, se utilizando do ensaio in natura com proporção de mistura de 75% em dejeto suíno e 25% em dejeto bovino, com fração de sólidos de 8,9%, mediante Teste de Tukey. Após a estabilização da biomassa utilizada, fez-se a aplicação do biofertilizante em cultura de milho, comparando-se com fertilizante comercial (ureia), verificando-se o crescimento e desenvolvimento desta cultura. No planejamento fatorial se concluiu mediante análise de Tukey e considerando a importância de cada variável resposta que o ensaio in natura apresentou as melhores condições operacionais, pois se teve o maior número de variáveis respostas sendo consideradas satisfatórias, como razão AV/AL, razão SV/ST e redução da DQO. Observou-se durante o estudo cinético que a biomassa apresentou estabilização próxima aos vinte dias de tratamento, indicando a degradação orgânica dos dejetos em codigestão e produção de biofertilizante, o qual é mais estável e menos poluente ao ambiente, sendo utilizado como opção no processo de fertilização de culturas agrícolas como o milho. No que diz respeito à utilização do biofertilizante (40 kg.ha-1), notou-se semelhança deste se comparado à ureia (40 kg.ha-1) para o cultivo de milho, podendo ser uma alternativa interessante de destinação dos dejetos, diminuindo a poluição ambiental causada pelo manejo inadequado. / When discussing environmental contamination, just remember the amount of domestic and urban waste that are generated in towns and cities, which often do not receive any treatment. However, problems of environmental contamination are linked to agriculture, where organic waste with high potential polluters is generated. This way, the project had the objective of studying the anaerobic codigestion process of cattle and pig waste from the swine production systems and dairy farming activity, as an alternative to the treatment of these kinds of matrices, as well as to investigate the efficiency of biofertilizer matrices produced from the waste in cultured maize. For this, samples of manure from cattle and pigs were collected for characterization and subsequent use in the tests with different treatments. Then, the preparation of samples for the tests using the different inocula were made (in natura, inoculum of sanitation and inoculum isolated from bovine manure), in order to evaluate the degradation of waste via anaerobic codigestão. In each test mentioned twenty treatments were made, via 2³ factorial design with six central points, where the input variables: time, fraction of solids and mixing ratio; and the response variables (dependent): pH, ratio AV/AL, moisture, solids, ratio SV/ST, reduction of total solids, COD, reduction of COD, total nitrogen, phosphorus and potassium. It was made after the kinetic study of the process, using the test in natura mix ratio of 75% in swine manure and 25% in cattle manure with solid fraction of 8.9% by the Tukey test. After stabilization of the biomass used, there was the application of biofertilizers in crop maize compared with commercial fertilizer (urea), verifying the growth and development of this culture. In factorial design was completed by Tukey analysis and considering the importance of each variable response that the test in natura presented the best operating conditions, because it had the largest number of variable responses being considered satisfactory ratio as AV / AL, ratio SV / ST and COD reduction. It was observed during the kinetic study that biomass showed stabilization next to twenty days of treatment, indicating the degradation of organic waste in codigestão and biofertilizer production, which is more stable and less polluting to the environment, being used as an option in process fertilization of agricultural crops such as maize. Regarding the use of biofertilizers (40 kg.ha-1), this similarity was noted compared to urea (40 kg.ha-1) for the cultivation of maize and it may be an interesting alternative for allocation of waste, reducing environmental pollution caused by improper handling.

