Made available in DSpace on 2017-07-10T17:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline_Monique_Tietz_Soares.pdf: 2157190 bytes, checksum: 32d21cdfdc58d09a662671da5cc6fa2f (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The anaerobic digestion process has been applied for the treatment of effluents both in developed countries as well as underdeveloped countries. Amongst the most predominant factors that affect the efficiency of this process is the temperature, considering the microorganisms development and the biogas production constitutes the temperature biodigester operational function. This study aimed at verifying the influence of temperature variation in the production of biogas from dairy cattle manure, in a Bioköhler biodigester covered with greenhouse plastic film. The experiment was performed in a 20 m3 biodigester located in the Antonio Carlos dos Santos Pessoa Experimental Station belonging to UNIOESTE Marechal Cândido Rondon Campus, during the period between 08/03/2014 to 02/07/2015. Data from the internal biodigester temperature and the greenhouse was obtained in conjunction with the external biodigester temperature, affluent and effluent density, total solid values, fixed and volatile, biogas volume produced and the concentration of CH4 present in this biogas. The results indicated that the microorganisms acted in the mesophilic layer and there was the indication that the production of biogas was influenced by temperature variability, nevertheless, the greenhouse avoided sudden alterations at this temperature. The results also evidenced that the medium capacity expected in the production of biogas surrounded 12 m3 per day and came across with an average of 57,33% of CH4 in this biogas. There was satisfactory volatile solid removal / O processo de digestão anaeróbia tem sido aplicado para o tratamento de efluentes tanto em países desenvolvidos como naqueles em desenvolvimento. Dentre os fatores mais importantes que afetam a eficiência deste processo está a temperatura, pois o desenvolvimento dos micro-organismos e a produção de biogás é função da temperatura operacional do biodigestor. Este trabalho buscou verificar a influência das variações da temperatura na produção de biogás a partir de dejetos da bovinocultura de leite, em biodigestor Bioköhler protegido por uma estufa plástica. O experimento foi realizado em um biodigestor de 20 m3 localizado na Estação Experimental Antonio Carlos dos Santos Pessoa, pertencente à UNIOESTE Campus de Marechal Cândido Rondon, no período de 03/08/2014 a 07/02/2015. Foram obtidos dados de temperatura interna ao biodigestor e a estufa, bem como de temperatura externa ao biodigestor, densidade dos afluentes e efluentes, valores de sólidos totais, fixos e voláteis, volume de biogás produzido e teor de CH4 presente neste biogás. Os resultados indicaram que os micro-organismos atuaram na faixa mesofílica e houve indício de que a produção de biogás foi influenciada pela variabilidade da temperatura, entretanto, a estufa evitou alterações bruscas nesta temperatura. Os resultados também evidenciaram que a capacidade média esperada de produção de biogás esteve em torno de 12 m3 por dia e obteve-se uma média de 57,33% de CH4 neste biogás. Houve remoção de sólidos voláteis e esta foi satisfatória

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taiana.pdf: 1049826 bytes, checksum: 6b4cf77a1f5c7d5f54a87597ae4844ae (MD5) Previous issue date: 2013-04-04 / Sheep litter has in its composition manures incorporated to rice husk, which is a lignocellulosic material. Materials with this characteristic are stabilized for longer period of time and have restrictions on decomposing since they present strong fractions that can, sometimes, be inaccessible to micro-organisms. Some alternatives have been used in order to easy these nutrients recycling, for example its ordinary mixing with another residue. Thus, this essay aimed at evaluating vermicomposting, composting and anaerobic co-digestion applied to sheep litter mixed with cattle manure in order to provide available conditions to change such residues. Three assays were carried out from five ratios of sheep litter and cattle manure: 0:100, 25:75, 50:50, 75:25 and 100:0, which represented treatments T100, T75, T50, T25 and T0, respectively. The process of vermicomposting was carried out from November 2011 to march 2012. The material has undergone a preparation in order to eliminate toxic composts. Then, 0.88 kg of dry mass and 15 adult worms (Eisenia