Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-12-22T12:31:35Z No. of bitstreams: 1 Suelen Pavi_.pdf: 1636176 bytes, checksum: 0dd7b68d6b59964f41170ff034254b8d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Suelen Pavi_.pdf: 1636176 bytes, checksum: 0dd7b68d6b59964f41170ff034254b8d (MD5) Previous issue date: 2016-08-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / A digestão anaeróbia (DA) de resíduos é uma opção ambientalmente adequada para o tratamento de resíduos orgânicos e produção de biogás. Contudo, a eficiência do processo é influenciada por diversos fatores, incluindo a composição do substrato. Resíduos de hortifrutigranjeiros (RHF) apresentam propriedades físico-químicas adequadas para sua utilização como fonte energética. Porém, o alto teor de açúcares simples contido nas frutas e vegetais tende a acidificar o meio, inibindo a atividade dos microrganismos metanogênicos. A co-digestão com outros resíduos é uma alternativa para melhorar a estabilidade do processo. A fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) também possui grande potencial energético que pode ser recuperado, e quando em co-digestão com RHF, a produção de biogás pode ser aumentada. Nesse contexto, o presente estudo buscou avaliar a produção de biogás a partir da co-digestão da FORSU com RHF, visando estabelecer uma proporção ótima onde a produção de biogás é máxima, sem danos à estabilidade do processo. O estudo foi realizado em quatro fases, em regime de batelada a 35 °C, empregando lodo anaeróbio como inóculo na relação S/I de 1/1 em termos de sólidos totais voláteis (STV). A massa de STV adicionada nos reatores foi a mesma em todas as condições. Foram testados a FORSU (Fase I) e os RHF (Fase IV) como mono-substrato e a co-digestão desses resíduos nas relações FORSU/RHF de 1/1 (Fase II) e de 1/3 (Fase III) em termos de STV. Os parâmetros monitorados foram pH, teor de sólidos totais e voláteis, carbono orgânico total, alcalinidade, ácidos graxos voláteis, ácidos orgânicos voláteis e volume de biogás. O biogás foi caracterizado quanto a teores de metano. Os resíduos aplicados na co-digestão e o biossólido final foram caracterizados quanto ao pH, teores de sólidos totais e voláteis, carbono orgânico total, alcalinidade, ácidos graxos voláteis, ácidos orgânicos voláteis, nitrogênio total e amoniacal e fósforo total. O processo de DA manteve-se estável em todas as condições de alimentação. Os resultados revelaram que a produção de biogás foi maior nas bateladas onde a FORSU e os RHF foram aplicados em co-digestão, em relação às bateladas que utilizaram FORSU e RHF como mono-substrato. A relação FORSU/RHF de 1/3 produziu o maior volume de biogás e obteve o maior rendimento de metano em função dos STV de resíduos aplicados, sendo 493,46 NL/kgSTV e 393,64 NL/kgSTV, respectivamente. / Anaerobic digestion (AD) of waste is an environmentally sound option for the treatment of organic waste and produce biogas. However, the process efficiency is influenced by several factors, including the composition of the substrate. Fruit and vegetable waste (FVW) have suitable physicochemical properties for use as an energy source. However, the high content of simple sugars contained in fruits and vegetables tend to acidify, inhibiting the activity of methanogens. The co-digestion of wastes is an alternative to improve process stability. The organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) also has great energy potential that can be recovered, and when co-digestion with FVW, biogas production can be increased. In this context, this study aimed to evaluate the production of biogas from the co-digestion of OFMSW with FVW, to establish a great proportion where biogas production is maximum, without damage to the process stability. The study was conducted in four phases, batch system at 35 ° C, using anaerobic sludge as inoculum in the ratio S/I 1/1 in terms of the total volatile solids (VS). The VS mass added in the reactors was the same in all conditions. Were tested OFMSW (Phase I) and FVW (Phase IV) as mono- substrates and co-digestion of these wastes in relationships OFMSW/FVW 1/1 (Phase II) and 1/3 (Phase III) in terms of VS. The monitored parameters were pH, total and volatile solids, total organic carbon, alkalinity, volatile fatty acids, volatile organic acids and volume of biogas. Biogas was characterized as methane levels. Waste applied in co-digestion and the final biosolids were analyzed for pH, total and volatile solids content, total organic carbon, alkalinity, volatile fatty acids, volatile fatty acids, and total ammonia nitrogen and total phosphorus. The AD process remained stable in all power conditions. The results show that biogas production was higher in batches where OFMSW and FVW were applied by co-digestion in relation to batches that used OFMSW and FVW as mono-substrate. The relationship OFMSW/FVW of 1/3 produced the highest volume of biogas and obtained the higher yield of methane due to the VS applied to waste, being 493,46 NL/kgVS and 393,64 NL/kgVS respectively.

