O papel representa cerca de 25% de todo resíduo sólido presente nos aterros sanitários. O papel jornal pode representar até 50% de todo papel descartado e encontra-se na sua maioria impresso. A tinta de impressão pode ser tóxica aos microrganismos responsáveis pela digestão anaeróbia. O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar a influência dessa tinta na digestão anaeróbia do papel jornal. Este estudo buscou colaborar para uma melhor compreensão da caracterização dos resíduos sólidos, toxicidade, biodegradabilidade, e processos de tratamento dos resíduos sólidos. O trabalho foi desenvolvido em duas etapas. Na primeira etapa foi avaliada a eficiência de quatro inóculos: lodo de digestor anaeróbio de fluxo ascendente (UASB) tratando esgoto sanitário da cidade de Piracicaba - SP - (LU); lodo granulado de digestor anaeróbio de fluxo ascendente (UASB) proveniente do tratamento do esgoto da Avícola Dacar - Ltda, localizada na cidade de Tietê - SP - (LA); percolado do aterro sanitário da cidade de Jaboticabal - SP, operando há 11 meses - (PI) e percolado do aterro sanitário experimental de São Carlos - SP, em operação há 11 anos (PII). Essa etapa de trabalho permitiu escolher o inóculo proveniente do aterro sanitário de Jaboticabal por apresentar maior eficiência na digestão anaeróbia do papel jornal. Esse inóculo foi utilizado para os reatores na segunda etapa do trabalho, no qual o principal objetivo foi avaliar a influência da tinta de impressão na digestão anaeróbia do papel jornal em quatro reatores alimentados com papel jornal não impresso (JNI), papel jornal impresso com tinta preta (JIP), papel jornal impresso com tinta colorida (JIC) e reator de controle (B). A tinta de impressão não se apresentou como inibitória ao processo anaeróbio, pois a degradação observada foi praticamente semelhante nos reatores alimentados com papel jornal impresso e não impresso. / Paper represents about 25% of all solid waste presented in sanitary landfills. Newspaper can represent up to 50% of all the discarded paper and is found mostly printed. The printing ink can be toxic to the microorganisms that have anaerobic digestion. The main objective of the present dissertation was to evaluate the influence of this ink on the anaerobic digestion of newspaper. It also intends to collaborate for a better comprehension of characterization, toxicity, biodegradability and processes of treatment of solid wastes. The research was developed in two stages. First the efficiency of four inoculum was evaluated: they were sludge of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) treating the sanitary sewage of Piracicaba city - SP (LU); granulated sludge of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) originated form the sewage treatment of Avícola Dacar - Ltda, located in Tietê city - SP (LA); leachate from sanitary landfill of Jaboticabal city - SP, with 11 months of operation (PI) and leachate from experimental sanitary landfill in São Carlos city - SP, with 11 years of operation (PII). This stage of work allowed choosing the inoculum from the sanitary landfill of Jaboticabal as it showed greater efficiency in the anaerobic digestion of newspaper. This inoculum was used to inoculate the reactors in the second stage of the work, aiming to evaluate the influence of the printing ink on the anaerobic digestion of the newspaper, in four reactors fed with non-printed newspaper (JNI), printed newspaper with black ink (JIP), printed newspaper with colorful ink (JIC) and reactor of control (B). The printing ink did not show to be inhibitory to the anaerobic process, as the observed digestions were almost similar for the reactors fed with printed and non-printed newspaper.

O processo de liquefação hidrotermal (HTL) pode converter diversos tipos de biomassa em óleo bruto. Além do produto principal, é gerado um efluente (PHWW) com elevada carga orgânica, quantidades altas de nutrientes e compostos tóxicos. Para lidar com este tipo efluente tem-se sugerido a combinação de tratamentos físico-químicos e biológicos. O objetivo deste estudo foi avaliar a aplicação de processos oxidativos (por H2O2 e fotocatálise com TiO2) e digestão anaeróbia no tratamento do efluente da liquefação hidrotermal de Spirulina. Inicialmente caracterizou-se o efluente em termos de carga orgânica, nutrientes e compostos nitrogenados cíclicos (CNC). Posteriormente, avaliou-se a concentração de oxidante e o tempo de reação no processo de oxidação com H2O2. O tratamento fotocatalítico foi então avaliada no tratamento do efluente em questão, isoladamente, em sequência e combinada ao processo de oxidação por ação de H2O2. Finalmente combinaram-se os processos de oxidação por ação de H2O2 e digestão anaeróbia no tratamento de efluente de PHWW. O efluente da liquefação hidrotermal de Spirulina apresentou elevada carga orgânica, pH alcalino e concentrações altas de nutrientes (nitrogênio e fósforo). Verificou-se também a presença de CNC como pirazinas, δ-valerolactama, caprolactama e butirolactama. A aplicação do processo oxidativo por H2O2 no tratamento de PHWW apresentou efeitos positivos, principalmente para a descoloração que atingiu 93,8 %. A eficiência máxima de remoção de DQO foi de 15,3%. Foi percebida também redução nas concentrações dos CNC. A eficiência do processo de oxidação avançada por