Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao joao carlos pre textuais.pdf: 617522 bytes, checksum: bb07bb21bb4875ee05bd7e833ba62c51 (MD5) Previous issue date: 2009-02-10 / This work presents a case analysis of energetic harnessing in a piggery, based on the use of biogas generated from pig sewage. The analysis shows that the energy from the biogas produced in the farm processes can be partially used through Clean Development Mechanisms (CDM) in order to improve the system efficiency. The utilized process presents environmental and economical benefits as carbon emissions are reduced and their credits can be traded. Moreover, an economic analysis of alternatives for biogas use was carried out taking into account technical, environmental and financial aspects. The case study was realized on a piggery farm in the south-west of the Goiás State where the economical viability of each of the presented alternatives was analyzed considering the following: total burning of biogas; generation of electrical energy; heating; or the combined heat and power generation (CHP). / Este trabalho apresenta a análise de um caso baseado no aproveitamento do biogás gerado a partir de rejeitos de suínos. A análise mostra que a energia do biogás produzido nos processos da granja pode ser parcialmente aproveitada através de mecanismos de desenvolvimento limpos (MDL) com a finalidade de aumentar a eficiência energética do sistema. O processo utilizado apresenta benefícios ambientais e econômicos, já que as emissões de carbono são reduzidas e seus créditos podem ser negociados. Uma análise econômica de alternativas de geração energética do biogás é também apresentada, considerando-se aspectos técnicos, ambientais e financeiros. O estudo foi realizado em uma granja no sudoeste do estado de Goiás, e analisa a viabilidade de cada uma das alternativas apresentadas para o aproveitamento energético do gás, que são: queima total do biogás; geração de energia elétrica; aquecimento; ou a combinação de aquecimento e geração de energia elétrica.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosangela Dala Possa.pdf: 2685580 bytes, checksum: 3b608d2924c5b2e0f11e3d8e887cdca5 (MD5) Previous issue date: 2013-02-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent years, the use of anaerobic bio-digestion systems for the treatment of wastes from agro-industrial activities has been intensified. The main products of bio-digestion are biogas and bio-fertilizer. Biogas is composed mainly of methane (CH4), carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S) and ammonia (NH3), which in most cases is used as fuel for powering stationary engines. In these cases, the presence of CO2, H2S and NH3, undermines the viability of its use as fuel because it reduces the calorific potential and lifetime of engines. In this context, the study aimed to develop and evaluate an alternative technology for purification of the methane contained in biogas from anaerobic digestion of swine manure. Therefore, the methodology contemplated the technological foresight inherent in matter (removal / purification of biogas), identifying advantages / disadvantages, design / construction of alternative technology (prototype) and its installation on a rural property for the purpose of operational testing. The results demonstrate the technical and economical viability for implementation in a real situation. For the corrosive components the reduction of 96% for H2S and of 83,1% for NH3 was achieved, beyond 6% CO2 reduction. The result was the increasing of methane concentration which reached 75% enabling the use of the biogas as a fuel. / Nos últimos anos, tem sido intensificado o uso de sistemas de biodigestão anaeróbica, para o tratamento dos dejetos das atividades agroindustriais. Os principais produtos da biodigestão são biogás e biofertilizante. O biogás é constituído, principalmente, de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), gás sulfídrico (H2S) e amônia (NH3), o qual, na maioria dos casos é utilizado como combustível para acionamento de motores estacionários. Nesses casos, a presença de CO2, H2S e NH3, comprometem a viabilidade do seu uso como combustível, pois reduz o potencial calorífico e a vida útil dos motores. Neste contexto, o trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar uma tecnologia alternativa para purificação do metano contido no biogás proveniente da digestão anaeróbica de dejetos de suínos. Para tanto, a metodologia contemplou a prospecção tecnológica inerente ao assunto (remoção/purificação de biogás), a identificação de vantagens/desvantagens, o projeto/construção da tecnologia alternativa (protótipo) e a sua instalação numa propriedade rural para efeitos de testes operacionais. Os resultados, demonstram a viabilidade técnica e econômica para implementação na situação real. Especificamente foi alcançada uma redução para os componentes corrosivos (96% para o H2S e 83,1% para a NH3), além de 6% de redução do CO2. A consequência disso foi o aumento da concentração do metano que atingiu 75% viabilizando a utilização do biogás como combustível.