Resumo: A suinocultura atingiu índices elevados de produtividade por meio do emprego de avançadas tecnologias de produção, resultando em maior geração de dejeto líquido suíno (DLS) com grande potencial de contaminação de águas mananciais. O resíduo de hortifruti (RH) é produzido em grandes quantidades nos mercados atacadistas, sendo caracterizado pelo elevado teor de umidade e de compostos orgânicos voláteis, o que causa efeitos negativos nos sistemas tradicionais de destinação dos resíduos sólidos urbanos. A codigestão de dejetos suínos e resíduos orgânicos vem sendo amplamente estudada, com melhorias na degradação dos substratos em digestão e, consequentemente, dos rendimentos de biogás. Assim, neste trabalho, avaliou-se o desempenho da codigestão de dejetos de suínos e crescentes níveis de resíduos de hortifrúti, utilizando-se um delineamento fatorial de experimentos 2³ (3 fatores, 2 níveis) seguido de modelagem matemática para descrever o volume de metano acumulado durante o bioprocesso. Para a realização dos ensaios, foram preparadas misturas de substratos compostas por dejeto líquido suíno e resíduo de hortifruti nas relações 4:1, 2,5:1 e 1:1, as quais foram inoculadas e digeridas em frascos batelada por tempos de retenção hidráulica de 20 a 30 dias e temperaturas de 35 a 45°C. Os maiores rendimentos foram de 455,47 e 442,37 NmL CH4/g SVT e ocorreram nos ensaios com relação DLS:RH de 2,5:1 e 1:1, respectivamente. A relação DLS:RH foi significante para o acúmulo de metano durant... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Swine production reached high levels of productivity through the use of technology, resulting in higher generation of swine manure (SM) with great potential for ground water contamination. Fruit and vegetable waste (FVW) are produced in large quantities in wholesale markets, characterized by high moisture content and volatile organic compounds, causing negative effects in the traditional systems of municipal solid waste disposal. The codigestion of swine manure and organic wastes has been widely explored, with improvements in the degradation of the substrates in digestion and, consequently, of the biogas yields. Thus, in this work, the performance of the codigestion of SM and increasing levels of FVW were evaluated using a factorial design of experiments 2³ (3 factors; 2 levels) followed by mathematical modelling to describe the volume of methane accumulated during the bioprocess. In order to carry out the assays, mixtures of substrates composed of SM and FVW were prepared in the ratios 4:1, 2,5:1 e 1:1, which were inoculated and digested in batches with hydraulic retention times of 20 to 30 days and temperatures of 35 to 45 °C. The maximum yields were 455.47 and 442.37 NmL CH4 / g VS and occurred in assays with 2.5:1 and 1:1 SM:FVW ratios, respectively. The SM:FVW ratio was significant for the accumulation of methane during the process, while the hydraulic retention time was not significant at a 95% confidence level. The temperature was marginally significant, with a higher ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] O biogás é uma energia renovável com grande potencial de produção a partir de resíduos, incluindo resíduos alimentares. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de três modelos distintos usando Redes Neurais Artificiais (RNAs), com a capacidade de prever o volume acumulado de biogás, de metano e a concentração de CH4, respectivamente. Foi construído um banco de dados da literatura com variáveis do processo de biodigestão anaeróbia: tipo de biomassa, tipo de reator/alimentação, teor de sólido volátil, pH, taxa de carga orgânica, tempo de retenção hidráulica, temperatura e volume do reator. Para cada conjunto de modelos, foram desenvolvidas e testadas 24 RNAs utilizando a ferramenta computacional MATLAB. As RNAs foram avaliadas pela sua capacidade de estimação através do coeficiente de determinação (R2 ) e também através da soma do erro quadrático (SSE) obtidos. Após as etapas iniciais, as redes neurais foram usadas para criar superfícies de resposta, buscando regiões ideais para produção de biogás e metano. Contudo, um único modelo não atingiu a representatividade desejada, levando à segmentação dos dados por tipo de biomassa. As RNAs desenvolvidas demonstraram eficácia na estimação dos grupos usados para treinamento, teste e validação. A melhor rede alcançou R2 de 0,9969 para biogás, 0,9963 para metano e 0,9386 para a porcentagem de metano, com SSE de 0,1808, 0,1089 e 11,45, respectivamente. A estratégia de combinar variáveis do processo em superfícies de resposta revelou-se útil para identificar pontos ótimos no processo produtivo. / [en] Biogas is a renewable energy source with significant production potential from various waste materials, including food waste. In this context, this study presents the development of three distinct models using Artificial Neural Networks (ANNs), capable of predicting the cumulative volume of biogas, methane, and CH4 concentration, respectively. A literature-based database was constructed, including variables from anaerobic digestion processes: biomass type, reactor/feed type, volatile solid content, pH, organic loading rate, hydraulic retention time, temperature, and reactor volume. For each set of models, 24 ANNs were developed and tested using the MATLAB computational tool. The ANNs estimation capability was assessed using the coefficient of determination (R2) and the sum of squared errors (SSE). Following initial stages, neural networks were employed to create response surfaces, aiming to identify optimal regions for biogas and methane production. However, a single model failed to achieve the desired representativeness, leading to data segmentation based on biomass type. The developed ANNs demonstrated effectiveness in estimating the groups used for training, testing, and validation. The best network achieved R2 values of 0.9969 for biogas, 0.9963 for methane, and 0.9386 for methane percentage, with SSE values of 0.1808, 0.1089, and 11.45, respectively. The strategy of combining process variables in response surfaces proved valuable in identifying optimal points in the production process.