fotocatálise e H2O2 foi maior do que obtida quando estes processos foram aplicados separadamente. A aplicação dos processos combinados apresentou eficiência de remoção de cor e DQO semelhante às obtidas quando os processos foram aplicados em sequência, propiciando economia de tempo de reação. Por fim, verificou-se que a digestão anaeróbia do efluente pré-tratado com H2O2 apresentou maior produção de CH4 e remoção de matéria orgânica quando comparada com a digestão anaeróbia que o efluente in natura. Assim, conclui-se a utlização de processos oxidativos avançados ou a combinação da oxidação por H2O2 com a digestão anaeróbia são alternativas promissoras para o tratamento da PHWW. / The hydrothermal liquefaction process (HTL) can convert various types of biomass into bio-crude oil. In addition to the main product, wastewater (PHWW) is generated with high organic content, high amounts of nutrients and toxic compounds. To cope with this type of wastewater the combination of physicochemical and biological treatments has been suggested. The aim of this study was to evaluate the application of oxidative processes (using H2O2 and photocatalysis with TiO2) and anaerobic digestion in the treatment of hydrothermal liquefaction of Spirulina wastewater. Firstly, PHWW was characterized in terms of organic matter, nutrients and nitrogen heterocyclic compounds (CNC) concentrations. Secondly, the oxidant concentration and the reaction time in the oxidation process using H2O2 was evaluated. Photocatalytic treatment was then tested isolated, in sequence and combinated with the oxidation processo using H2O2. Finally, oxidation with H2O2 and anaerobic digestion were combinated and evaluated. The PHWW showed high organic load, alkaline pH and high concentrations of nutrients (nitrogen and phosphorus). The presence of CNC as pyrazines, δ-valerolactam, caprolactam and butyrolactam was also verified. The application of the oxidative process using H2O2 showed positive effects mainly for color removal, which reached 93.8%. The maximum efficiency of COD removal was 15.3%. Reduction in CNC concentrations was also observed . The efficiency of the advanced oxidation process (by combining photocatalysis and H2O2) was greater than that obtained when these processes were applied separately. The application of the combined process presented color and COD removal efficiencies similar to those obtained when the processes were applied in sequence, allowing reaction time savings. Finally, the anaerobic digestion of pre-treated (with H2O2) PHWW showed a greater CH4 production and higher organic matter removal, compared to anaerobic digestion of in natura PHWW. Thus it is possible to conclude that the utlization of advanced oxidation processes or the combination of oxidation with H2O2 and anaerobic digestion are promising alternatives for the treatment of PHWW.

A utilização de combustíveis renováveis tem se destacado nos últimos anos, principalmente devido aos impactos ambientais gerados pelo uso de combustíveis fósseis e escassez dos mesmos. Dentre os combustíveis renováveis destaca-se o biodiesel, cujo processo produtivo apresenta como principal subproduto o glicerol bruto, que tem instigado nos últimos anos intensas discussões sobre a problemática de sua destinação e disposição final. Apesar de ser utilizado na indústria química, o seu teor de impurezas limita o seu processamento industrial. Buscando agregar valor a esse resíduo bruto e contribuir para a produção de bioenergia, este trabalho teve por intuito avaliar a produção dos biocombustíveis hidrogênio e metano, assim como de intermediários químicos a partir de glicerol bruto como substrato em reatores anaeróbios de leito fluidificado (RALF), mesofílicos (30°C), utilizando inóculo de cultura mista. O RALF-H2, com o objetivo de produzir hidrogênio e metabólitos solúveis, foi submetido à concentração de 10 g.L-1 de glicerol e variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 8, 6, 4, 2, 1 e 0,5 h. Já o RALF-CH4, com intuito de produzir metano, operou sob TDH fixo de 24 h, submetido à variação da concentração de glicerol de 1, 2, 3, 4, 5 e 7 g.L-1, e portanto, da taxa de carregamento orgânico (TCO) de 1, 2, 3, 4, 5 e 7 kgDQO.m-3.d-1, respectivamente. No RALF-H2, os valores máximos de conteúdo de hidrogênio no biogás (69,2 %), produtividade volumétrica de hidrogênio (1,90 L.h-1.L-1) e rendimento de hidrogênio (0,28 molH2.mol-1glicerolconsumido) foram verificados no TDH de 0,5 h. O 1,3-propanodiol se destacou entre os metabólitos produzidos, com rendimento máximo de 0,57 mol1,3-PDO.mol-1glicerolconsumido, alcançado no TDH de 8 h. No RALF-CH4, o máximo conteúdo de metano no biogás (83,0%) foi verificado na TCO de 1 kgDQO.m-3.d-1, a maior produtividade volumétrica de metano (2,26 L.d-1.L-1) na TCO de 5 kgDQO.m-3.d-1 e o máximo rendimento (0,19 m3H4.kg-1DQOaplicada ou 0,77 molCH4.mol-1glicerolconsumido) na TCO de 4 kgDQO.m-3.d-1. Portanto, os resultados evidenciaram a possibilidade de produção de biocombustíveis e metabólitos de valor agregado utilizando glicerol bruto como substrato no processo da digestão anaeróbia. / The use of renewable fuels has been highlighted in recent years, mainly due to the environmental impacts generated by the use of fossil fuels and their scarcity. Among the renewable fuels highlights the biodiesel, whose