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.

A região Oeste de Santa Catarina é reconhecida nacionalmente pela agricultura familiar. Porém, quando o tema é meio ambiente, é destaque como uma das regiões com maior poluição de suas águas superficiais. E é justamente nas atividades agrícolas onde se localizam as principais fontes desta poluição, com destaque para os dejetos de suínos, a erosão dos solos e o uso de agrotóxicos. A produção concentrada de aves e suínos tem gerado grandes excedentes de dejetos. Principalmente a suinocultura, devido à produção concentrada de grande quantidade de dejetos líquidos (com baixa concentração de matéria seca) de difícil manejo, tem contribuído para a contaminação dos recursos hídricos da região com matéria orgânica, nutrientes e metais pesados. O principal destino dos dejetos é o seu uso como fertilizante agrícola. Porém devido a grande contaminação das águas superficiais, essa prática ou não vem sendo adotada de forma adequada, ou não é suficiente para dar resposta a totalidade da produção de dejetos. O uso dos dejetos como fertilizante implica na integração da produção vegetal e animal. A capacidade de reciclar nutrientes nos sistemas de cultura define a quantidade de dejeto que pode ter esse destino e, caso essa seja a única opção de uso, passa a existir uma relação direta entre a área disponível para sua disposição e o número de animais que podem ser criados nessa área. O balanço de massas de nutrientes (nitrogênio e fósforo) aproximado é um instrumento capaz de estimar os excedentes de nutrientes produzidos nas criações animais, levando em conta informações locais nesta determinação. Da mesma forma, ao ser aplicado sobre os sistemas de culturas, estima a quantidade de nutrientes que podem ser reaproveitados nestes. O balanço foi aplicado de forma simplificada, sendo a entrada de nutrientes dada pelos insumos (alimentação animal e adubos) que ingressam na propriedade (atividade ou bacia hidrográfica) e a saída de nutrientes pelos produtos animais (carne, leite ...) e vegetais que saem da propriedade (atividade ou sub-bacia hidrográfica). O balanço de nutrientes, ao ser aplicado nas atividades bovinocultura e suinocultura em unidades de produção da região, foi sensível às variações de manejo que ocorrem nas atividades. Principalmente na suinocultura é possível, a partir do balanço, estabelecer relações entre variáveis do rebanho e os excedentes de nutrientes produzidos. No estudo de caso da sub-bacia do Lajeado dos Fragosos, a aplicação do balanço de N e P identificou grande variação entre as unidades de produção, tanto na capacidade de reciclagem dos sistemas de culturas atuais dessas unidades como na quantidade de nutrientes produzidos nas unidades de produção pelas criações animais, resultando em saldos de nutrientes diferenciados. Mais de 60% das unidades de produção exportam via produtos vegetais (considerando a produtividade média da região) menos de 25% dos excedentes de N e P provenientes dos sistemas de criação. Na sub-bacia do Lajeado dos Fragosos, a exportação via produtos vegetais (considerando a produtividade média da região) é da ordem de 11,2% do N e 9% do P excedentes da produção animal. O aumento da produtividade vegetal, a reordenação do uso do solo, respeitando a sua aptidão, porém priorizando a utilização de dejetos, proporcionaria um aumento na exportação de N e P na sub-bacia em 126% e 129%, respectivamente, porém a exportação vegetal passaria a representar somente 24% do N e 18% do P excedente da pecuária. Mesmo considerando uma reorientação da produção de leite da região, tornando-a uma atividade exportadora de nutrientes, ainda haveria um excedente de P equivalente a três vezes o que é exportado da sub-bacia via produção vegetal e bovinocultura de leite. Os resultados obtidos pelo balanço de nutrientes indicam a necessidade de outras medidas, além da utilização dos dejetos como fertilizantes, tanto em unidades de produção individuais como na sub-bacia como um todo, caso contrário os riscos de poluição do solo e dos recursos hídricos com nitrogênio e fósforo são inevitáveis. A tendência à concentração tanto da suinocultura como da avicultura tem na questão ambiental um sério entrave. Para muitas regiões, atualmente, é necessário desconcentrar a produção, ou tomar medidas como o tratamento dos dejetos e/ou o transporte desses para regiões onde haveria demanda por nutrientes.

