Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T21:04:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332918.pdf: 2572400 bytes, checksum: 21a4c331a4f6c22deb52eb9f272d8920 (MD5) Previous issue date: 2014 / Syngas e biogás são combustíveis de baixo poder calorífico que podem ser obtidos a partir da biomassa, lixo orgânico, ou como combustível residual, tornando-se assim uma fonte de energia flexível e renovável. Esses combustíveis gasosos são compostos basicamente por CO, H2, CH4, CO2, N2 e H2O em proporções que dependem fortemente da fonte original e da forma como são obtidos e processados. Com base neste contexto, o objetivo geral deste trabalho é desenvolver um método de medição de velocidade de chama laminar e energia de ativação aparente e avaliar o efeito da composição de misturas formadas por H2, CO, CH4, N2 e CO2 pré-misturadas com o ar. O método desenvolvido no presente trabalho foi baseado em uma análise assintótica de uma chama plana não adiabática estável sobre uma placa porosa. A validação do método foi realizada medindo-se a velocidade de chama laminar e a energia de ativação global aparente do metano pré-misturado com o ar. Os resultados apresentaram uma excelente concordância com a literatura e com os valores obtidos através do mecanismo de cinética química GRIMECH 3.0, sendo que na estequiometria a velocidade de chama adiabática e a energia de ativação global aparente medidaspara o metano pré-misturado com o ar foram de 37,5 cm/s e 274,975 kJ/mol, respectivamente. Por fim, o método foi aplicado para avaliar a influência da concentração de CH4 em uma mistura combustível composta por H2, CO, N2 e CO2 pré-misturada com o ar. A análise foi realizada mantendo-se a razão de equivalência constante em 0,8 e variando-se a concentração de CH4 entre 0 e 100%, enquanto os demais componentes foram variados proporcionalmente. Com o presente trabalho foi possível avaliar o efeito da concentração de CH4 na velocidade de chama adiabática, na energia de ativação, no comportamento da frente de chama em relação à superfície do queimador e nas taxas de transferência de calor por difusão e convecção entre a frente de chama, a superfície do queimador e a água de arrefecimento. De forma geral, este trabalho contribui com os estudos de combustão de misturas de baixo poder calorífico e fornece uma nova metodologia para medição da velocidade de chama laminar e da energia de ativação global aparente de misturas combustíveis gasosas.<br> / Abstract : Syngas and biogas are fuels of low calorific value which can be obtained from biomass, organic waste or as residual fuel, thus becoming a flexible and renewable fuels source. These gaseous fuels are composed primarily of CO , H2 , CH4 , CO2 , H2O and N2 in proportions that depend on the source and processed of production. The objective of this work is to develop a method of measuring of the adiabatic flame speed to analysis the effect of the composition of low calorific value fuels composed of H2, CO, CH4, CO2 and N2 premixed with air. The method developed in the present work was based on a numerical analysis of a non-adiabatic flat flame and stable on a porous injection plate. The validation of the method was performed by measuring the adiabatic flame speed and apparent overall activation energy of methane premixed with air. The results showed excellent agreement with the literature and with the values obtained through the GRIMECH 3.0 mechanism, thus for the stoichiometry mixture the adiabatic flame speed and apparent overall activation energy measured were 37.5 cm/s and 274.975 kJ/mol, respectively. Finally, was evaluated the influence of CH4 concentration in a fuel mixture composed of H2 , CO , N2 and CO2 premixed with air. The analysis was performed keeping equivalence ratio constant at 0.8 and varying the CH4 concentration between 0 and 100%, while the other components were varied proportionally. Thus, was possible to evaluate the effect of CH4 concentration on the adiabatic flame speed, the apparent overall activation energy, the behavior of the flame front on the burner surface and the heat transfer rate by diffusion and convection between the flame front and the burner surface and the cooling water. Therefore, this work can contribute with the studies of combustion using fuel mixtures of low calorific value and provide a new methodology for measuring the adiabatic flame speed and apparent overall activation energy.

