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Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Orientador: José Raimundo de Souza Passos / Banca: Jorge de Lucas Junior / Banca: Maria Teresinha T. Tornero / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo a modelagem estatística da produção de biogás, utilizando-se de modelos de regressão não-linear, a partir do estudo da biodigestão anaeróbia de três tipos de camas de frangos de corte (napier, mistura de napier+maravalha e maravalha), obtidos após um ciclo de criação e após reutilização em um segundo ciclo. Para cada ciclo, foram obtidos dados relativos às produções médias de biogás, apresentados sob forma de totais semanais, em m3 e em valores acumulados para cada substrato. Foi feita a modelagem estatística, a partir dos tratamento definidos, utilizando-se do modelo Gompertz de regressão não-linear, segundo duas linhas metodológicas distintas. Inicialmente, foram considerados modelos de regressão não-linear somente com um componente determinístico e, posteriormente, com dois componentes (mistura). Foram estudadas as propriedades amostrais dos estimadores através de simulações sob a ótica distribucional. A aproximação de uma Gompertz do modelo estatístico proposto para o volume de biogás para os três tipos de camas de frangos mostrou-se adequada em todas situações experimentais, permitindo estimar os parâmetros envolvidos no modelo, utilizando-se técnicas não-paramétricas. O modelo com mistura de duas Gompertz proporcionou bom ajuste aos dados, mas com dificuldades de convergência no processo de estimação dos parâmetros, no qual ocorreu a heterocedasticidade dos erros, isto é, a parte aleatória do modelo não teve variância constante. / Abstract: In this work, the Gompertz model was used to fit the biogas production in batch biodigestor obtained from the anaerobic digestion of three poultry litter kinds (elephant grass, elephant grass + wood shavings and wood shavings). Two strategies of modeling was proposed, i.e., using one and two (mixture) deterministic components in the statistical models. Results showed that Gompertz model with just a deterministic component fits very well, and allowed to compare the estimated parameters among the poultry litter kinds by nonparametric techniques . Although the models with the mixture fits better than the other one, there are some problems with the convergence processes and the parameter estimation. / Mestre

SOUSA, M. R. Análise integrada da tecnologia microaeróbia como estratégia de dessulfurização In-Situ. 2016. 153 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-02-14T10:10:04Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_mrsousa.pdf: 2372349 bytes, checksum: 7db626c45033c8c0887632e504ce8014 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-02-23T11:51:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_mrsousa.pdf: 2372349 bytes, checksum: 7db626c45033c8c0887632e504ce8014 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-23T11:51:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_mrsousa.pdf: 2372349 bytes, checksum: 7db626c45033c8c0887632e504ce8014 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / Several studies, mainly related to the anaerobic digestion of solid wastes and sewage with high sulfate concentration, describe the advantages of the microareasure both for the treatment of the biogas and for the improvement of the efficiency of the system as a whole. However, a better understanding of the process is required for low sulphate sewage, as in the case of sanitary sewage, as well as a deeper understanding of the engineering aspects, both in the design of the system and in the operational aspects. In this sense, the best location for atmospheric air dosing or use of pure oxygen, flow rate to be applied, diffusion devices for microaeration, process control, evaluation of the system when subjected to shocks and interruption of aeration etc. can be cited. , As well as aspects related to microbial participation and economic and life cycle studies. The objective of the present study was to conduct an integrated analysis of microaerobic technology as an in-situ desulphurisation strategy for effluents with low sulphate concentration. To do so, the engineering aspects were evaluated, such as the best microaeration flow and best application point, as well as the quality of the biogas generated with the in-situ technology, compared to the ex-situ technology of chemical absorption with hydroxide Sodium, being in this the biogas generated during the operation of an anaerobic reactor. In all periods of study, the microbial population dynamics of the Bacteria and Archaea domains were evaluated by means of molecular techniques such as PCR / DGGE. Finally, an economic analysis and a life cycle assessment (LCA) of the microaeration were carried out in relation to the chemical absorption. Experiments were conducted in parallel with two continuous flow reactors: R1 (Alkaline with alkaline absorption of the generated biogas) and R2 (microaerobic), in order to compare the desulfurization efficiency of the biogas by the different technologies studied. The reactors were fed with synthetic effluent and microaeration that consisted of the injection of atmospheric air, initially in the headspace, but which extended to other points in the sludge blanket of the reactor. In general, the microaerobic system has proved to be very attractive in all engineering, economic and life cycle aspects evaluated, as well as operational stability, and can be considered as an effective technique for in situ effluent desulphurisation With low sulphate concentration. / Diversos estudos, principalmente ligados à digestão anaeróbia de resíduos sólidos e esgotos com elevada concentração de sulfato, descrevem as vantagens da microareção tanto para o tratamento do biogás quanto para melhoria da eficiência do sistema como um todo. Contudo, necessita-se