Ao abordar o tema contaminação ambiental, logo se recorda a quantidade de resíduos domésticos e urbanos, que são gerados nas cidades e metrópoles, os quais muitas vezes não recebem nenhum tipo de tratamento. Porém, problemas de contaminação ambiental também estão vinculados à agricultura, onde são gerados resíduos orgânicos com elevados potenciais poluidores. Dessa forma, o projeto objetivou estudar o processo de codigestão anaeróbia de dejetos bovinos e suínos oriundos de sistemas de produção de suínos e atividade pecuária leiteira, como alternativa para tratamento destes tipos de matrizes, além de investigar a eficiência do biofertilizante produzido a partir das matrizes de resíduos em cultura de milho. Para isso, se coletaram amostras de dejetos de bovinos e suínos para caracterização e posterior utilização nos ensaios com tratamentos diferentes. Na sequência se fez a preparação das amostras para os ensaios utilizando-se de inoculos diferenciados (in natura, inoculo da rede de saneamento básico e inoculo isolado de dejeto bovino) com o propósito de avaliar a degradação dos dejetos via codigestão anaeróbia. Em cada ensaio citado se fizeram vinte tratamentos, via planejamento fatorial 2³, com seis pontos centrais, sendo as variáveis de entrada: tempo, fração de sólidos e razão de mistura; e as variáveis respostas (dependentes): pH, razão AV/AL, umidade, série de sólidos, razão SV/ST, redução de sólidos totais, DQO, redução de DQO, nitrogênio total, fósforo e potássio. Fez-se depois o estudo cinético do processo, se utilizando do ensaio in natura com proporção de mistura de 75% em dejeto suíno e 25% em dejeto bovino, com fração de sólidos de 8,9%, mediante Teste de Tukey. Após a estabilização da biomassa utilizada, fez-se a aplicação do biofertilizante em cultura de milho, comparando-se com fertilizante comercial (ureia), verificando-se o crescimento e desenvolvimento desta cultura. No planejamento fatorial se concluiu mediante análise de Tukey e considerando a importância de cada variável resposta que o ensaio in natura apresentou as melhores condições operacionais, pois se teve o maior número de variáveis respostas sendo consideradas satisfatórias, como razão AV/AL, razão SV/ST e redução da DQO. Observou-se durante o estudo cinético que a biomassa apresentou estabilização próxima aos vinte dias de tratamento, indicando a degradação orgânica dos dejetos em codigestão e produção de biofertilizante, o qual é mais estável e menos poluente ao ambiente, sendo utilizado como opção no processo de fertilização de culturas agrícolas como o milho. No que diz respeito à utilização do biofertilizante (40 kg.ha-1), notou-se semelhança deste se comparado à ureia (40 kg.ha-1) para o cultivo de milho, podendo ser uma alternativa interessante de destinação dos dejetos, diminuindo a poluição ambiental causada pelo manejo inadequado. / When discussing environmental contamination, just remember the amount of domestic and urban waste that are generated in towns and cities, which often do not receive any treatment. However, problems of environmental contamination are linked to agriculture, where organic waste with high potential polluters is generated. This way, the project had the objective of studying the anaerobic codigestion process of cattle and pig waste from the swine production systems and dairy farming activity, as an alternative to the treatment of these kinds of matrices, as well as to investigate the efficiency of biofertilizer matrices produced from the waste in cultured maize. For this, samples of manure from cattle and pigs were collected for characterization and subsequent use in the tests with different treatments. Then, the preparation of samples for the tests using the different inocula were made (in natura, inoculum of sanitation and inoculum isolated from bovine manure), in order to evaluate the degradation of waste via anaerobic codigestão. In each test mentioned twenty treatments were made, via 2³ factorial design with six central points, where the input variables: time, fraction of solids and mixing ratio; and the response variables (dependent): pH, ratio AV/AL, moisture, solids, ratio SV/ST, reduction of total solids, COD, reduction of COD, total nitrogen, phosphorus and potassium. It was made after the kinetic study of the process, using the test in natura mix ratio of 75% in swine manure and 25% in cattle manure with solid fraction of 8.9% by the Tukey test. After stabilization of the biomass used, there was the application of biofertilizers in crop maize compared with commercial fertilizer (urea), verifying the growth and development of this culture. In factorial design was completed by Tukey analysis and considering the importance of each variable response that the test in natura presented the best operating conditions, because it had the largest number of variable responses being considered satisfactory ratio as AV / AL, ratio SV / ST and COD reduction. It was observed during the kinetic study that biomass showed stabilization next to twenty days of treatment, indicating the degradation of organic waste in codigestão and biofertilizer production, which is more stable and less polluting to the environment, being used as an option in process fertilization of agricultural crops such as maize. Regarding the use of biofertilizers (40 kg.ha-1), this similarity was noted compared to urea (40 kg.ha-1) for the cultivation of maize and it may be an interesting alternative for allocation of waste, reducing environmental pollution caused by improper handling.