foetida) were allocated in the vermireactor. The ≥ 45% ash content was the stability parameter adopted in this assay. The composting piles were carried out from April to July 2012 in a covered area of concrete floor. Each pile had 200 kg of dry mass and received manual turnings two times a week during the first month and weekly from then on. Composting was supervised until the piles reached values close to room temperature, when the material was stabilized. The experimental period for anaerobic co-digestion occurred from May to October 2012. An entry mixture diluted with water was made in order to obtain a 5% content of total solids. And for residues fermentation, PVC bench scale bio-digesters were used to storage 6 L volume of such material. An anaerobic co-digestion was carried out in a batch system and observed until the curve of biogas production had decreased. In all assays, the adopted experimental design was completely randomized with univariate and multivariate statistics for data evaluation. The results showed that 50% of cattle manure was necessary in the mixture so that sheep litter could be efficiently absorbed in composting and in anaerobic co-digestion. This ratio generated a compost and biofertilizer with greater stability and content of nutrients as well as provided a larger scale of biogas production. In vermicomposting, the sheep litter showed potential to be used in a ratio up to 75% in mixture with cattle manure for Eisenia foetida specie development. However, greater ratios than 25% have decreased the vermicompost quality and in all assays, the rice husk was not transformed. / A cama de ovinos é composta por dejeções incorporadas a um material lignocelulósico, a casca de arroz. Materiais com essa característica apresentam maior tempo de estabilização ou limitações na decomposição, pois são constituídos de frações resistentes, por vezes inacessíveis aos microrganismos. Algumas alternativas são utilizadas para facilitar a reciclagem desses nutrientes, como a simples combinação com outro resíduo. Com este propósito, objetivou-se avaliar a vermicompostagem, a compostagem e a co-digestão anaeróbia de cama de ovinos em mistura com dejetos bovinos a fim de que fossem fornecidas condições adequadas para a transformação dos resíduos. Os três ensaios foram realizados a partir de cinco proporções de cama de ovinos e dejetos bovinos: 0: 100, 25: 75, 50: 50, 75: 25 e 100: 0, os quais representavam os tratamentos T100, T75, T50, T25 e T0, respectivamente. A vermicompostagem foi conduzida de novembro de 2011 a março de 2012. O preparo do material foi realizado a fim de que fossem eliminados os compostos tóxicos. Posteriormente, foram depositados 0,88 kg de massa seca e 15 minhocas adultas da espécie Eisenia foetida nos vermireatores. O conteúdo de cinzas de ≥ 45% serviu de parâmetro de estabilidade adotado neste ensaio. As leiras de compostagem foram conduzidas de abril a julho de 2012, em pátio coberto e com piso em concreto. Cada leira contou com 200 kg de massa seca e foram realizados revolvimentos manuais duas vezes por semana no primeiro mês e semanalmente a partir desse momento. A compostagem foi acompanhada até as leiras apresentarem valores de temperatura próximos a ambiente, quando considerou-se o material estabilizado. Na co-digestão anaeróbia, o período experimental foi de maio a outubro de 2012. A mistura de entrada, diluída com água, foi feita a fim de obter-se o teor de sólidos totais de 5%. Para fermentação dos resíduos, utilizaram-se biodigestores de PVC de bancada com volume útil de 6 L. A co-digestão anaeróbia foi conduzida em sistema batelada e acompanhada até o decréscimo da curva de produção de biogás. O delineamento experimental adotado em todos os ensaios foi inteiramente casualizado, com emprego de análises estatísticas univariadas e multivariadas para avaliação dos dados. Os resultados demonstraram a necessidade de 50% de dejetos de bovinos na mistura, para que a cama de ovinos pudesse ser absorvida eficientemente na compostagem e na co-digestão anaeróbia. Essa proporção deu origem a um composto e biofertilizante com maior estabilidade e conteúdo de nutrientes, além de proporcionar maiores produções de biogás. Em vermicompostagem, a cama de ovinos apresentou potencial de ser utilizada em proporção de até 75% na mistura com dejetos bovinos, para desenvolvimento da espécie Eisenia foetida. Porém, proporções superiores a 25% diminuíram a qualidade do vermicomposto. A casca de arroz não foi transformada em todos os ensaios.