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andriele Rimoldi Mello.pdf: 2169500 bytes, checksum: 69dd116fda2a458d79dafbb36bfe9560 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study aims to evaluate the energy potential of biogas generated in Brazilian landfills that receive municipal solid waste of populations between 100,000 and 20 million inhabitants for generation and sale of electricity. The literature review presents the main concepts related to the subject matter, dealing with energy issues, municipal solid waste and its disposal in landfill, the generation and use of biogas, energy sales coming from biomass, among others. The methodology presents calculation procedures adopted in order to achieve specific objectives. The quantification of the generated biogas was performed according to the model suggested by the IPCC and this information was made other calculations of methane recovery rate, potential for electricity generation cost of electricity generation from landfill biogas and analysis the economic viability of the investment in biogas energy exploitation projects. The organization of these calculations was made by two studies considering the capacity served by landfills and the power available for sale. Study 1 refers to landfills with capacity for between 100,000 and 4,000,000 inhabitants, with power generation up to 5,000 kW and can market the energy generated by means of compensation. The study covers two populations between 5,000,000 and 20,000,000 inhabitants and power from 1,000 kW to 30,000 kW, whose marketing of energy should be made in free trading environments or regulated trading environments. Landfills with power of 1,000 kW and 5,000 kW can market the energy of both forms. The results show great generation of methane for all studied capabilities, higher than in scenarios with higher recovery rate and population served. The energy potential showed better results for cases with greater recovery of methane and conversion efficiency with sufficient quantity to produce energy. The generation cost decreased with increased capacity due to economies of scale, ranging from $ 0.10 per kWh to $ 0.03 kWh. Both studies demonstrate economic viability and attractiveness in all projects from 100 thousand inhabitants, ensuring return on investment in no more than 13 years. Where the marketing of energy can be made either by compensation for the contracting environments, the first alternative was more advantageous, providing a greater return on investment in a shorter period. Finally, the study achieved its objectives with favorable results regarding the use of the potential of biogas from landfills. / Este trabalho objetiva avaliar o potencial energético do biogás gerado em aterros sanitários brasileiros que recebem resíduos sólidos urbanos de populações entre 100 mil e 20 milhões de habitantes, para geração e comercialização de eletricidade. A revisão de literatura apresenta os principais conceitos referentes ao assunto abordado, tratando das questões energéticas, dos resíduos sólidos urbanos e sua destinação em aterramentos sanitários, da geração e aproveitamento do biogás, da comercialização de energia oriunda de biomassa, entre outros. A metodologia apresenta os procedimentos de cálculo adotados a fim de alcançar os objetivos específicos. A quantificação do biogás gerado foi realizada de acordo com o modelo sugerido pelo IPCC e com estas informações foram realizados os demais cálculos de índice de recuperação do metano, potencial de geração de energia elétrica, custo de geração de energia elétrica com biogás de aterro e análise da viabilidade econômica do investimento em projetos de aproveitamento energético do biogás. A organização destes cálculos foi feita através de dois estudos considerando a capacidade atendida pelos aterros sanitários e a potência disponível para comercialização. O estudo 1 refere-se a aterros com capacidade para atender entre 100.000 e 4.000.000 de habitantes, com potência de geração de até 5.000 kW e que podem comercializar a energia gerada por meio de compensação. O estudo 2 abrange populações entre 5.000.000 e 20.000.000 de habitantes e potência entre 1.000 kW e 30.000 kW, cuja a comercialização da energia deve ser feita nos ambientes de comercialização livre ou ambientes de comercialização regulada. Os aterros com potência entre 1.000 kW e 5.000 kW podem comercializar a energia de ambas as formas. Os resultados obtidos demonstram grande geração de metano para todas as capacidades estudadas, sendo superior nos cenários com maior índice de recuperação e população atendida. O potencial energético apresentou melhores resultados para as situações com maior recuperação de metano e eficiência de conversão, com quantidade suficiente para a produção de energia. O custo de geração decresceu com o aumento da capacidade em função daeconomia de escala, com valores entre US$ 0,10 por kWh a US$ 0,03 kWh. Ambos os estudos demonstram viabilidade econômica e atratividade em todos projetos a partir de 100 mil habitantes, garantindo retorno do investimento em no máximo 13 anos. Nos casos em que a comercialização de energia pode ser feita tanto por compensação quanto nos ambientes de contratação, a primeira alternativa se mostrou mais vantajosa, oferecendo um retorno de investimento maior em um tempo inferior. Por fim, o estudo atingiu seus objetivos com resultados favoráveis quanto ao aproveitamento do potencial energético do biogás proveniente de aterros sanitários.