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1010298 bytes, checksum: a5a24de3f4abc4b3987d2584b46eea8f (MD5) Previous issue date: 2009-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The waste from fruit and vegetables and the discharge of domestic and industrial wastewaters in an unacceptable way cause serious problems for the majority of cities in Brazil and the rest of the world. The residues from fruit and vegetables and domestic and industrial wastewater could be treated jointly by the process of anaerobic digestion resulting in the production of energy and a reduction in negative environmental impacts. The principal objective of this work was to study the kinetics of the process of anaerobic biostabilization of vegetable residual solids (RSV), treated at different concentrations of total solids with the view to optimizing energy production and anaerobic biostabilization. To execute this study a completely mixed, compartmentalized anaerobic reactor comprising three compartments separated by glass plates with unit volumes of 25 litres, was designed, installed and monitored,. The resulting products from anaerobic biostabiliztion in the form of semi-solids were monitored weekly except for pH, total alkalinity and volatile fatty acids which jointly with biogas production were monitored twice weekly during a the total monitoring period of 294 days. The work was divided into two stages. In the first stage a substrate comprising twelve different types of vegetable solid waste with a total solids concentration equal to 75, 4 g/L was used. In the second stage the concentration of total solids applied to compartments C1, C2 and C3 were 40, 22.6 and 23.2 g/L respectively, with the with the level of humidity being adjusted by the addition of domestic sewage. The maximum percentage of methane in the biogas was 61.5% obtained in the first compartment (C1) of the reactor during the second experimental stage. The maximum kinetic constants for bioconversion (k) for COD total and soluble, TKN and sulphate during the first stage were respectively 3.86 x 10-2, 3.01 x 10-2, 4.75 x 10-2 and 2.13 x 10-2d-1. During the second stage of the study the values maximum obtained were 1.28 x 10-2, 1.90 x 10-2, 2.90 x 10-2 and 3.22 x 10-2d-1, for COD total and soluble, TKN and sulphate respectively. / O desperdício de frutas e verduras e o lançamento de águas residuárias domésticas ou industriais de forma inadequada representam sérios problemas para maioria das cidades do Brasil e do mundo. Os resíduos de frutas e verduras e as águas residuárias domésticas e industriais podem ser tratados de forma conjugada pelo processo de digestão anaeróbia, resultando no aproveitamento energético e na redução de impactos ao meio ambiente. O objetivo principal deste trabalho foi o estudo cinético do processo de bioestabilização anaeróbia de resíduos sólidos vegetais (RSV), tratados com diferentes concentrações de sólidos totais, visando o aproveitamento do potencial energético e consequentemente a bioestabilização anaeróbia do material orgânico. Para realização deste trabalho foi projetado, construído, instalado e monitorado um reator anaeróbio compartimentado de mistura completa, contendo três câmaras individuais de reação, construídas com placas de vidro, com volumes unitários de 25 litros. Os produtos resultantes do processo de bioestabilização anaeróbia que se encontravam na forma semi-sólida foram monitorados semanalmente, exceto pH, alcalinidade total e ácidos graxos voláteis que juntamente com o biogás foram monitorados duas vezes por semana; o período total de monitoração foi de 294 dias. O trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, o substrato constituído por doze diferentes tipos de (RSV) foi digerido a uma concentração de sólidos totais igual a 75,4 g/L. Para realização da segunda etapa, a concentração de sólidos totais aplicada às câmaras C1, C2 e C3 foram de 40; 22,8 e 23,2 g/L respectivamente, haja vista o teor de umidade do substrato preparado ter sido ajustado com adição esgoto doméstico. A porcentagem máxima de metano contido no biogás foi de 61,5%, obtida para primeira câmara de reação, no decorrer da segunda etapa. A produção máxima de biogás foi de 56 litros, também obtida na primeira câmara C1, ao longo da segunda etapa. Os valores máximos das constantes cinéticas de bioconversão (k) obtidos no decorrer da primeira etapa para DQOt, DQOs, NTK e sulfato foram respectivamente 3,86.10-2, 3,01.10-2, 4,75.10-2 e 2,13.10-2d-1. Durante a segunda etapa do trabalho os valores máximos obtidos foram de 1,28.10-2, 1,90.10-2, 2,90.10-2 e 3,22.10-2d-1 para DQOt, DQOs, NTK e sulfato, respectivamente.