ainda de um melhor entendimento do processo para esgotos com baixa concentração de sulfato, como no caso dos esgotos sanitários, assim como um maior aprofundamento nos aspectos de engenharia, tanto na concepção do sistema quanto nos aspectos operacionais. Nesse sentido, podem ser citados qual o melhor local para dosagem do ar atmosférico ou uso de oxigênio puro, vazão a ser aplicada, dispositivos de difusão da microaeração, controle do processo, avaliação do sistema quando submetido a choques e a interrupção da aeração etc., além dos aspectos ligados à participação microbiana e a estudos econômicos e de ciclo de vida. O presente estudo teve como objetivo geral realizar uma análise integrada da tecnologia microaeróbia como estratégia de dessulfurização in-situ para efluentes com baixa concentração de sulfato. Para tanto, foram avaliados os aspectos de engenharia, como a melhor vazão de microaeração e melhor ponto de aplicação, assim como a qualidade do biogás gerado com a tecnologia in-situ, em comparação com a tecnologia ex-situ de absorção química com hidróxido de sódio, sendo, nesta, o biogás gerado durante a operação de um reator anaeróbio. Em todos os períodos de estudo, a dinâmica populacional microbiana dos domínios Bacteria e Archaea foi avaliada por meio de técnicas moleculares como PCR/DGGE. Por fim, foi realizada uma análise econômica e uma avaliação de ciclo de vida (ACV) da microaeração em relação à absorção química. Foram conduzidos experimentos em paralelo com dois reatores de fluxo contínuo: R1 (Anaeróbio com absorção alcalina do biogás gerado) e R2 (microaeróbio), a fim de comparar a eficiência de dessulfurização do biogás pelas diferentes tecnologias estudadas. Os reatores foram alimentados com efluente sintético e microaeração que consistia na injeção de ar atmosférico, inicialmente no headspace, mas que se extendeu para outros pontos na manta de lodo do reator. De uma forma geral, o sistema microaeróbio se revelou bastante atrativo em todos os aspectos de engenharia, econômico e de ciclo de vida avaliados, assim como de estabilidade operacional, podendo ser considerado como uma técnica efetiva para o processo de dessulfurização in-situ de efluentes com baixa concentração de sulfato.

MONTEIRO, L. S. Redução das emissões gasosas através da camada de cobertura de aterros sanitários utilizando diversos tipos de materiais. 2016. 155 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-04-18T18:47:28Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_lsmonteiro.pdf: 13372194 bytes, checksum: d77f15c74d786880cd8174f93da13a13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-04-24T13:16:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_lsmonteiro.pdf: 13372194 bytes, checksum: d77f15c74d786880cd8174f93da13a13 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T13:16:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_lsmonteiro.pdf: 13372194 bytes, checksum: d77f15c74d786880cd8174f93da13a13 (MD5) Previous issue date: 2016-08-10 / Population growth is responsible for the increase in solid waste generation, And the necessity of the correct destination, processing and reduction of this waste. This one The objective of this study was to evaluate the performance of landfill gas trapping by Different materials used as a cover layer in an Experimental Cell (CE) and in the Central Cell (CC) of the Western Metropolitan Sanitary Landfill of Caucaia (ASMOC). Estimates of the gas emissions were carried out by means of With static flow plate in the conventional cover and in the alternative covers, Besides the measurements made in the drains. The gases generated in the EC and released by the drain Contained, on average, 16.48% CH 4, 13.23% CO 2 and 11.10%; Already in the CC, Average CH4 emissions ranged from 48.20% to 62%, with varying CO2 volumes From 28.45% to 40.43%, and very low O2 concentrations, ranging from 0.02% to 6.4%. THE CC allowed the escape of an average of 0.5% of CH4 and 0.3% of CO2 in the EC, while CC differed only in the average of CO2 with 0.8%. The EC presented average values ​​of Mass flux of CH4 in the cover layer of 0.78 g / m².s.10-2 and 1.2x10-2 g / m².s, For CO2. On the other hand, the CC presented a mean CH4 mass flow of 0.77 g / m².s.10-2 and 1.54x10-2 g / m².s for CO2. Regarding emissions by alternative layers in the EC, the Layer vegetated with grass Esmeralda had better result among the others, but Still allowed the emission of 1.1% more than CH4, allowing 4.3 times more CO2 to escape When compared to conventional coverage. The DC module covered with grass Esmerada was able to retain 50.8% more CH4 and 24.6% more CO2 than the Conventional coverage; The Mombaça grass emitted 13.4% less CH4 than the layer conventional. The dry weed, although emitting 12.4% more of CH4 than the Has improved its performance over almost three times Previous experiment. The overlapping layer of dry weed-Cx emitted 17.2% less CH4 and 85.5% less CO2 than the conventional layer. The RCC was the material with the worst Between all the analyzed modules, 1820.9% more than CH4 emission and 1205.8% CO2 emission to the atmosphere, when compared to the conventional layer of roof. If the overlapped layer of RCC-Cx is considered, the decrease in Emission of CH4 compared to the conventional coverage layer is 12.9% and 59.0% Less CO2. The mass fluxes in both experiments presented a wide Range of CH4 and CO2, which indicates that several factors external to the cell are Responsible for this variation, but follow a behavior consistent with CH4 and CO2 emissions strongly influenced by the rainfall regime. The data Showed that the Esmeralda grass, in both experiments, Loss of gases into the atmosphere, in addition to making the high vulnerability. / O crescimento populacional é responsável pelo aumento na geração de resíduos sólidos, e pela necessidade da correta destinação, processamento e redução destes resíduos. Este trabalho objetivou avaliar o