The National Solid Waste Policy recommends that, in adequate final disposal, only unserviceable waste should be released, which it is not the case of organic waste that accounts more than half of the municipal solid waste generation in the country. In this context, this research aimed to develop a proposal for a selective collection of the organic fraction of household solid waste (OFHSW) in Pici neighborhood, Fortaleza-CE, aiming its use for the generation of biogas from the anaerobic digestion. This research occurred in 05 (five) steps, namely: the development of the environmental education (EE) program; physical characterization of household solid waste (HSW); the implementation of a selective collection program of OFHSW; the physical and chemical characterization of OFHSW; and the anaerobic biodegradability tests. Initially, a socio-environmental questionnaire was applied to a total of 175 residences, in which most of its residents presented favorable socioeconomic characteristics for the development of this project. The HSW sampled showed a high average of per capita generation (0.93 Kg/hab.dia), low apparent specific weight (average of 156 Kg/mÂ) and high percentage of organic matter (average of 55.9%). In regard to the participation in the selective collection program, there was a potential participation of 61% of the residences, from which 33% effectively donated a clean OFHSW. The OFHSW showed slightly acidic characteristics, consisting of 74% moisture and 26% of TS, being basically composed of putrescible organic matter (VS = 92.15% TS on average) and rich in nutrients (average of TP= 0.68% and TKN = 1.43%). In biodegradability tests to analyze the effect of operating conditions, better results were found of SMA, biogas production and composition and COD removal in the flasks incubated at a speed of 150 rpm and with addition of 1 g/L of alkalizing. The pretreatment type that provided a higher biodegradability of OFHSW was the thermal one, in which the matter was exposed to a 30 minutes process of autoclaving, where were identified the largest removals of VS (41% removed), COD (56% removed) and value of SMA (1.0777 gCOD-CH4/gVS.d). It is also emphasized that in all the biodegradability tests, about 60% or more of the biogas composition was methane. It was observed that EE actions were able to provide a representative participation of the population in the OFHSW segregation / A PolÃtica Nacional de ResÃduos SÃlidos preconiza que na disposiÃÃo final adequada somente os rejeitos devem ser lanÃados, nÃo sendo o caso dos resÃduos orgÃnicos, que constituem mais da metade dos resÃduos sÃlidos urbanos gerados no paÃs. Diante desse contexto, esta pesquisa teve como principal objetivo desenvolver uma proposta de coleta seletiva da fraÃÃo orgÃnica dos resÃduos sÃlidos domiciliares (FORSD) no bairro Pici, Fortaleza-CE, visando sua utilizaÃÃo para a geraÃÃo de biogÃs a partir da biodigestÃo anaerÃbia. Esta pesquisa ocorreu em 05 (cinco) etapas, sendo elas: o desenvolvimento do programa de educaÃÃo ambiental (EA); a caracterizaÃÃo fÃsica dos resÃduos sÃlidos domiciliares (RSD); a implantaÃÃo do programa de coleta seletiva da FORSD; a caracterizaÃÃo fÃsica e quÃmica da FORSD; e, os ensaios de biodegradabilidade anaerÃbia. Inicialmente, aplicou-se questionÃrio socioambiental, abordando-se um total de 175 residÃncias, com um pÃblico que possuiu, em sua maioria, caracterÃsticas socioeconÃmicas favorÃveis ao desenvolvimento deste projeto. O RSD amostrado apresentou uma geraÃÃo per capita mÃdia elevada (0,93 Kg/hab.dia), baixo peso especÃfico aparente (156 Kg/mÂ, em mÃdia) e percentual de matÃria orgÃnica elevada (mÃdia de 55,9%). Quanto à participaÃÃo no programa de coleta seletiva, registrou-se uma participaÃÃo em potencial de 61% das residÃncias e com 33% doando efetivamente a FORSD limpa. A FORSD apresentou caracterÃsticas ligeiramente Ãcidas, constituÃda de 74% de umidade e 26% de ST, sendo basicamente composta por matÃria orgÃnica putrescÃvel (STV = 92,15% dos ST, em mÃdia) e rica em nutrientes (mÃdia de PT = 0,68% e de NTK = 1,43%). Nos ensaios de biodegradabilidade, para anÃlise da influÃncia das condiÃÃes operacionais, foram encontrados melhores resultados de AME, produÃÃo e composiÃÃo de biogÃs e remoÃÃo de DQO nos frascos incubados a uma rotaÃÃo de 150 rpm e com adiÃÃo de 1g/L de alcalinizante. O tipo de prÃ-tratamento que proporcionou maior biodegradabilidade da FORSD foi o tÃrmico submetido a 30 minutos no processo de autoclavagem, em que foram registrados as maiores remoÃÃes de STV (41% removido), DQO (56% removida) e valor de AME (1,0777 gDQO-CH4/gSTV.d). Ressalta-se tambÃm que nos ensaios de biodegradabilidade cerca de 60% ou mais da composiÃÃo do biogÃs era gÃs metano. Observou-se que as aÃÃes de EA proporcionaram uma participaÃÃo representativa da populaÃÃo na segregaÃÃo da FORSD.