Orientador: Jorge de Lucas Júnior / Banca: Adélia Pereira Miranda / Banca: Alexandre Rodrigo Mendes Fernandes / Banca: Ana Cláudia Ruggieri / Banca: Adhemar Pitelli Milani / Resumo: O objetivo do trabalho foi identificar as alterações na composição e no processo de biodigestão dos dejetos gerados por suínos e bovinos de corte na fase de terminação, alimentados com diferentes dietas e submetidos a distintos tempos de retenção hidráulica (TRH), e ainda, verificar a influência dos tipos e doses dos biofertilizantes sobre as características produtivas, morfogênicas, estruturais e valor nutritivo do capim Piatã. Para cada espécie animal foram adotadas duas dietas diferentes, sendo que para os suínos uma das dietas conteve milho e a outra sorgo, como recurso energético, e para os bovinos as dietas variaram as proporções entre volumoso (V) e concentrado (C) (40V:60C e 60V:40C). O ensaio de caracterização dos dejetos nas condições descritas foi realizado anteriormente ao processo de biodigestão anaeróbia, para o qual foram adotados TRH de 30, 60, 90 e 120 dias, em reatores batelada. Com base nos teores de N adotaram-se diferentes doses (0, 100, 200 e 300 kg.ha-1 equivalente N) dos biofertilizantes (bovino e suíno) para a produção de capim Piatã. Os resultados demonstraram que o aumento da proporção de V na dieta dos bovinos e o uso de sorgo na dieta de suínos resultaram em menor eficiência dos potenciais de produção de biogás e metano, que foram em média 13,0 e 8,6% menor, respectivamente. Não foram observadas diferenças significativas sob a produção de forragem e parâmetros avaliados para os dois biofertilizantes, no entanto, verificou-se melhora das características produtivas, morfogênicas, estruturais e do valor nutritivo da forrageira, seguindo modelos lineares de predição, em relação às doses de N empregadas na adubação / Abstract: The aim of this work was to identify the alterations on compound and biodigestion process of waste from ending swine and beef cattle that were fed with different diets and submitted to distinct hydraulic retention times (HRT), and also to verify the influence of types and doses of biofertilizers on productive, morphogenic, structural characteristics and nutrient value of Piatã pasture. For every animal species, two different diets were adopted, which one had corn and other had sorgum, for swine, as energy source, and for cattle, diets varied between roughage (R) and concentrate (C) (40R:60C and 60R:40C). Waste characterization trial in described conditions was done before anaerobic biodigestion process, for that HTR of 30, 60, 90 and 120 days were adopted, in batch reactor. Based on contents of N, different doses were adopted (0, 100, 200 and 300 kg ha-1, N equivalent) of biofertilizers (cattle and swine) for Piatã pasture yield. Results showed that the increasing of roughage proportion in cattle diet and the use of sorghum in swine diet resulted in less efficiency of biogas and methane production potential, which were in average 13.0 and 8.6 % smaller, respectively. It were not observed significative differences under pasture yield and evaluated parameters for both two biofertilizers, however, an improvement of productive morphogenic, structural characteristics and nutrient value of pasture was verified, following prediction linear models, in relation to doses of N using for fertilization / Doutor

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.

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.