SIQUEIRA, R. M. Combustão de filtração aplicada ao biogás com elevada concentração de Sulfeto de Hidrogênio. 2015. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-01T17:55:15Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T16:17:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T16:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) Previous issue date: 2015-05-29 / Using Natural Gas or Biogas in natura, containing high hydrogen (H2S) sulfide concentrations, to apply in conventional combustion processes, can cause several damages to equipment. This is due to the fact that it is a very corrosive gas that can form a sulfur acid reaction with water from combustion. In addition, using these fuels without pretreatment can cause instability on reaction, even under flame risk deletion, which implies in efficiency and oxide carbon (CO) and nitrogen oxide (NOx) emission levels. Therefore, this study refers to the experimental method of non-conventional combustion process application, the porous media combustion, also known as filtration combustion, to deal with these special fuels, impossible to use in known thermal systems. A burner all filled with alumina spheres (Al2O3) was the equipment used for these experiments. This inert porous media fills even the heat exchangers located on the ends of the burner. The equivalent ratio, flow velocity and gas composition influence in the process, are experimental analyzed. Preliminary results have suggested that when using an ultra-lean air-fuel mixture, the reaction can remain steady with a good H2S conversion and low CO and NOx emissions. / O uso do gás natural ou biogás in natura, contendo elevadas concentrações de sulfeto de hidrogênio (H2S), para aplicação em processos de combustão convencionais, pode acarretar em diversos danos aos equipamentos, devido esse gás ser bastante corrosivo e, também, por formar ácido sulfúrico ao reagir com a água resultante da combustão. Além do que, a utilização dos citados combustíveis sem um tratamento prévio pode ocasionar instabilidade da reação, inclusive sob risco de apagamento da chama, o que implica na eficiência e nos níveis de emissão de monóxido de carbono (CO) e óxido de nitrogênio (NOx). Portanto, o presente trabalho refere-se ao estudo experimental da aplicação de um processo de combustão não-convencional, a combustão em meios porosos, também conhecida como combustão de filtração (CF), para lidar com esses combustíveis especiais, impossível para os sistemas térmicos conhecidos. O equipamento utilizado nos experimentos é um queimador, preenchido totalmente por esferas de alumina (Al2O3), em que esse meio poroso inerte envolve inclusive os trocadores de calor localizados nas extremidades do queimador. A influência da razão de equivalência, velocidade de escoamento e composição do gás sob o processo é analisada experimentalmente. Os resultados sugerem que, mesmo utilizando uma mistura ar-combustível ultra pobre, a reação pode se manter estável, apresentando boa conversão do H2S e baixas emissões de NOx

SOUZA, L. C. E. O. Estudo teórico-experimental de uma caldeira de queimador poroso recíproco aplicado ao biogás. 156 f. 2009. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-21T16:23:53Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_lceosouza.pdf: 10773142 bytes, checksum: a11aac07ac8b8e7c278525c356a8db0f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T14:47:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_lceosouza.pdf: 10773142 bytes, checksum: a11aac07ac8b8e7c278525c356a8db0f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T14:47:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_lceosouza.pdf: 10773142 bytes, checksum: a11aac07ac8b8e7c278525c356a8db0f (MD5) Previous issue date: 2009-03-27 / The current Dissertation treats the theoretical and experimental studies about a non- conventional saturated steam boiler, in which a com bustion technology is employed, the “Filtration Combustion”, as basis for conception of its burner construction design. This combustion thermal system was studied by means of a prototype, in laboratory scale, specially developed for this research. It was prop erly instrumented in order to make it possible to monitor as well as the combustion proce ss as the energy extraction in the reaction zone. The objective of this investigation is to verify the effects of the Biogas obtained from the anaerobic digestion of the Green Coconut Skin Liquid (GCSL), on the boiler operation, concerning efficiency and polluta nt emissions, as well as the reaction stability. Biogas combustion is analyzed by numeri cal model simulations, which take in account the mass, energy (gas and solid phases) and species conservation equations. The model is structured with a flexible code in languag e FORTRAN, which includes equilibrium calculation performed through premixed combustion simulation software, the PREMIX, adapted to the combustion process and heat transfer in porous medium. The simulation allows the prediction of the temperature distribution profiles along the burner and the combustion products as function of two main operation parameters, the equivalence ratio and the air-fuel mixture flow