A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano. / Anaerobic digestion is an alternative for treating waste with high concentrations of organic matter. Through anaerobic processes biogas production is possible, which represents environmentally friendly renewable energy source. High lipid concentrations, however, although having high methanogenic potential, may negatively interfere with the treatment systems causing microbial activity inhibition and, consequently, depleting the production of methane. This project evaluated the effect of addition of cellulosic fibers in the anaerobic digestion process of high concentrations of fatty residues from dairy effluents. Therefore, sugarcane bagasse fibers were used in natura and pretreated by the following methods: organosolve, hydrothermal, steam explosion and dilute acid. The use of the fibers had the objective to control the inhibition caused by the products of the hydrolysis of lipids through adsorption and thus decrease the concentrations of such compounds in the medium. We also had the hypothesis that the cellulosic fibers could act as co-substrate in the anaerobic digestion process. Initially, anaerobic biodegradability tests were set with increasing concentrations of fatty residue, which resulted in relation entity substrate and microorganism of 0.057; 0.12; 0.24; 0.37 and 0.57 g COD / gSTV. The assay in which severe inhibition was verified (0.37 g COD/gSTV) was repeated with addition of treated and untreated fibers. The sugarcane bagasse showed potential as adsorbent because the methanogenic yields in the presence of the fibers were higher than the inhibited condition, without addition of that material. The addition of pretreated fibers by organosolv method resulted in higher methane production.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-15T10:47:06Z No. of bitstreams: 1 julianaalvesresende.pdf: 4187528 bytes, checksum: 3a29cc184829c26eb33ffecc869ae841 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T12:21:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 julianaalvesresende.pdf: 4187528 bytes, checksum: 3a29cc184829c26eb33ffecc869ae841 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T12:21:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 julianaalvesresende.pdf: 4187528 bytes, checksum: 3a29cc184829c26eb33ffecc869ae841 (MD5) Previous issue date: 2013-12-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Digestão anaeróbia é uma alternativa sustentável para utilização de dejetos animais como insumo energético. Neste contexto, a dinâmica da comunidade microbiana, inativação de patógenos ou mesmo disseminação de genes de resistência durante o processo de biodigestão se torna relevante. Este trabalho avaliou a diversidade taxonômica (domínios Bacteria e Archaea) e a persistência de grupos bacterianos de relevância e resistência a drogas antimicrobianas, em dois biodigestores contínuos de escala piloto operados a temperatura ambiente em duas estações, verão e inverno. O substrato era composto de fezes bovinas frescas diluídas com água de lavagem dos pisos (sólidos totais de 2 a 3%). Amostras do biogás foram coletadas para determinação dos teores de metano. Para análises físico-químicas dos afluentes (carregamento inicial) e efluentes, alíquotas foram coletadas ao longo de 60 dias de fermentação para análises de sólidos totais, voláteis e pH. Análises das comunidades microbianas foram realizadas por PCR quantitativo (qPCR), PCR-single strand conformation polymorphism (SSCP) e análise metagenômica. A densidade de diferentes grupos bacterianos foi realizada por contagem direta. Linhagens bacterianas foram identificadas bioquimicamente utilizando kits comerciais. A susceptibilidade a drogas foi determinada por diluição em ágar. Quantificação de genes que codificam resistência aos macrolídeos (ermB), aminoglicosídeos (aphA2) e beta-lactâmicos (blaTEM-1) foram observadas por qPCR. A taxonomia de bactérias clinicamente relevantes foi ainda avaliada, por similaridade, a partir de um banco de dados criado com 30 sequências de DNA codificadoras para o 16S rRNA de bactérias potencialmente patogênicas. Independente da estação, o processo de biodigestão apresentou desempenho semelhante, com taxas de rendimento médio e teores de metano, 59,2% no verão e 53,7% no inverno. A dinâmica e os valores médios do número de cópias do gene V3 Bacteria e Archaea também foram semelhantes. Ocorreram alterações na composição (filo e famílias) das comunidades microbianas entre as estações e estas mudanças não influenciaram na produção de metano. Provavelmente, ocorreu uma redundância de grupos capazes de realizar funções similares. Foram verificadas reduções significativas de grupos bacterianos de relevância clínico-microbiológica viáveis em ambas as estações. Apesar disso, bactérias multirresistentes foram detectadas tanto nos afluentes como nos efluentes. Cocos Gram-positivos (CGP), o grupo mais prevalente, foi resistente à penicilina e levofloxacino, enquanto resistência à ampicilina, ampicilina-sulbactam e cloranfenicol foi observado com maior frequência entre os bacilos Gram-negativos da família Enterobacteriaceae (ENT) e não fermentadores (BGN NF). Enterococcus spp. foram os CGP isolados com maior frequência e entre os BGN, Escherichia coli foi o mais abundante. Houve redução no número de cópias de todos os genes de resistência (ermB, aphA2 e blaTEM-1) durante o processo de biodigestão, porém mantidos níveis preocupantes nos efluentes. Taxonomia bacteriana avaliada por similaridade das sequências mostrou Clostridium spp., Acinetobacter e Strenotrophomonas como as bactérias mais identificadas. Apesar dos dados apresentados nesse