production process displays as the main byproduct crude glycerol, which has instigated in recent years, intense debates about a problem of its destination and final disposal. Although it is used in the chemical industry, its impurities content limits its industrial processing. In order to add value to this crude residue and to contribute to the production of bioenergy, this work aimed to evaluate the production of biofuels hydrogen and methane, as well as chemical intermediates from crude glycerol as substrate in anaerobic fluidized bed reactors (AFBR), mesophilic (30°C), using mixed culture inoculum. The AFBR-H2, with the objective of producing hydrogen and soluble metabolites, was submitted to a concentration of 10 g.L-1 of glycerol and a variation of the hydraulic retention time (HRT) of 8, 6, 4, 2, 1 and 0.5 h. The AFBR-CH4, with the intention of producing methane, operated under fixed HRT of 24 h, subjected to the variation of the glycerol concentration of 1, 2, 3, 4, 5 and 7 g.L-1 and, therefore, of the organic loading rate (OLR) of 1, 2, 3, 4, 5 and 7 kgCOD.m-3d-1, respectively. In the AFBR-H2, the maximum values of hydrogen content in the biogas (69.2%), hydrogen volumetric productivity (1.90 L.h-1.L-1) and hydrogen yield (0.28 molH2.mol-1glycerolconsumed) were verified in the HRT of 0.5 h. The 1,3-propanediol was highlighted among the metabolites produced, with a maximum yield of 0.57 mol1,3-PDO.mol-1glycerolconsumed, reached in the TDH of 8 h. In the AFBR-CH4, the higher methane content in the biogas (83.0%) was detected in the OLR of 1 kgCOD.m-3.d-1, a higher volumetric productivity of methane (2.26 L.d-1.L-1) in the OLR of 5 kgCOD.m-3.d-1 and the maximum yield (0.19 m3CH4.kg-1CODapplied or 0.77 molCH4.mol-1glycerolconsumed) in the OLR of 4 kgCOD.m-3d-1. Therefore, the results evidenced the possibility of producing biofuels and value-added metabolites using crude glycerol as a substrate at the anaerobic digestion process.

La digestion anaérobie représente un des acteurs majeurs du développement durable et de l'économie circulaire dans le concept « des déchets à l'énergie ». Compte-tenu de la grande diversité des déchets organiques, son développement passe par l'optimisation de la co-digestion. D’où la nécessité de développer des outils simples pour caractériser les substrats et pour prédire les performances des digesteurs afin d'optimiser leur fonctionnement. Cette thèse porte sur la caractérisation de la biodégradation des substrats solides par digestion anaérobie et l'optimisation de leur co-digestion à l'aide d'une approche de modélisation simple. En premier lieu, un nouveau protocole pour la quantification du potentiel méthane en mode batch a été mis en œuvre, intégrant une phase d'acclimatation entre l’inoculum et le substrat. Ensuite, un modèle simple a été développé sur la base du fractionnement de la matière organique en trois sous-fractions. Cette approche a permis de développer une base de données incluant les cinétiques et les potentiels en méthane (BMP) de 50 substrats. En second lieu, des expériences de co-digestion de deux substrats solides ont été menées en mode semi-continu à une charge appliquée (cva) constante puis à des charges appliquées croissantes. Les rendements expérimentaux en méthane ont toujours été supérieurs aux valeurs des BMP des mélanges calculées à partir des BMP de chaque substrat, soulignant l'importance de la respiration endogène. Quatre modèles incluant la respiration endogène avec des hypothèses différentes ont été proposés et évaluées pour prédire la production de méthane brute de digesteurs semi-continus en utilisant les données des substrats (BMP et cinétiques) acquises en mode batch. Deux modèles pour lesquels la production expérimentale de méthane à des cva croissantes correspondait bien aux données modélisées ont été validés. L'approche de modélisation retenue a été ensuite appliquée à des mélanges plus complexes de 3 et 5 substrats ainsi qu’à des biodéchets. Enfin, la réponse d’un digesteur fonctionnant en mode de production flexible, c’est-à-dire recevant des surcharges organiques ponctuelles régulièrement a été également modélisée avec succès. L'approche de modélisation proposée fournit un outil simple, pouvant être utilisé par les bureaux d'études, les constructeurs et les exploitants d’unités de méthanisation pour l'optimisation des mélanges de co-digestion et de la cva à utiliser en mode continu. Cela doit permettre de réduire le risque de défaillance et d’optimiser la rentabilité des unités de co-digestion. / Anaerobic digestion represents one of the major actors of sustainable development and the circular economy in the concept of "Waste to Energy". Given the great diversity of organic waste, its development requires the optimisation of co-digestion. Hence, it is needed to develop simple tools to characterize substrates and predict digester performance in order to optimize their operation. This thesis focuses on the characterization of biodegradation of solid substrates by anaerobic digestion and optimization of co-digestion using a simple modelling approach. First, a new batch protocol was implemented to quantify the Biochemical Methane Potential (BMP), integrating an acclimatization phase between the inoculum and the substrate. Then, a simple model was developed based on the fractionation of