Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-18T14:54:26Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2811509 bytes, checksum: d48a2ec4448b8cba5418b6ea72e08048 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T14:54:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2811509 bytes, checksum: d48a2ec4448b8cba5418b6ea72e08048 (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The urban solid waste is one of the main environmental problems noticed nowadays. Through time the models of treatment and destination of residues (waste) more commonly used were incineration and landfill. Landfill, specifically, generates, from the decomposition of the organic fraction, solid urban waste gases which can be used in the production of energy. This generation of gas can also be in smaller scale using biodigesters, attending the demands of small communities, such as Universidade Federal da Paraíba Campus I. Within this context, this work aims to evaluate and compare the functioning of biodigesters to determine the most adequate solution for implantation at UFPB Campus I using organic waste from the University restaurant. Nowadays the university restaurant's waste is sent to Aterro Sanitário Metropolitano de João Pessoa, a landfill, generating a daily average of 513,77kg of organic waste. For the analysis of a more adequate model, some criteria were considered, such as the facility and cost of implantation, operation mode, efficiency in treatment, income and applied technology, being selected the following: Biodigester in batch (simplified model), Indian Biodigester, Chinese Biodigester, Ferreira’s Biodigestor (2015), Fernandes’s Biodigestor (2013) and Reis’s Biodigestor (2012), which were compared in terms of Moisture Content and the efficiency in removal of solids, Temperature, Organic Loading Rate, Potential of Hydrogen, alkalinity, production and concentration of methane. It was found that the biodigesters in batch (simplified model), Indian and Chinese, were not adequate for attending the proposed objective. After analyzing the diverse parameters, it was found that many can be used for comparison. The analysis of the moisture content and the efficiency of removal of volatile contents, such as temperature were not considered as parameters of decision for choosing the best option, since they all had similar characteristics. The organic loading rate for the biodigesters with batch supply did not present itself as a limiting factor, however, for the continuous supply, which is the case of the Ferreira (2015) model, it interfered directly in its functioning. In terms of pH, Ferreira (2015) had maintenance difficulties, Reis (2012) managed to stabilize it and Fernandes (2013), although obtained high values, understood to be within the acceptable and propitious pH levels to the production of biogas. The concentration of methane in the Ferreira (2015) model presented average values of 59%, while Reis (2012) and Fernandes (2013) obtained average methane concentration near 70%, presenting itself more efficient. Given that, the biodigester of Reis (2012) model presented itself as the more viable for reproduction at UFPB Campus I for the ends of production of biogas from the decomposition of waste generated at the university restaurant, having the necessity of implantation of 13 biodigesters as a way to a semiannual generation source. / Os resíduos sólidos urbanos são um dos principais problemas ambientais observados na atualidade. Ao longo do tempo os modelos de tratamentos e disposição de resíduos mais utilizados foram a incineração e o aterro sanitário. No caso específico do aterro, este gera, a partir da decomposição da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, gases que podem ser utilizados na produção de energia. Essa geração de gás pode se dar também em pequena escala,com a utilização de biodigestores, podendo atender a pequenas comunidades, como é o caso do Campus I da Universidade Federal da Paraíba. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar e comparar o funcionamento de biodigestores para determinação da solução mais adequada para a implantação no referido Campus utilizando resíduos orgânicos provenientes do Restaurante Universitário. Atualmente, a disposição dos resíduos sólidos gerados no RU/UFPB é o Aterro Sanitário Metropolitano de João Pessoa, sendo diariamente gerada uma média de 513,77 kg de resíduos orgânicos. Para a análise do modelo de biodigestor mais adequado foram considerados alguns critérios, tais como facilidade e custo para a implantação, modo de operação, eficiência no tratamento, rendimento e tecnologia aplicada, sendo selecionados os seguintes: Biodigestor em Batelada (modelo simplificado), Biodigestor Indiano, Biodigestor Chinês, Biodigestor de Ferreira (2015), Biodigestor de Fernandes (2013) e Biodigestor de Reis (2012), os quais foram comparados em função do Teor de Umidade e eficiência de remoção de sólidos, Temperatura, Carga Orgânica Volumétrica, Potencial Hidrogeniônico (pH), Alcalinidade, Produção e Concentração de Metano. Verificou-se que os Biodigestores em Batelada (modelo simplificado), Indiano e Chinês não seriam adequados para atendimento do objetivo proposto. Ao analisar os diversos parâmetros verificou-se que vários podem ser usados para fins de comparação. A análise do teor de umidade e da eficiência da remoção de sólidos voláteis, bem como temperatura não se apresentou como parâmetro de decisão para seleção da melhor opção, uma vez que todos possuíam características semelhantes. A carga orgânica volumétrica para os biodigestores com abastecimento em batelada não se apresentou como um fator limitante. No entanto, para o abastecimento contínuo, caso do modelo de Ferreira (2015), interferiu diretamente no seu funcionamento. No que diz respeito ao pH, Ferreira (2015) teve ainda dificuldade em sua manutenção, Reis (2012) conseguiu estabilizá-lo e Fernandes (2013), apesar de obter altos valores, entendeu que estava dentro de faixas aceitáveis e favoráveis de pH à produção do biogás. A concentração de metano no modelo de Ferreira (2015) apresentou valores médios de 59%, enquanto que os modelos de Reis (2012) e Fernandes (2013) obtiveram concentrações médias de metano próximo a 70%, mostrando-se mais eficientes. Diante disso, o modelo de biodigestor de Reis (2012) se apresentou como o mais viável para reprodução no Campus I da UFPB com a finalidade de produção de biogás a partir da decomposição dos resíduos gerados no RU, sendo necessária a implantação de 13 biodigestores de forma a atender à geração semestral.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-06-06Bitstream added on 2014-06-13T20:40:07Z : No. of bitstreams: 1 augusto_kz_me_jabo.pdf: 655578 bytes, checksum: 104c70aaf81ec126dfdb5aeb957bed18 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Funep / Objetivou-se a avaliação da produção e caracterização qualitativa de dejetos em sistemas de produção de ovos automatizado e convencional, bem como dos processos de compostagem e de biodigestão anaeróbia desses dejetos. Foram efetuadas quantificações diárias em conformidade com a rotina estabelecida na propriedade para os dois sistemas de produção. Para dejetos provenientes de sistemas automatizados encontrou-se uma produção de 0,10kg ave-1 dia-1 de matéria natural (MN) e 0,03kg ave-1 dia-1 de matéria seca (MS), para dejetos provenientes de sistemas convencionais armazenados sob as gaiolas de criação de galinhas por 260 dias a produção foi de 0,03kg ave-1 dia-1 (MN) e 0,025kg ave-1 dia-1 (MS) e quando avaliados com um dia de produção foi de 0,05kg ave-1 dia-1 (MN) e 0,02kg ave-1 dia-1 (MS). Após 90 dias de compostagem de dejetos de galinhas poedeiras, frescos (com e sem a adição de bagaço de cana-de-açúcar e serragem) e armazenados por 260 dias (com adição de bagaço de cana-de-açúcar e serragem), obteve-se redução de sólidos totais (ST) de 46,2%, 45,6% e 28,6%, respectivamente. Foram abastecidos biodigestores bateladas e contínuos com dejetos frescos e armazenados por 260 dias de galinhas poedeiras, ambos contendo 6% de ST e tempo de retenção hidráulica de 20 dias. Em ambas as fases, batelada e contínua, a maior produção de biogás foi para os dejetos frescos. As produções de biogás por kg de ST adicionados foram maiores para os biodigestores abastecidos com dejetos frescos, tanto em fase batelada quanto contínua (0,34m3. kg ST adicionados-1 e 0,45m3. kg ST adicionados-1, respectivamente) quando comparados com dejetos armazenados por 260 dias (0,28m3. kg ST adicionados-1 e 0,22m3. kg ST adicionados-1). / The objective was to evaluate of the production and qualitative characterization of residues in conventional egg production and the automatic production system in commercial hen farms, composting and anaerobic bio-digestion. Daily quantifications were made in conformity to the routine management of the premises for the two production systems. In the automatic system the waste, production found was 0,10kg poultry-1 day-1 of natural matter (MN) and 0,03kg poultry-1 day-1 of dry matter (MS), wastes produced from conventional production system located under the cages of hens creation by 260 days, the production was 0,03kg poultry-1 day-1 (MN) and 0,025kg poultry-1 day-1 (MS) and when evaluated the daily production the waste found was 0,05kg poultry-1 day-1 (MN) and 0,02kg poultry-1 day-1 (MS). After 90 days of composting of poultry manure fresh (with and without the addition of sugar-cane pulp and sawdust) and stored by 260 days (with addition of sugar-cane pulp and sawdust), a reduction of total solids (TS) of 46,2%, 45,6% and 28,6%, was obtained respectively. Bio-digesters in batch and in daily load were supplied with fresh manure and stored by 260 days, both containing 6% of TS and hydraulic times’ retention of 20 days. In both phases, batch and daily load, fresh manure was the largest producer of biogas. The biogas production per kg of added TS was larger for the bio-digestors supplied with fresh manure, both in batch phase and daily load (0,34m3. kg TS add-1 and 0,45m3. kg TS add-1, respectively) when compared with manure stored for 260 days (0,28m3. kg ST add-1 and 0,22m3. kg ST add-1).

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:02Z (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.

Orientador: Jairo Osvaldo Cazetta / Banca: Miguel Angelo Mutton / Banca: Silvelena Vanzolini Segato / Resumo: Com o objetivo de estudar o comportamento do concentrado de vinhaça biodigerida (CVB) em relação à vinhaça in natura (VN), no crescimento e na nutrição de plantas de cana-de-açúcar, foi desenvolvido um experimento em vasos contendo a combinação de dois solos (latossolo e argissolo), com dois níveis de fertilidade (sem e com a correção da fertilidade) e com quatro tratamentos qualitativos em relação ao K (sem adição de K; com VN na dose de 100 m³ ha-1, com CVB ou KCl em dose de K igual à da VN). Os resultados revelaram que houve comportamento similar entre as vinhaças, tanto na ausência como na presença da correção da fertilidade do solo, sendo que para o concentrado de vinhaça biodigerida os valores tenderam a serem inferiores. O latossolo na ausência da correção da fertilidade induziu maiores resultados para crescimento e nutrição das plantas, em relação ao argissolo, por ter fertilidade original melhor. Porém na presença da correção da fertilidade o latossolo induziu menores resultados. A correção da fertilidade do solo é fundamental para se obter melhores respostas para o crescimento e nutrição da planta de cana-de-açucar, assim tanto o latossolo quanto o argissolo, bem manejados, podem proporcionar bons resultados / Abstract: In order to study the effect of concentrated of biodigested vinasse (CVB) compared to in natura vinasse (VN) on the growth and nutrition of sugar cane plants, an experiment was conducted in pots containing a combination of two soils (Oxisol and Ultisol) with two fertility levels (with and without fertility correction) and with four qualitative treatments related to K (control = without addition of K; with VN in a dose of 100 m³ ha-1; with CVB or KCl at a dose of K equal to the VN). The results showed that with soil fertility correction, the CVB had similar behavior regarding to plant height, stem diameter, internodes number, leaf area, K and Mg content, and accumulation of P. The VN promoted higher values for P content, and accumulation of Cu and K, N, Ca, S and Cu. In the absence of soil fertility correction, CVB was similar to overall plant growth and accumulation of K, N, Ca, S and Cu; the highest values for VN on K content and higher values for CVB regardong to Mg, P and Cucontent, and accumulation of P. In the Oxisol, both vinasses induced similar values for content of K, S, Cu and Mn, and accumulation of S, N, Ca, Mg, Mn and Zn. In the Ultisol vinasses had similar values for content of Mg, Cu and Mn, and Ca, Mg, Mn and Zn accumulation. The highest values of K and S levels, and S and N accumulation were found when plants were fertilized with VN. Both vinasses showed better results of K, Mg and Cu content in the Oxisol. The VN had similar behavior on both soils for S content, and induced higher values for Zn accumulation in Ultisol. The CVB induced higher values for S content and accumulation of Mg in both tested soils / Mestre