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

Foram operados dois reatores UASB de bancada (volumes de 39,0 e 10,5 L) instalados em série, alimentados com águas residuárias de suinocultura com concentração de sólidos suspensos totais (SST), no primeiro reator, em torno de 5000 mg/L, com temperatura controlada (de 25 a 30 graus Celsius) e com tempo de detenção hidráulica (TDH) no primeiro reator de 62 a 16 h e no segundo de 16 a 4 h. O objetivo foi avaliar o desempenho e caracterizar física e microbiologicamente o lodo dos reatores UASB operados em dois estágios. Os resultados obtidos no ensaio 1, com TDH de 62 h no primeiro reator e SST no afluente de 5240 mg/L, mostraram eficiências de remoção de DQO total de 86% e 59% e SST de 82% e 57%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 1, foi de 95% e 94%. No ensaio 2, com TDH de 31 h no primeiro reator e SST de 5000 mg/L no afluente, observou-se eficiência de remoção de DQO total de 86% e 43% e SST de 85% e 58%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 2, foi de 92% e 94%. No ensaio 3, com TDH de 16 h no primeiro reator e SST de 5490 mg/L no afluente, observou-se eficiência de remoção de DQO total de 73% e 23% e SST de 65% e 20%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 3, foi de 79% e 73%. A TCOV aplicada no primeiro reator, no ensaio 1, foi de 4,55 kg DQO total/\'M POT.3\'.d, no ensaio 2 de 8,75 kg DQO total/\'M POT.3\'.d e no ensaio 3 de 18,65 kg DQO total/\'M POT.3\'.d. A produção de \'CH IND.4\' no primeiro reator foi de 17,50 a 68,20 L \'CH IND.4\'/d e no segundo reator de 1,62 a 5,50 L \'CH IND.4\'/d com a diminuição do TDH. Os reatores UASB instalados em série foram eficientes na remoção da fração dissolvida e, principalmente, da fração devido à concentração de SST do afluente. Para TCOV de 4,55 kg DQO/\'M POT.3\'.d no primeiro reator, pôde-se obter eficiências de remoção de DQO total e de SST acima de 90% e de DQO dissolvida acima de 85%. Para TCOV de 18,65 kg DQO/\'M POT.3\'.d no primeiro reator, as eficiências de remoção de DQO total e de SST foram acima de 70% e DQO dissolvida acima de 75%. As maiores produções específicas de metano foram obtidas com TCOV de 2,55 kg DQO/\'M POT.3\'.d para o segundo reator e de 8,65 kg DQO/\'M POT.3\'.d para o primeiro reator. A operação dos reatores UASB com valores de concentração de SST no afluente em torno de 5000 mg/L foram prejudiciais ao processo de granulação do lodo. Os grânulos apresentaram distribuição dispersa das morfologias microbianas ao longo da parede, não caracterizando a divisão em camadas definidas. As arqueas metanogênicas predominantes foram as semelhantes à Methanosaeta. / Two bench scale UASB reactors (volumes of 39,0 and 10,5 L) were operated in sequence, fed with swine wastewater with total suspended solids (TSS) concentration around 5000 mg/L in the first reactor, with controlled temperature (from 25 to 30 Celsius degrees) and operating with hydraulic detention time (HDT) in the first reactor varying from 62 to 16 h and in the second reactor from 16 to 4 h. The objective was to evaluate the performance and to characterize physically and microbiologically the sludge from UASB reactors operated in two stages treating swine wastewater. The results obtained in phase 1, with HDT of 62 h in the first reactor and TSS in the influent of 5240 mg/L, presented total COD removal efficiencies of 86% and 59% and TSS reduction efficiency of 82% and 57%, in the first and second reactors, respectively. The removal efficiency of total COD and TSS in the system, in phase 1, was 95% and 94%, respectively. In the phase 2, using HDT of 31 h in the first reactor and TSS of 5000 mg/L in the influent, it was observed a total COD removal efficiency of 86% and 43% and TSS reduction efficiency of 85% and 58%, in the first and second reactors, respectively. The system removal efficiency of total COD and TSS in phase 2, was 92% and 94%, respectively. In phase 3, with a HDT of 16 h in the first reactor and TSS of 5490 mg/L in the influent, it was observed a total COD removal efficiency of 73% and 23% and TSS reduction efficiency of 65% and 20%, in the first and second reactors, respectively. The total COD removal efficiency and TSS reduction efficiency in the system, in phase 3, was 79% and 73%, respectively. The volumetric organic loading rate (VOLR) applied in the first reactor, in phase 1, was 4,55 kg total COD/\'M POT.3\'.d, in phase 2 was 8,75 kg total COD/\'M POT.3\'.d and in phase 3 was 18,65 kg total COD/\'M POT.3\'.d. The \'CH IND.4\' production in the first reactor was from 17,50 to 68,20 L \'CH IND.4\'/d and in the second reactor from 1,62 to 5,50 L \'CH IND.4\'/d decreasing the HDT in the experiment phases. The UASB reactor installed in sequence were efficient in the dissolved fraction removal and, mainly, to the fraction due to the TSS influent concentration. The total VOL value of 4,55 kg COD/\'M POT.3\'.d was measured in the first reactor, it was achieved TSS and total COD removal efficiencies above 90% and dissolved COD above 85%. For the OVL of 18,65 kg COD/\'M POT.3\'.d in the first reactor the TSS and total COD removal were above 70% and dissolved COD above 75%. The larger methane specific production was obtained with a total VOL of 2,55 kg COD/\'M POT.3\'.d in the second reactor and 8.65 kg COD/\'M POT.3\'.d in the first reactor. The UASB reactors operation with the TSS concentration values of 5000 mg/L in the influent was prejudicing the sludge granulation process. The granules present a microbial morphology disperse distribution that doesn\'t characterize a layers defined distribution. The predominant metonogenic archeas were similar to Methanosaeta.