organic matter into three sub-fractions. This approach has allowed to develop a database including kinetics and BMPs of 50 substrates. Second, co-digestion experiments of two solid substrates were conducted in semi-continuous mode at a constant organic loading rate (OLR) and then at increasing applied loads. The experimental methane yields were always higher than the BMP values of the mixtures calculated from the BMPs of each substrate, underlining the importance of endogenous respiration. Four models including endogenous respiration with different assumptions were proposed and evaluated to predict raw methane production from semi-continuous digesters using substrate data (BMP and kinetics) acquired in batch mode. Two models for which the experimental methane production at increasing OLR corresponded well to the modelled data were validated. The chosen modelling approach was then applied to more complex mixtures of 3 and 5 substrates and to bio-waste. Finally, the response of a digester operated in flexible production mode, i.e. receiving regular punctual organic overloads, was also successfully modelled. The proposed modelling approach provides a simple tool that can be useful to design offices, manufacturers and operators of co-digestion units for the optimisation of feed mixtures and OLR to be used in continuous mode. This should reduce the risk of failure and optimise the profitability of co-digestion units.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silvia Pukasiewicz.pdf: 807504 bytes, checksum: 46c5fee11c6e26495932d6b13679bc20 (MD5) Previous issue date: 2010-06-18 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / The process of anaerobic digestion is presented as an alternative for treatment of effluents from various industrial activities. In this case there is the conversion of organic matter to more stable compounds such as methane, which can be used to replace fossil fuels. This study evaluated the treatment of effluent generated by a processing company for animal feed flavors, which uses as raw material waste generated in the slaughter and processing of pigs, chickens and turkeys. It was used a biological upflow anaerobic filter, constructed of polyvinyl chloride with a volume of 980 mL and support material for biomass consisting of rings of polypropylene, with the goal of removing organic matter and produce biogas. The influent had average values with the following characteristics: 899.79 mg L-1 of COD, pH of 8.12, 377.31 mg L-1 of total nitrogen, 206.09 mg L-1 of ammoniacal nitrogen, 2.90 mg L-1 of oils and greases, 768.67 mg CaCO3 L-1 of alkalinity, 521.26 mg L-1 CH3COOH of volatile acidity and 15.11 mg L-1 content of phosphorous. The system was operated continuously at room temperature, organic loading of 0.077, 0.102, 0.154, 0.356, 0.536, 0.854, 1.083 kg DQO m-3 d-1, and HRT 240, 168, 120, 72, 48, 24 and 21 hours. The effluent had COD values between 14.43 and 849.43 mg L-1, pH between 6.32 and 8.34, total nitrogen between 95.23 and 742.14 mg L-1, ammoniacal nitrogen between 127,78 and 230.29 mg L-1, alkalinity between 268.83 and 2401.5 mg CaCO3 L-1 and volatile acidity between 27.66 and 415.30 mg L-1 CH3COOH and phosphorus content between 0 and 29, 26 mg L-1. The best results of COD removal were obtained with HRT of 24 hours, averaging 83% removal and, consequently, larger generation of biogas, 48.39 kg of methane per day. Concludes that, within the conditions employed, the anaerobic digestion process was efficient in removing COD. If the company uses the methane produced in power generation, can enter in the market of carbon credits and get an extra income. / O processo de digestão anaeróbia apresenta-se como uma alternativa para tratamento de efluentes de várias atividades industriais. Nesse processo há conversão da matéria orgânica a compostos mais estáveis como o gás metano, que pode ser utilizado em substituição aos combustíveis fósseis. Neste trabalho foi avaliado o tratamento anaeróbio dos efluentes gerados por uma empresa processadora de palatabilizantes para ração animal, que utiliza como matéria prima os subprodutos gerados no abate e processamento de suínos, frangos e perus. Foi utilizado um filtro biológico anaeróbio de fluxo ascendente, construído de policloreto de vinila com volume útil de 980 mL e material suporte para a biomassa constituído por anéis de polipropileno, com o objetivo de remover a matéria orgânica e produzir biogás. O substrato possuía valores médios com as seguintes características: DQO de 899,79 mg L-1, pH de 8,12, nitrogênio total de 377,31 mg L-1, nitrogênio amoniacal de 206,09 mg L-1, teor de óleos e graxas de 2,90 mg L-1, alcalinidade de 768,67 mg CaCO3 L-1, acidez volátil de 521,26 mg CH3COOH L-1 e teor de fósforo de 15,11 mg L-1. O filtro foi operado por 196 dias, à temperatura ambiente, com cargas orgânicas de 0,077; 0,102; 0,154; 0,356; 0,536; 0,854; 1,083 kg DQO m-3 d-1, e TRH de 240, 168, 120, 72, 48, 24 e 21 horas. O efluente tratado apresentou valores de DQO entre 14,43 e 849,43 mg L-1, pH entre 6,32 e 8,34, nitrogênio total entre 95,23 e 742,14 mg L-1, nitrogênio amoniacal igual entre 127,78 e 230,29 mg L-1, alcalinidade entre 268,83 e 2401,5 mg CaCO3 L-1 e acidez volátil entre 27,66 e 415,30 mg CH3COOH L- 1 e teor de fósforo entre 0 e 29,26 mg L-1. Os melhores resultados de remoção de DQO foram obtidos com TDH de 24 horas, com média de 83% de remoção e, conseqüentemente, maior geração de biogás, 48,39 kg de metano por dia. Concluise que, dentro das condições empregadas, o processo de digestão anaeróbia foi eficiente na remoção de DQO. Se a empresa utilizar o metano produzido na geração de energia, poderá entrar no mercado de créditos de carbono e obter uma renda extra.