A vinhaça é o principal resíduo da produção de etanol de cana-de-açúcar e, no Brasil, são gerados aproximadamente 250 milhões de m3 de vinhaça por safra. Atualmente, este efluente é usado para fertirrigação dos canaviais em sua forma in natura, ou seja, sem tratamento prévio. Devido à sua grande quantidade de matéria orgânica e de sais, a disposição inadequada no meio ambiente pode ser causa tanto de impactos no solo e na água, como de emissões de gases de efeito estufa. O objetivo geral deste estudo é comparar diferentes alternativas de processamento para o aproveitamento energético da vinhaça, em busca daquela com maior desenvolvimento tecnológico, que mitigue os possíveis impactos ambientais da fertirrigação com vinhaça in natura e que esteja associada a um menor custo. Para esta finalidade, foram configurados cinco cenários que representam as tecnologias mais estudadas atualmente. Como cenário de referência, foi estabelecido a fertirrigação com vinhaça in natura e, como suas alternativas, consideraram-se: 1.concentração, 2.biodigestão e 3.incineração com produção de energia elétrica, bem como 4.combinação da biodigestão com a concentração e com o uso veicular do biogás. Uma vez feita a avaliação, concluiu-se que todas as alternativas melhoram o desempenho ambiental da gestão do resíduo e, ao mesmo tempo, permitem o aproveitamento e a economia de energia. Entretanto, o sistema de concentração é a única opção que se mostra viável economicamente na situação atual. Para ser atrativo o investimento nas demais tecnologias, seria necessária a introdução de medidas que premiem monetariamente os serviços ambientais, tais como a mitigação de emissões de gases de efeito estufa, a redução do consumo de água e a produção de energia a partir de fontes renováveis. A combinação da biodigestão com a posterior concentração pode ser a opção que reúne o maior número de vantagens com respeito ao cenário de referência. Com esta combinação, o biogás produzido é utilizado para suprir o consumo de energia do processamento e para substituir o diesel na frota usada na produção da cana-de-açúcar. Relativo aos impactos ambientais, esta configuração tecnológica diminui o volume da vinhaça, facilita sua distribuição a longas distâncias, evita a concentração de nutrientes no entorno das usinas, elimina o odor da decomposição da vinhaça e as emissões de metano, possibilita a reutilização da água e permite a substituição de combustíveis fósseis. Além disso, a vinhaça biodigerida e concentrada tem boas qualidades como fertilizante. / The vinasse is the main residue of ethanol production from sugarcane. In Brazil, around 250 million m3 of vinasse are generated per harvesting season. Currently, this effluent is used in natura, ie, without previous treatment, for sugarcane fertirrigation. Due to its large amount of organic matter and salts, inadequate disposal in the environment may cause impacts on soil and water, as well as greenhouse gases emissions. This study aims to compare different alternative process for vinasse energy recovery, searching which ones have the highest technological development nowadays, mitigate the possible environmental impacts of fertirrigation using in nature vinasse and involve the lowest cost. For this purpose, five scenarios were configured, representing the most widely studied technologies. As the baseline scenario it was established fertirrigation using in nature vinasse and, as alternatives scenarios, the following ones were considered: 1. concentration, 2. digestion and 3. incineration with electricity generation, and 4. digestion plus concentration with vehicular use of biogas. It was concluded that all the alternatives improve the environmental performance of vinasse management since they also allow energy recovery and savings. However, only vinasse concentration system is economically feasible nowadays. For the other technologies to become an attractive investment, it would be necessary to include an economic valuation of environmental services, such as greenhouse gas emissions mitigation, reduction of water consumption and renewable energy production. The combination of digestion and subsequent concentration may be the option that brings together the largest number of advantages comparing to the baseline scenario. In this solution, the biogas produced is used to supply the process power consumption and to replace diesel in the fleet used for sugarcane production. Regarding the environmental impacts, this technology configuration reduces vinasse`s volume, facilitates its distribution to long distances, prevents nutrient concentration around mills, eliminates decomposition odor and methane emissions, enables water reuse and allows fossil fuels replacement. Furthermore, digested and concentrated vinasse has good qualities as fertilizer.