A região Oeste de Santa Catarina é reconhecida nacionalmente pela agricultura familiar. Porém, quando o tema é meio ambiente, é destaque como uma das regiões com maior poluição de suas águas superficiais. E é justamente nas atividades agrícolas onde se localizam as principais fontes desta poluição, com destaque para os dejetos de suínos, a erosão dos solos e o uso de agrotóxicos. A produção concentrada de aves e suínos tem gerado grandes excedentes de dejetos. Principalmente a suinocultura, devido à produção concentrada de grande quantidade de dejetos líquidos (com baixa concentração de matéria seca) de difícil manejo, tem contribuído para a contaminação dos recursos hídricos da região com matéria orgânica, nutrientes e metais pesados. O principal destino dos dejetos é o seu uso como fertilizante agrícola. Porém devido a grande contaminação das águas superficiais, essa prática ou não vem sendo adotada de forma adequada, ou não é suficiente para dar resposta a totalidade da produção de dejetos. O uso dos dejetos como fertilizante implica na integração da produção vegetal e animal. A capacidade de reciclar nutrientes nos sistemas de cultura define a quantidade de dejeto que pode ter esse destino e, caso essa seja a única opção de uso, passa a existir uma relação direta entre a área disponível para sua disposição e o número de animais que podem ser criados nessa área. O balanço de massas de nutrientes (nitrogênio e fósforo) aproximado é um instrumento capaz de estimar os excedentes de nutrientes produzidos nas criações animais, levando em conta informações locais nesta determinação. Da mesma forma, ao ser aplicado sobre os sistemas de culturas, estima a quantidade de nutrientes que podem ser reaproveitados nestes. O balanço foi aplicado de forma simplificada, sendo a entrada de nutrientes dada pelos insumos (alimentação animal e adubos) que ingressam na propriedade (atividade ou bacia hidrográfica) e a saída de nutrientes pelos produtos animais (carne, leite ...) e vegetais que saem da propriedade (atividade ou sub-bacia hidrográfica). O balanço de nutrientes, ao ser aplicado nas atividades bovinocultura e suinocultura em unidades de produção da região, foi sensível às variações de manejo que ocorrem nas atividades. Principalmente na suinocultura é possível, a partir do balanço, estabelecer relações entre variáveis do rebanho e os excedentes de nutrientes produzidos. No estudo de caso da sub-bacia do Lajeado dos Fragosos, a aplicação do balanço de N e P identificou grande variação entre as unidades de produção, tanto na capacidade de reciclagem dos sistemas de culturas atuais dessas unidades como na quantidade de nutrientes produzidos nas unidades de produção pelas criações animais, resultando em saldos de nutrientes diferenciados. Mais de 60% das unidades de produção exportam via produtos vegetais (considerando a produtividade média da região) menos de 25% dos excedentes de N e P provenientes dos sistemas de criação. Na sub-bacia do Lajeado dos Fragosos, a exportação via produtos vegetais (considerando a produtividade média da região) é da ordem de 11,2% do N e 9% do P excedentes da produção animal. O aumento da produtividade vegetal, a reordenação do uso do solo, respeitando a sua aptidão, porém priorizando a utilização de dejetos, proporcionaria um aumento na exportação de N e P na sub-bacia em 126% e 129%, respectivamente, porém a exportação vegetal passaria a representar somente 24% do N e 18% do P excedente da pecuária. Mesmo considerando uma reorientação da produção de leite da região, tornando-a uma atividade exportadora de nutrientes, ainda haveria um excedente de P equivalente a três vezes o que é exportado da sub-bacia via produção vegetal e bovinocultura de leite. Os resultados obtidos pelo balanço de nutrientes indicam a necessidade de outras medidas, além da utilização dos dejetos como fertilizantes, tanto em unidades de produção individuais como na sub-bacia como um todo, caso contrário os riscos de poluição do solo e dos recursos hídricos com nitrogênio e fósforo são inevitáveis. A tendência à concentração tanto da suinocultura como da avicultura tem na questão ambiental um sério entrave. Para muitas regiões, atualmente, é necessário desconcentrar a produção, ou tomar medidas como o tratamento dos dejetos e/ou o transporte desses para regiões onde haveria demanda por nutrientes.

Submitted by Helena Bejio (helena.bejio@unioeste.br) on 2017-12-14T20:05:39Z No. of bitstreams: 2 Sidnei_Gregorio_Tavares.pdf: 2036900 bytes, checksum: c0c509758bbaa15716fff94537b3a483 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-14T20:05:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Sidnei_Gregorio_Tavares.pdf: 2036900 bytes, checksum: c0c509758bbaa15716fff94537b3a483 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The experiment was conducted at the Experimental Station Antonio Carlos dos Santos Pessoa, which belongs to UNIOESTE - Campus Marechal Cândido Rondon, from July 29 to December 1, 2013. The experiment aimed to verify the influence of climate variations in the production of biogas. The continuous flow biodigester BioKöhler model, with useful capacity of 19.56 m³, was daily fed with cattle manure and 30 kg of poultry litter. There were daily measured the volume and density of the manure of cattle and the volume of biogas. Internal temperatures were recorded every 15 minutes and the rest of the information was acquired from weather station which is next to the digester. Evaluating the results it was observed that there is a positive correlation in all the evaluated factors. External and internal temperature, rainfall and solar radiation interfere in the production of biogas, but the interference of rain was determined