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-06-09T13:13:41Z No. of bitstreams: 1 Francine Schulz.pdf: 962288 bytes, checksum: 8db430d0b4154ff34f344ee492cf6bad (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-09T13:13:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Francine Schulz.pdf: 962288 bytes, checksum: 8db430d0b4154ff34f344ee492cf6bad (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / O aproveitamento energético da fração orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) para geração de biogás é uma alternativa viável para minimizar os impactos sociais e ambientais causados pelo acúmulo e disposição destes resíduos nos aterros sanitários. A digestão anaeróbia, sob condições controladas, tem por objetivo maximizar o rendimento e a qualidade do biogás produzido. Dentre os parâmetros controlados o pH, a alcalinidade, a concentração dos ácidos graxos voláteis e a temperatura de operação são fundamentais para a otimização do processo. O objetivo do presente estudo foi determinar as condições operacionais adequadas para a obtenção do melhor rendimento na produção de biogás, utilizando como substrato a fração orgânica rejeitada pela operação da central de triagem do aterro sanitário do município de São Leopoldo - RS. O experimento foi executado em um reator anaeróbio de aço inox com volume de 50L, operado em batelada com mistura intermitente. Antes de cada batelada a fração orgânica de RSU foi triturada em um triturador mecânico. Foram realizadas 05 bateladas, utilizando diferentes taxas de carga orgânica e diferentes volumes de inóculo, buscando estabilizar o pH do sistema dentro da faixa ótima de processo e, também aumentar o volume de produção de biogás. Como resultado tem-se que a fração orgânica de RSU demonstrou possuir potencial de degradação e produção de biogás (mínimo de 6,71 e máximo de 22,45 m3 / ton RSU). Os teores de metano ficaram entre 70% e 80% ao final das bateladas, mesmo com pH ácidos (5,5-5,6). A dificuldade de homogeneizar adequadamente as amostras coletadas pode ter influenciado os resultados encontrados para os teores de COT. Os valores desta variável aumentaram ao longo do tempo, não coincidindo com os valores encontrados para os teores de SV, que diminuíram ao longo do tempo. Em todas as bateladas experimentais houveram dificuldades para manter o pH e a temperatura estáveis e dentro da faixa ótima de processo, o que levou a produção de biogás mais baixa do que a encontrada em outros estudos. As taxas de cargas orgânicas aplicadas, quando consideradas isoladamente como variável, não pareceram influenciar substancialmente no volume final de biogás produzido nas bateladas, mas sim na dificuldade de manutenção do pH na faixa ótima para digestão anaeróbia. / The energy use of the organic fraction of municipal solid waste (MSW) for biogas generation is a viable alternative to minimize the social and environmental impacts caused by the accumulation and disposal of these wastes in the landfills. Anaerobic digestion, under controlled conditions, aims to maximize the yield and quality of the biogas produced. Among all the parameters monitored, pH, alkalinity, the concentration of volatile fatty acids and temperature are critical for the process optimization. The aim of this study was to determine the appropriate operational conditions for obtaining the best performance in the production of biogas, using as substrate the organic fraction rejected by the central operation of sorting from the landfill in São Leopoldo - RS. The experiment was performed in an anaerobic reactor of stainless steel with a volume of 50L, operated in batch with intermittent mixing. Before each batch the organic fraction of MSW was ground in a mechanical mill. Five batches were performed using diferent organic loading rates and different volumes of inoculum, in order to stabilize the pH of the system within the optimum range of the process and also increase the amount of biogas. As a result we have that the organic fraction of MSW demonstrated potential for degradation and biogas production (minimum of 6.71 and maximum of 22.45 m3 / ton MSW). The methane concentrations were between 70% and 80% at the end of the batches, even at acid pH (5.5-5.6). The difficulty of properly mix the samples collected may have influenced the results for TOC (Total Organic Carbon). The values of this variable increased over time, not coinciding with that found for the VS (Volatile Solids) levels that decreased over time. In all experimental batches was difficult to maintain the pH and the temperature within the optimum range process, this fact can explain the low production of biogas when compare to other studies. The organic loading rates, when considered alone as a variable, did not seemed to influence the final volume of biogas produced in the batches tested, but it did influence to balance and maintain the pH in the adequate range for the anaerobic digestion.