desempenho no aprisionamento dos gases de aterro por diferentes materiais usados como camada de cobertura em uma Célula Experimental (CE) e na Célula Central (CC) do Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC). As estimativas das emissões de gases foram realizadas por meio de ensaios com placa de fluxo estático na cobertura convencional e nas coberturas alternativas, além das medições feitas nos drenos. Os gases gerados na CE e lançados pelo dreno continham, em média, 16,48% de CH4, 13,23% de CO2 e 11,10% de; já na CC, as médias de emissão de CH4 variaram de 48,20% a 62%, com volumes de CO2 variando de 28,45% a 40,43%, e concentrações de O2 bem baixas, variando de 0,02% a 6,4%. A CC permitiu o escape de, em média, 0,5% de CH4 e 0,3% de CO2 na CE, enquanto que a CC diferiu apenas na média de CO2 com 0,8%. A CE apresentou valores médios de fluxo mássico de CH4 na camada de cobertura de 0,78 g/m².s.10-2 e de 1,2x10-2 g/m².s, para CO2. Já a CC apresentou média de fluxo mássico de CH4 de 0,77 g/m².s.10-2 e de 1,54x10-2 g/m².s para CO2. No tocante às emissões pelas camadas alternativas na CE, a camada vegetada com grama Esmeralda teve melhor resultado entre as demais, mas ainda permitiu a emissão de 1,1% a mais de CH4, deixando escapar 4,3 vezes mais CO2 quando comparada à da cobertura convencional. O módulo da CC coberto com grama Esmerada conseguiu reter 50,8% mais CH4 e 24,6% mais CO2 que a camada de cobertura convencional; o capim Mombaça emitiu 13,4% menos CH4 que a camada convencional. A capina seca, apesar de emitir 12,4% a mais de CH4 que a camada convencional, melhorou em quase três vezes seu desempenho com relação ao experimento anterior. Já a camada sobreposta de capina seca-Cx emitiu 17,2% menos CH4 e 85,5% menos CO2 que a camada convencional. O RCC foi o material com o pior resultado entre todos os módulos analisados, 1820,9% a mais de emissão de CH4 e 1205,8% de emissão de CO2 para a atmosfera, se comparada à camada convencional de cobertura. Já se for considerada a camada sobreposta de RCC-Cx, a diminuição na emissão de CH4 comparada à camada convencional de cobertura é de 12,9% e de 59,0% menos CO2. Os fluxos mássicos em ambos os experimentos apresentaram uma ampla faixa de variação do CH4 e CO2, o que indica que vários fatores externos à célula são responsáveis por esta variação, porém seguem um comportamento congruente às emissões de CH4 e CO2 fortemente influenciadas pelo regime de chuvas. Os dados coletados mostraram que a grama Esmeralda, em ambos os experimentos, minimizam a perda dos gases para atmosfera, além de tornar mais agradável o ambiente de alta vulnerabilidade.

Submitted by Tania Ivani Rokohl (tania.rokohl@uffs.edu.br) on 2018-03-14T13:44:48Z No. of bitstreams: 1 BRUM.pdf: 3760606 bytes, checksum: 121dcee45e9b4a488e966bd2661a7f47 (MD5) / Approved for entry into archive by Diego dos Santos Borba (dborba@uffs.edu.br) on 2018-03-14T14:00:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 BRUM.pdf: 3760606 bytes, checksum: 121dcee45e9b4a488e966bd2661a7f47 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-14T14:00:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BRUM.pdf: 3760606 bytes, checksum: 121dcee45e9b4a488e966bd2661a7f47 (MD5) Previous issue date: 2018-02-01 / O desenvolvimento econômico, bem como os hábitos sociais tem influenciado o aumento da taxa de geração de resíduos sólidos. Nesse sentido, a gestão adequada desses resíduos precisa ser realizada tendo em vista os sérios problemas ambientais, de saúde, ecológicos e sociais que podem vir a desencadear. No Brasil, o aterro sanitário tem sido considerado um dos processos de gestão de resíduos, sendo definido como um método de destinação eficiente para conter possíveis riscos de contaminação. Para tanto, exige-se um monitoramento adequado e contínuo quanto aos aspectos e impactos ambientais que podem ser gerados. Diante disso, esta pesquisa visou desenvolver um diagnóstico ambiental no aterro sanitário de resíduos sólidos de Palmeira das Missões - RS a fim de avaliar as condições de disposição de resíduos sólidos. A caracterização dos resíduos do aterro sanitário, com relação à sua origem, quantidades e composição gravimétrica demonstrou que a média dos resíduos orgânicos/rejeitos obteve valores próximos à realidade nacional Brasileira, ficando acima da média dos EUA. Já, a quantidade de resíduos recicláveis demonstra proporções diferenciadas de outras realidades avaliadas. Com relação à produção per capita de resíduos, 97% dos municípios estão abaixo da média da Região Sul do Brasil. Quanto a qualificação dos efluentes gerados na disposição dos resíduos nas células do aterro sanitário, através de avaliação de dados históricos e da eficiência do tratamento verificou-se que 9 parâmetros estão acima dos valores máximos permitidos (VMP) nas legislações Brasileiras sendo eles: cloreto, coliformes termotolerantes, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), ferro, manganês, nitrogênio amoniacal, sólidos suspensos totais (SST) e sólidos sedimentáveis, sendo que a eficiência média do tratamento utilizado foi de 60%. Com relação ao estudo hidrogeológico verificou-se que o fluxo das águas subterrâneas ocorre adequadamente de montante a jusante. A avaliação da qualidade das águas subterrâneas, através de dados históricos obtidos, determinou que 11 parâmetros estão acima do VMP da legislação: pH, cádmio, chumbo, níquel, mercúrio, cromo total, alumínio, manganês, turbidez, coliformes totais e termotolerantes, sendo que inferiu-se sobre a influência da atividade de disposição para apenas 2 parâmetros: chumbo e DBO5. A estimativa da viabilidade técnica para a produção de biogás e possível aproveitamento energético indicou ser inviável a captação dos gases para transformação de energia elétrica já que o potencial de produção de energia é muito inferior à demanda do aterro. / Economic development as well as social habits have influenced the increase of