A produção de biocombustíveis apresenta-se como uma eficiente alternativa para superar as limitações econômico-ambientais inerentes à comercialização e utilização de combustíveis fósseis. O etanol caracteriza-se como um dos principais biocombustíveis alternativos, sendo as destilarias de cana-de-açúcar importantes exemplos de biorrefinarias, as quais, analogamente à indústria do petróleo, objetivam a obtenção de um espectro de (bio)produtos e/ou bioenergia a partir da biomassa vegetal. Embora nas atuais biorrefinarias de cana-de-açúcar a matéria-prima seja convertida em etanol, açúcar e eletricidade, uma fração considerável da energia da cana (como matéria orgânica) ainda é perdida na vinhaça. Potenciais impactos negativos da fertirrigação, i.e., aplicação direta da vinhaça no solo agrícola, também constituem outra relevante limitação do atual gerenciamento desta água residuária no Brasil. A biodigestão anaeróbia apresenta grande potencial de aplicação no tratamento da vinhaça, objetivando-se a redução de sua carga orgânica poluente concomitantemente à recuperação de bioenergia a partir do biogás. Embora tal processo potencialize a extração de energia da cana-de-açúcar na biorrefinaria, a literatura de referência ainda é escassa em termos da definição de parâmetros que viabilizem a implantação da biodigestão nas destilarias brasileiras. Neste contexto, neste estudo apresenta-se um panorama holístico da aplicação da biodigestão anaeróbia no tratamento da vinhaça de cana-de-açúcar, definindo-se condições operacionais para uma eficiente e estável conversão da matéria orgânica em hidrogênio e metano em sistemas em duas fases (acidogênico + metanogênico) termofílicos (55ºC). Diferentes cenários para produção de energia a partir do biogás também foram estudados a partir da aplicação de ferramentas de simulação, buscando-se fornecer aspectos técnicos, econômicos e ambientais da implantação das plantas de biodigestão da vinhaça na indústria sucroalcooleira brasileira. Em termos experimentais, os resultados mostraram a habilidade do reator acidogênico para manter produções contínuas de biohidrogênio em longo prazo (240 dias), sendo a aplicação de estratégias operacionais específicas, p.ex. controle do pH e da concentração de biomassa no reator, imperativa para recuperação dos sistemas submetidos a perdas de desempenho. Na fase metanogênica, a aplicação de cargas orgânicas crescentes (até 30 kgDQO m-3 d-1) em um reator convencional de manta de lodo e um reator de leito fixo estruturado indicou um desempenho muito superior do sistema com células aderidas, especialmente em termos da estabilidade operacional em longo prazo (240 dias). Finalmente, com relação à avaliação tecnológica da biodigestão, demostrou-se a viabilidade do escalonamento dos sistemas anaeróbios com separação de fases para o tratamento da vinhaça nas biorrefinarias de cana-de-açúcar, independentemente do tipo de uso proposto para o hidrogênio: não recuperação, venda como produto de valor agregado, produção de biohythane ou injeção no reator metanogênico. Os resultados também apontaram o papel determinante da alcalinização dos sistemas para melhorar o desempenho econômico ambiental da biodigestão, podendo superar efeitos da redução dos custos de investimento em alguns casos. Em suma, espera-se que os resultados apresentados neste trabalho sirvam como referência aos tomadores de decisão da indústria sucroalcooleira, suprindo lacunas de informações e destacando a viabilidade da implantação da biodigestão como tecnologia central para o processamento da vinhaça nas biorrefinarias de cana-de-açúcar no Brasil. / The production of biofuels comprises an efficient alternative to overcome the economicenvironmental drawbacks inherent to the trade and use of fossil fuels. Ethanol is one of the main alternative biofuels, with sugarcane distilleries characterized as important examples of biorefineries, which, similarly to the oil industry, aim to obtain a spectrum of (bio)products and/or bioenergy from the vegetal biomass. Although the raw material is converted into ethanol, sugar and electricity in the current sugarcane biorefineries, a considerable fraction of the energy from sugarcane (as organic matter) is still wasted in vinasse. Potential negative impacts from fertirrigation, i.e., the direct application of vinasse into the agricultural soil, also comprise another relevant drawback of the current management of this wastewater in Brazil. Anaerobic biodigestion has great potential of application in the treatment of vinasse, aiming to reduce its polluting organic load concomitantly to the bioenergy recovery from biogas. Although this process enhances the energy extraction from sugarcane in the