to be negligible and the temperature inside the biodigester is the factor with the greatest influence in the production of biogas. It was possible to produce daily average of 10 m³ of biogas with the daily addition of 36 kg of volatile solids in a hydraulic retention time of 37 days. / O experimento foi realizado na Estação Experimental Antônio Carlos dos Santos Pessoa, que pertence à UNIOESTE – Campus de Marechal Cândido Rondon, no período de 29 de Julho à 01 de Dezembro de 2013. O experimento teve como objetivo verificar a influência das variações climáticas na produção de biogás. O biodigestor experimental de fluxo contínuo modelo BioKöhler, com capacidade útil de 19,56 m³, foi alimentado diariamente com dejetos de bovinos e com 30 kg de cama de aviário. Foram mensurados diariamente o volume e densidade dos dejetos de bovinos e o volume de biogás. Já as temperaturas internas foram registradas a cada 15 minutos e o restante das informações foram adquiridas da estação meteorológica que se encontra ao lado do biodigestor. Avaliando os resultados obtidos observou-se que há correlação positiva em todos os fatores avaliados. A temperatura externa e interna, a chuva e a radiação solar interferem na produção de biogás, porém a interferência da chuva foi considerada não significativa, e a temperatura interna do biodigestor é o fator com maior influência na produção de biogás. Foi possível produzir diariamente, em média, 10m³ de biogás com a adição de 36 kg de sólidos voláteis em um tempo de retenção hidráulico de 37 dias.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2016-08-15T12:21:01Z No. of bitstreams: 1 alvarojosefernandes.pdf: 1084329 bytes, checksum: 6a053d8c0d8cc78e664387c5497b67f7 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-08-15T13:39:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alvarojosefernandes.pdf: 1084329 bytes, checksum: 6a053d8c0d8cc78e664387c5497b67f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-15T13:39:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alvarojosefernandes.pdf: 1084329 bytes, checksum: 6a053d8c0d8cc78e664387c5497b67f7 (MD5) Previous issue date: 2016-03-24 / No Brasil a pecuária possui um papel de destaque na economia. O volume de leite cru industrializado no terceiro trimestre de 2015 foi de 5,9 bilhões de litros, com destaque para a industrialização em Minas Gerais, primeiro do ranking dos estados brasileiros, que processou mais de 1,5 milhões de litros. Por outro lado o total de suínos abatidos no terceiro trimestre de 2015 foi de 10,18 milhões de cabeças, o estado de Minas Gerais situou-se na 4º posição com mais de 1,2 milhões de cabeças abatidas (IBGE, 2015). O contingente de animais necessário para esta produção gera um grande volume de dejetos potencialmente poluentes ao meio ambiente. Este trabalho visou avaliar as características dos afluentes, efluentes e grupos microbianos de interesse no processo de biodigestão anaeróbica dos dejetos bovinos leiteiros e suínos em biodigestores operados em escala piloto. Este estudo foi realizado com oito biodigestores de PVC, operados em contínuo após 15 dias da alimentação inicial, com abastecimento diário nas estações inverno e verão de 2014. A primeira análise para a caracterização dos afluentes e efluentes foi realizada a na entrada do biodigestor e mais quatro das saídas, sendo feitas análises físico-químicas e microbiológicas durante os 60 dias de tempo de retenção hidráulico. Os dejetos nas duas estações apresentaram redução de alguns parâmetros físico-químicos desejáveis e aumento de outros. Em relação aos parâmetros microbiológicos, houve redução em todos os grupos microbianos estudados, em ambas as estações, sendo a redução no verão mais significativa que a do inverno. Constatou-se que os dejetos tanto bovinos quanto suínos apresentaram bons resultados, demonstrado à eficiência do sistema, sendo de grande importância ambiental e econômica a aplicação do mesmo nas unidades produtoras de bovinos leiteiros e suínos. / In Brazil, the livestock has a prominent role in the economy. The volume of processed raw milk in the third quarter of 2015 was 5.9 billion liters, with emphasis on industrialization in Minas Gerais, ranking the first of the Brazilian states, which processed more than 1.5 million liters. On the other hand the total number of pigs slaughtered in the third quarter of 2015 was 10.18 million head, the state of Minas Gerais stood in 4th position with over 1.2 million heads slaughtered (IBGE, 2015). The quota animals required for this production generates a large volume of potentially polluting wastes to the environment. This work aimed to evaluate the features of the tributaries, effluents and microbial groups of interest in the anaerobic digestion process of dairy cattle and swine manure in digesters operated on a pilot scale. This study was conducted with eight PVC digesters operated continuously 15 days after the initial feeding, with daily supply in winter and summer seasons 2014. The first analysis for the characterization of influent and effluent was carried out in digester input and more four outputs, being made physicochemical and microbiological analyzes during the 60 days of hydraulic retention time. The waste in the two stations were down some desirable physicochemical parameters and increase in others. Regarding the microbiological parameters, a reduction in all microbial groups studied, both stations, the reduction being significant in the summer to the winter. It was found that both cattle manure as pigs showed good results, demonstrated the efficiency of the system, is of great economic and environmental importance of the application of the same in the production units of dairy cattle and swine.