solid waste generation. In this sense, the wastes management needs to be carried out due to serious environmental, health, ecological and social problems which has the potential to occur. In Brazil, the landfill has been considered one of the waste management processes, being defined as an efficient destination method to contain possible contamination risks. For this, it is required an adequate and continuous monitoring of the environmental aspects and impacts that can be generated. Therefore, this research aimed to develop an environmental diagnosis in the solid waste landfill from Palmeira das Missões - RS in order to evaluate the solid waste disposal conditions. The characterization of the wastes of the landfill, with respect to their origin, quantities and gravimetric composition, showed that the average of the obtained values for organic wastes / rejects are close to the Brazilian national reality, being above the US average. However, the amount of recyclable waste demonstrates different proportions of other realities evaluated. In relation to percapita percentage of waste, 97 % of the municipalities are below the average of South Region of Brazil.Regarding the qualification of the effluents generated in the waste disposal in the cells, through evaluation of historical data and the treatment efficiency, it was verified that 9 parameters are above the maximum values allowed (VMP) in the Brazilian legislations: chloride, thermotolerant coliforms, BOD, COD, iron, manganese, ammonia nitrogen, SST and sedimentable solids, with average efficiency of 60%. Regarding the hydrogeological study, it was verified that the groundwater flow occurs properly upstream. The evaluation of the groundwater quality, through historical data obtained, determined that 11 parameters are above the VMP of the legislation: pH, cadmium, lead, nickel, mercury, total chromium, aluminum, manganese, turbidity, total coliforms and thermotolerant coliforms. However, it was inferred on the influence of the disposition activity for only 2 parameters: lead and BOD5. The estimation of the technical viability for the biogas production and possible energy utilization indicated that it is unfeasible to capture the gases for the transformation of electric energy since the potential of energy production was much lower than the landfill demand.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-05-30T13:10:23Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2018178 bytes, checksum: f542263170df07213000e3e4bebf72ed (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T13:10:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2018178 bytes, checksum: f542263170df07213000e3e4bebf72ed (MD5) Previous issue date: 2017-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O processo de fabricação da polpa celulósica kraft demanda elevada quantidade de água e energia. Embora a indústria gere parte de sua própria energia pela queima do licor negro na caldeira de recuperação e biomassa residual na caldeira de biomassa, a indústria ainda é dependente de energia elétrica e combustíveis fósseis adicionais. Devido ao aumento da tarifa de energia, a indústria de celulose tem sido motivada a aumentar sua eficiência energética, tornando-se autossuficiente. A produção de biogás a partir do lodo gerado na estação de tratamento de efluentes da indústria constitui uma potencial alternativa de gerenciamento dos resíduos e produção de energia. O objetivo principal desta dissertação foi avaliar o potencial da produção de biogás a partir dos lodos primário e secundário provenientes da indústria de celulose kraft branqueada. A dissertação foi estruturada em 5 Capítulos desenvolvidos em forma de artigos científicos. O Capítulo 1 apresentou uma revisão de literatura sobre os processos de produção de celulose kraft e de biogás, bem como um panorama sobre legislações brasileiras relacionadas à implantação de biodigestores. Foi concluído que há pouco estudo relativo à digestão anaeróbia de lodo de celulose kraft. Adicionalmente, apesar de o Brasil apresentar um grande potencial de produção de biogás, o país ainda carece de incentivos governamentais no setor. O Capítulo 2 objetivou (i) identificar a melhor relação substrato/inóculo (2/1, 1/1 e 0.4 g VS substrato /g VS inóculo ); (ii) identificar o melhor tipo de inóculo (lodo de UASB ou lodo de UASB + estrume); e (iii) estimar o potencial de substituição da energia elétrica demandada pelo sistema de aeração da estação de tratamento de efluentes da indústria de celulose kraft branqueada a partir do biogás produzido. Para tanto, foram utilizados como substratos o lodo primário (PS), lodo secundário (SS) e a mistura de ambos (MIX). Os resultados mostraram que o lodo secundário possuiu maior potencial de produção de biogás para uma relação 1/1 g VS substrato /g VS inóculo , utilizando lodo de UASB como inóculo. O estrume aumentou a produção de metano do lodo primário para relação S/I 1/1, porém pré-tratamentos devem ser testados de modo a aumentar a biodegradabilidade do substrato. Por fim, o biogás produzido apresentou potencial de substituir 23% daxi demanda de energia elétrica da estação de tratamento de efluentes. O Capítulo 3 objetivou (i) estimar o potencial de produção de biogás em condições termofílicas a partir do PS, SS e MIX; (ii) calibrar o modelo de digestão anaeróbia desenvolvido por Rajendran et al. (2014); e (iii) determinar a melhor composição do lodo e a influência de adição de nitrogênio no sistema de digestão anaeróbia a partir de simulações numéricas. Foi identificado que (i) a máxima produção de metano foi atingida pelo lodo secundário em 30 dias (46.9 NmL CH4/g VS); (ii) o modelo de digestão anaeróbia foi aplicável para lodo de celulose kraft após ajustes; (iii) a melhor composição de lodo foi de 21.62% de carboidratos, 61,67% de lipídeos e 16.72% de proteínas. A adição de nitrogênio aumentou a produção de metano para o PS e o MIX, mas reduziu para