biorefinery, the reference literature still lacks on the definition of parameters that encourage the implementation of biodigestion in Brazilian distilleries. In this context, this study presents a holistic overview of the application of biodigestion in the treatment of sugarcane vinasse, defining operating conditions for an efficient and stable conversion of the organic matter into hydrogen and methane in two-phase (acidogenic + methanogenic) thermophilic systems (55ºC). Different scenarios for the production of bioenergy from biogas were also studied by using simulation tools, aiming to provide technical, economic and environmental aspects of the implementation of vinasse biodigestion plants in the Brazilian sucro-alcohol industry. In experimental terms, the results showed the ability of the acidogenic reactor to maintain a continuous long-term (240 days) biohydrogen production, characterizing the application of specific operating strategies, e.g. control of the pH and biomass concentration inside the reactor, as imperative for the recovery of systems subjected to performance losses. In the methanogenic phase, the application of increasing organic loadings (up to 30 kgCOD m-3 d-1) to a conventional sludge blanket reactor and a structured-bed reactor indicated a much superior performance of the adhered cell system, especially in terms of the long-term operating stability (240 days). Finally, regarding the technological assessment of the biodigestion, the feasibility of scaling-up anaerobic systems with phase separation to the treatment of vinasse in sugarcane biorefineries was demonstrated, regardless of the type of use proposed for hydrogen: non-recovery, sale as a value-added product, biohythane production or injection into the methanogenic reactor. The results also pointed out the determining role of the alkalinization of the systems to improve the economic-environmental performance of biodigestion, in order to overcome the effects of the reduction of investment costs in some cases. In short, it is expected that the results presented in this study will serve as reference to decision-makers in the sucro-alcohol industry, filling information gaps and highlighting the feasibility of implementing biodigestion.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Isabel Stets.pdf: 1158333 bytes, checksum: c7c568acfaf2daf456026f86016faf6b (MD5) Previous issue date: 2008-03-12 / The effluent generated in abattoirs has a high concentration of organic matter and need treatment before being discarded in the water bodies. Anaerobic biological filters are considered a good technique for the treatment of industrial effluents; however, choosing the correct support media is extremely important to ensure the success of the reactor. In the same way, the study of microbial diversity can optimize the performance and the operation of these systems. In this work it was evaluated the efficiency of the treatment of the effluent from slaughterhouse, using three upflow anaerobic biological filters, and it was compared the microbial diversity of these filters. The reactor called A, B and C were built in chloride polivinile and filled with rings of polypropylene, polyurethane foam, or pieces of clay brick, respectively. These reactors were operated at room temperature and the used Hydraulic Retention Times of (HRTs) were of 30, 20, 18, 14, 10, 8, 6, 5, 4, 3, 2, 1.5 and 1 day. To monitor the efficiency of the process, the pH, alkalinity, acidity, Chemistry Oxygen Demand (COD), and total solids content of volatile solids, nitrogen and phosphorus substrate and effluents of each reactor were analyzed. The values of pH decreased with the reduction of HRT and the ratio volatile acidity / alkalinity remained below 0.13 during the majority of the analyzed period. In the one day’s HRT, the reactor C was more effective reaching 80.76 of removal. There was a high rate of nitrogen removal probably due to its low concentration in the substrate. High phosphorus removals also occurred: there was a decrease of phosphorus removal when the HRT declines in reactors A and B, the same did not occur in the reactor C. The three reactors behaved similarly regarding to the collecting sites and there was no difference between these sites when COD removal, volatile acidity / alkalinity ratio and pH were analyzed. To evaluate the effect of different media support in the microbial community, the reactors DNA biomass was extracted, quantified and used as template in an amplification reaction