The application of pig slurry in agricultural soils can be an efficient form of nutrients cilcle and one of the best alternative for discard and minimizing his pollutant potential. However, the differences between his composition and the needs of the plants, especially of trace elements, it hinders her more rational use. The composition of the pig slurry is reflex of the feeding type offered to the animals, which usually contains larger amounts of nutrients than the required for the animals. That fact, associate to systematic applications of pig slurry in the soils can cart in accumulations, becoming pollution source not punctual in the environment. The present work was elaborated with the objective in identifying the possible sources of contamination of the soils with trace elements, to esteem the capacity of the soils in receiving successive applications of metals and also verify if the soils that receive systematic applications of pig slurry with high tenors of metals can in a small space of time resent problems of environmental contamination. Three studies were conduced in the watersheed Rio Coruja/Bonito and Lajeado Fragosos in Santa Catarina state. In the study 1 it was looked for to evaluate the sources of entrance of trace elements in the environment. In the study 2 it was looked for to evaluate the current state of trace elements in the soils under application and the main attributes of the soils that influence in her retention. In the study 3 it was looked for to evaluate the maximum capacities of retention of trace elements of the soils and the interaction degree with the soils. In the first samples of feeds and pig slurry were collected in 12 properties of each one of the watersheeds and the total amounts of the elements of the feeds were analyzed. In the second study collections of soils were accomplished in the 12 properties, representative of the three main classes of soils of watersheeds, the total and available amounts of trace elements were analyzed in the soils, the mineralogy and the organic matter of the soils. And in the third study they were applied doses of trace elements to the soils to esteem the retention capacity for the elements considered pollutants, it was also esteemed the capacity of liberation of the elements retained starting from a disturbance. The obtained results show that it is made a super-dosage of trace elements to the swine in the feeds and these are transferred to the pig slurry, that, allied the great applied amounts elevate the levels in soils. The attributes of the soils responsible for the retention of the trace elements are not capable to the systematic reception of the pig slurry, and, the annually applied amounts don't reflect the amounts found on the soils. The soils of watersheeds didn't reach his maximum capacity of retention for the elements of larger addition to the soils, even if being these lowers. Therefore, practice that propitiate to the soils improvement of the attributes responsible for the retention of the trace elements are pressing to reduce the probability of environmental contaminations. / A aplicação de dejetos líquidos de suínos em solos agrícolas pode ser uma eficiente forma de ciclagem de nutrientes e uma das melhores alternativas para seu descarte minimizando seu potencial poluente. Contudo, as diferenças entre a sua composição e as necessidades das plantas, especialmente de metais pesados, dificulta seu uso mais racional. A composição dos dejetos é reflexo do tipo de alimentação oferecida aos animais, a qual normalmente contém quantidades maiores do que o requerimento dos animais. Esse fato, associado à aplicações sistemáticas de dejetos líquidos de suínos nos solos pode acarretar em acúmulos, tornando-se fonte de poluição não pontual no ambiente. O presente trabalho foi elaborado com o objetivo de identificar as possíveis fontes de contaminação dos solos com metais pesados, estimar a capacidade dos solos em receber aplicações sucessivas de metais e ainda verificar se os solos que recebem aplicações sistemáticas de dejetos com altos teores de metais pesados podem em um pequeno espaço de tempo apresentar problemas de contaminação ambiental. Foram conduzidos três estudos nas microbacias hidrográficas Rio Coruja/Bonito e Lajeado Fragosos em Santa Catarina. No estudo 1 buscou-se avaliar as fontes de entrada de metais pesados no ambiente. No estudo 2 buscou-se avaliar o estado atual de metais pesados nos solos sob aplicação e os principais atributos dos solos que influenciam na sua retenção. No estudo 3 buscou-se avaliar as capacidades máximas de retenção de metais pesados dos solos e o grau de interação com os solos. No primeiro foram coletadas amostras de rações e dejetos em 12 propriedades de cada uma das microbacias