estudo endossarem a digestão anaeróbia como solução importante para reciclagem e produção de energia, levanta preocupações sobre riscos de caráter sanitários durante o processo. Além disso, discussões a respeito do uso de antimicrobianos na pecuária leiteira são necessárias. / Anaerobic digestion is a sustainable alternative to using animal waste as an energy source. In this context, the dynamics of the microbial community, inactivation of pathogens or even spread of resistance genes during the process of digestion becomes relevant. This study evaluated the taxonomic diversity (Bacteria and Archaea domains) and the persistence of bacterial groups of relevance and resistance to antimicrobial drugs, analyzing two continuous pilot scale digesters operated at ambient temperature in two seasons, summer and winter. The substrate was composed fresh cow dung diluted with water for washing floors (total solids 2 to 3%). Biogas samples were collected to determine the levels of methane. For physico-chemical analysis of influent (initial load) and effluent, aliquots were collected during 60 days of fermentation for analyzes of total volatile solids and pH. Analyzes of microbial communities were performed by quantitative PCR (qPCR), PCR-single-strand conformation polymorphism (SSCP) analysis and metagenomics. The density of different bacterial groups was performed by direct counting. Bacterial strains were identified biochemically using commercial kits. The drug susceptibility was determined by the agar dilution method. Quantification of genes encoding resistance to macrolides (ermB), aminoglycosides (aphA2) and beta-lactams (blaTEM-1) were observed by qPCR. The taxonomy of clinically relevant bacteria was further evaluated by similarity from a database created with 30 DNA sequences coding for 16S rRNA of potentially pathogenic bacteria. Independent of season, the process of digestion showed similar performance, with rates average yield and percent methane, 59.2% in summer and 53.7% in winter. The dynamics and the average values of the number of copies of the gene V3 Bacteria and Archaea were also similar. Changes occurred in the composition (phylum and families) of the microbial communities between seasons and these changes did not influence the production of methane. Probably occurred a redundancy group able to perform similar functions. Significant reductions of bacterial groups of clinical and microbiological relevance viable in both seasons were observed. Despite this, multiresistant bacteria were detected in both the affluents and effluents. Gram-positive cocci (GPC), the most prevalent group was resistant to penicillin and levofloxacin, while ampicillin, ampicillin-sulbactam, chloramphenicol was observed more frequently among Gram-negative rods of the Enterobacteriaceae family (ENT) and not fermenters (NF GNR). Enterococcus spp. were most frequently GPC isolated and among the GNR, Escherichia coli was the most abundant. There was reduction in the number of copies of all the resistance genes (ermB, aphA2 and blaTEM-1) during the process of digestion, however, the effluent still showing concerning levels. Bacterial taxonomy evaluated by similarity of the sequences showed Clostridium spp., Acinetobacter and Strenotrophomonas were the bacteria more identified. In spite the data presented in this study showed anaerobic digestion as an important solution to recycling and energy production, raises concerns about health risks of character during the process. In addition, discussions regarding the use of antimicrobials in dairy farming are needed.

Esse trabalho investigou a influência de diferentes origens e pré-tratamentos do inóculo na produção de biohidrogênio em reatores anaeróbios de leito fixo e fluxo ascendente. Aparas de polietileno de baixa densidade foram usadas como material suporte para fixação da biomassa e os reatores foram operados com 2 h de tempo de detenção hidráulica (TDH) e a 25ºC, alimentados com efluente sintético a base de sacarose. Duas fontes de inóculo foram estudadas: lodo anaeróbio de reator UASB aplicado ao tratamento de água residuária de abatedouro de aves (D) e lodo anaeróbio de reator UASB aplicado ao tratamento de água residuária de suinocultura (S); além da autofermentação (A), quando não há nenhum inóculo no reator. Além disso, dois tipos de pré-tratamento térmico (T) e ácido (A) foram avaliados. Os rendimentos de hidrogênio foram de 2,1, 2,0, 2,0,1,0, 1,0, 0,7, 0,7 mol \'H IND.2\' mol-1 sacarose quando os reatores foram inoculados com A, DT, DA, D, SA, ST e S, respectivamente. Nessa nomenclatura, a primeira letra se refere à origem do inóculo e a segunda, ao pré-tratamento. Embora hidrogênio (20-78%) e dióxido de carbono (21-55%) tenham sido os principais produtos no biogás, metano foi detectado nos reatores inoculados com D, DA, S, ST e SA no início e no final da operação. A produção volumétrica máxima de hidrogênio (61,6 mL \'H IND.2\' h-1.L-1) foi obtida quando DA foi usado com inóculo. Porém, o menor valor (15,1 mL \'H IND.2\' h-1.L-1) foi observado usando o inóculo S. Quando o reator não foi inoculado (A), a produção volumétrica de hidrogênio foi 47,3 mL \'H IND.2\' h-1.L-1. Etanol, ácido butírico e acético foram os principais produtos \'metabólicos detectados na fase líquida. Em resumo, os resultados demonstraram que há influência da origem e do pré-tratamento do inóculo em todos os parâmetros analisados. Inóculos sem pré-tratamento resultaram em menor rendimento de hidrogênio do que os observados nos experimentos com inóculos pré-tratados devido a seleção das bactérias produtoras de hidrogênio (BPH). Ademais, embora o pré-tratamento térmico tenha gerado os