of 16S rDNA gene from bacteria and metanogenic. The amplified fragments of approximately 1500 bp were treated with HinfI, RsaI and HaeIII restriction enzymes to obtain the reactors ARDRA (Amplified Ribossomal DNA Restriction Analysis) profiles. The indices of richness, richness modified, Shannon-Weaver diversity index and similarity dendogram, determined from ARDRA, grouped the reactors A and B, and left the reactor C isolated due to its dissimilarity. The Hierarchical Cluster Analysis (HCA) also grouped the reactors that way, however, that group has less than 0.1% of similarity, suggesting a low interference in the reactors media support in microbial communities. / O efluente gerado em abatedouros possui uma elevada concentração de matéria orgânica e necessita de tratamento antes de ser descartado nos corpos hídricos. Os filtros biológicos anaeróbios são considerados uma boa técnica para tratamento de efluentes industriais, porém, a escolha correta do meio suporte é extremamente importante para garantir o sucesso do reator. Da mesma forma, o estudo da diversidade microbiana pode otimizar o desempenho e a operação desses sistemas. Neste trabalho, foi realizada a avaliação da eficiência do tratamento de efluente de abatedouro, utilizando-se três filtros biológicos anaeróbios de fluxo ascendente, bem como a comparação da diversidade microbiana desses filtros. Os reatores denominados A, B e C foram construídos em cloreto de polivinila e preenchidos com anéis de polipropileno, espuma de poliuretano ou pedaços de tijolo de argila, respectivamente. Esses reatores foram operados à temperatura ambiente e os Tempos de Retenção Hidráulica (TRHs) utilizados foram de 30; 20; 18; 14; 10; 8; 6; 5; 4; 3; 2; 1,5 e 1 dia. Para monitorar a eficiência do processo, foram analisados no substrato e efluente de cada reator pH, alcalinidade, acidez, Demanda Química de Oxigênio (DQO), teor de sólidos totais e sólidos voláteis, nitrogênio efósforo. Os valores de pH do efluente dos reatores decresceram com a redução do TRH. A relação acidez volátil/alcalinidade ficou abaixo de 0,13 durante a maior parte do período analisado. No TRH de 1 dia o reator C foi o mais eficiente alcançando 80,76 de remoção de DQO. Observou-se uma elevada taxa de remoção de nitrogênio em todos os reatores provavelmente devido à sua baixa quantidade no substrato. Também ocorreram elevadas remoções de fósforo, mas houve decréscimo dessa remoção com a diminuição do TRH nos reatores A e B, o mesmo não ocorrendo no reator C. Quando se analisaram as amostras retiradas em quatro diferentes alturas dos reatores, observou-se que os três se comportaram de forma similar quanto aos pontos de coleta e não houve diferença entre esses pontos quanto à remoção de DQO, relação acidez volátil/alcalinidade e pH. Para avaliar o efeito dos diferentes meios suporte na comunidade microbiana, o DNA da biomassa dos reatores foi extraído, quantificado e usado como molde numa reação de amplificação do gene 16S rDNA de bactérias e archaeas metanogênicas. Os fragmentos de aproximadamente 1500 pb amplificados foram tratados com as enzimas de restrição HinfI, RsaI e HaeIII para obtenção dos perfis de ARDRA (Análise da Restrição de rDNA Amplificado) dos reatores. Os índices de riqueza, riqueza modificada, diversidade de Shannon-Weaver e dendograma de similaridade, determinados a partir da ARDRA, agruparam os reatores A e B, ficando o reator C isolado devido à sua dessemelhança. A Análise de Agrupamento Hierárquico (HCA) também agrupou os reatores dessa forma, entretanto, esse agrupamento possui menos que 0,1% de similaridade, sugerindo uma baixa interferência do meio suporte nas comunidades microbianas.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Debora C Moreira.pdf: 799615 bytes, checksum: bf5390535b39bc8ca4f452bde2fd297b (MD5) Previous issue date: 2013-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for renewable energy and food production with the minimum threat to the environment are themes that have been studied for all over the world. Several processes have been developed for the use of agroindustrial wastes, transforming them into chemical compounds and products with high added value. The use of agroindustrial wastes in bioprocesses helps the search for sustainable processes. The increasing in the agricultural productivity in Brazil, open a new market to the development of researches that study this issue. The statistical modeling of mixtures, allied with the design of experiments, has application