N-methylmorpholine-N-oxide has shown a positive effect for the pretreatmentof lignocelluloses. Pretreatment by NMMO was developed to enhance thedigestibility of lignocellulosic biomass.Barely straw and forest residue were pretreated by N-methylmorpholine-Noxide(NMMO) prior to anaerobic digestion. The effectiveness of NMMOtreatmenton straw and forest residue was examined as well as the recycling andreuse of NMMO for the next pretreatment process. During the first experimentalseries pretreatments were performed at 90 °C for 3h and 30h, followed bydigestion of the pretreated material for 41 days. Low methane yield was found inthese experiments due to high organic loading rate. In the second series therecycling and reuse of NMMO was investigated on straw. The pretreatmentswere carried out at 90 °C for 30 hr and the recycling and reuse were performedin three times. After treatments with fresh, as well as 1, 2, 3 times recycledNMMO methane yield of 0.45, 0.42, 0.38 and 0.4 Nm3/kg VS were obtained. / Program: Masterutbildning i energi- och materialåtervinning - industriell bioteknik

Notre société évolue constamment et se positionne vis-à-vis du monde qui l’entoure. Cette évolution la pousse à se réorganiser atour d’énergie provenant de source locale et renouvelable. Pour ces raisons, il semble pertinent de concevoir une évolution possible de la méthanisation par des unités localisées. On parle alors de micro-méthanisation à l’échelle urbaine. La rédaction de cette thèse a ainsi eu pour objectif d’apporter des éléments de réponse quant à la question de la faisabilité d’intégrée cette micro-méthanisation dans des quartiers. Pour cela, il a été réalisé : i) Une analyse des retours d’expérience issus de villes porteuses de projet de méthanisation urbaine. ii) Une approche expérimentale, dans le but d’obtenir un processus de méthanisation des déchets urbains à l’échelle laboratoire. iii) Ces données d’entrée ont ensuite permis l’établissement d’un modèle de valorisation des déchets dans un quartier. Ces résultats mettent en avant la nécessité d’une approche systémique afin de pouvoir intégrer la méthanisation dans un quartier. Ils permettent de plus, de recommander l’utilisation de certains procédés et l’emploie de déchets, afin d’améliorer la mise en œuvre du processus dans l’espace urbain. Dans des conditions définies la méthanisation urbains est possible et stable dans le temps. De plus, le bilan énergétique s’avère bénéfique pour le quartier. On note que l’énergie ainsi produite, l’est majoritairement sous forme de chaleur ce qui met en avant l’intérêt d’un processus intégré, proche des habitations. / Our society is constantly evolving and positioning itself in relation to the world around it. This evolution pushes it to reorganize itself around energy from local and more renewable sources. For these reasons, it seems appropriate to design a possible evolution of anaerobic digestion (AD) by localized units. This is referred to a micro-AD at urban scale. The purpose of this thesis was to provide some answers to the question of the feasibility of integrating this micro-AD into a neighbourhood.To this end, it was carried out: i) An analysis of feedback from cities with urban AD projects. ii) An experimental approach, with the aim of obtaining a stable AD process of urban waste atlaboratory scale. iii) These input data then made it possible to establish a waste recovery model in a district. These results highlight the need for a systemic approach in order to be able to integrate AD in a neighbourhood. They also make it possible to recommend processes and wastes, in order to improve the implementation of the process in urban areas. Under defined conditions, urban AD is possible and stable over time. In addition, the energy balance is beneficial for the district. It should be noted that the energy thus produced is mainly in the form of heat, which highlights the importance of an integrated process, close to homes.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Osvaldo.pdf: 5754399 bytes, checksum: 701637b7657c10259c85108bc616425b (MD5) Previous issue date: 2012-05-15 / The cassava starch industries generate daily a large volume of wastewater effluent that, stabilized in ponds, waste its biogas energy and pollute the atmosphere. To contribute with the reversion of this reality, this manipueira treatment research in one phase anaerobic horizontal pilot reactor with continuous feeding was developed. The reactor was implanted at a starch factory, Toledo, PR, which processes 160 ton cassava day-1 and originates 800 m3 of cassava wastewater. The biomass agitation was obtained by biogas recirculation, pumped by radial compressor, being the support medium set up with 15 x 4 cm bamboo pieces. The cassava wastewater, in natura, flowed by a sand and clay separating chamber, feeding the reactor with volume measured by an hydrometer. The experimental design was a completely randomized design, with the responses submitted to multivariate analysis and to statistical quality control