o SS. Os Capítulos 4 e 5 foram desenvolvidos por estudantes intercambistas como parte do programa Living Lab Biobased Brazil. Os objetivos do Capítulo 4 foram ajustar o modelo de Rajendran et al. (2014) para a condição mesofílica e simular o uso do biogás em forma de eletricidade e calor. A partir da simulação foi possível produzir 88 GJ/d de calor e 148 kW de potência elétrica. Além disso, a partir do ajuste do modelo de Rajendran et al. (2014) para a condição mesofílica, foram propostas melhorias para o modelo. Por fim, o Capítulo 5 objetivou apresentar potenciais alternativas para o gerenciamento do lodo de celulose kraft pós-digestão anaeróbia, utilizando a ferramenta de Análise de Multi-Critério simplificada. A partir das alternativas avaliadas (aterro sanitário, aplicação no solo, compostagem, incineração, pirólise/gaseificação e produção de algas), a compostagem se apresentou como a melhor opção. / The kraft pulping process is energy intensive. Although the mill generates part of its own energy by burning the black liquor in the recovery boiler and wooden biomass in the biomass boiler, it still relies on additional electricity and fossil fuel sources. Due to an energy price increase, the pulp industry has been driven to optimize its energy efficiency and self-sufficiency. One attractive industrial opportunity is to produce biogas from sludge using the anaerobic digestion technology. Thus, the main objective of this dissertation was to evaluate the potential of biogas production from bleached kraft pulp mill primary and secondary sludges. The dissertation was structured in 5 Chapters written as scientific papers. Chapter 1 presented a literature review about kraft pulp mills, biogas production, and legislations related to the implantation of biodigesters. It was concluded that there are still very few studies related to the anaerobic digestion of kraft pulp mill sludges. Additionally, although Brazil has great potential for biogas production, the country still faces barriers related to political incentives. Chapter 2 aimed at (i) identifying the best substrate to inoculum ratio (2/1, 1/1, and 0.4 g VS substrate /g VS inoculum ); (ii) identifying the best inoculum type (UASB sludge and UASB sludge + cow dung); and (iii) estimating the potential of substituting the electricity demand of the mill’s effluent treatment plant (ETP) aeration system. The substrates used consisted of primary (PS) and secondary (SS) sludges, and the mixture (MIX) between PS and SS. The results showed that the SS presented the highest methane production, with an optimal ratio of 1 g VS substrate /g VS inoculum using UASB sludge as inoculum. Cow dung increased the methane production of the PS for S/I = 1/1, but pre-treatment of PS should be tested to increase the substrate biodegradability. Finally, the methane yield led to a potential substitution of 23% of the ETP electricity demand. Chapter 3 aimed to (i) estimate potential biogas production under thermophilic conditions for the same substrates; (ii) calibrate the anaerobic digestion model developed by Rajendran et al. (2014); and (iii) simulate the best sludge composition and the influence of nitrogen addition on anaerobic digestion system. It was found that the (i) the maximum methane yield was achieved with theix secondary sludge at 30 days (46.9 NmL CH4/g VS); (ii) the applied anaerobic digestion model was applicable for the kraft pulp mill sludge after minor adjustments; (iii) optimal sludge composition was found to be 21.62% carbohydrates, 61.67% lipids and 16.72% proteins. The addition of nitrogen increased the methane yield for PS and MIX, but decreased it for SS. Chapters 4 and 5 were the result of work developed by bachelor exchange students as part of the Living Lab Biobased Brazil Program. Chapter 4 aimed to adjust the Rajendran et al. (2014) model for mesophilic conditions and simulate biogas use in the form of electricity and heat. From the simulation, a potential heat production of 88 GJ/d and electric power of 148 kW was found. From Chapter 4, possibilities for improving the Rajendran et al. (2014) model were proposed. Finally, Chapter 5 aimed at giving an insight into the possible alternatives for managing the anaerobically digested kraft pulp mill sludge using a simplified Multi- Criteria Decision Analysis tool. From the analyzed alternatives (landfill, land application, composting, incineration, pyrolysis/gasification and algae production), composting appeared to be the most suitable alternative.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-06-13T13:23:59Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2940668 bytes, checksum: a6dbc35542add6d168938c4f2120e3ea (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-13T13:24:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2940668 bytes, checksum: a6dbc35542add6d168938c4f2120e3ea (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Várias abordagens têm sido feitas de forma a confirmar o potencial atrativo das microalgas como matéria prima para a produção de biogás. No entanto, limitações advindas do substrato biomassa algal são ainda na atualidade descritas. As maiores complexidades da digestão anaeróbia da biomassa algal são reportadas como sendo a baixa digestibilidade da parede celular das algas e a inibição do processo pela presença de amônia. De forma a propor estratégias de superação dessas limitações, esse estudo teve como objetivo avaliar o potencial energético de biomassa algal cultivada em efluentes a partir da digestão anaeróbia. Estratégias de pré-tratamentos (térmico e prévia extração lipídica) e complementariedade de substratos foram aplicadas. A extração lipídica aumentou o rendimento da produção de biogás em até 10 vezes, tornando mais disponível o conteúdo intracelular. No entanto, após análise energética, concluiu-se pelo pouco ganho energético acumulado da etapa de extração lipídica, devido principalmente ao baixo