in a several industrial systems. The aim of this work was to study the possibility of use agroindustrial wastewater mixtures to produce propionic acid. Four types of wastewater were studied: corn steep liquor, pet food wastewater, meat processing wastewater and dairy wastewater. Assays were performed to obtain the best composition of the mixtures and the best substrate ratio. Within the conditions employed, the mixture containing 75% of corn steep liquor and 25% of another substrate, were most suitable for the process. Studying the tests in which the fermentations conditions varied (boiling the substrate, agitation and pH correction to 6,5) the best concentrations of propionic acid, 229,57 mg.L-1, were produced by mixing 75% of corn steep liquor and 25% of pet food wastewater, after 72h of fermentation, with initial correcting of pH to 6,5, followed by the mixture containing 75% of corn steep liquor and 25% of meat processing wastewater, that enabled the production of 154,27 mg.L-1 of propionic acid. The mixture with 75% of corn steep liquor and 25% of dairy wastewater with daily pH correction enabled the production of 220,96 mg.L-1 of propionic acid after 72 hours of fermentation. The other essay conditions were not significant for propionic acid biosynthesis. The statistical analysis confirms that it is possible to use codigestion agroindustrial waste for propionic acid production. / A busca por fontes de energia renovável e a produção de alimentos com a mínima ameaça ao ecossistema têm sido temas bastante pesquisados em todo o mundo. Diversos processos têm sido desenvolvidos para a utilização de resíduos agroindustriais, transformando-os em compostos químicos e produtos com alto valor agregado. A utilização de resíduos agroindustriais em bioprocessos favorece a busca por processos sustentáveis. O aumento da produtividade agrícola no Brasil abre um novo mercado para o desenvolvimento de pesquisas que abordem este tema. O planejamento estatístico de misturas, aliado à otimização de experimentos, tem aplicação em diversos sistemas industriais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade da utilização de misturas de efluentes agroindustriais para a produção de ácido propiônico. Foram utilizados quatro tipos de efluentes: efluente do processamento de milho, efluente do processamento de ração animal, efluente de processamento de carnes e de laticínio. Foram realizados ensaios para a obtenção da melhor composição das misturas, definindo-se a melhor proporção dos substratos. Dentro das condições empregadas, as composições contendo 75% do efluente do processamento de milho e 25% de outro substrato foram as mais adequadas ao processo. Nos ensaios onde as condições de fermentação foram variadas (fervura prévia do substrato, agitação e correção do pH para 6,5), os melhores resultados de produção de ácido propiônico, 229,57 mg.L-1, foram obtidos com substrato composto por 75% de efluente do processamento de milho mais 25% de efluente de fábrica de ração, com 72h de fermentação, correção de pH inicial para 6,5 e sem agitação, seguido de substrato com 75% de efluente do processamento de milho mais 25% de efluente de processamento de carnes, nas mesmas condições, obtendo-se produção de 154,27 mg.L-1 de ácido propiônico. O substrato contendo 75% de efluente do processamento de milho mais 25% de efluente de laticínio, possibilitou produção de 220,96 mg.L-1 de ácido propiônico, após 72 horas de fermentação e com correção de pH a cada 24 horas. As outras condições testadas não foram significativas na biossíntese de ácido propiônico. A análise estatística dos dados confirmou que é possível a utilização de codigestão de efluentes agroindustriais para a produção de ácido propiônico.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:04Z (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