vel ocity. Simulation results are compared with measurements in this analysis and some design aspects of the "Porous Burner Boiler” are discussed, which evidences its operational adva ntages in comparison to the conventional boilers, especially the high energy ex traction efficiency and low carbon and nitrogen oxides emission levels / A presente Dissertação de Mestrado trata do estudo teórico-experimental de uma caldeira de vapor saturado não-convencional, onde é empregada uma tecnologia de combustão, a “Combustão de Filtração”, como base pa ra concepção do projeto construtivo do seu queimador. Esse sistema térmico de combustã o foi estudado através de um protótipo especialmente desenvolvido para essa pesq uisa, em escala de laboratório. O protótipo foi instrumentado adequadamente, de forma a possibilitar o monitoramento tanto do processo de combustão como da extração de energi a da zona de reação. O objetivo da pesquisa foi verificar os efeitos do Biogás obtido da digestão anaeróbia do líquido da casca do coco verde (LCCV), sobre a operação da caldeira, no que diz respeito à eficiência e às emissões, como também, quanto à estabilidade de rea ção. A combustão do biogás é analisada com a ajuda de um modelo numérico de simu lação, o qual é constituído das equações de conservação da massa, da energia (nas f ases gás e sólida) e das espécies. Esse modelo é estruturado por um código flexível, em lin guagem FORTRAN, que incorpora o cálculo das composições de equilíbrio por meio de u m programa de simulação de combustão pré-misturada, o PREMIX, adaptado para pr ocessos de combustão e de transferência de calor em meio poroso. A simulação permite predeterminar os perfis de distribuição de temperatura ao longo do queimador e os produtos de combustão em função dos dois parâmetros principais de operação, a razão de equivalência e a velocidade do escoamento da mistura ar-combustível. Os resultado s de simulação são confrontados com os dados experimentais nessa análise, e são discuti dos alguns aspectos de projeto da “Caldeira de Queimador Poroso Recíproco”, que ressa ltam suas vantagens operacionais em relação às caldeiras convencionais, especialmente a elevada eficiência de extração de energia e os baixos níveis de emissões de óxidos de carbono e nitrogênio

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:07:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337518.pdf: 1738301 bytes, checksum: fa2afeecf6d90e1d8cd90511d0f5ca14 (MD5) Previous issue date: 2015 / Os processos de degradação biológica ocorridos nos aterros sanitários resultam na geração de efluentes líquidos e gasosos. A emissão gasosa dos aterros, resultado da ação de microrganismos metanogênicos responsáveis pela fermentação do ácido acético e gás hidrogênio em metano e gás carbônico, é conhecida como biogás. Este gás devido sua considerável concentração em metano (45-75%) é apontado como um dos principais atores do efeito estufa antropogênico. No entanto, o metano apresenta elevado poder calorífico, podendo ser aproveitado energeticamente. Em virtude disso é importante estudar as emissões deste gás para verificar a viabilidade econômica de seu aproveitamento. Este estudo se propôs à realização de um levantamento do potencial energético de biogás no aterro sanitário de Brusque, para a geração de energia. A metodologia consistiu na análise das emissões de biogás dos drenos de captação, em conjunto com a aplicação de um modelo matemático, e com ensaios laboratoriais de atividade metanogênica BMP. Os resultados finais de caracterização do biogás, nos drenos, apresentaram uma vazão média de 117,9 Nm³/h, com concentração média de CH4 de 48,6%, para um intervalo de confiança de 95%. Já os ensaios de BMP apresentaram resultados médios de 190,6 NmlCH4, para o período de incubação de 11 dias, inferindo um valor de Lo de aproximadamente 102,54 m³CH4/TSTV, ou 20,61 m³CH4/T. Com os resultados do ensaio de BMP, se fez possível a realização de uma modelagem matemática através do software LandGEM. Como resultado da modelagem verificou-se que desde a inauguração até o ano de 2137, o aterro terá gerado 115.538.228 m³CH4, tendo como pico máximo o ano de 2032 (3.635.384 m³CH4), exatamente um ano após o encerramento do aterro e chegando ao ano 2104 , com vazão anual já próxima da vazão de metano gerada no primeiro ano de operação (aproximadamente 70.000 m³CH4), podendo abastecer cerca de 100 residências de classe média.