O resíduo da primeira destilação do vinho, a vinhaça, destaca-se dentre os demais gerados na produção de etanol de cana-de-açúcar pelo seu grande volume e alta concentração de substâncias orgânicas. O tratamento anaeróbio desse efluente pode melhorar suas características físico-química (e.g. pH e DQO) além de produzir um combustível alternativo ao gás natural, o biogás. No entanto, apesar dos possíveis ganhos energéticos e ambientais, essa tecnologia apresenta dificuldades em se tornar viável no setor sucroenergético. Tendo em vista esse cenário, este trabalho propõe uma nova análise termodinâmica, baseada no método exergético, do potencial da vinhaça e do biogás provindo de seu tratamento. Para isso, modelou-se a digestão anaeróbia da vinhaça por meio do ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) e atualizou-se o cálculo da exergia química deste efluente. Assim, os resultados obtidos indicam que o tratamento anaeróbio pode recuperar uma significativa parcela da exergia descartada com a vinhaça (44-52% de 189-1529 kJ/l), dependendo da degradabilidade e concentração do material orgânico, bem como o regime de operação do reator anaeróbio. Nota-se também, que apesar de a digestão anaeróbia ser mais eficiente com maiores tempos de retenção hidráulica, é preferível maximizar o volume de vinhaça tratada em detrimento da qualidade de conversão. Além disso, o desempenho anual da geração de biogás também é afetado pelo seu processo de partida e pela sazonalidade da produção de etanol. Por outro lado, a planta de biogás promove maiores reduções de exergia destruída em comparação com a fertirrigação e a concentração de vinhaça. Possíveis integrações térmicas entre a planta de biogás e a unidade de concentração de vinhaça foram propostas e analisadas, atingindo melhores eficiências exergéticas e reduzidas demandas térmicas. De forma geral, esse estudo demonstra a aplicação do método exergético na valorização de resíduos orgânicos por meio da produção de biogás. / The residue of the first distillation of wine, vinasse, stands outs in the sugarcane ethanol production due to its huge volume and high concentration of organic substances. The anaerobic treatment of this effluent can enhance its physical-chemical characteristics (e. g. pH and COD) in addition to produce an alternative fuel to natural gas, the biogas. However, although there are possible gains in the energy and environmental aspects, this technology presents difficulties to become viable in Brazilian market. Therefore, this work proposes a new thermodynamic analysis, based on the exergy method, of the potential of vinasse and biogas produced in its anaerobic treatment. In order to accomplish this, the anaerobic digestion of vinasse was modeled with ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) and the chemical exergy calculation of this effluent was updated. Thus, the results obtained indicate that the anaerobic treatment can recover a significant part of vinasse exergy (44-52% of 189- 1529 kJ/l), depending on the digestible material concentration, as well as the anaerobic reactor operation. It also can be notice that, although anaerobic digestion be more efficient at higher retention times, it is desirable to maximize treated vinasse volume to the detriment of conversion quality. Furthermore, the biogas production yearly performance is also affected by the reactor start-up process and the ethanol production seasonality. On the other hand, the biogas plant promotes higher reductions of exergy destruction in comparison with fertirrigation and vinasse concentration. Possible thermal integrations between the biogas plant and the vinasse concentration plant were proposed and analyzed, reaching better exergy efficiencies and reduced thermal demand. In general, this study demonstrates the exergy method application in organic residues upgrade by biogas production.

A expansão do setor sucroenergético favoreceu o desenvolvimento da tecnologia de etanol de segunda geração (2G). No entanto, este é um processo que leva à geração de altíssimos volumes de resíduos, bem como o processo de primeira geração (1G). O principal deles é a vinhaça, que também apresenta elevado potencial poluidor. Nesse contexto, vê-se, portanto, a necessidade de se dar uma finalidade adequada ao resíduo. A digestão anaeróbia se tornou uma tecnologia muito disseminada e valorizada em outros países. Isso se deve às vantagens em gestão de resíduos e na geração de energia proporcionadas por essa tecnologia. O potencial de aplicação da vinhaça para produção de biogás é enorme, dado que é um resíduo muito rico em matéria orgânica e de grande disponibilidade no Brasil. A digestão anaeróbia precisa também ser desenvolvida para o resíduo do processo de etanol 2G, pois espera-se que as características da vinhaça gerada sejam diferentes. É importante a investigação da influência que a composição da vinhaça 2G pode ter sobre o processo da digestão anaeróbia e produção de biogás, e este foi o principal objetivo deste trabalho. Para isso, realizou-se inicialmente a caracterização de vinhaça 1G e de vinhaça 2G obtidas para o experimento deste estudo. A composição das duas vinhaças apresentou as principais diferenças para as