Orientador: Joaquim Eugênio Abel Seabra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T03:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mamede_MauricioCubadosSantos_M.pdf: 2829646 bytes, checksum: d25947395cd77eda7c39cdaf8fe0b8b6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Considerando-se a necessidade de aprofundar o conhecimento da gestão de resíduo sólido municipal (RSM) e seus efeitos no ambiente natural e sobre a viabilidade econômica, este trabalho procurou contribuir analisando diferentes rotas de aproveitamento energético de RSM no contexto brasileiro. Foram utilizadas as características de geração de RSM de 81 municípios brasileiros, com vistas à comparação de dois cenários distintos: cenário Combustível, com a combinação das tecnologias de digestão anaeróbia (D.A.) - com foco na produção de combustível veicular - e combustível derivado de resíduo (CDR), para utilização industrial; e cenário Eletricidade, com a aplicação das tecnologias de D.A. - com foco no uso do biogás em motor estacionário - e incineração, com geração elétrica em ciclo Rankine. Na avaliação econômica, realizou-se fluxo de caixa com entradas e saídas financeiras para a obtenção dos indicadores valor presente líquido (VPL) e taxa interna de retorno (TIR). Ao final realizou-se uma análise de sensibilidade, variando custos e receitas considerados, composição do RSM, além de analisar a tarifa de tratamento necessária para zerar o VPL de cada tecnologia. Na análise ambiental foi utilizada a avaliação do ciclo de vida (ACV) para consolidar os inventários dos cenários, considerando-se uso de materiais, energia, além das emissões durante a construção e operação das unidades, com posterior avaliação do impacto do ciclo de vida (AICV) pelo software SIMAPRO, no método CML 2, para sete categorias de impacto (acidificação, aquecimento global, eutrofização, depleção abiótica, depleção da camada de ozônio, toxicidade, e oxidação fotoquímica). Os resultados majoritariamente indicaram melhores desempenhos econômico e ambiental do cenário Combustível. Há vantagens econômicas e ambientais na comercialização do biogás veicular para frota automotiva à produção de eletricidade a partir do mesmo, apesar de maior necessidade de investimento e maior complexidade tecnológica. As emissões do composto orgânico e do uso de combustíveis auxiliares perfazem as maiores cargas ambientais desta tecnologia. A incineração permite diminuir significativamente o volume do RSM, entretanto é a tecnologia mais cara das analisadas e colabora significativamente com a toxicidade humana pela emissão de metais pesados. Os investimentos na planta de CDR são muito menores, entretanto há a produção significativa de rejeitos que necessitam ser gerenciados, implicando em maiores custos e emissões de transporte e disposição destes. Ainda, incertezas de comercialização do CDR podem comprometer a viabilidade do cenário. Ademais, a análise indicou significativa sensibilidade em relação às variações na composição do RSM, principalmente com relação à fração reciclável, a qual influencia diretamente o poder calorífico inferior (PCI) do CDR e incineração, e portanto as receitas obtidas. Menores taxas de adesão da população ao programa de coleta seletiva implicam em maior fluxo de materiais incinerados e de CDR, sendo a última beneficiada economicamente, devido ao maior PCI. Com exceção do CDR, as demais tecnologias necessitam de maiores tarifas de tratamento para sua viabilidade econômica comparado à atividade de aterro sanitário, que é relativamente baixa comparada à praticada em países europeus. O deslocamento de combustíveis traz maior benefício comparado ao deslocamento da matriz elétrica nacional, que é majoritariamente hidrelétrica / Abstract: Considering the necessity to deepen the knowledge about municipal solid waste (MSW) management and its effects on the natural environmental and economic performance, this work assessed different alternatives of energy recovery from MSW in Brazil. The characteristics of MSW generated in 81 Brazilian municipalities were used for the comparison of two different scenarios: Fuel scenario, with combined use of anaerobic digestion (A.D.) - focused on the production of biomethane - and refuse derived fuel (RDF), for industrial utilization; and Electricity scenario, with the employment of A.D. - focused on biogas use in stationary engines - and incineration, with electricity generation through the Rankine cycle. For the economic assessment, a cash flow analysis was carried out to evaluate the feasibility indicators net present value (NPV) and internal rate of return (IRR). Sensitivity analyses were performed varying costs and revenues, MSW