<br> / Abstract : Biological degradation processes taking place in landfills result in the generation of liquid and gaseous effluents. The gaseous emissions from landfills as a result of the action of methanogenic microorganisms responsible for the fermentation of acetic acid and hydrogen gas into methane and carbon dioxide, is known as biogas. This gas because of its considerable concentration of methane (45-75%) is named as one of the main actors of the anthropogenic greenhouse effect. However, methane has a high calorific value and can be recovered for energy production. It is important to study landfill methane emissions to check the economic feasibility of its use. This study aimed to carry out a survey of the energy potential of biogas in a landfill located at Brusque, to generate energy. The methodology consisted of the analysis of biogas emissions from drains in conjunction with the application of a mathematical model, and laboratory tests of methanogenic activity (BMP). The final results of characterization of biogas sampled in drains had an average flow of 117.9 Nm³ / h, with an average concentration of CH4 48.6%, for a 95% confidence interval. Since BMP test results presented mean of 190.6 NmlCH4 for the 11 day incubation period, resulting in a low value of approximately 102.54 m³CH4 / TSTV or 20.61 m³CH4 / T. Results of BMP test were used to perform a mathematical model using the software LandGEM. As a result of modeling it was found that since the opening by the year 2137, the landfill will have generated 115,538,228 m³CH4, with the peak year 2032 (3,635,384 m³CH4), exactly one year after closure of the landfill and reaching the year 2104, with annual output already close to the methane flow generated in the first year of operation (approximately 70,000 m³CH4).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-11T04:02:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342216.pdf: 4903930 bytes, checksum: 1fc2c99e8741f3c06ecb224e2cea7e83 (MD5) Previous issue date: 2016 / O aproveitamento energético do biogás é uma maneira de minimizar as emissões de gases de efeito estufa, como o gás metano, e explorar uma fonte de energia renovável. A utilização do biogás gerado no tratamento de efluentes líquidos em reatores anaeróbios tipo UASB, se integra nessa proposta de boa prática em ETE. A melhoria na eficiência energética e aproveitamento de biogás em sistemas de tratamento com reator UASB dependem de um maior conhecimento sobre o comportamento da produção de biogás e de medidas no âmbito construtivo e operacional. Neste contexto, o objetivo geral desse estudo foi avaliar o potencial de geração de biogás para fins energéticos em reatores anaeróbios tipo UASB/RALF em escala plena a partir de medições Os objetivos específicos deste trabalho foram: a) Analisar em tempo real a vazão e composição do biogás; b) Estabelecer as relações unitárias de produção específica de biogás para cada ETE e correlacionando-as com as condições operacionais e ambientais; c) Estimar o potencial de geração de energia. Para atingir os objetivos propostos foram realizadas medições em seis estações de tratamento de esgoto durante doze meses através de medidores online das concentrações de DQO, das vazões de esgoto e de biogás, e da qualidade do biogás. Os resultados mostraram que para reatores UASB a concentração de metano média variou de 70 a 80%, CO2 de 6 a 12% e de H2S de 1300 a 2100 ppm, e que estas não sofreram grandes variações durante o ano. A vazão de biogás teve um comportamento periódico e variável de acordo com as diferentes condições operacionais, apresentando redução após eventos significativos de chuva. De maneira geral as relações unitárias de produção de biogás apresentaram valores inferiores ao esperado, indicando perdas de biogás. Os valores obtidos variaram de 81 a 142 NL de CH4/kgDQOrem, com eficiências de remoção de DQO de 63 a 88%. Os reatores com boa vedação atingiram valores de produção específica de biogás de 17 l/hab.d, 89 l/m3 de esgoto e 179 l/kg DQOremovida. A geração de energia elétrica específica para esse caso foi de 17,8 kWh/hab.ano. As demais estações apresentaram valores inferiores devido a maiores perdas de biogás.<br> / Abstract : The energy recovery of biogas is way of minimizing the greenhouse gas emissions such as methane and explore a renewable energy source. The use of the biogas generated by wastewater anaerobic treatment in UASB reactors integrates in this proposal of good practices in WWTP. The energy efficiency improvement and the recovery of biogas in WWTP with UASB reactors depend of a better knowledge of the biogas production behavior and of constructional and operational measurements. The specific aims of this study were a) To quantify the biogas flow and composition; b) To establish unitary yields of specific biogas production for each WWTP, correlating them to the operational and environmental conditions; c) To estimate the energy potential of each WWTP analyzed. In order to achieve this goals, six wastewater treatment plants with UASB reactors were monitored during 12 months by online measurements of COD, wastewater and biogas flow, and biogas quality. The results showed that the average CH4 concentration ranged from 70 to 80%, the CO2 from 6 to 12% and the H2S from 1300 to 2100 ppm, and didn?t show much variation during the year. The biogas flow had a periodic and variable behavior according to the different operational conditions, decreasing after heavy rainfall. In general, the specific biogas production yields were lower than expected, indicating biogas losses. The values obtained ranged from 81 to 142 NL of CH4/kgCODremoved and the COD removal efficiencies from 63 to 88%. The well sealed reactors achieved biogas production yields of 17 L/inhab.day, 89 L/m3wastewater e 179 l/kg CODremoved. In this case, the unitary electrical energy potential was 17,8 kWhel/inhab.year. The others WWTP presented lower values due to higher biogas losses.

