Neste trabalho de doutorado utilizou-se um reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de espuma de poliuretano e agitação mecânica, com volume total de 5.5 L e volume útil de 4.5 L. A agitação do meio líquido foi realizada com quatro tipos de impelidores (turbina tipo hélice, lâminas planas, lâminas planas inclinadas e lâminas curvas, testados individualmente, sempre em número de 3), com 6 cm de diâmetro. A pesquisa foi realizada em quatro etapas experimentais. A etapa 1 objetivou determinar o tempo de mistura no reator para cada tipo de impelidor, ou seja, o tempo necessário para que o meio líquido ficasse totalmente homogêneo. A etapa 2 objetivou selecionar o tipo de impelidor e a respectiva intensidade de agitação que garantisse a minimização da resistência à transferência de massa externa no sistema. As intensidades de agitação testadas variaram de 200 a 1100 rpm, dependendo do tipo de impelidor. A etapa 3 foi realizada com tipo de impelidor e intensidade de agitação definidos na etapa 2, mas variando-se o tamanho da biopartícula (0,5, 1,0, 2,0 e 3,0 cm de aresta). O objetivo desta etapa foi selecionar o tamanho de biopartícula que minimizasse a resistência à transferência de massa interna. De posse das condições operacionais otimizadas (tipo de impelidor, intensidade de agitação e tamanho de partícula de suporte), a etapa 4 constituiu na aplicação das mesmas para o tratamento de um resíduo real, sendo escolhida água residuária de suinocultura. Na etapa 1, os resultados mostraram que os tempos de mistura para todos os tipos de impelidores foram desprezíveis em relação ao tempo total de ciclo. A etapa 2 revelou tempos de partida muito curtos (cerca de 20 dias), em todas as condições testadas, sendo atingidas remoções de DQO próximas de 70%. Além disso, o tipo de impelidor exerceu grande influência na qualidade final do efluente, fato este claramente constatado quando as frações de DQO foram consideradas separadamente (filtrada e suspensa). De acordo com os resultados obtidos na etapa 3, o tamanho da biopartícula teve influência decisiva no desempenho do sistema, nas condições testadas. As velocidades de dissolução foram aparentemente influenciadas pelo empacotamento do leito de espuma, enquanto que o consumo da fração de DQO correspondente às amostras filtradas foi provavelmente influenciado por fatores mais complexos. Finalmente, o teste realizado com resíduo diluído de suinocultura demonstrou que a operação do reator em estudo para o tratamento deste tipo de água residuária é possível. Os dados operacionais mostraram que o reator permaneceu estável durante o período testado. A agitação mecânica provou ser eficiente para melhorar a degradação da DQO suspensa, um dos maiores problemas no tratamento deste tipo de água residuária. Sendo assim, de acordo com os dados experimentais obtidos ao longo do trabalho, pode-se afirmar que a agitação em reatores em batelada mostrou-se importante não somente para proporcionar boas condições de mistura ou melhorar a transferência de massa na fase líquida, mas também para melhorar a solubilização da matéria orgânica particulada, melhorando as velocidades de consumo de matéria orgânica. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass and provided with mechanical stirring employed in this work had total and useful volumes of 5.5 and 4.5 L, respectively. The biomass was immobilized on cubic polyurethane foam matrices, and the agitation of the liquid medium was provided by four types of impellers (propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, individually tested, always in a set of three), with 6 cm of diameter. The research was divided into 4 experimental steps. The first one aimed at determining the mixing time in the reactor for each sort of impeller, i.e., the time necessary for the system to be completely homogeneized. As for the second step, its objective was to choose the sort of impeller and the agitation rate suitable for minimizing the external mass-transfer resistance. The agitation rates tests ranged from 200 to 1100 rpm, depending on the impeller type. The step 3 was carried out utilizing the chosen impeller and agitation rate, but varying the bioparticle size (0.5, 1.0, 2.0 and 3.0 cm of side). The aim of these experiments was to determine the bioparticle size that minimized the solid-phase mass transfer. Using these optimized operational conditions (type of impeller and bioparticle size), the step 4 consisted of the utilization of them in the treatment of a real wastewater (diluted swine manure). As for the results, step 1 showed the mixing times were very low compared to the total cycle times employed in the experiments (8 and 24 h). Very short start-up periods were revealed by the second experimental part (about 20 days in average) for all conditions tested, and the removal efficiencies reached approximately 70%. Besides that, the impeller type exerted great influence on the final quality of the effluent, fact clearly observed when the COD fractions were analyzed separately (filtered and suspended). According to the data obtained in the step 3, the bioparticle size influenced decisively on the performance of the system, in the conditions tested. The bed packing apparently influenced the dissolution rates, whereas the consumption of the COD correspondent to the filtered samples