maiores valores de rendimento, o pré-tratamento ácido resultou em uma operação mais estável com os maiores valores médios. A autofermentação teve desempenho semelhante aos DT e DA e pode ser uma alternativa para a produção biológica de hidrogênio, pois seleciona as BPH naturalmente. / This paper investigated the influence of different inoculums and pretreatment of seed sludge on the biohydrogen production in up-flow anaerobic fixed-bed reactors. Particles of low-density polyethylene were used as support for biomass attachment and the reactor was operated with hydraulic retention time (HRT) of 2 h at 25ºC, fed with a sucrose-based synthetic wastewater. Two sources of inoculums were studied: anaerobic sludge from an UASB (up-flow anaerobic sludge blanket) reactor applied to treat poultry slaughterhouse wastewater (Sl) and anaerobic sludge from an UASB reactor treating swine wastewater (Sw), besides the autofermentation (A), with no inoculation of the reactor. In addition, two kinds of pretreatment heat (He) and acid (Ac) shock were evaluated. Hydrogen yields were 2.1, 2.0, 2.0,1.0, 1.0, 0.7, 0.7, mol \'H IND.2\' mol-1 sucrose when the reactors were inoculated with A, SlHe, SlAc, SwAc, Sl, Sw, and SwHe, respectively. In this nomenclature, the first two letters refer to source and the others refer to pretreatment. Although hydrogen (20-78%) and carbon dioxide (21-55%) have been the main gaseous products in the biogas, methane was detected in Sl, SlAc, Sw, SwHe and SwAc at the beginning and in the last days of the operation. Optimal \'H IND.2\' production rate (61.6 mL \'H IND.2\' h-1 L-1) was obtained when SlAc was used as seed sludge. On the other hand, the smallest value (15.1 mL \'H IND.2\' h-1 L-1) were observed using Sw inoculums. When the reactor was not inoculated (A), \'H IND.2\' production rate was 47.3 mL \'H IND.2\' h-1 L-1. Ethanol, butyric acid and acetic acid were the main soluble products detected in the liquid phase. In summary, the results have demonstrated that there are influences of the source and the pretreatment of the seed sludge in all parameters analyzed. Inoculums without pretreatment resulted in hydrogen productivity lower than those observed for experiments with pretreated inoculums due the selection of hydrogen producing bacteria (HPB). Furthermore, although the heat shock has generated the highest values of hydrogen yield, the acid-shock provided more stable operation with the highest average values. Besides, the autofermentation had almost the same performance than SlAc and SlHe and could be an alternative for biological hydrogen production due to natural selection of HPB.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-09-04T18:38:38Z No. of bitstreams: 2 Andressa Estevam.pdf: 1864200 bytes, checksum: 32f0f20645b18d702f804bb0e2b1b6ef (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T18:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Andressa Estevam.pdf: 1864200 bytes, checksum: 32f0f20645b18d702f804bb0e2b1b6ef (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The search for alternative fuels to replace the current demand for fossil fuels is growing worldwide, as is the case of the use of biomass for the production of clean energy. H2, besides being an important input in the industrial sector, is an excellent fuel due to its calorific value and the non-generation of gaseous pollutants. The production of hydrogen by anaerobic fermentation has been highlighted as an important route of production because it allows the use of residual substrates by microorganisms producing H2. Such microorganisms can be found in many sources in the form of anaerobic microbial consortia, for use in the form of mixed culture or for isolation of species. This work aimed at the isolation of bacteria from the environment, with the capacity to produce hydrogen by anaerobic fermentation of different substrates and the application of these cultures to the production of H2 using as a source of carbon the brewery effluent. Strains of bacteria isolated from avian litter were characterized and tested for potential H2 production in small scale trials, in static bottles and different substrates, in mesophilic condition. From the selection of a strain of better performance, the experiments were carried out in a mechanically stirred reactor, in a batch of 72 hours and using exclusively the brewery effluent. The H2 production occurred in all the tests and the average biogas flow rate was 72 mL h-1, H2 H2 molar flow rate of 1.2 mmol H2 h-1 and H2 content in the biogas of 30 to 40%, being this compound only by CO2 and H2. / A busca por combustíveis alternativos para substituir a demanda atual de combustíveis fósseis vem crescendo mundialmente, como é o caso da utilização de biomassa para a produção de energia limpa. O H2, além de ser importante insumo no setor industrial é um excelente combustível devido a seu poder calorífico e à não geração de gases poluentes. A produção de hidrogênio por fermentação anaeróbia vem se destacando como uma importante rota de produção pois permite a utilização de substratos residuais por micro-organismos produtores de H2. Tais micro-organismos podem ser encontrados em muitas fontes na forma de consórcios microbianos anaeróbios, para uso na forma de cultura mista ou para isolamento de espécies. Este trabalho teve como objetivo o isolamento de bactérias do ambiente, com capacidade de produzir hidrogênio por fermentação anaeróbia de diferentes substratos e a aplicação destas culturas à produção de H2 utilizando como fonte de carbono o efluente de cervejaria. Cepas de bactérias isoladas de cama de aviário foram caracterizadas e testadas quanto ao potencial de produção de H2 em ensaios de pequena escala, em frascos estáticos e diferentes substratos, em condição mesofílica. A partir da seleção de uma cepa de melhor performance foram conduzidos ensaios em reator agitado mecanicamente, em batelada com duração de 72 horas e utilizando como fonte de carbono efluente de cervejaria, exclusivamente. A produção de H2 ocorreu em todos os ensaios sendo obtidos os valores médios de vazão de biogás de 72 mL h-1, vazão molar de H2 de 1,2 mmol H2 h-1 e teor de H2 no biogás de 30 a 40%, sendo este composto somente por CO2 e H2. PALAVRAS-