Neste trabalho, foi desenvolvido e colocado em funcionamento, por 295 horas, um protótipo de sistema de geração de energia de baixo custo que utiliza biogás proveniente de um aterro sanitário em Porto Alegre (RS – Brasil). Idealizado para a utilização da energia no manejo de um aterro sanitário durante o tempo de vida útil do mesmo. Também aplicável para processos industriais que gerem resíduos orgânicos e que devem ser tratados biologicamente. Consiste de um motor de combustão interna acoplado a um motor assíncrono capaz de gerar até 5 kW em 220 volts em três fases com 89% das medições dentro do padrão adequado, 9,9% precárias e 1,1% críticas, sendo as últimas preconizadas para 2004 pela agência reguladora em 7% e 1,1%, respectivamente. O biogás necessário para o funcionamento do protótipo é da ordem de 10,5 a 13,8 kg/h, com tratamento mínimo, ascendendo através de limalhas de aço em um recipiente onde também são retidos os condensados. O custo do quilowatt-hora para um sistema semelhante, mas com um poder de geração maior, na faixa de 40kW, foi estimado em torno de US$0,04, valor que incorpora o custeio do equipamento mais o investimento de instalação. Concluiu-se que o sistema é operacional e pode em curto prazo ser utilizado para o manejo sustentável de um aterro sanitário. No aspecto impacto ambiental, a partir de uma análise exergética baseada nos indicadores ambientais: eficiência exergética ambiental (η ex. amb.) e razão de poluição total (R pol), o sistema representa uma alternativa vantajosa à queima simples do biogás, tendo rendimento exergético ambiental (η ex. amb.), da ordem de 8 vezes maior e uma razão de poluição total (R pol), 10 vezes menor. No aspecto econômico compete com vantagem com qualquer outro energético. / This work developed and put in operation, for 295 hours, a prototype of low cost energy generation system that uses biogas originated from a sanitary landfill in Porto Alegre (RSBrazil). It was idealized for the use of the energy in the sanitary landfill handling its useful life time. Also applicable for industrial processes that generate organic residues and that should be treated biologically. It consists of a coupled internal combustion engine in an asynchronous motor capable of generating up to 5 kW in 220 volts in three phases, with 89% of measurements of the appropriate pattern, 9,9 % precarious and 1,1% critical, being the last ones required for 2004 by the regulatory agency in 7% and 1,1%, respectively. The necessary biogas for the prototype operation is ordered than 10,5 to 13,8 kg/h, with minimum treatment, ascending through steel filings in a container where also condensed ones are kept. The cost of kilowatthour for a similar system, but with a larger generation power, in the range of 40kW, it was estimated about US$0,04, value that incorporates the installation investment and costs of operation. It was concluded that the system is operational and it can be used for the maintainable handling of a sanitary landfill in a short period. In the aspect of environmental impact, starting from an analysis exergy based on environmental indexes: environmental exergy efficiency (η ex. amb.) and total pollution rate (R pol), the system is an advantageous alternative to a simple burning of biogas, having an environmental income of exergy efficiency (η ex. amb.), 8 times bigger and a total pollution rate (R pol), 10 times smaller. In the economical aspect it competes advantageously with any other energy.