was defined by more complex factors. Finally, the test with the diluted swine manure demonstrated that the operation of this reactor with this type of wastewater is feasible, as the operational data showed the reactor remained stable during all the period tested. The mechanical stirring proved to be efficient to improve the degradation of the suspended COD, one of the major problems in the treatment of this type of wastewater. In this sense, according to the experimental data obtained in this work, it can be affirmed the mechanical stirring in anaerobic sequencing batch reactors showed to be not only important to provide good mixing conditions and improve the liquid phase mass transfer, but also to improve the solubilization of the particulate organic matter and increase the overall organic matter consumption rates.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Makerli G Zanella.pdf: 2116740 bytes, checksum: f03c3a2b3cbe91bcadea5c50045b7cee (MD5) Previous issue date: 2012-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to analyze the institutional environment of the biogas from the concepts of New Institutional Economics (NIE) addressing the set of rules, laws, legislation and other actions that will define the influences of economic agents, public policies aimed at this alternative source of energy, which can generate income and development, and thus provide economic exploitation and promote competitiveness. Besides, the biogas originated by swine manure is presented as an alternative to the Brazilian energy deficit in a global scenario of increasing concern about the impact of the consumption of fossil fuels on the environment. Among the environmental impacts caused by the swine industry that stands out is the contamination of water courses, which may occur directly, through the release of waste into rivers, streams or lakes and, indirectly, through runoff in pastures and crops fertilized with manure, however, when relocated, can generate income and improve the environment with the use of fertilizer and biogas, allowing alternative energy in rural areas and minimizing environmental impact. The viability of the biogas energy recovery depends substantially on the scale of projects, it also appears competitive when compared with fossil fuels used in industry and transport sector. Despite the existing incentive mechanisms to the energy use of biogas, and incentives for alternative sources of renewable energy in Brazil, several regulatory barriers, institutional, economic and technological hinder the effective utilization of this source. Thus, this study indicates the need for greater coordination between the different spheres of government, private sector and research institutions and development to formulate effective policies to promote better energy use of biogas in Brazil. The principal measures to achieve these objectives include free access of energy renewables to the electricity market, measures of fiscal and financial incentives and efforts in research, development and demonstration. / Este trabalho tem como finalidade analisar o ambiente institucional do biogás, a partir dos conceitos da Nova Economia Institucional (NEI), abordando o conjunto de normas, leis, legislação e demais ações que irão delimitar a influência dos agentes econômicos, as políticas públicas voltadas para essa fonte alternativa de energia, a qual poderá gerar renda e desenvolvimento, e assim proporcionar a exploração econômica e promover a competitividade. Ademais, o biogás oriundo do dejeto suíno, apresenta-se como uma alternativa para o déficit energético brasileiro num cenário mundial de preocupação crescente sobre o impacto do consumo dos recursos fósseis sobre o meio ambiente. Dentre os impactos ambientais causados pela suinocultura o que mais se destaca é a contaminação de cursos d água, que pode ocorrer de forma direta, através do lançamento dos dejetos em rios, córregos ou lagos e, de forma indireta, através do escoamento superficial em pastagens e lavouras adubadas com os dejetos, no entanto quando remanejado, pode gerar renda e melhorar o meio ambiente, com o uso do biofertilizante e do biogás, viabilizando alternativas energéticas no meio rural e minimizando o impacto ambiental. A viabilidade do biogás com o aproveitamento energético depende substancialmente da escala dos projetos, este também se mostra competitivo quando comparado aos combustíveis fósseis utilizados na indústria e no setor de transporte. Apesar dos mecanismos de incentivo existentes ao aproveitamento energético do biogás, e incentivos às fontes alternativas renováveis de energia no Brasil, diversas barreiras regulatórias, institucionais, econômicas e tecnológicas dificultam o efetivo aproveitamento desta fonte. Assim, este trabalho indica a necessidade de uma maior coordenação entre as diferentes esferas do governo, o setor privado e instituições de pesquisa e desenvolvimento à formulação de políticas efetivas para promover o melhor aproveitamento energético do biogás no Brasil. As principais medidas para atingir esses objetivos incluem o livre acesso das energias renováveis ao mercado de eletricidade, medidas de incentivos fiscais e financeiros e esforços em pesquisa, desenvolvimento e demonstração.