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Higor _Lorin.pdf: 2499051 bytes, checksum: 378cc421aa2a83bfde499d6cf499588c (MD5) Previous issue date: 2014-08-15 / The increasing demand for animal protein is directly related to the confinement of animals and its premises, such as the management of the waste system. Considering that the result of stabilization processes, that is, the organic fertilizer produced, is to be used again in the production cycle, evaluating its agronomic quality becomes important information when choosing the process to be used. The objective of this work was to submit beef cattle waste, raised in feedlot, to the processes of composting, vermicomposting, static piles and anaerobic digestion, showing the stabilization and the potential of each product generated by each process. Composting and vermicomposting are more efficient at mineralization, stabilization and maturity of waste manure. The compost and vermicompost offer larger fraction of available P and K, satisfactory levels of humification and high CTC. The static process is less efficient in mineralization, stabilization and maturity wastes. The disposition of this process in the open provides the greatest loss of nutrients. The anaerobic digestion appears as the most efficient process for the preservation of macronutrients (N and K), and generates a liquid fertilizer with low CEC and high fertilizing potential, with a predominance of inorganic N in the ammonium form, readily available to plants. / A demanda crescente por proteína de origem animal está diretamente relacionada ao sistema de confinamento dos animais e suas premissas, como o manejo dos dejetos. Considerando que o resultado dos processos de estabilização, ou seja, o adubo orgânico produzido, é o produto a ser novamente utilizado no ciclo produtivo, avaliar sua qualidade agronômica, passa a ser uma informação importante na escolha do processo a ser utilizado. Objetivou-se submeter os resíduos da bovinocultura de corte, criados em sistema de confinamento, aos processos de compostagem, vermicompostagem, leiras estáticas e biodigestão anaeróbia, evidenciando a estabilização e as potencialidades de cada produto gerado pelos processos. A compostagem e a vermicompostagem são mais eficientes na mineralização, na estabilização e na maturação dos dejetos. O composto e o vermicomposto oferecem maiores frações disponíveis de P lábil e K lábil, níveis satisfatórios de humificação e alta CTC. O processo estático é o menos eficiente na mineralização, na estabilização e na maturação dos dejetos. A disposição deste processo a céu aberto propicia as maiores perdas de nutrientes. A biodigestão anaeróbia apresenta-se como o processo de estabilização mais eficiente na conservação de macronutrientes (N e K) e gera um adubo líquido com baixa CTC e de alto potencial fertilizante, com predominância de N inorgânico, em forma de amônio, prontamente disponível aos vegetais

Submeteu-se um Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) de bancada, ao aumento progressivo da concentração de matéria orgânica afluente, e a cargas de choque orgânicas, com o objetivo de verificar-se seu desempenho e estabilidade operacional. O RAHLF foi construído com um tubo de boro-silicato de 100 cm de comprimento, 5,0 cm de diâmetro e 1995 ml de volume total e preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. O reator foi alimentado, inicialmente, com substrato composto principalmente de carboidratos em concentrações, expressas como Demanda Química de Oxigênio (DQO) de, aproximadamente, 200, 1000 e 2000 mg/l. Posteriormente, os carboidratos foram substituídos por metanol e ácidos voláteis, em concentrações totais, aproximadas, de 2000, 3000, 4000 e 5000 mg DQO/l. Atingido o estado estacionário para cada condição operacional, foram aplicadas cargas de choque, aumentando-se em três vezes o valor da DQO afluente, durante período equivalente ao tempo de detenção hidráulica (sete horas). O sistema apresentou problemas operacionais durante os experimentos com carboidratos, quando submetido a 2000 mg DQO/l, correspondente à taxa volumétrica de carregamento orgânico de 8,77 KgDQO/m3.d. Não foi verificado qualquer problema operacional durante os experimentos com substrato contendo metanol e ácidos voláteis, e o reator apresentou eficiência de remoção de DQO superior a 90%. Para o experimento com DQO afluente igual a 2000 mg/l, os parâmetros cinéticos foram estimados a partir de modelo cinético de 1ª ordem, obtendo-se valor de k1 igual a 0,049 h-1, nos demais experimentos ajustou-se modelo cinético de 2ª ordem com valor médio de k2 equivalente a 2,0 x 10-4 l/mg.h Foram aplicadas cargas de choque orgânicas equivalentes a, aproximadamente, 17; 27; 40 e 47 kgDQO/m3.d. Os efeitos das sobrecargas orgânicas no reator foram transientes em todos os casos, tendo o reator voltado à condição inicial em, no máximo, 15 horas após o início das sobrecargas. / A Horizontal flow Anaerobic lmmobilized Sludge Reactor (HAIS) was subjected to progressively increasing concentrations of organic effluent material and to organic shock loads with