O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a performance e a estabilidade operacional de uma nova configuração de um reator anaeróbio híbrido (RAH) que combina um filtro anaeróbio de fluxo descendente seguido de uma câmara de manta de lodo de fluxo ascendente comparativamente ao reator UASB nas mesmas condições operacionais aplicados ao tratamento de esgoto sanitário. A avaliação da eficiência de remoção de remoção da matéria orgânica e dos sólidos suspensos nos reatores piloto foi por meio de testes da DQO, DBO, sólidos em suspensão totais (SST) e dos sólidos em suspensão voláteis (SSV).Os reatores UASB e RAH foram operados por um período de 240 dias na fase 1 e 150 dias na fase 2 com vazão afluente de 1,6 m3/h e TDH de 11,8 h. O TDH médio na câmara de entrada do RAH foi de 2,7h e de 9,1h na câmara ascendente de manto de lodo. Os reatores piloto apresentaram capacidade de tratamento para suportar os choques de carga orgânica devido à variabilidade do esgoto bruto. A eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de DQO foi de 66% e 59% para o UASB e RAH, a eficiência de remoção de SST atingiu valores de 65% e 63% respectivamente, aliás, o reator UASB apresentando valores superiores de desempenho operacional em quase todos os parâmetros de monitoramento dos processos de digestão anaeróbia os valores médios dos parâmetros DQO, DBO5, SST e SSV não tiveram diferenças estatisticamente significativas. O pH para os sistemas piloto esteve na faixa ideal para o desenvolvimento dos microorganismos anaeróbios (6,5 a 7,5) e a alcalinidade e os AGVs demonstraram estabilidade dos reatores, corroborados pela estabilidade do pH no interior de cada sistema. A velocidade ascensional na câmara de manta de lodo (0,45 m/h) não causou efeito adverso na qualidade do efluente em termos de SST, com valor médio de 39,8 mg/L, na mesma faixa observada no reator UASB (41,6 mg/L). Foi observada menor concentração de biomassa no reator RAH (distribuição vertical) comparativamente ao reator UASB segundo os perfis verticais de lodo, entretanto, este fato não comprometeu a sua eficiência de remoção de matéria orgânica e dos sólidos suspensos. A retirada do lodo de excesso dos sistemas piloto foi baseada na relação STV/ST para estimar a fração de biomassa, a freqüência do descarte foi de 1 vez por mês retirando o equivalente aos 10% do volume de lodo das tomadas que apresentaram uma fração de STV menor que 50%. É viável a implementação da turbidez como parâmetro de detenção de perdida de lodo no efluente dos reatores anaeróbios devido a que a turbidez e os SST apresentaram uma relação direta o que ajudaria a simplificar mecanismos de controle operacional para a toma de decisões nas estações de tratamento, sendo que a turbidez é um parâmetro de leitura rápida “in situ” e poderia advertir do excesso de lodo ao interior do reator. Foram empregados diferentes métodos titrimétricos para a determinação dos AGVs no efluente do RAH e UASB. Após análise dos resultados, recomenda-se o uso do método de KAPP e RIPLEY para a determinação dos AGVs pela simplicidade metodológica e pela rapidez na obtenção do resultado. / This study aimed to evaluate the performance and operational stability of a new configuration of a hybrid anaerobic reactor (RAH) combining an anaerobic filter downflow followed by a sludge blanket chamber upflow compared to UASB in same operating conditions applied to sewage treatment. The evaluation of organic matter removal and removal efficiency of suspended solids in the pilot reactor was by testing COD, BOD, total suspended solids (TSS) and volatile suspended solids (VSS). The RAH and UASB reactors were operated for a period of 240 days in the first phase and 150 days in phase 2 with the inlet flow of 1,6 m3/h and 11,8h TDH. The average TDH RAH in the inlet chamber was 2.7h and 9,1h in ascending chamber sludge blanket. Pilot reactors showed treatment capacity to support organic shock loads due to the variability of raw sewage. The organic matter removal efficiency in terms of COD was 66% and 59% for the UASB and RAH, the TSS removal efficiency reached values of 65% and 63% respectively, by the way, the UASB presenting performance values higher operational in almost all parameters of the monitoring anaerobic digestion processes mean values of the parameters COD, BOD5, TSS and VSS were not statistically significant differences. The pH for the pilot systems was in the ideal range for the development of anaerobic microorganisms (6,5 to 7,5) and alkalinity and Volatile Fatty Acids (VFA) demonstrated stability of reactors corroborated by the pH stability within each system. The upflow velocity in the sludge blanket chamber (0,45 m/h) caused no adverse effect on effluent quality in terms of TSS, with an average of 39,8 mg/L, in the same range observed in UASB (41,6 mg/L). It was observed lower concentration of biomass in the reactor RAH (vertical distribution) compared to UASB second vertical sludge profiles, however, this fact did not compromise its removal efficiency of organic matter and suspended solids. The withdrawal of the pilot systems