composition, besides the analysis of the break even gate fee for achieving a zero NPV for each technology. For the environmental analysis, the life cycle assessment (LCA) technique was employed to consolidate the inventory of each scenario, accounting for the use of materials, energy, and the emissions during the construction and operation of the plants. The life cycle impact assessment, modeled in SIMAPRO, was based on the CML 2 method considering seven impact categories (acidification, global warming, eutrophication, abiotic depletion, ozone layer depletion, toxicity, and photochemical oxidation). For the majority of the municipalities, the Fuel scenario showed better economic and environmental performance. The commercialization of biogas as vehicle fuel has economic and environmental advantages over the production of electricity, despite the higher investments and technology complexity. The emissions from the organic compost and the use of auxiliary fuels are the main environmental burdens related to this technology. The incineration has the advantage of significantly reduce the volume of MSW, but it is the most expensive technology analyzed and contributes to human toxicity through the emissions of heavy metals. The required investments in the RDF plant are much smaller, although it produces significant amounts of rejects that need to be managed, implying in higher costs and emissions due to transportation and final disposal. Moreover, the uncertainty in commercializing RDF could affect the economic performance of the scenario. Furthermore, the analysis indicated significant sensitivity with respect to waste composition, mainly recyclables fraction, which has direct effects on the low calorific value (LCV) of RDF and incineration fuel, therefore affecting the revenues. Lower participation rates in the source separation program imply in grater fluxes of materials to be incinerated and production of RDF, with better economic performance for the RDF plant, because of the higher LCV. With the exception of RDF, the others technologies require higher gate fees, compared to landfill, in order to reach economic viability because of the lower fees for disposal in Brazil compared with European countries. Regarding the environmental analysis, the displacement of fuels leads to greater benefits when compared with the displacement of electricity, which is basically hydroelectricity / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

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

Duas questões da sociedade do século XXI podem ser destacadas: a grande geração de resíduos; a carência por sistemas de tratamento adequado desses resíduos; e a crescente demanda por energia. A busca por alternativas para lidar com essas questões vem mobilizando os setores público e privado no sentido de explorar soluções ainda não praticadas na maior parte do mundo em desenvolvimento. A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), instituída pela Lei nº 12.305/2010, estabeleceu um novo paradigma na gestão de resíduos sólidos no Brasil. Entre as mudanças apresentadas, uma das mais relevantes é a exclusividade de destinação de apenas rejeitos aos aterros sanitários, sendo os rejeitos entendidos como os resíduos que não mais apresentam possibilidade de tratamento. O cumprimento dessa lei irá requerer o estudo de alternativas de tratamento de resíduos gerados na fase anterior à sua disposição final. Entre as soluções possíveis está o seu aproveitamento energético, também previsto na PNRS. Nesse contexto, esta dissertação busca analisar duas tecnologias de tratamento de resíduos digestão anaeróbia e incineração e verificar suas respectivas viabilidades econômicas, tendo como objeto o cenário brasileiro, com foco especial no estado de São Paulo. Os resultados obtidos indicam que, respeitando-se as diretrizes da PNRS, entre os métodos de tratamento de resíduos sólidos urbanos analisadas, a digestão anaeróbia se mostrou mais viável do que a incineração para as regiões estudadas. Tais resultados tomaram como pressuposto que a PNRS é uma lei que deverá ser cumprida e exigida tal como se apresenta, e seu cumprimento implicará numa mudança significativa do modo como é feita a gestão de resíduos sólidos no país. Adicionalmente, as análises realizadas apontaram que, além dos aspectos econômicos, aspectos ambientais, sociais e culturais também são de fundamental importância na tomada de decisão por uma opção tecnológica adequada dos RSU. / Three issues of the XXI century society can be pointed out: The increasing volume of waste generation, the lack of adequate waste treatment systems and the increasing demand of energy. The search for alternatives