the purpose of investigating its operational performance and stability. The HAIS, consisting of a 100 cm long, 5 cm diameter borosilicate tube with a total volume capacity of 1995 mL, was filled with anaerobic sludge immobilized in foam and polyurethane matrixes. The reactor was initially fed with a substrate composed mainly of carbohydrates in concentrations, expressed as Chemical Oxygen Demand (COD), of approximately 200, 1000 and 2000 mg/L. These carbohydrates were later replaced by methanol and volatile acids in total concentrations of 2000, 3000, 4000 and 5000 mg COD/L. Shock loads were applied after each operational condition became stationary, with the effluent COD tripled for a period equivalent to the hydraulic detention time (seven hours). The system presented operational problems during the experiments with carbohydrates when subjected to 2000 mg DQO/l, which corresponded to a volumetric organic load index of 8,77 Kg COD/m3.d. No operational problems were detected during the experiments with substrates containing methanol and volatile acids, and the reactor presented a COD removal efficiency of over 90%. The kinetic parameters for the COD effluent with 2000 mg/L were estimated based on a first arder kinetic model, which resulted in a k1 value of 0,049 h-1, while a kinetic model of the second order was used for the remaining experiments, with a mean value of k2 equivalent to 2,0 x 10-4 L/mg.h. Organic shock loads of approximately 17; 27; 40 and 47 kg COD/m3.d were applied. The effects of the organic overloads on the reactor were transient in every case, with the reactor returning to its initial condition at the most 15 hours after the beginning of the overloads.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade de acelerar o processo de digestão anaeróbia da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos domésticos em sistemas de duas fases, com taxas crescentes de recirculação de lixiviado, variando a taxa de recirculação de lixiviado em função da concentração de ácidos voláteis. Para tanto, foram operados dois sistemas de reatores, cada um composto por um reator de sólidos, que continha o resíduo sólido a ser tratado e um filtro anaeróbio de fluxo ascendente, que tratava o lixiviado do primeiro, antes que esse lixiviado fosse recirculado ao reator de sólidos. Um dos sistemas teve sua taxa de recirculação aumentada a intervalos constantes, enquanto que no outro o momento do aumento da taxa foi função da concentração de ácido propiônico no sistema. O trabalho teve ainda dois objetivos secundários: avaliar a validade de comparar os resultados dos dois sistemas, operados em paralelo, em função das características dos resíduos sólidos e dos procedimentos adotados para coleta e preparação do substrato e para o carregamento dos reatores; e avaliou-se a possibilidade de utilizar filtros anaeróbios para recuperar reatores acidificados. Durante o desenvolvimento do experimento, foram monitorados os seguintes parâmetros: DQO (não filtrada e filtrada), pH, alcalinidade, série de sólidos, nitrogênio total Kjeldahl, nitrogênio amoniacal, ácidos voláteis e composição do biogás. Foram realizados ainda exames qualitativos da microbiota que se desenvolveu nos reatores, através de microscopia óptica de fluorescência e contraste de fase. Os resultados obtidos permitiram concluir que: a) os procedimentos testados para o carregamento dos reatores de sólidos permitiram a comparação de resultados entre os sistemas; b) os filtros foram capazes de recuperar reatores acidificados; e c) a utilização da concentração de ácido propiônico para determinar o momento da variação da taxa de recirculação permitiu acelerar o processo, embora de forma restrita, para a escala de reatores utilizada. / The purpose of this dissertation was to evaluate the possibility of accelerating the process of anaerobic digestion of the organic fraction of domestic municipal solid waste, in two-stage systems, with increasing leachate recirculation rate, through the use of volatile acids as determining parameter of the moment in which the rate must be varied. To do so, two systems of reactors were operated, each being composed by a solids reactor, which contained the solid waste intended to be treated, and an upflow anaerobic filter, which treated the leachate of the first reactor, before recirculation. One of the systems had its recirculation rate increased at constant spells of time, while, in the other system, the moment of the increase in the recirculation rate was a function of the concentration of propionic acid in the system. This study had yet two secondary purposes: evaluating the validity of comparing the results from the two systems of reactors, operated in parallel, in view of the characteristics of solid waste and the adopted procedures for collecting and preparing the substrate, as well as for the loading of reactors; and evaluating the possibility of using anaerobic filters to recover acidified reactors. The following parameters were measured during the process: COD (filtered and non-filtered), pH, alkalinity, solids, Kjeldahl nitrogen, ammonium nitrogen, volatile acids and biogas composition. The development of microorganisms in the reactors was observed qualitatively, using optical microscopy. It was possible to reach the following conclusions: a) the tested procedures allow the comparison of results between the systems; b) the filters are capable of recovering acidified reactors; and c) the employment of the concentration of propionic acid to determine the moment of increase of leachate recirculation rate is capable of accelerating the process, though in a restricted way, for the scale of reactors used.