concentrações de DQO, ácidos orgânicos (sobretudo o ácido acético), compostos fenólicos e sulfato. Foram obtidas concentrações de DQO de 30.732,80 mg O2 L-1 e 19.038,13 mg O2 L-1 para vinhaça 1G e vinhaça 2G, respectivamente. As concentrações de ácido acético e compostos fenólicos totais foram, respectivamente, 88,14% e 84,10% maiores na vinhaça 2G do que na vinhaça 1G. A concentração de sulfato na vinhaça 2G foi 28,11% menor que a concentração obtida na vinhaça 1G. A avaliação de processo de produção de biogás foi realizada em dois reatores metanogênicos, um utilizando vinhaça 1G como substrato e outro, utilizando vinhaça 2G. Os processos foram monitorados segundo a produção de biogás por DQO removida, produção de ácidos orgânicos, alcalinidade, remoção de compostos fenólicos, remoção de ânions e retenção de sólidos. Os efluentes dos reatores metanogênicos também foram caracterizados segundo o teor de cátions. O processo com vinhaça 2G teve produção de biogás quatro vezes maior que o processo com vinhaça 1G. Foram obtidos valores médios de 0,32 Lbiogás DQOremov-1 para o processo com vinhaça 2G e 0,08 Lbiogás DQOremov-1 para o processo com vinhaça 1G. De acordo com o monitoramento dos processos por alcalinidade e concentração de ácidos orgânicos, o processo com vinhaça 2G também se mostrou mais eficiente do que o processo com vinhaça 1G no que diz respeito ao consumo de matéria orgânica. A remoção de compostos fenólicos totais teve eficiência média de 56,96% para o processo utilizando vinhaça 2G, enquanto que o processo com vinhaça 1G não foi capaz de removê-los. Infere-se que a elevada concentração de ácido acético na vinhaça 2G tenha contribuído para o processo de produção de biogás. A alta disponibilidade de acetato favorece a atividade metabólica de arqueas metanogênicas, o que é fundamental para o equilíbrio químico da conversão de matéria orgânica em biogás. / The Sucroenergetic sector expansion has favored the development of second generation ethanol technology. However, the process leads to the production of large amounts of residues, as well as the first generation process. The main residue is the vinasse, which is very pollutant. In this context it becomes clear the need of giving an appropriate application for vinasse. Anaerobic digestion has turned into a very disseminated and very well accepted technology in many countries, which is mainly due to its results as an efficient waste management and energy generation. Vinasse has a great potential for biogas production through anaerobic digestion, since it is a residue with high organic matter and in large availability in Brazil. Such technology has to be developed also for the residues obtained through second generation ethanol process. With a different process, it is expected that residues composition might also be different. It is important to look into the influence that second generation vinasse composition may bring to anaerobic digestion. The purpose of this study was to investigate the effects of second generations vinasse composition over the biogas production process. Before experiments, first and second generation vinasses were characterized. The most remarkable differences for vinasses composition were obtained for COD concentration, organic acids concentration (specially for acetic acid), phenolic compounds and sulphate. COD concentrations were 30,732.80 mg O2 L-1 and 19,038.13 mg O2 L-1 for first generation vinasse and second generation vinasse, respectively. Acetic acid and total phenolic compounds were, respectively, 88.14% and 84.10% higher for second generation vinasse than those found for first generation vinasse. Sulphate concentration for second generation vinasse was 28.11% lower than first generation vinasse\'s concentration. Biogas production process was evaluated for two different methanogenic reactors: first generation vinasse was used as substrate for one reactor and second generation vinasse was used as substrate for the second one. Processes were monitored according to biogas production by removed COD, organic acids production, alkalinity, phenolic compounds removal, anions removal and solids retention. Both reactors had their effluents characterized by cations content. In the process carried out with second generation vinasse the biogas production was four times higher than in the process carried out with first generation vinasse. The average values were 0.08 Lbiogas CODremoved-1 and 0.32 Lbiogas CODremoved-1 for first and second generation, respectively. Considering processes monitoring by alkalinity and organic acids concentrations, the process carried out with second generation vinasse was more efficient in regards to organic matter consumption. The average efficiency for total phenolic compounds removal was 56.96% for the process using second generation as substrate. On the other hand, the process with first generation vinasse was not capable of consuming them. The results obtained in this study suggest that the high acetic acid concentration in second generation vinasse have contributed to biogas production. High acetate availability promotes archaeas metabolic activity, which is fundamental for chemical balance in converting organic matter into biogas.