Foram estudados três procedimentos para o tratamento prévio de amostras provenientes de três sistemas de biodigestão anaeróbia operados com resíduos sólidos urbanos padronizados (RSUDp), com o fim de promover o desprendimento de células microbianas de fibras e outros materiais, e com isso obter um inóculo mais homogêneo para contagens celulares. Os tratamentos foram os seguintes: (a) suspensão de amostras em tampão fosfato e processamento em liqüidificador; (b) homogeneização mecânica e manual de amostras em solução mineral anaeróbia; (c) amostras submetidas a banho de ultra-som. O método do Número Mais Provável (NMP) foi utilizado para avaliar o número de bactérias celulolíticas e arqueas metanogênicas, em meio mineral contendo celulose em pó. Não foram constatadas diferenças entre os três tratamentos empregados, considerando-se os valores encontrados para ambos os grupos, da ordem de 102 células/mL. O tratamento com ultra-som foi escolhido para outras determinações em função da simplicidade quanto à manipulação. Assim, foram operados dois biorreatores anaeróbios com RSUDp para avaliação da reprodutibilidade dos valores das amostras após tratamento com ultra-som, para a determinação do número de microrganismos (celulolíticos, acetogênicos e metanogênicos) e avaliação da atividade microbiana anaeróbia na degradação do RSUDp. Os resultados das contagens de bactérias celulolíticas e arqueas metanogênicas pelo método do NMP em meio contendo celulose não foram superiores a 103 células/mL, e as réplicas foram bastante semelhantes. O aumento do número do grupo metanogênico pôde ser correlacionado com o aumento dos teores de metano no biorreator amostrado. As contagens de organismos acetogênicos e metanogênicos em meio mineral com fontes específicas revelou valores até 103 células/mL. Os tipos morfológicos predominantes nos exames microscópicos dos sistemas de biodigestão foram bacilos curvos, retos, sarcinas e cistos de sarcinas e as amostras dos tubos de contagem mostraram para celulolíticas, bacilos, cocos e sarcinas, para acetogênicas bacilos, bacilos espessos, cocos e cistos de sarcinas e para as arqueas metanogênicas bacilos fluorescentes e sarcinas. A evolução do processo de biodigestão anaeróbia nos dois últimos sistemas operados mostrou-se bastante próxima a proposta por BARLAZ et al. (1989b), em que o número de bactérias celulolíticas e de arqueas metanogênicas aumenta na fase considerada metânica acelerada. O conteúdo de sólidos totais diminuiu em 50% ao longo do processo e os teores de ácidos orgânicos voláteis diminuíram de 27,5 para 8, 79 g de ác. acético/L. / Three different treatments were applied to samples from three anaerobic biodigestion systems operated with standardized municipal solid waste to promote the release of microbial cells adhered to fibers and other materials, resulting in a more homogeneous inoculum to cellular counting. The following treatments were applied to the samples: a) suspension in phosphate buffer followed by blending; b) mechanical and hand homogenization in anaerobic mineral solution; c) sonication in ultrasound bath. The Most Probable Number (MPN) technique was employed to evaluate the populations of cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea, in mineral medium containing powdered cellulose. The populations of both groups of microorganisms were close to 102 cells/mL independently of the treatment applied to release the cells and no clear distinction among them could be made concerning their efficiencies. In view of this fact the ultrasound treatment was employed in all other determinations due to its simple execution. Two anaerobic bioreactors operated with standardized municipal solid waste were monitored to evaluate the reliability of sonication as a procedure for cell release, to determine microorganism populations (cellulolytic, acetogenic bacteria and methanogenic Archaea) and to evaluate the microbial anaerobic activity concerning the biodegradation of the standardized municipal solid waste. Cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea had similar populations (lower than 103 cells/mL) as well as acetogenic and methanogenic microorganisms (up to 103 cells/mL). The increase in the methanogenic population could be directly related to the increase of methane production in the studied reactor. The morphological types which predominate in the microscopic examinations of the biodigestion systems were curved and straight rods and sarcina. The tubes for MPN countings showed the presence of rods, coccus and sarcina for cellulolytic bacteria; rods, tick rods, coccus and sarcina for acetogenic bacteria and fluorescent rods and sarcina for methanogenic Archaea. The evolution of the anaerobic biodigestion process in the latter two monitored systems was very similar to the one proposed by BARLAZ et al. ( 1989b) where the number of cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea increase during the accelerated methane phase. The total content of solids decreased 50% during the process and the volatile acidity decreased from 27,5 g acetic acid/L to 8,79 g acetic acid/L.

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