Nesta tese foi estudada a influência da recirculação do percolado, ajustando as melhores taxas e freqüências, para degradação da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, em sistema de batelada de uma e duas fases (híbrido). Foram utilizados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo sólido urbano padrão (FORSUp), percolado como inóculo e um filtro anaeróbio como reator metanogênico. Foram testadas as taxas de recirculação do inóculo de 1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%, 30% e 50% e seu monitoramento feito por análises físico-químicas e microbiológicas. O reator que apresentou melhores valores de produção de metano e redução de DQO foi aquele com taxa de recirculação de 20% do percolado metanogênico. Na segunda etapa foram operados três digestores de 50L, alimentados com a FORSUp com as melhores taxas de recirculação determinadas na primeira etapa desse trabalho e a obtida no trabalho de Salgado (2003). Um reator simulou o reator acidogênico de um sistema de duas fases, no qual 20% de seu inóculo foi injetado em um filtro anaeróbio (com tempo de detenção hidráulico de 24 horas). Um outro sistema com taxa de 10% de recirculação de percolado foi operado como reator de uma fase. Outro reator, inoculado com a mesma quantidade de FORSUp e percolado, porém, não se realizou qualquer recirculação do seu inóculo (controle), servindo para comparar os digestores de uma e duas fases. O sistema de duas fases, comparado aos demais reatores, confirmou que a taxa de recirculação de 20%, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desses reatores revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus e Methanosarcina. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos reatores degradando a matéria orgânica. O estudo cinético confirmou que o processo de digestão obedece a cinética das reações em série, com elevados valores de k´1 / This thesis studied the influence of the leachate recirculation, adjusting to the best rates and frequencies, for degradation of the organic fraction of the urban solid wastes, in one and two-phases (hybrid) system. Bioreactors of 3.45 L were used and filled out with OFMSW pattern, leachate as seed and an anaerobic filter as methanogenic reactor. The performance of the reactors was analyzed varying recirculation rates (1, 2.5, 5, 10, 20, 30 and 50 % in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopical examinations and physical-chemical analyses to evaluate its performance. The reactor with 20% recirculation rate, got larger efficiency in the departure, methane production and percentage of solid degradation, compared to the others reactors. In the second stage, three 50L digesters were operated and fed with standard OFMSW with the best recirculation rates of the first stage and the best rate obtained in Salgado (2003). A bioreactor simulated the acidogenic reactor of a two-phase system, in which 20% of its seed was injected in anaerobic filter (with hydraulic detention time of 24 hours). Another system, with 10% of recirculation rate of leachate was operated in a one-phase reactor. Once more bioreactor, inoculated like others, however, without any recirculation were studied to compare with one and two-phase reactor. The two-phase system confirmed that the 20% recirculation rate, compared to the others reactors, obtained better efficiency with high methane production and solid degradation. The microscopical examinations in the leachate samples from this reactor presented predominance of organisms with characteristical morphology from Methanococcus and Methanosarcina. It was concluded that the leachate recirculation has significant influence in the degradation of organic matter bioreactors. The kinetic study confirmed that the anaerobic process for OFMSW proceed the in series kinetics, with high constants values of first order

Le secteur de la méthanisation à la ferme ou territoriale connait un fort développement, entrainant la production de grandes quantités de digestats. Si la fraction solide de ces digestats est généralement utilisée en tant qu’amendement organique, la fraction liquide peut être valorisée par la récupération des éléments minéraux bien que la présence de composés organiques pose des problèmes de traitement et d’élimination. Les objectifs de cette thèse sont i) de caractériser la fraction liquide des digestats et donner des premiers éléments pour leur futur traitement et ii) d’expliquer la variabilité des composés résiduels présents dans cette fraction liquide en relation avec l’origine des substrats, les paramètres du procédé de méthanisation et le type de séparation solide/liquide. Dans une première partie, nous avons caractérisé de manière détaillée onze digestats issus d’installations industrielles de co-digestion. Le fractionnement par neuf filtrations successives de la fraction liquide des digestats a permis de quantifier la contribution des matières en suspension, des colloïdes grossiers et fins et des matières dissoutes aux différents paramètres physico-chimiques et biologiques. Il a été montré la faible biodégradabilité aérobie des composés organiques dont la majeure partie se trouve dans la matière en suspension (> 1,2 µm). Pour élargir la base