acúmulo lipídico da biomassa produzida em efluentes. O aproveitamento lipídico da biomassa se mostrou inviável energeticamente e a geração de biogás da biomassa bruta foi a rota energética mais favorável, tanto para biomassa produzida em lagoas de alta taxa com esgoto doméstico, como para biomassa cultivada em fotobiorreator coluna de bolhas com efluentes da indústria de processamento de carnes. A complementariedade de substratos foi avaliada utilizando-se efluente da indústria de extração de azeite (água ruça) na digestão anaeróbia de biomassa algal produzida em lagoa de alta taxa (LAT) utilizando efluente da indústria cervejeira e esgoto doméstico como meios de cultivo. Adicionalmente, a geração de biogás e a eficiência de degradação da matéria orgânica foram monitoradas ao longo de três fases (72 dias) de operação de um reator híbrido anaeróbio, caracterizadas pelo também uso da água ruça como um substrato complementar à biomassa algal e à aplicação de um pré-tratamento térmico para ruptura da parede celular da biomassa algal. Análises de citometria de fluxo foram realizadas para estimar a integridade da membrana e viabilidade metabólica das células algais de forma a mensurar a eficiência do pré-tratamento aplicado. A água ruça se mostrou um substrato complementar eficiente para digestão anaeróbia da biomassa algal, permitindo melhorar rendimento do processo, além de economia de recursos, facilidade operacional e aproveitamento energético de mais de um resíduo. Para os testes em batelada, o rendimento da digestão foi 36% maior para os testes com 10% de água ruça adicionada à biomassa algal cultivada em esgoto doméstico. Para biomassa cultivada em efluente da indústria cervejeira, valores de até 20% de água ruça puderam ser adicionados à biomassa algal, no entanto, teste utilizando somente a biomassa algal como substrato apresentou os melhores resultados de produção de biogás. Mesmo com a aplicação de pré-tratamento térmico, o melhor rendimento do reator híbrido foi obtido quando operado com 10% de água ruça, cerca de 3 vezes superior ao rendimento obtido somente com biomassa algal. Acredita-se que através do presente estudo foi possível avaliar uma rota promissora de produção de biocombustíveis a partir do tratamento de efluentes, elucidando limitações importantes para a aplicação e ampliação do processo. Temas emergentes e de grande importância no contexto mundial e principalmente nacional foram abordados, nomeadamente o aproveitamento de resíduos e a questão energética, tornando o saneamento ambiental mais atrativo dos pontos de vista econômico e de sustentabilidade, e propondo alternativas de diversificação da matriz energética com o uso de biocombustíveis oriundos de biomassa algal. / Several approaches to confirm the attractive potential of microalgae as a feedstock for biogas production have been undertaken. However, limitations arising from the algal biomass substrate are still described today. The main complicators of anaerobic digestion of algal biomass are reported to be the low digestibility of the algal cell wall and the inhibition of the process by ammonia. In order to propose strategies to overcome these limitations, this study aimed to evaluate the energy potential of anaerobic digestion of algal biomass grown in wastewaters. Thermal and lipid extraction pre-treatments and complementarity of substrates were evaluated. Lipid extraction increased biogas yield ten-fold, by making intracellular content more available. However, an energy analysis showed the lipid extraction stage produced only a small accumulated energy gain, mainly due to the low lipid accumulation in the biomass produced in wastewaters. Utilization of biomass lipid was shown to be energy-infeasible and biogas generation from the crude biomass was the most favorable energy route, both for biomass produced in high rate ponds with domestic sewage and for biomass cultured in a bubble column photobioreactor with effluents from the meat processing industry. The complementarity of substrates was evaluated using olive mill wastewater in the anaerobic digestion of algae biomass produced in a high rate algal pond using effluents from the brewery industry and domestic sewage as culture media. In addition, biogas production and organic matter degradation efficiency were monitored during three phases (72 days) of an anaerobic hybrid reactor, characterized by the use of the olive mill wastewater as a complementary substrate to the algal biomass and the application of a thermal pretreatment for algal biomass cell wall rupture. Algal cell membrane integrity and metabolic viability were analyzed through flow cytometry in order to measure pretreatment efficiency. Olive mill wastewater proved to be an efficient complementary substrate for anaerobic digestion of the algal biomass, allowing better process efficiency, both in batch and semi-continuous feeding modes of the hybrid reactor, as well as resource savings, operational ease and energy utilization of more than one waste. For batchs tests, digestion yield was 36% greater when using 10% of olive mill wastewater together with algal biomass grown in domestic sewage. Values of up to 20% of olive mill wastewater could be added to algal biomass grown in brewery wastewater, however, tests using only algal biomass as the substrate showed the best biogas production results. Even with the application of thermal pretreatment, the best performance of the hybrid reactor was obtained when operated with 10% olive mill wastewater, resulting in about 3 fold higher yield than obtained with algal biomass alone. Through the present study, it was possible to evaluate a promising route for biofuels production through wastewater treatment and identify important limitations to the application and expansion of the process. Emerging issues of great importance worldwide and especially at the national level were addressed, namely waste reuse and renewable energy, making environmental sanitation more attractive from both the economic and sustainability points of view, and alternatives for diversifying the energy matrix with the use of biofuels from algal biomass were proposed.