through R 13.0 and Minitab 15.1.0.0 softwares, respectively. The average organic loadings in chemical oxygen demand (COD) were 0.556; 0.670; 0.678; 0.770 and 0.902 g L-1; and in volatile solids (VS) 0.659; 0.608; 0.570; 0.761 and 0.816 g L-1 at the hydraulic retention times (HRT) of 13.0; 11.5; 10.0; 7.0 and 7.0 days. The average reductions for COD, at the same order that the HRTs, were 88; 80; 88; 67 and 70% and for VS 76; 77; 65; 61 and 53%. The biogas productions relatively to COD consumed were 0.368; 0.795; 0.891; 0.907 and 0.626 Lg-1, relatively to VS consumed were 0.524; 0.930; 1.757; 0.952 and 0.981 Lg-1 and volumetrically 0.131; 0.330; 0.430; 0.374 and 0.377 L L-1 d-1, with an average methane content of 56%. The 10.0 days HRT was evaluated with an average temperature of 27.7 °C and the others with temperatures ranging from 21.2 to 23.5 °C. The agitation efficiency was proven as it increased the reactor s performance, in spite of a 2.3 °C average reduction at the temperature. The stability indicators pH and volatile acidity/total alkalinity (VA/TA) relation remained between 6.51 to 7.45 and 0.11 to 0.82, respectively. Although the relation VA/TA has presented risk values, the reactor remained stable, possibly due to the support medium presence / As fecularias produzem diariamente um grande volume de manipueira, que, estabilizada em lagoas, desperdiça a energia do biogás e polui a atmosfera. Para contribuir com a reversão dessa realidade, desenvolveu-se esta pesquisa de tratamento de manipueira em reator anaeróbio horizontal piloto com alimentação contínua. O reator foi implantado numa fecularia, em Toledo PR, que processa 160 t de mandioca dia-1 e gera 800 m3 de manipueira. A agitação da biomassa foi realizada por recirculação de biogás bombeado por compressor radial e o meio suporte foi montado com peças de bambu de 15 x 4 cm. A manipueira, in natura, fluiu por uma caixa separadora de areia e argila e alimentou o reator com volume medido por hidrômetro. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com respostas submetidas à análise multivariada que permitiram avaliar as correlações entre as variaveis e ao controle estatístico da qualidade através dos programas R 13.0 e Minitab 15.0, respectivamente. As cargas orgânicas médias em demanda química de oxigênio (DQO) aplicadas foram de 0,556; 0,670; 0,678; 0,770 e 0,902 g L-1 e em sólidos voláteis (SV) de 0,659; 0,608; 0,570; 0,761 e 0,816 g L-1 nos tempos de retenção hidráulica (TRH) de 13,0; 11,5; 10,0; 7,0 e 7,0 dias, respectivamente, sendo o último TRH com agitação. As reduções médias de DQO, na ordem de apresentação dos TRHs, foram de 88; 80; 88; 67 e 70% e de SV 76; 77; 65; 61 e 53%. As produções de biogás por DQOc foram de 0,368; 0,795; 0,891; 0,907 e 0,626 Lg-1, por SVc de 0,524; 0,930; 1,757; 0,952 e 0,981 Lg-1 e volumétrica de 0,131; 0,330; 0,430; 0,374 e 0,377 L L-1 d-1, com média de metano em 56%. O TRH de 10,0 dias foi avaliado com temperatura média mais elevada, de 27,7 °C, e os demais com temperatura variando entre 21,2 a 23,5 °C. A eficiência do agitador foi comprovada ao melhorar o desempenho do reator, apesar da redução média de 2,3 °C na temperatura. Os indicadores de estabilidade, pH e relação acidez volátil/alcalinidade total (AV/AT), mantiveram médias entre 6,51 a 7,45 e 0,11 a 0,82, respectivamente. Apesar da relação AV/AT ter apresentado valores de risco, o reator permaneceu estável, o que pode ser devido à presença do meio suporte

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shaiane__Lucas.pdf: 2393290 bytes, checksum: 9e5c684ef130e9552f01b3191e3e8e1d (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / This study evaluated the hydrogen and methane production from cassava starch wastewater in reactors in series. The acidogenic and methanogenic reactors were operated in a continuous flow and trials were divided into three stages. In Stage 1, three essays for hydrogen production evaluated the effect of initial pH (6.0 and 4.5), substrate concentration (1.4, 1.1 and 2.2 g total carbohydrates.L-1) and strategies to control biomass (by disposal or change in the structure of such support material with low density polyethylene) in anaerobic reactors of fixed bed and upflow at 36 °C. The best operating condition among the evaluated ones was pH 6.0 and concentration of 1.4 g total carbohydrates.L-1, which resulted in Hydrogen Volumetric Productions (HVP) of 229 mL.L-1.d-1 and yield of 29.4 mL.g-1total carbohydrate. The best strategy to control biomass was the sort of bed with polyethylene cylinders, which provided the least changes in flow regime and excessive growth of biomass. In Stage 2, the effect of inoculum source was evaluated in two packed-bed reactors operating according to the following conditions: pH 6.0; 2 g.L-1concentration of substrate, 20 g.L-1.d-1organic loading rate (OLR) and hydraulic retention time (HRT) of 2-hour. In the inoculated reactor with autofermented effluent, the answers were: 550 mL.L-1.d-1and hydrogen yield of 38mL.g-1total carbohydrates. These