de données, nous avons caractérisé dix-huit digestats supplémentaires et un digestat de boues de station d’épuration dont les fractions liquides ont été fractionnées par deux filtrations successives (1,2 μm et 1 kDa). L’analyse en composantes principales, la classification hiérarchique et la matrice de corrélation réalisées sur l’ensemble des 30 digestats ont mis en avant l’impact majeur des techniques de séparation solide/liquide sur la composition de la fraction liquide des digestats. Dans le groupe des techniques de séparation hautement performantes, des sous-groupes ont permis de distinguer les digestats à base de boues d’épuration, ceux à base de lisiers porcins et ceux issus de procédés piston thermophiles. Dans le groupe des procédés de séparation à faible performance, les teneurs en DCO et matières sèches de la fraction liquide des digestats ont été corrélées aux teneurs en cultures énergétiques et fumiers bovins dans l’alimentation. Finalement, pour l’ensemble des digestats, le paramètre SUVA, lié à la teneur en matière aromatique et à la stabilisation des composés, a été corrélé au temps de séjour des digesteurs. Pour comprendre l’origine des composés résiduels observés dans la fraction liquide des digestats issus de la co-digestion avec de fortes proportions de fumier bovin, quatre réacteurs CSTR alimentés avec respectivement de la paille de blé, de la bouse de vache et du fumier ont été conduits pendant 48 semaines. Les performances de méthanisation ont mis en évidence le caractère âgé du fumier qui avait été partiellement dégradé pendant le stockage à la ferme. Ainsi la fraction liquide du digestat du fumier a présenté les plus fortes concentrations en composés organiques qui en outre présentaient une complexité, mesurée par fluorimétrie 3D, plus élevée que les autres substrats. La fraction liquide du digestat issue de la méthanisation de la paille a révélé les plus fortes proportions de DCO dans les fractions colloïdales et dissoutes. La faible biodégradabilité des composés organiques et leur forte proportion dans les matières en suspension suggèrent le développement de procédés physico-chimiques de séparation tels que la coagulation pour le traitement de la fraction liquide des digestats. / Agricultural and centralized biogas plants are facing a fast development, leading to the production of huge amounts of digestates. Whereas the solid fraction of digestates is used as fertilizer, the liquid fraction can be valorized by the recovery of mineral materials, although the presence of organic compounds may be problematic for the treatment and disposal of this effluent. The objectives of this thesis are: i) to characterize the liquid fraction of digestates and to provide guidelines for its further treatment, ii) to explain the variability of residual compounds in the liquid fraction of digestates in relation with substrate origin, process parameters and the type of solid-liquid separation. In a first part, eleven digestates from full scale codigestion plants were thoroughly characterized. Their liquid fractions were fractionated by nine successive filtrations, which allowed quantifying the contribution of suspended particles, coarse and fine colloids and dissolved matter on several physico-chemical and biological parameters. Organic compounds were mainly found in suspended particles (> 1.2 µm) and presented low aerobic biodegradability. To enlarge the data base, eighteen more digestates from codigestion and one digestate from waste activated sludge were characterized; their liquid fractions were fractionated by two successive filtrations (1.2 μm and 1 kDa). Principal component analysis, hierarchical clustering analysis and correlation matrix carried out on the 30 digestates set, highlighted the major impact of the solid-liquid separation process on the composition of the liquid fraction of digestates. In the high performance separation process group, subgroups allowed separating digestates from sewage sludge, digestates from pig manure and digestates from plug-flow thermophilic processes. In the low performance separation process group, COD and total solids concentration in the liquid fraction of digestates were correlated to the percentage of energy crops and cow manure in the feed. Finally, SUVA parameter which accounts for aromatic compounds content and the stabilization of organic matter, was correlated to the retention time in digester for the whole digestates set. To understand the origin of residual compounds in the liquid fraction of digestates from co-digestion of high proportions of cattle manure, four CSTR reactors fed with wheat straw, cow dung and cow manure were operated for 48 weeks. Anaerobic digestion performances showed that cow manure had undergone some aerobic degradation during its storage at the farm. Therefore, the liquid fraction of manure digestate had the highest concentrations in organic compounds. In addition, these organic compounds had the highest complexity measured by 3D fluorimetry. The low biodegradability of organic compounds and their high percentage in suspended particles suggest the development of physico-chemical separation process such as coagulation for the treatment of the liquid fraction of digestates