excess sludge was based on TSV/TS ratio to estimate the biomass fraction, the frequency of disposal was 1 once a month by removing the equivalent of 10% of the outlets sludge volume that had a fraction of TSV less than 50%. The implementation of turbidity as sludge lost detention parameter is viable in the effluent of the anaerobic reactors due to turbidity and TSS showed a direct relationship which would help simplify operational control mechanisms for decision making in treatment plants, wherein the turbidity is a quick read parameter "in situ" and could warn of excess sludge inside the reactor. Different titrimetric methods were employed for the determination of VFA and the effluent from the UASB and RAH. After analyzing the results, we recommend the use of KAPP and RIPLEY method for the determination of VFA by methodological simplicity and speed in obtaining results.

No Brasil, apesar do desenvolvimento mais acentuado na suinocultura, é na bovinocultura que se encontra o maior potencial para a digestão anaeróbia no tratamento de dejetos animais. O último Censo Agropecuário revelou uma tendência de concentração da criação de bovinos de leite e corte, além da migração para a região amazônica, resultando em maior pressão sobre a floresta nativa. Também evidenciou que a maior parte dos dejetos ainda é utilizada in natura. O aproveitamento em biodigestores dos dejetos coletáveis de um rebanho com aproximadamente 200 milhões de bovinos poderia resultar na auto-suficiência energética do setor agropecuário brasileiro. Os principais desafios encontram-se na dispersão destes resíduos e num entendimento limitado dos benefícios dos subprodutos da biodigestão, em especial o valor econômico e ambiental do biofertilizante. As ferramentas disponíveis costumam tratar separadamente as duas vertentes, uma energética associada ao biogás e a outra agronômica associada ao biofertilizante. Este trabalho apresenta uma abordagem original deste problema através do desenvolvimento de uma ferramenta que trata estas vertentes simultaneamente, através da simulação da dinâmica dos nutrientes no sistema solo-planta-animal. Partiu-se do modelo Century, tornando dinâmicos os parâmetros dos seus módulos GRAZING e OMAD (pastejo e adição de matéria orgânica, respectivamente). Para isso foram incorporadas rotinas que simulam o manejo dos animais, nutrição animal, manejo dos dejetos e digestão anaeróbia. O Modelo Century Modificado (MCM) foi capaz de simular a composição dos dejetos (carbono, nitrogênio e lignina), perda de nitrogênio no solo em função de diversas taxas de ocupação, o consumo dos animais em função da qualidade da espécie forrageira, entre muitos outros parâmetros. O MCM foi aplicado ao pastejo de braquiária por bovinos na zona da mata mineira (Coronel Pacheco), no período após a remoção da mata atlântica e conversão em pastagem e revelou que a biodigestão dos dejetos pode contribuir para a sustentabilidade econômica e ambiental dos bovinocultores de diversas formas. A redução das perdas de nitrogênio resulta em menor demanda de adubos nitrogenados e aumenta os benefícios e competitividade dos biodigestores. Na comparação com o manejo tradicional, verifica-se que os compartimentos ativos de C e N são fortemente impactados pela estratégia de manejo dos dejetos. O uso do MCM revela também que a digestão anaeróbia pode viabilizar maiores taxas de ocupação e a suplementação alimentar pode interferir com a estratégia de manejo dos dejetos. O modelo pode auxiliar em análises de emissões de gases de efeito-estufa, inclusive emissões entéricas, por incorporar a dinâmica de carbono em todos os componentes do sistema: solo, plantas e animais. Com parâmetros adequadamente escolhidos pode-se conduzir análises para qualquer região, não se limitando à região alvo do trabalho. / In Brazil, despite greater development with swine manure, anaerobic digestion finds its greatest potential in cattle sector when manure treatment is concerned. The last Livestock and Agriculture Census revealed a clear trend towards more concentrated milk and beef cattle breeding, besides migration to the Amazon Region, leading to higher pressure over the native forest. Also showed that manure is mainly used in natura. Collectable manure treatment with biodigesters considering a herd of approximately 200 million cattle heads would allow Brazilian livestock and agriculture sectors to be energetically self-sustainable. Main challenges are dispersion of manure availability and limited understanding of benefits associated with anaerobic digestion byproducts, especially digestate economic and environmental valuation. Available tools normally focus on two branches separately, one directed to energy associated to biogas and the other, agronomic, linked to the digestate. This thesis presents an original approach to this problem through the development of a tool that addresses these two branches simultaneously through the simulation of nutrients dynamics in soil-plant-animal system. Starting point was the Century Model, turning GRAZING and OMAD modules parameters into dynamic variables. New routines