O crescimento do potencial energético a partir da biomassa estimula o desenvolvimento e a criação de novas tecnologias neste setor. Neste trabalho realizou-se uma ampla pesquisa da produção, compressão e acondicionamento do biogás. Constatou-se durante essa pesquisa a necessidade da busca por alternativas que possibilitem a utilização eficiente deste biocombustível. Analisou-se a possibilidade da fabricação de um compressor alternativo para biogás que possa ser aplicado em pequenas unidades de produção por meio da modelagem das partes componentes. Primeiro efetuou-se a escolha do material considerando-se as características adequadas para construção do sistema de compressão. Depois disto dimensionou-se a camisa de compressão e a sua modelagem tridimensional com software Inventor 2010 (versão Student), além de válvulas e matrizes para fabricação. Complementarmente foi simulado o funcionamento do compressor (gráfico do deslocamento, velocidade e força com o software FluidSim da Festo Didatic). Por último executou-se o projeto eletropneumático, energização e lista de dispositivos necessários para montagem do compressor. Observou-se que essa tecnologia pode ser aplicada em pequenas plantas de produção de biogás. A comparação com outros sistemas de compressão revelou vantagens como a não haver contaminantes na compressão e acionamento, além da compressão poder se dar em ambiente separado do seu acionamento. / The growth of the energy potential from the biomass stimulates development and creation of new technologies in this sector. In this work is carried out extensive research in production, compression and biogas bottling. The need to search for alternatives has been evidenced during the research to make possible the efficient use of biofuel. After it analyzed the possibility of manufacturing of an alternative compressor for biogas which can be applied in small production units through the modeling of the contracting parties. At first it was effected the material choice considering the characteristics for the construction of the compression system. After this, was dimensioned a compression jacket, valves and matrices with the Student software Inventor 2010. Moreover the functioning of the compressor was simulated (its graphical of the displacement, speed and force with a FluidSim software from Festo Didatic). Finally was made a pneumatic project and was executed a list of necessary devices for the compressor assembly. It was observed to that this technology can be applied in small plants of production of biogas. The comparison with other systems of compression demonstrates that tis compressor haven’t contaminants, beyond the compression to be able to give itself in separate environment of its drive.

Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-09-19T11:20:09Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Janaina Iltchenco.pdf: 186842 bytes, checksum: 26e74b58e6b268b80b4eb7a29d0cf182 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T11:20:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Janaina Iltchenco.pdf: 186842 bytes, checksum: 26e74b58e6b268b80b4eb7a29d0cf182 (MD5) Previous issue date: 2017-09-19 / PETROBRAS, BIOGÁS, Brasil

Submitted by JULIO CESAR DE SOUZA MATOS null (matosj.c.s@gmail.com) on 2017-11-03T17:27:54Z No. of bitstreams: 1 dissertacao-julio_matos_final.pdf: 3718654 bytes, checksum: b89fd967a33aa0c41fd3a957b4ee875e (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-13T17:19:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 matos_jcs_me_rcla.pdf: 3718654 bytes, checksum: b89fd967a33aa0c41fd3a957b4ee875e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T17:19:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 matos_jcs_me_rcla.pdf: 3718654 bytes, checksum: b89fd967a33aa0c41fd3a957b4ee875e (MD5) Previous issue date: 2017-09-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O processo de biodigestão anaeróbia pode ser utilizado no tratamento de resíduos orgânicos, com destaque para recuperação energética do biogás. Estudos recentes apontam aumento na eficiência da atividade microbiológica em processos de biodegradação anaeróbia de compostos orgânicos sob campo magnético. Desse modo, tecnologias que resultem em melhorias desse processo podem contribuir para o avanço do tratamento de resíduos orgânicos e da produção de biogás, via digestão anaeróbia. Nesse sentido, o presente trabalho verificou a influência da aplicação de campo eletromagnético constante sobre o processo de decomposição anaeróbia da glicose. A pesquisa consistiu na operação de reatores (1 L) anaeróbios em batelada, mantidos a 37 ± 2 ºC, sem agitação, sob a influência de diferentes intensidades de campo eletromagnético de 5, 7,5 e 10 mT. Foi usado, como inóculo lodo granular proveniente de estação de tratamento anaeróbio, nos reatores, em meio nutricional sintético não seletivo. A avaliação do desempenho do processo de degradação foi obtida pela estimativa de produção de biogás e metano, bem como da análise da redução da demanda química de oxigênio e da remoção de sólidos. Os resultados demonstraram diferença positiva na produção de gás metano, aumento de 21,5 % com 7,5 mT e aumento de 15 % da remoção de DQO, nas intensidades de 7,5 mT. Esses resultados sinalizam para possível viabilidade de uso de campo magnético constante na bioestimulação de consórcios microbianos anaeróbios. / Anaerobic digestion processes with biogas production are largely used for organic waste treatment, with emphasis for energy recovery. Some recent studies have demonstrated magnetism influence on microbiological activity, these indicates possible influence on the efficiency of anaerobic digestion. By these means, technologies that act in anaerobic digestion enhancement can contribute for the improvement of organic compounds treatment. The present study aims to verify the influence of constant electromagnetic field on the glucose anaerobic digestion. The research comprises comparison of biogas production in 1 L batch reactors, kept static under 37 ± 2 ºC. In each experiment, reactors were operated with and without the influence of constant electromagnetic field of 5, 7,5 and 10 mT. The inoculum was granular sludge from anaerobic treatment plant in non-selective media culture. Biogas production, COD and solid removal were measured during the experiments. Results show positive difference on methane production of 21,5 % and on COD removal of 15 % in the tests with electromagnetic field of 7,5 mT. These results sign for the viability of the application of constant magnetic field as a bioetimulation agent.