to deal with these issues is calling the attention of both public and private agents who are engaged in exploring solutions not yet in place in most part of developing countries. The National Policy on Solid Waste (PNRS), established by the Law # 12,305/2010, set a new paradigm for the solid waste management in Brazil. Amongst the proposed changes, one of the most relevance is the destination of the so-called \"rejects\" to landfill, in which \"rejects\" stands for the residues that can no longer be processed. To abide by this law will require the analysis of alternatives for treating the residues prior to their final disposal. Amongst the possible solutions, there is the utilization of residues to generate electric energy. In this context, this master\'s thesis examines the two of the most used technologies in the developed world anaerobic digestion and incineration and evaluation their economic feasibility in the Brazilian scenario, particularly in the State of São Paulo. The analysis took as an assumption that the PNRS is a law that shall be enforced as it was stated, and that its compliance will require in a significant change in the way the solid waste management is done within the country. For the regions analyzed, our results showed that, under the PNRS requirements, the anaerobic digestion appeared to be more feasible than the incineration technology. Additionally, our work also indicates that, beyond the economic aspects, other issues such as environmental, social and cultural ones are fundamental for the decision making regarding the best technology applied in urban solid waste process.

Esse trabalho investigou a influência de diferentes origens e pré-tratamentos do inóculo na produção de biohidrogênio em reatores anaeróbios de leito fixo e fluxo ascendente. Aparas de polietileno de baixa densidade foram usadas como material suporte para fixação da biomassa e os reatores foram operados com 2 h de tempo de detenção hidráulica (TDH) e a 25ºC, alimentados com efluente sintético a base de sacarose. Duas fontes de inóculo foram estudadas: lodo anaeróbio de reator UASB aplicado ao tratamento de água residuária de abatedouro de aves (D) e lodo anaeróbio de reator UASB aplicado ao tratamento de água residuária de suinocultura (S); além da autofermentação (A), quando não há nenhum inóculo no reator. Além disso, dois tipos de pré-tratamento térmico (T) e ácido (A) foram avaliados. Os rendimentos de hidrogênio foram de 2,1, 2,0, 2,0,1,0, 1,0, 0,7, 0,7 mol \'H IND.2\' mol-1 sacarose quando os reatores foram inoculados com A, DT, DA, D, SA, ST e S, respectivamente. Nessa nomenclatura, a primeira letra se refere à origem do inóculo e a segunda, ao pré-tratamento. Embora hidrogênio (20-78%) e dióxido de carbono (21-55%) tenham sido os principais produtos no biogás, metano foi detectado nos reatores inoculados com D, DA, S, ST e SA no início e no final da operação. A produção volumétrica máxima de hidrogênio (61,6 mL \'H IND.2\' h-1.L-1) foi obtida quando DA foi usado com inóculo. Porém, o menor valor (15,1 mL \'H IND.2\' h-1.L-1) foi observado usando o inóculo S. Quando o reator não foi inoculado (A), a produção volumétrica de hidrogênio foi 47,3 mL \'H IND.2\' h-1.L-1. Etanol, ácido butírico e acético foram os principais produtos \'metabólicos detectados na fase líquida. Em resumo, os resultados demonstraram que há influência da origem e do pré-tratamento do inóculo em todos os parâmetros analisados. Inóculos sem pré-tratamento resultaram em menor rendimento de hidrogênio do que os observados nos experimentos com inóculos pré-tratados devido a seleção das bactérias produtoras de hidrogênio (BPH). Ademais, embora o pré-tratamento térmico tenha gerado os maiores valores de rendimento, o pré-tratamento ácido resultou em uma operação mais estável com os maiores valores médios. A autofermentação teve desempenho semelhante aos DT e DA e pode ser uma alternativa para a produção biológica de hidrogênio, pois seleciona as BPH naturalmente. / This paper investigated the influence of different inoculums and pretreatment of seed sludge on the biohydrogen production in up-flow anaerobic fixed-bed reactors. Particles of low-density polyethylene were used as support for biomass attachment and the reactor was operated with hydraulic retention time (HRT) of 2 h at 25ºC, fed with a sucrose-based synthetic wastewater. Two sources of inoculums were studied: anaerobic sludge from an UASB (up-flow anaerobic sludge blanket) reactor applied to treat poultry slaughterhouse wastewater (Sl) and anaerobic sludge from an UASB reactor treating swine wastewater (Sw), besides the autofermentation (A), with no inoculation of the reactor. In addition, two