were developed and incorporated aimed at simulating herd evolution, animal nutrition, manure management and anaerobic digestion. The Modified Century Model (MCM) successfully simulated manure composition (carbon, nitrogen and lignin), soil nitrogen losses for different animal occupation rates and intake versus feed characteristics, among many other parameters. MCM was applied to brachiaria grazing by cattle at the zona da mata mineira (Coronel Pacheco) after Atlantic forest removal and revealed that anaerobic digestion can contribute to economic, energetic and environmental sustainability of cattle operations in many ways. Reduction of nitrogen losses leads to lower demand of nitrogenated fertilizers and increases the benefits and competitiveness of biodigestors. In comparison to traditional management, C and N active pools are strongly impacted by manure treatment strategies. MCM also shows that anaerobic digestion can lead to denser animal occupation rates and that supplements can impact manure management strategy. MCM can support greenhouse gases emission analysis, including enteric emissions, considering carbon dynamics in all related elements: soil, plants and animals. With parameters adequately chosen analysis can be developed for any region, not limited to the targeted region of this thesis.

Duas questões da sociedade do século XXI podem ser destacadas: a grande geração de resíduos; a carência por sistemas de tratamento adequado desses resíduos; e a crescente demanda por energia. A busca por alternativas para lidar com essas questões vem mobilizando os setores público e privado no sentido de explorar soluções ainda não praticadas na maior parte do mundo em desenvolvimento. A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), instituída pela Lei nº 12.305/2010, estabeleceu um novo paradigma na gestão de resíduos sólidos no Brasil. Entre as mudanças apresentadas, uma das mais relevantes é a exclusividade de destinação de apenas rejeitos aos aterros sanitários, sendo os rejeitos entendidos como os resíduos que não mais apresentam possibilidade de tratamento. O cumprimento dessa lei irá requerer o estudo de alternativas de tratamento de resíduos gerados na fase anterior à sua disposição final. Entre as soluções possíveis está o seu aproveitamento energético, também previsto na PNRS. Nesse contexto, esta dissertação busca analisar duas tecnologias de tratamento de resíduos digestão anaeróbia e incineração e verificar suas respectivas viabilidades econômicas, tendo como objeto o cenário brasileiro, com foco especial no estado de São Paulo. Os resultados obtidos indicam que, respeitando-se as diretrizes da PNRS, entre os métodos de tratamento de resíduos sólidos urbanos analisadas, a digestão anaeróbia se mostrou mais viável do que a incineração para as regiões estudadas. Tais resultados tomaram como pressuposto que a PNRS é uma lei que deverá ser cumprida e exigida tal como se apresenta, e seu cumprimento implicará numa mudança significativa do modo como é feita a gestão de resíduos sólidos no país. Adicionalmente, as análises realizadas apontaram que, além dos aspectos econômicos, aspectos ambientais, sociais e culturais também são de fundamental importância na tomada de decisão por uma opção tecnológica adequada dos RSU. / Three issues of the XXI century society can be pointed out: The increasing volume of waste generation, the lack of adequate waste treatment systems and the increasing demand of energy. The search for alternatives to deal with these issues is calling the attention of both public and private agents who are engaged in exploring solutions not yet in place in most part of developing countries. The National Policy on Solid Waste (PNRS), established by the Law # 12,305/2010, set a new paradigm for the solid waste management in Brazil. Amongst the proposed changes, one of the most relevance is the destination of the so-called \"rejects\" to landfill, in which \"rejects\" stands for the residues that can no longer be processed. To abide by this law will require the analysis of alternatives for treating the residues prior to their final disposal. Amongst the possible solutions, there is the utilization of residues to generate electric energy. In this context, this master\'s thesis examines the two of the most used technologies in the developed world anaerobic digestion and incineration and evaluation their economic feasibility in the Brazilian scenario, particularly in the State of São Paulo. The analysis took as an assumption that the PNRS is a law that shall be enforced as it was stated, and that its compliance will require in a significant change in the way the solid waste management is done within the country. For the regions analyzed, our results showed that, under the PNRS requirements, the anaerobic digestion appeared to be more feasible than the incineration technology. Additionally, our work also indicates that, beyond the economic aspects, other issues such as environmental, social and cultural ones are fundamental for the decision making regarding the best technology applied in urban solid waste process.