A produção de hidrogênio pelo processo fermentativo sofre influência da concentração e das características do substrato orgânico, do valor do pH do efluente e da concentração de lodo no reator. A determinação da atividade hidrogênica específica de substratos orgânicos e de lodos pode auxiliar na análise do volume de hidrogênio produzido durante a fermentação, na produção de ácidos graxos voláteis, no grau de acidificação e avaliar a toxicidade de compostos aos microrganismos produtores de hidrogênio. Para determinação das condições ideais para a medida da atividade hidrogênica específica foram realizados testes em batelada utilizando glicose como fonte de matéria orgânica nas concentrações de 1.000, 2.000, 4.000, 8.000, 12.000, 16.000 e 20.000 mg.DQO.L-1. Foram testados os valores de pH de 5,0; 5,5; 6,0 e 6,5 e as concentrações de lodo de 1.250; 2.500; 5.000 e 7.500mgSVT.L-1. A maior atividade hidrogênica obtida foi de 483 mLH2.gSVT-1.h-1, para o valor de DQO de 12.000mgO2.L-1, no valor de pH igual a 6,0 e concentração de lodo de 2.500mgSVT.L-1. O maior volume de hidrogênio produzido foi de 38mL.gDQO-1 no valor de DQO de 16.000mgO2.L-1, no pH de 5,5 e concentração de lodo de 5.000mgSVT.L-1. A análise dos ácidos graxos voláteis indicou que os maiores percentuais de ácido acético e ácido propiônico foram obtidos quando o valor do pH testado foi de 6,5, na concentração SVT de 7.500mg.L-1. Nas demais condições estudadas, o ácido butírico foi o ácido graxo volátil predominante no efluente. O valor do grau de acidificação foi influenciado provavelmente pela matéria orgânica proveniente do lodo, resultando em valores acima de 1,0. Testes de medida da atividade hidrogênica específica realizados com diferentes substratos orgânicos (ácido propiônico, ácido butírico, efluente protéico, glicerol e efluente do processo de produção de fungicida) permitiram avaliar a aplicabilidade do teste de atividade e o potencial que os substratos orgânicos possuem para gerar hidrogênio. Foram utilizadas as concentrações de matéria orgânica apresentadas acima, valor do pH inicial igual a 6,0 e concentração de lodo de 2.500mgSVT.L-1 . A maior atividade hidrogênica e volume de hidrogênio produzido foram obtidas para o efluente protéico, 6,8mLH2.gSVT-1.h-1 e 1,74mL.gDQO-1, respectivamente. O ácido graxo volátil encontrado em maior porcentagem após a fermentação dos substratos orgânicos foi o ácido acético. Foi observado alto grau de acidificação nos testes com o ácido butírico devido as altas concentrações residuais no efluente. A influência do controle no valor do pH sobre os microrganismos produtores de hidrogênio foi avaliada em testes com e sem controle de pH, utilizando glicose como fonte de matéria orgânica na concentração de 12.000mg.DQOL-1, nos valores de pH de 5,0; 5,5 e 6,0 e na concentração de lodo de 2.500mgSVT.L-1. Os resultados indicaram que as maiores porcentagens de hidrogênio, produção de ácidos graxos voláteis, grau de acidificação e remoção de matéria orgânica ocorreram quando não houve o controle do pH, indicando que há a necessidade de um ajuste inicial no valor do pH, porém o controle pode prejudicar o desempenho do processo. Além disso, foi estudada a otimização do processo de produção de hidrogênio a partir de efluente da suinocultura, utilizando reatores anaeróbios seqüenciais em batelada, um reator acidogênico e outro metanogênico. Foram analisados o controle do tempo de detenção celular e os efeitos do pH e da temperatura da fase acidogênica sobre a produção de hidrogênio. No reator acidogênico foram testados os tempos de detenção celular de 1,4; 1,7 e 2,5 dias, os valores de pH de 5,0 e 6,0 e as temperaturas ambiente (de 15 a 25°C), 35ºC e 55ºC. A maior concentração de hidrogênio obtida no biogás foi de 21,3 %, para o tempo de detenção celular de 1,4 dia, o valor do pH inicial ajustado para 5,0 e na temperatura de 35ºC. Nesta condição foi verificado o aumento na concentração de ácidos graxos