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:33:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ariel Gustavo Letti.pdf: 1013468 bytes, checksum: 8cba87766819ad667a8faf671f6a44e8 (MD5) Previous issue date: 2010-03-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work identifies and analyzes the main reasons associated with the decision of farmers to use the process of digestion for the treatment of pig slurry, with a focus on producers in the city of Toledo - PR. In order to do so, this investigation begins with the presentation of the growing concentration of swine production and waste in some municipalities of Paraná State, especially in the Western Region and in the city of Toledo. In addition, the potential impact of waste pollution is highlighted, especially in terms of their concentration, attending mainly to the impending limit of the development of the productive chain as a function of environmental problems. Besides, this research also presents the main alternatives for the correct treatment of waste, with emphasis on the treatment through the biodigestion process, which produces usable and/or marketable products such as biofertilizer, biogas and carbon credits. The theoretical and analytical backgrounds of investigation chosen were based on the theory of Schumpeterian Competition and Model Systems Approach of Agroindustrial Business presented by Farina et al. (1997). The identification of the properties was made from primary data survey of 311 properties from the archives of the Environmental Institute of Paraná (IAP) as well as with thirty interviews of the farmers. The properties were analyzed and classified according to some characteristics, especially regarding the use or not of the biodigestion treatment. 167 properties were identified using digesters and 164 did so, primarily in terms of being integrated to/ partners of an agroindustrial slaughtering and processing company installed in the city, which has a program that, on loan, provides full technical and financial assistance for the installation of digesters, including being responsible for the paperwork for validation and commercialization of the carbon credits generated. For the other three properties, one also works on loan, but with another company, specializing in the market for carbon credits; and the two other digesters were installed by the owner s own interest and resources, and only these use the biogas for purposes other than simply burning for conversion of methane into carbon dioxide and for marketing the carbon credits. Thus, the main reason identified for the installation of digesters was the initiative of the integrating company, which was motivated by the creation of the market for carbon credits under the clean development mechanisms of the Kyoto Protocol. / Este trabalho identifica e analisa os principais motivos associados à decisão do produtor rural de utilizar o processo de biodigestão para o tratamento dos dejetos de suínos, com foco nos produtores do município de Toledo - PR. Para tanto, inicia-se com a apresentação da crescente concentração da produção de suínos e dejetos destes em alguns municípios do Estado do Paraná, mormente, na Região Oeste e no município de Toledo. Posteriormente destaca-se o potencial impacto poluidor dos dejetos e, principalmente, da concentração destes, atentando para a iminente limitação ao desenvolvimento da cadeia produtiva em função de problemas ambientais. Por outro lado apresentam-se também as principais alternativas para o correto tratamento dos dejetos, com ênfase no tratamento via processo de biodigestão, o qual gera produtos utilizáveis e/ou comercializáveis, como o biofertilizante, o biogás e os créditos de carbono. O referencial teórico-analítico escolhido baseou-se na Teoria Schumpeteriana da Concorrência e no Modelo de Abordagem Sistêmica dos Negócios Agroindustriais apresentado por Farina et al. (1997). A identificação das propriedades foi feita a partir de levantamento de dados primários de 311 propriedades junto aos arquivos do Instituto Ambiental do Paraná (IAP) e da realização de trinta entrevistas junto aos produtores rurais. As propriedades foram analisadas e classificadas conforme algumas características, principalmente quanto à utilização ou não do tratamento via biodigestão. Foram identificadas 167 propriedades que utilizam biodigestores, sendo que 164 o faziam, principalmente, em função de serem integrados/parceiros de empresa agroindustrial de abate e processamento instalada no município, a qual possui um programa que, em regime de comodato, fornece todo o apoio técnico e financeiro para a instalação de biodigestores, responsabilizando-se inclusive pelos trâmites burocráticos para a validação e comercialização dos créditos de carbono gerados. Em relação às outras três propriedades, uma também trabalha em regime de comodato, mas com outra empresa, especializada no mercado de créditos de carbono, e as outras duas instalaram os biodigestores por interesse e com recursos próprios, sendo que apenas estes utilizam o biogás para outros fins que não a simples queima para conversão de metano em gás carbônico e comercialização dos créditos de carbono. Assim, o principal motivo identificado para a instalação de biodigestores foi a iniciativa da empresa integradora, a qual foi motivada pela criação do mercado de créditos de carbono no âmbito dos mecanismos de desenvolvimento limpo do protocolo de Quioto.