O objetivo do presente trabalho foi a avaliação das características operacionais de um reator UASB sem o dispositivo de coleta de gás (separador trifásico) e sem o anteparo retentor de escuma posicionado próximo à canaleta de coleta do efluente. A motivação para esta pesquisa foi o interesse manifestado pelas companhias de saneamento em aplicar esta simplificação, que poderá implicar em economia na implantação dos reatores e praticamente na eliminação da necessidade de remoção de escuma. Utilizou-se um reator UASB com tais simplificações com volume útil de 24,5 m3 e estabeleceu-se uma estratégia operacional com aumento gradual da vazão de alimentação, compondo quatro fases de operação, com tempos de retenção hidráulica respectivamente de 16, 12, 10 e 8 horas. As vazões foram mantidas constantes em cada fase, com exceção da última, em que se impôs dois picos de vazão ao longo dia. O reator manteve-se operando com eficiências médias de remoção de DQO total, respectivamente, de 65,9%, 60,3%, 48,7% e 15,0%. De modo geral, pode-se afirmar que o reator piloto não apresentou o desempenho esperado, em termos de remoção de matéria orgânica, para TDH de 8 horas. Quanto ao perfil de sólidos no manto de lodo, nas duas primeiras etapas (TDH de 16 e 12 horas), o teor de sólidos daquele foi elevado, mas reduziu-se drasticamente a partir da etapa com TDH de 10 horas. Na última etapa, o comportamento da manta de lodo foi pouco previsível, observando-se progressivo arraste de sólidos do reator. Em função da grande perda de sólidos, acredita-se que o artifício empregado possa ser utilizado com melhor desempenho com a implantação de um decantador a jusante do reator ou mediante a aplicação de um pós-tratamento que garanta a recuperação dos sólidos perdidos (por exemplo, lodos ativados). Outra alternativa é a própria substituição do UASB pelo decantador primário antes de um pós-tratamento aeróbio. / The objective of this study was to evaluate the operational characteristics of a UASB reactor without the gas collection device (three phase separator) and without the scum retainer screen positioned near the effluent collection channel. The motivation for this research was the interest shown by sanitation companies to apply this simplification, which can result in savings in the implementation of the reactors and practically in eliminating the need of scum removal. An UASB reactor was used with such simplifications with a volume of 24.5 m3 and an operational strategy was established with gradual increase of the feed flow, consisting of four operating phases, with hydraulic retention times, respectively, of 16, 12, 10 and 8 hours. The flows were kept constants at each operating phase, except the last, which was imposed two peak flows throughout the day. The reactor was kept operating with efficiency of COD removal, respectively, of 65.9%, 60.3%, 48.7% and 15,0%. Generally, the pilot reactor had not the expected performance in removal of organic matter, with hydraulic retention time of 8 hours. In the first two fases (HDT of 16 and 12 hours), solid\'s content in sludge blanket was high, but had reduced significantly from the second fase, with 10 hours of HDT. In the last fase, the sludge blanket behavior was bit predictable, with progressive drag of solids from reactor. Because of high solids loss, it is believed that the applied device can be used with better performance with the implantation of a settler after the reactor or a post-treatment that ensures the lost solids recovery (for example, activated sludge). Another alternative is the replacement of UASB by the primary clarifier before aerobic post-treatment.