O aproveitamento energético do metano corresponde a uma das opções mais interessantes de utilização deste subproduto do tratamento de esgotos domésticos que é um gás de médio poder energético e também um gás indutor de efeito estufa (GEE). Esta dissertação visa estudar as perspectivas concretas de geração de eletricidade a partir da recuperação e do uso do biogás oriundo do processo de tratamento anaeróbio de esgotos domésticos mediante atualização dos marcos regulatórios brasileiros e levantamento experimental das taxas de produção de biogás em Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs). Nesse contexto, foram quantificadas, em tempo real, as taxas de produção de biogás e de metano de uma ETE de grande porte (3556,8 m3 tratados/hora), contendo 16 reatores UASB, alimentados com esgotos domésticos. Os resultados apontaram uma grande variação na carga orgânica recebida (37.948 ± 11.993) kg/dia e na vazão de biogás da ETE (84,30 ± 26,64) Nm3/h, que podem ser influenciadas negativamente por eventos de chuva. De modo geral, as quantidades médias de vazão de biogás estimadas em estudos foram maiores que aquelas registradas a partir de medições, dependendo do método utilizado tal quantidade pode ser até 10 vezes maior que aquela verificada a partir de medições de campo. A potência elétrica máxima calculada em 233 kW se mostrou próxima da autossuficiência da ETE e as novas diretrizes regulatórias podem permitir a compensação de energia de outras ETEs do sistema. As emissões de metano podem reduzir significativamente, cerca de 7.476,7 t CO2eq, quando do aproveitamento energético e possibilitam a venda de Certificados de Emissões Evitadas de Carbono. Conclui-se que, com o planejamento adequado, é possível haver interação entre saneamento ambiental e geração de energia com benefícios para ambos os setores. / The energy use of biogas corresponds to one of the most interesting use options of this by-product of wastewater treatment which is a mean-energy power and also a greenhouse gas. In this sense, this work aims to study the concrete prospects for electricity generation from the recovery and use of biogas derived from process of anaerobic treatment of wastewater by updating the Brazilian regulatory frameworks and experimental survey of biogas production rates in Wastewater Treatment Plants (WTP). In this context, were quantified in real time, biogas and methane production rates of a large WTP (3556.8 m3 treated / hour) containing 16 UASB reactors fed with domestic wastewater. The results showed a wide variation in the incoming organic load (37.948 ± 11.993) kg/dia and flow of biogas and methane from WTP (84,30 ± 26,64) Nm3/h, which can be negatively influenced by rainfall events. In general, the average quantities of biogas flow studies were estimated at greater than those recorded from measurements depending on the method used such amount can be up to 10 times higher than that found from field measurements. The maximum electric power estimated at 233 kW proved close to the WTP self-sufficiency and the new measures taken by the regulatory guidelines could allow power compensation in other WTPs system. Methane emissions can significantly reduce, about 7.476,7 t CO2eq, when the biogas was used for energy generation and may allow the sale of Avoided Carbon Emissions Certificates. So it is concluded that, with proper planning, it is possible to have interaction between environmental sanitation and power generation with benefits for both sectors.

Este trabalho de doutorado apresenta os resultados da avaliação de duas configurações diferentes de reatores com biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de poliuretano, denominados reator misto radial de leito fixo (RMRLF), utilizado para o tratamento de esgoto sanitário peneirado e reator aeróbio-anaeróbio horizontal de leito fixo (RAAHLF) para o pós-tratamento de efluente de reator de manta de lodo tipo upflow anaerobic sludge blanket (UASB) tratando esgoto sanitário. O estudo avalia duas propostas de tratamento para remoção biológica de matéria orgânica e nitrogênio por meio do acompanhamento do desempenho dos reatores sob diferentes condições operacionais, quais sejam: variação na carga orgânica aplicada, diferentes dosagens de solução alcalina e variação na taxa de aplicação de ar comprimido para o fornecimento de oxigênio dissolvido aos reatores na etapa de nitrificação. Foram desenvolvidos ensaios para obtenção de dados sobre o comportamento hidrodinâmico no RMRLF, dados sobre transferência e consumo de oxigênio dissolvido e viabilidade da utilização de biogás como doador de elétrons para a desnitrificação autótrofa. Os principais parâmetros de desempenho foram avaliados através de análises físico-químicas das amostras e a observação dos microrganismos envolvidos no processo. O RMRLF operou durante todo o período dos experimentos com a temperatura do líquido no seu interior variando entre o valor mínimo de 14 'GRAUS' Celsius até máximo de 30 'GRAUS' Celsius. Os valores da demanda química de oxigênio (DQO) no efluente do reator mantiveram média inferior a 50 mg/L. A remoção de nitrogênio como nitrato aumentou em 75% após o início do fornecimento do 'H IND.2'S' por meio da injeção de biogás. O RAAHLF operou com a temperatura do líquido no seu interior variando entre mínimo de 14 'GRAUS' Celsius e máximo de 26 'GRAUS' Celsius. Os valores de DQO no efluente, em média, foram inferiores a 66 mg/L e a remoção de nitrato foi incrementada em 87% após o fornecimento do 'H IND.2'S' pela injeção de biogás na câmara anóxica do reator. Os resultados demonstram o potencial destes reatores como alternativa para o tratamento e pós-tratamento de esgoto sanitário com resultados promissores de remoção de matéria orgânica e nitrogênio. / This work presents results of the evaluation of two different immobilized biomass reactor configurations, referred as radial flow anaerobic/aerobic immobilized biomass reactor (RAAIB) utilized for