voláteis no efluente do reator acidogênico, indicando a ocorrência da hidrólise das substâncias complexas e conseqüente aumento na concentração de hidrogênio. / Hydrogen production by fermentation process is influenced by the concentration and characteristics of organic substrate, the effluent pH value and biomass concentration. The determination of specific hydrogenic activity of organic substrates and biomass can be a tool to analyze the hydrogen volume produced during the fermentation, the volatile fatty acids production, the degree of acidification and evaluated compounds toxicity to the hydrogen producing microorganisms. To determine the ideal conditions for the measurement of specific hydrogen activity were realized batch tests using glucose as source of organic matter at concentrations of 1,000, 2,000, 4,000, 8,000, 12,000, 16,000 and 20,000mg.COD.L-1. The pH values tested were 5.0, 5.5, 6.0 and 6.5 and the biomass concentration of 1,250, 2,500, 5,000 and 7,500mgTVS.L-1. The higher hydrogen activity was 483mLH2.gTVS-1.h-1 for the organic matter concentration of 12,000mg.L-1, pH value of 6.0 and biomass concentration of 2,500mgTVS.L-1. The higher hydrogen volume produced was 38mL.gCOD-1 in the initial organic matter concentration of 16,000mg.L-1, at pH value 5.5 and sludge concentration of 5,000mgTVS.L-1. Volatile fatty acids analysis indicated that the highest percentage of acetic acid and propionic acid were obtained when the pH tested was 6.5, at biomass concentration of 7,500mgTVS.L-1. In other studied conditions, the butyric acid was the predominant volatile fatty acids in the effluent. The degree of acidification value was probably affected by organic matter from sludge, resulting in values above 1.0. Tests measuring the specific hydrogen activity were performed with different organic substrates (propionic acid, butyric acid, proteic effluent, glycerol and fungicide production effluent) permitted to evaluate the applicability of the activity test and the potential that organic substrates have to produce hydrogen. Using the organic matter concentrations presented above, initial pH value equal to 6.0 and biomass concentration of 2,500mgTVS.L-1. The higher hydrogen activity and hydrogen volume produced were obtained for the proteic effluent, 6.8mLH2.gTVS-1.h-1 and 1,74mL.gCOD-1, respectively. The volatile fatty acid found in highest percentage after fermentation of organic substrates was acetic acid. A high degree of acidification was observed on tests with butyric acid due the high residual concentration in the effluent. The influence of pH control on hydrogen producing microorganisms was evaluated in tests with and without pH control, using glucose as organic matter source at concentration of 12,000mg.COD.L-1, the pH values tested was 5.0, 5.5 and 6.0 and the biomass concentration was 2,500mgTVS.L-1. The results indicated that the higher hydrogen percentages, volatile fatty acid production, degree of acidification and organic matter removal occurred when the pH was not controlled; indicating that an initial adjustment in the pH was needed, but the control may affect the process performance. Additional studies about the optimization of hydrogen production from raw swine waste using two batch anaerobic reactors, one acidogenic reactor and other methanogenic reactor were performed. The influence of sludge age and the pH and temperature effects on acidogenic phase were analyzed. In acidogenic reactor were tested the sludge ages of 1.4, 1.7 and 2.5 days, pH values of 5.0 and 6.0 and temperatures: ambient (15 to 25°C), 35°C and 55°C .The higher hydrogen concentration in the biogas was 21.3% for the sludge age of 1.4 days, initial pH equal to 5.0 and temperature 35 °C. In this condition there was an increase in volatile fatty acids concentration in the acidogenic reactor effluent, indicating the occurrence of complex substances hydrolysis and consequently the increase in hydrogen concentration.