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-05-06T16:23:03Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2352438 bytes, checksum: 281d21c82da8b34a8bf9ebfa9b74e05b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-06T16:23:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2352438 bytes, checksum: 281d21c82da8b34a8bf9ebfa9b74e05b (MD5) Previous issue date: 2012-12-18 / O controle da emissão de poluentes na atmosfera tem se tornado cada vez mais rígido, por isso a pesquisa envolvendo novas tecnologias de remoção de enxofre vem crescendo significativamente, visando a produção de combustíveis mais limpos. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo principal desenvolver processos para remoção de enxofre de dois diferentes combustíveis: biogás e gasolina. Primeiramente, foi avaliada a eficiência de diferentes sistemas para a purificação de biogás, proveniente da fermentação anaeróbica de dejetos suínos. O biogás estudado (um biocombustível com alta concentração de metano) foi produzido em biodigestores em uma granja de suínos na região de Viçosa. O biogás pode ser potencialmente utilizado como combustível, gerando energia elétrica para a propriedade rural, em substituição à energia fornecida pela concessionária estadual. Entretanto, ele contém uma elevada concentração de H2S, o que o torna altamente corrosivo. Esta parte do trabalho foi feita em parceria com o Portal do Agronegócio/CENTEV/UFV, com o Departamento de Engenharia Agrícola da UFV e com recursos da FAPEMIG. Foram desenvolvidos diferentes sistemas de purificação de biogás baseados em filtros preenchidos com diferentes materiais (liga metálica de ferro e carbono; óxido de cálcio hidratado e carvão vegetal). Os tratamentos foram: filtragem via úmida (H2O + CaO + carvão vegetal); filtragem via seca (liga Fe/C + carvão vegetal); filtragem em série (filtragem via úmida seguido da filtragem via seca). Os filtros funcionaram 300 horas em cada tratamento com vazão média de biogás de 12 m3.h-1. Conseqüentemente, o foco do trabalho passou a ser a investigação de métodos de remoção de enxofre de combustíveis líquidos, em especial o processo de dessulfurização oxidativa (ODS). Então, catalisadores baseados em heteropoliácidos foram usados em reações de ODS de gasolina em fase homogênea e heterogênea usando peróxido de hidrogênio como oxidante. As reações foram realizadas utilizando isoctano como gasolina sintética e dibenzotiofeno (DBT) como composto sulfurado. Os catalisadores foram preparados a partir dos heteropoliácidos comercialmente disponíveis ou produzidos no próprio Laboratório de Catálise da UFV. Sua caracterização preliminar foi feita por Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho. Os espectros mostraram bandas características dos heteropoliácidos, confirmando a presença da unidade Keggin. Os catalisadores utilizados foram H3PMo12O40, H6PMo9V3O40, AlPMo12O40, H3PW 12O40, AlPW 12O40, H3PMo12O40/SiO2 e MoO3. Os catalisadores heteropoliácidos AlPMo12O 40 mostraram-se altamente eficientes na remoção do enxofre de gasolinas em misturas bifásicas na ausência de catalisadores de transferência de fase. / Controlling the emission of pollutants in the atmosphere has become increasingly rigid, hence research involving new technologies to removal sulfur has been growing significantly, aiming at production of cleaner fuels. In this context, this project had as the main purpose the development of processes for removing sulfur from two different fuels: gasoline and biogas. First, was evaluated the efficiency of many catalytic systems for the purification of biogas from the swine manure anaerobic fermentation. The studied biogas was produced in biodigesters in a swine herd in Viçosa and this biofuel has shown high methane concentration. Although it can be potentially used as fuel, generating electricity for the rural property and replacing the energy supplied by the dealer state, it also contains a high concentration of H2S, which makes it highly corrosive. This part of the project was done in partnership with Portal Agribusiness / CENTEV / UFV, with the Department of Agricultural Engineering of UFV and with FAPEMIG’s resources. Different systems for purifying biogas were developed based on filters filled with different materials (alloy of iron and carbon; hydrated calcium oxide and charcoal). The treatments were: wet filtering (CaO + H2O + charcoal); dry filtering (alloy Fe / C + charcoal) filter in series (wet filtering followed by dry filtering). The filters worked 300 hours in each treatment with average biogas flow of 12 m3.h-1. In general, the obtained results were good as there are few reports of efficient systems. Subsequently, the project focus became the investigation of a process for removing sulfur from liquid fuels, called oxidative desulfurization process (ODS). So, catalysts based on heteropolyacids were used in ODS reactions of gasoline in homogeneous and heterogeneous phase using hydrogen peroxide as the oxidant. The reactions were performed using isooctane as synthetic gasoline and dibenzothiophene (DBT) as a sulfur compound. The catalysts were prepared from the commercially available heteropolyacids or produced at the Laboratory of Catalysis of UFV. Its preliminary characterization was made by molecular absorption spectroscopy in the UV-vis and infrared region. The spectra showed characteristic bands of heteropolyacids, confirming the presence of Keggin unit. The catalysts used were H3PMo12O40, H6PMo9V3O40, AlPMo 12O40, H3PW 12O40, AlPW 12O40, H3PMo 12O 40/SiO2 and MoO3. The heteropolyacids catalysts AlPMo12O 40 proved to be highly effective in removing sulfur from gasoline in biphasic mixtures in the absence of phase transfer catalysts.