the treatment of the sanitary screened wastewater and horizontal aerobic/anaerobic immobilized biomass reactor (HAAIB) for the post-treatment of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) treating sanitary wastewater. This study evaluates the two proposals for the biological organic matter and nitrogen removal by the evaluation of the reactors performance under several operational conditions, such as organic matter load variation, alkalinity solution feeding, variation on the compressed air supply for the nitrification step and biogas supply for the denitrification process. Assays were developed in order to obtain data on the hydrodynamic behavior in the RAAIB reactor, oxygen transfer and consumption and the viability of use biogas as electron donor for the autotrofic denitrification. The main performance parameters were measured thru physical-chemical analysis and microscopic observations. The RAAIB reactor was operated during all the experiment period with its liquid temperature varying from 14 'DEGREES' Celsius to 30 'DEGREES' Celsius. The chemical oxygen demand (COD) values in the effluent presented a mean value below 50 mg/L. The nitrogen as nitrate removal efficiency incresead up to 75% after supplying 'H IND.2'S' thru biogas injection. The HAAIB reactor operated with temperatures varying from 14 'DEGREES' Celsius to 26 'DEGREES' Celsius. The COD values in the effluent presented a concentration value lower than 66 mg/L and the nitrate removal increased 87% after supplying 'H IND.2'S' thru the biogas injection in the anoxic reactor. The collected data proved the viability of the use of these reactors as an alternative for the treatment and post-treatment of sanitary wastewater due to the promising results obtained in the assays performed in the reactors.

A exploração energética do biogás é dominada desde tempos remotos, e tem contribuído, mesmo que em pequena escala, para a diversificação das matrizes energéticas de muitos países, a partir da premissa da expansão no uso das energias renováveis. Mais recentemente, a necessidade de aprimoramento da gestão de resíduos e questões como a segurança no suprimento energético e mudanças climáticas impulsionaram o refinamento de técnicas de purificação de biogás, com o objetivo de produzir o biometano, potencial substituto do gás natural de origem fóssil. É de interesse desta pesquisa a purificação de biogás de aterros e sua utilização como combustível veicular e injeção em gasodutos, uma vez que o recente desenvolvimento de projetos no Brasil se dá a espelho do que ocorre em países desenvolvidos, apesar de os setores de saneamento e energia brasileiros apresentarem características distintas. O estágio de desenvolvimento atual da exploração do biometano na Alemanha, Reino Unido e Suécia foi identificado através de revisão de literatura e análise documental. O resultado foi confrontado com o contexto atual, perspectivas atuais e futuras para este recurso no Brasil, considerando em especial, a Política Nacional de Resíduos Sólidos, os planos de desenvolvimento do setor energético nacional, e políticas estaduais do Rio de Janeiro e São Paulo, que tratam especificamente da promoção do uso do biogás. As condicionantes verificadas em nível nacional e regional foram então classificadas enquanto barreiras e oportunidades para a exploração do biometano obtido a partir de gás de aterros. Como resultado, a pesquisa identificou que a implantação de mecanismos de incentivo e a definição dos usos finais selecionados em função da infraestrutura disponível foram indutores do desenvolvimento deste recurso nos países selecionados. A verificação do cenário atual de desenvolvimento do biometano de gás de aterros no Brasil demonstra que, apesar de não apresentar potencial energético significativo e a regulação em vigor limitar suas aplicações, seu desenvolvimento pode ser uma alternativa para, em última análise, contribuir para a melhoria das condições sanitárias vigentes no país. / Biogas as an energy source has been explored since ancient times, and has contributed, if only to a small degree, to diversify the energy mix of many countries, based on the increased use of renewable energy. Recently, the need to improve waste management and issues such as power supply safety and climate change, have driven the development of biogas purification techniques to produce biomethane, a potential substitute for fossil-based natural gas. The focus of this research is the purification of landfill biogas, its use as a fuel for vehicles and injecting it into gas pipelines, since the recent development of projects in Brazil reflect those in developed countries, even though the Brazilian sanitation and energy sectors present distinct characteristics. The current development stage of biomethane investigations in Germany, United Kingdom and Sweden, were analyzed by reviewing literature and examining documents. The result was compared with the actual situation of this resource in Brazil, as well as current and future perspectives based mainly on the National Solid Waste Policy, the development plans for the national energy sector and state policies for Rio de Janeiro and São Paulo that specifically deal with promoting the use of biogas. National and regional constraints were verified and classified in relation to challenges and opportunities for use of biomethane obtained from landfill gas. As a result, the research revealed that the implementation of incentive mechanisms and the definition of selected end uses based on the available infrastructure are drivers for the development of this resource in the selected countries. Analysis of the current scenario of biomethane development from landfill gas in Brazil demonstrates that, even though it does not present a significant energy potential and current regulations limit its applications, its development could be an alternative, at least, to help improve the prevailing sanitary conditions of the country.