hidrográficas e foram analisados os teores totais dos elementos das rações. No segundo estudo foram realizadas coletas de solos nas 12 propriedades, representativas das três principais classes de solos das MBH s, foram analisados os teores totais e disponíveis dos metais pesados nos solos, a mineralogia e a matéria orgânica dos solos. E no terceiro estudo foram aplicadas doses de metais pesados aos solos para estimar a capacidade de retenção para os elementos considerados contaminantes, foi estimada também a capacidade de liberação dos elementos retidos a partir de um distúrbio. Os resultados obtidos mostram que é feita uma superdosagem de metais pesados aos suínos nas rações e estas são transferidas aos dejetos, que, aliada as grandes quantidades aplicadas eleva os teores nos solos. Os atributos dos solos responsáveis pela retenção dos metais pesados não encontram-se aptos ao recebimento sistemático dos dejetos líquidos de suínos, e, as quantidades aplicadas anualmente não refletem os teores dos solos. Os solos das MBH s não atingiram a sua capacidade máxima de retenção para os elementos de maior adição aos solos, mesmo que sendo estas baixas. Portanto, práticas que propiciem aos solos melhoria dos atributos responsáveis pela retenção dos metais pesados são prementes para diminuir a probabilidade de contaminações ambientais.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:33:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-05-06Bitstream added on 2014-06-13T20:45:16Z : No. of bitstreams: 1 silva_aa_dr_jabo.pdf: 637049 bytes, checksum: 5ae6ccd522ca36efab6ebab2ca5ea62e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Sansuy S.A. Industria de Plasticos / Universidade Federal de Uberlandia / A necessidade de ampliação de atitudes que levam o meio rural a buscar a sustentabilidade e a implantação do uso da biodigestão anaeróbia tem sido incentivada por se tratar de um mecanismo de desenvolvimento limpo que alia a importância do tratamento dos resíduos agropecuários (dejetos), geração de energia (biogás) e biofertilizante. Desenvolveu-se um estudo em que se focou a hipótese que a implantação de sistema de tratamento de dejetos, com o uso de biodigestor anaeróbio e o aproveitamento dos seus produtos, o biofertilizante, poderia substituir a adubação mineral nitrogenada de cobertura no cultivo de forrageiras e que essa prática poderia reduzir o custo de adubação e promover ganhos adicionais com a geração de energia elétrica e ganhos ambientais, com a redução de emissão de metano e produção do biogás. Utilizou-se como ferramenta para embasar a hipótese três cultivos de forrageira, um de sorgo e dois de milho. Observou-se que a aplicação de biofertilizante e composto bovino não promoveram aumentos significativos na produtividade das culturas. Paralelamente desenvolveu-se a implantação de um biodigestor de manta de PVC flexível que serviu de parâmetros para a simulação da viabilidade econômica de um sistema de criação de bovino para 100 vacas leiteiras e um sistema de criação de suínos de ciclo completo para 500 matrizes. Conclui-se que projetos que contemplam o princípio da interdisciplinaridade podem auxiliar de maneira mais efetiva na tomada de decisão de implantação de soluções ambientalmente corretas que podem ser também economicamente viáveis. / Because of the need for expansion of attitudes that lead to rural areas to seek sustainability. The introduction of the use of anaerobic digestion has been encouraged by the case of a clean development mechanism that combines the importance of processing of agricultural waste (manure), generation of energy (biogas) and biofertilizer. Has developed a study that focused on the hypothesis that the deployment system for the treatment of waste using anaerobic biodigest and use products, the biofertilizer, could replace mineral nitrogen fertilization in coverage the cultivation of fodder and that this practice could reduce the cost of fertilizer and promote additional gains in the generation of electric energy and environmental gains, such as reducing the emission of methane. It was used as a tool for the hypothesis based three of forage crops, one the sorghum and two maize. It was observed that the application of biofertilizer and compost cattle did not promote significant increases in productivity of crops. Developed in parallel to implement a blanket biodigest of flexible PVC that served as parameters for the simulation of the economic viability of a system for creating and veal to 100 dairy cows and a pig breeding cycle of full matrix for 500. It is concluded that projects that include the principle of interdisciplinarity can assist more effectively in decision making for the deployment of environmentally correct solutions that can be economically viable.