kinds of pretreatment heat (He) and acid (Ac) shock were evaluated. Hydrogen yields were 2.1, 2.0, 2.0,1.0, 1.0, 0.7, 0.7, mol \'H IND.2\' mol-1 sucrose when the reactors were inoculated with A, SlHe, SlAc, SwAc, Sl, Sw, and SwHe, respectively. In this nomenclature, the first two letters refer to source and the others refer to pretreatment. Although hydrogen (20-78%) and carbon dioxide (21-55%) have been the main gaseous products in the biogas, methane was detected in Sl, SlAc, Sw, SwHe and SwAc at the beginning and in the last days of the operation. Optimal \'H IND.2\' production rate (61.6 mL \'H IND.2\' h-1 L-1) was obtained when SlAc was used as seed sludge. On the other hand, the smallest value (15.1 mL \'H IND.2\' h-1 L-1) were observed using Sw inoculums. When the reactor was not inoculated (A), \'H IND.2\' production rate was 47.3 mL \'H IND.2\' h-1 L-1. Ethanol, butyric acid and acetic acid were the main soluble products detected in the liquid phase. In summary, the results have demonstrated that there are influences of the source and the pretreatment of the seed sludge in all parameters analyzed. Inoculums without pretreatment resulted in hydrogen productivity lower than those observed for experiments with pretreated inoculums due the selection of hydrogen producing bacteria (HPB). Furthermore, although the heat shock has generated the highest values of hydrogen yield, the acid-shock provided more stable operation with the highest average values. Besides, the autofermentation had almost the same performance than SlAc and SlHe and could be an alternative for biological hydrogen production due to natural selection of HPB.

Nesta tese foi estudada a influência da recirculação do percolado, ajustando as melhores taxas e freqüências, para degradação da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, em sistema de batelada de uma e duas fases (híbrido). Foram utilizados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo sólido urbano padrão (FORSUp), percolado como inóculo e um filtro anaeróbio como reator metanogênico. Foram testadas as taxas de recirculação do inóculo de 1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%, 30% e 50% e seu monitoramento feito por análises físico-químicas e microbiológicas. O reator que apresentou melhores valores de produção de metano e redução de DQO foi aquele com taxa de recirculação de 20% do percolado metanogênico. Na segunda etapa foram operados três digestores de 50L, alimentados com a FORSUp com as melhores taxas de recirculação determinadas na primeira etapa desse trabalho e a obtida no trabalho de Salgado (2003). Um reator simulou o reator acidogênico de um sistema de duas fases, no qual 20% de seu inóculo foi injetado em um filtro anaeróbio (com tempo de detenção hidráulico de 24 horas). Um outro sistema com taxa de 10% de recirculação de percolado foi operado como reator de uma fase. Outro reator, inoculado com a mesma quantidade de FORSUp e percolado, porém, não se realizou qualquer recirculação do seu inóculo (controle), servindo para comparar os digestores de uma e duas fases. O sistema de duas fases, comparado aos demais reatores, confirmou que a taxa de recirculação de 20%, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desses reatores revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus e Methanosarcina. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos reatores degradando a matéria orgânica. O estudo cinético confirmou que o processo de digestão obedece a cinética das reações em série, com elevados valores de k´1 / This thesis studied the influence of the leachate recirculation, adjusting to the best rates and frequencies, for degradation of the organic fraction of the urban solid wastes, in one and two-phases (hybrid) system. Bioreactors of 3.45 L were used and filled out with OFMSW pattern, leachate as seed and an anaerobic filter as methanogenic reactor. The performance of the reactors was analyzed varying recirculation rates (1, 2.5, 5, 10, 20, 30 and 50 % in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopical examinations and physical-chemical analyses to evaluate its performance. The reactor with 20% recirculation rate, got larger efficiency in the departure, methane production and percentage of solid degradation, compared to the others reactors. In the second stage, three 50L digesters were operated and fed with standard OFMSW with the best recirculation rates of the first stage and the best rate obtained in Salgado (2003). A bioreactor simulated the acidogenic reactor of a two-phase system, in which 20% of its seed was injected in anaerobic filter (with hydraulic detention time of 24 hours). Another system, with 