CASTRILLON, M. Y. D. M. C. Dados fundamentais para projeto de processos de dessulfuração e upgrading de gases combustíveis por adsorção. 2017. 112 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-06-21T12:50:48Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mydmccastrillon.pdf: 2074218 bytes, checksum: 394122b8bbab3d170a7e6829e2e5f66a (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-06-21T16:59:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_mydmccastrillon.pdf: 2074218 bytes, checksum: 394122b8bbab3d170a7e6829e2e5f66a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T16:59:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_mydmccastrillon.pdf: 2074218 bytes, checksum: 394122b8bbab3d170a7e6829e2e5f66a (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / In this study, the adsorption of CH4, CO2 and H2S has been studied on commercial activated carbon samples in order to assess its potential for upgrading and desulphurization of Biogas or contaminated natural gas. Different characterization techniques such as Fourier Transform Infrared Absorption Spectroscopy (FTIR), X-ray fluorescence (XRF), pH measurements and textural analysis (by N2 (196 oC) adsorption/desorption isotherms and CO2 (0 oC) adsorption isotherms) were used to study the porous structure of the material and detect the presence of K, Na and Fe and other elements in the samples. Gravimetric experiments were used to measure adsorption capacity of CO2 and selectivity with respect to CH4. Breakthrough curves under dry conditions were performed to evaluate H2S adsorption under dynamic conditions. The materials under study showed high adsorption capacities for both gases in the range of 0.013-0.28 mmol g-1 for H2S and 1.61-2.16 mmol g-1 CO2 under dry conditions, 25 ºC and 1 bar. In addition, selectivity of the samples with respect to CH4 was found to be in the range of 1.2-2.4 mmol g-1, with Desorex K43-BG being the material with the highest retention of H2S and Sorbonorit B4, the material with the greatest adsorption capacity of CO2 and CH4. The data obtained from adsorption experiments were correlated with the textural characteristics and the surface chemistry of the materials. The best compromise between adsorption capacity of H2S and selectivity of CO2 in the presence of CH4 were found for the sample containing Na (Desorex K43-Na), which benefited from both a basic surface chemistry and pore size distribution restricted to the micropore range. Breakthrough curves of H2S in the presence of CO2 have shown that the adsorption capacity of H2S in materials impregnated with alkali metals is considerably reduced: 37% for Desorex K43-BG and 65% for Desorex K43-Na sample. This loss of capacity may be due to the competition for the active sites (linked to the presence of metals) by the gases being co-adsorbed. For the non-impregnated Sorbonorit B4 material, the presence of CO2 in these tests did not cause appreciable loss in H2S adsorption capacity. / Neste estudo, foi investigada a adsorção de CH4, CO2 e H2S em carbonos ativados comerciais com o intuito de avaliar o seu potencial para o uso em "upgrading" e dessulfurização de biogás ou gás natural contaminado. Diferentes técnicas de caracterização, tais como Espectroscopia de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Fluorescência de Raios X (XRF), medições de pH e análise textural (por isotermas de adsorção/dessorção de N2 (196 oC) e isotermas de adsorção De CO2 (0 oC)) foram utilizadas para estudar a estrutura porosa do material e indicar a presença de K, Na e Fe e outros elementos nos materiais. Experimentos gravimétricos foram utilizados para a obtenção das isotermas de adsorção de gases individuais e misturas binárias a fim de avaliar a capacidade de retenção de CO2 e a seletividade dos adsorventes em relação ao CH4. Curvas de ruptura sob condições anidras foram medidas para avaliar a adsorção do H2S em condições dinâmicas. Os materiais estudados mostraram capacidades de adsorção elevadas para ambos os gases: na faixa de 0,013-0,28 mmol g-1 para H2S e 1,61-2,16 mmol g-1 de CO2, em condições secas, a 25ºC e 1 bar. Além disso, observou-se uma seletividade dos carbonos ativados para o CO2 em relação ao CH4 na faixa de 1,2-2,4, sendo o Desorex K43-BG o material com maior capacidade de retenção de H2S e o Sorbonorit B4 o material com maior capacidade de adsorção do CO2 e CH4. Os dados obtidos com os ensaios de adsorção foram correlacionados com as características texturais e as propriedades químicas dos materiais.. A melhor capacidade de adsorção de H2S, e seletividade pelo CO2 na presença de CH4, foi encontrada para a amostra contendo Na (Desorex K43-Na), graças à combinação da química da superfície do material (básica) e a distribuição de tamanho dos poros restritos ao intervalo de microporos. Os testes de H2S na presença de CO2 demonstraram que a capacidade de adsorção do H2S nos materiais impregnados com metais alcalinos é reduzida consideravelmente: redução de 37% para Desorex K43-BG e de 65% para amostra Desorex K43-Na. Esta perda de capacidade pode ser devido a competição pelos sítios ativos relacionados à presença de metais, em que H2S e CO2 são co-adsorvidos. Para o carbono ativado não impregnado Sorbonorit B4, a presença de CO2 nestes testes não provoca perda considerável na capacidade de adsorção de H2S.