O sulfeto de hidrogênio é um gás que pode causar os mais diversos danos se lançado ao meio ambiente devido, principalmente, à sua elevada toxicidade, corrosividade, odores indesejáveis e alta demanda de oxigênio. Atualmente existem diferentes processos físico-químicos estabelecidos para o tratamento desse composto, entretanto são consideradas técnicas onerosas do ponto de vista econômico e ambiental. Os processos biológicos constituem-se como uma alternativa bastante interessante quando comparados aos processos físico-químicos, sendo que a biofiltração é o processo mais amplamente utilizado. Neste trabalho, foram avaliados três tipos diferentes de materiais suporte, sendo um sintético - espuma de poliuretano - e dois orgânicos - fibra de côco e bagaço de cana -, para a biofiltração de uma mistura gasosa contendo \'H IND.2\'S\'. Como inóculo, optou-se pela utilização de cultura mista originária de duas fontes: a) unidade de biofiltro aerado submerso pertencente ao Serviço Autônomo de Água e Esgoto da Cidade de São Carlos, b) unidade de lodos ativados pertencente a São Carlos S/A - Indústria de Papel e Celulose. A adaptação do inóculo foi realizada em meio nutriente específico. Foi observado um período de partida de somente 2 dias nos três sistemas. Com o intuito de avaliar o impacto do aumento progressivo das taxas de carregamento mássico no desempenho dos três biofiltros, os mesmos foram submetidos a taxas de 19, 32, 54 e 70 g/m³.h (concentrações afluentes médias de 184, 328, 526 e 644 ppm para tempo de retenção do gás de, aproximadamente, 50 segundos). As eficiências remoção média em todos os sistemas mantiveram-se sempre acima dos 99,3%. A capacidade eliminação máxima alcançada pelos biofiltros oscilou entre 74 e 80 g/m³.h. As perdas de carga verificadas no ensaio hidrodinâmico foram baixas, variando entre 0,59.\'10 POT.-2\' a 0,68 \'10 POT.-2\' mca, para a velocidade superficial utilizada durante o estudo. O modelo matemático empregado na previsão do desempenho dos sistemas ajustou-se bem aos dados experimentais. Portanto, pode-se concluir que os materiais suportes testados são adequados para a biofiltração de sulfeto de hidrogênio. / Hydrogen sulfide is a gas which has high restrictions regarding to its disposal in the environment, mainly, because of its high toxicity, malodors, high oxygen demand, etc. Currently, there are many different physical-chemical processes established in order to treat this compound, nevertheless they are considered expensive techniques by the point of economical and environmental views. Biological processes are very interesting alternatives when they are compared to the physical-chemical ones, and biofiltration is the most used process. In this work, three different materials as support media were evaluated, - a synthetic one - represented by the polyurethane foam, - two organic ones - represented by coconut fiber and sugar bagasse -, for a biofiltration of a gaseous mixture containing \'H IND.2\'S\'. Microorganisms were obtained from two sources: a) submerged aerated biofilter unit, b) activated sludge unit. Inoculum\'s adaptation was realized in specific nutrient media. It was observed a 2 days start-up period in the three systems. In order to evaluate some impact caused by the progressive increasing of mass loading rate on the biofilters performance, were applied rates of 19, 32, 54 e 70 g/m³.h (average influent concentrations of 184, 328, 526 e 644 ppm to the empty bed retention time of, approximately, 50 seconds). Average removal efficiencies in the systems were always above 99,3%. Maximum elimination capacities reached by the biofilters were in the range of 74 e 80 g/m³.h. Loss pressure verified by the hands of hydrodynamic essays varied between 0,59.\'10 POT.-2\' a 0,68.\'10 POT.-2\' mca, to a superficial velocity utilized during the work. Mathematical model used to predict the performance of the systems fitted reasonably the experimental data. Then, it can be concluded that the three packing materials are appropriated for the hydrogen sulfide biofiltration.