10% of recirculation rate of leachate was operated in a one-phase reactor. Once more bioreactor, inoculated like others, however, without any recirculation were studied to compare with one and two-phase reactor. The two-phase system confirmed that the 20% recirculation rate, compared to the others reactors, obtained better efficiency with high methane production and solid degradation. The microscopical examinations in the leachate samples from this reactor presented predominance of organisms with characteristical morphology from Methanococcus and Methanosarcina. It was concluded that the leachate recirculation has significant influence in the degradation of organic matter bioreactors. The kinetic study confirmed that the anaerobic process for OFMSW proceed the in series kinetics, with high constants values of first order

Submeteu-se um Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) de bancada, ao aumento progressivo da concentração de matéria orgânica afluente, e a cargas de choque orgânicas, com o objetivo de verificar-se seu desempenho e estabilidade operacional. O RAHLF foi construído com um tubo de boro-silicato de 100 cm de comprimento, 5,0 cm de diâmetro e 1995 ml de volume total e preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. O reator foi alimentado, inicialmente, com substrato composto principalmente de carboidratos em concentrações, expressas como Demanda Química de Oxigênio (DQO) de, aproximadamente, 200, 1000 e 2000 mg/l. Posteriormente, os carboidratos foram substituídos por metanol e ácidos voláteis, em concentrações totais, aproximadas, de 2000, 3000, 4000 e 5000 mg DQO/l. Atingido o estado estacionário para cada condição operacional, foram aplicadas cargas de choque, aumentando-se em três vezes o valor da DQO afluente, durante período equivalente ao tempo de detenção hidráulica (sete horas). O sistema apresentou problemas operacionais durante os experimentos com carboidratos, quando submetido a 2000 mg DQO/l, correspondente à taxa volumétrica de carregamento orgânico de 8,77 KgDQO/m3.d. Não foi verificado qualquer problema operacional durante os experimentos com substrato contendo metanol e ácidos voláteis, e o reator apresentou eficiência de remoção de DQO superior a 90%. Para o experimento com DQO afluente igual a 2000 mg/l, os parâmetros cinéticos foram estimados a partir de modelo cinético de 1ª ordem, obtendo-se valor de k1 igual a 0,049 h-1, nos demais experimentos ajustou-se modelo cinético de 2ª ordem com valor médio de k2 equivalente a 2,0 x 10-4 l/mg.h Foram aplicadas cargas de choque orgânicas equivalentes a, aproximadamente, 17; 27; 40 e 47 kgDQO/m3.d. Os efeitos das sobrecargas orgânicas no reator foram transientes em todos os casos, tendo o reator voltado à condição inicial em, no máximo, 15 horas após o início das sobrecargas. / A Horizontal flow Anaerobic lmmobilized Sludge Reactor (HAIS) was subjected to progressively increasing concentrations of organic effluent material and to organic shock loads with the purpose of investigating its operational performance and stability. The HAIS, consisting of a 100 cm long, 5 cm diameter borosilicate tube with a total volume capacity of 1995 mL, was filled with anaerobic sludge immobilized in foam and polyurethane matrixes. The reactor was initially fed with a substrate composed mainly of carbohydrates in concentrations, expressed as Chemical Oxygen Demand (COD), of approximately 200, 1000 and 2000 mg/L. These carbohydrates were later replaced by methanol and volatile acids in total concentrations of 2000, 3000, 4000 and 5000 mg COD/L. Shock loads were applied after each operational condition became stationary, with the effluent COD tripled for a period equivalent to the hydraulic detention time (seven hours). The system presented operational problems during the experiments with carbohydrates when subjected to 2000 mg DQO/l, which corresponded to a volumetric organic load index of 8,77 Kg COD/m3.d. No operational problems were detected during the experiments with substrates containing methanol and volatile acids, and the reactor presented a COD removal efficiency of over 90%. The kinetic parameters for the COD effluent with 2000 mg/L were estimated based on a first arder kinetic model, which resulted in a k1 value of 0,049 h-1, while a kinetic model of the second order was used for the remaining experiments, with a mean value of k2 equivalent to 2,0 x 10-4 L/mg.h. Organic shock loads of approximately 17; 27; 40 and 47 kg COD/m3.d were applied. The effects of the organic overloads on the reactor were transient in every case, with the reactor returning to its initial condition at the most 15 hours after the beginning of the overloads.