values were higher than those observed for the reactor inoculated with anaerobic heat-treated sludge, which indicated that the use of simple inoculums is a viable strategy for hydrogen production under the tested conditions. In addition to these essays, the influence of ORL and HRT were also evaluated. The increase of ORL (10 to 20 g-total carbohydrates.L-1.d-1) and decrease of HRT (4 to 2 hour) resulted in a higherhydrogen production (467 mL.L-1.d-1), hydrogen percentage in the studied biogas (40%) and molar flow rate (2.16 mmol.h-1). Therefore, the average yield of 30 mL H2.g-1 total carbohydrate was the same for both conditions tested. In general, butyric acid was associated with higherhydrogen production, followed by acetic and propionic acids, besides ethanol, in the five analyzed essays. In Stage 3, methane production from the acidified effluent was evaluated in a horizontal anaerobic reactor of fixed bed and continuous flow, operated at mesophilic temperature. The operating conditions were divided into four stages, whose variations were: initial pH (5.0 and 7.0), OLR (1.54; 3.54 and 6 g-COD.L-1.d-1) and HRT (5; 1.5 and 1.1 d). The results of effluent pH greater than 7.0, volatile acidity/total alkalinity of 0.2 and 98% removal of organic matter showed that the reactor performance was not impaired by the separation of acidogenic and methanogenic stages. The highest production of methane was observed in Phase IV, with pH 5.0, 6 g.L-1.d-1 OLR and 1.1 d HRT, resulting in average values of 0.82 L.L-1.d-1 for volumetric methane production, 0.85 L.g-1CODremoved yield and 80% methane in biogas composition. The energy efficiency in the combined system was 17% higher than the one observed in the single system for the treatment of cassava starch wastewater. / Este trabalho avaliou a produção de hidrogênio e metano a partir de efluente de fecularia de mandioca em sistema combinado. Os reatores acidogênico e metanogênico foram operados em fluxo contínuo, e os ensaios divididos em três etapas. Na Etapa 1, três ensaios para produção de hidrogênio avaliaram o efeito do pH inicial (6,0 e 4,5), concentração de substrato (1,4, 1,1 e 2,2 g carboidratos totais.L-1) e estratégias de controle da biomassa (por descarte ou mudança na estruturação do material suporte de polietileno de baixa densidade) em reatores anaeróbios de leito fixo e fluxo ascendente, à temperatura de 36 C. A melhor condição operacional dentre as avaliadas foi pH 6,0 e concentração de 1,4 g carboidratos totais.L-1, que resultou em Produções Volumétricas de Hidrogênio (PVH) de 229 mL.L-1.d-1 e rendimento de 29,4 mL.g-1 carboidrato total. A melhor estratégia de controle de biomassa foi a ordenação do leito com cilindros de polietileno, a qual proporcionou menores alterações no regime de escoamento e crescimento excessivo da biomassa. Na Etapa 2, o efeito da fonte de inóculo foi avaliado em dois reatores de leito empacotado nas condições operacionais pH 6,0; concentração de substrato de 2 g.L-1, Carga Orgânica Volumétrica aplicada (COV) de 20 g.L-1.d-1 e Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 2 horas. No reator inoculado com efluente autofermentado verificou-se PVH de 550 mL.L-1.d-1 e rendimento de hidrogênio de 38 mL.g-1 carboidratos totais. Esses valores foram maiores que os observados para o reator inoculado com lodo anaeróbio tratado termicamente, os quais indicaram que a utilização de inóculos simples representa uma estratégia viável para produção de hidrogênio nas condições testadas. Além desses ensaios, a influência da COV e do TDH também foi avaliada. O aumento COV (de 10 para 20 g.L-1.d-1) e a redução do TDH (de 4 para 2 h) resultaram em maior produção de hidrogênio (467 mL.L-1.d-1), percentual de hidrogênio no biogás (40%) e vazão molar (2,16 mmol.h-1). Entretanto, o rendimento médio de 30 mL H2.g-1 carboidrato total foi igual para as duas condições testadas. De modo geral, o ácido butírico foi associado à maior produção de gás hidrogênio, seguido dos ácidos acético e propiônico, além de etanol, nos cinco ensaios realizados. Na Etapa 3, a produção de metano a partir do efluente acidificado foi avaliada em reator anaeróbio horizontal de leito fixo e fluxo contínuo, operado em condição mesofílica de temperatura. As condições operacionais foram divididas em quatro fases, com variação do pH inicial (5,0 e 7,0), da COV (1,54; 3,54 e 6 g DQO.L-1.d-1) e do TDH (5; 1,5 e 1,1 d). Os resultados de pH efluente superior a 7,0, relação acidez volátil/alcalinidade total de 0,2 e remoção de 98% da matéria orgânica evidenciam que o desempenho do reator não foi prejudicado pela separação das fases acidogênica e metanogênica. A maior produção de metano foi observada na Fase IV, com pH 5,0, COV de 6 g.L-1.d-1e TDH de 1,1 d, que resultou em valores médios de produção volumétrica de metano de 0,82 L.L-1.d-1, rendimento de 0,85 L.g-1DQOremovida e 80% de metano na composição do biogás. O rendimento energético no sistema combinado foi 17% superior ao observado em sistema único no tratamento de efluente de fecularia.