Orientador: Roberto Alves de Oliveira / Coorientador: Rose Maria Duda / Banca: Valéria Del Nery / Banca: Leonardo Lucas Madaleno / Resumo: Neste trabalho avaliou-se o desempenho de um reator UASB na faixa de temperatura mesofílica utilizando o melaço de cana-de-açúcar diluído como substrato. O reator UASB foi operado TDH de 24 h com COV médias de até 15 g DQOtotal (L d)-1 e foi utilizada a recirculação total do efluente do reator UASB, para diluir o melaço. O inoculo utilizado era proveniente de um reator UASB termofílico tratando vinhaça. Foram observadas produção volumétrica e produção específica de metano de até 0,97 N LCH4 (L d)-1 e de 0,194 L CH4 (g DQOtotal removida)-1, respectivamente, o que indicou a adaptação da microbiota utilizando melaço de cana-de-açúcar, desde que seja realizada a suplementação de alcalinidade, nitrogênio e fósforo. Foram observados valores médios de remoção de demanda química de oxigênio, de 64 a 72%, com base na DQOtotal do melaço adicionado.Também avaliou-se o desempenho de dois reatores UASB em série na faixa de temperatura termofílica utilizando a vinhaça diluída como substrato. Os reatores foram operados com TDH de 16 e 7,5 h, respectivamente e COV média de 20 e 35 g DQOtotal (L d)-1 , respectivamente. O inoculo utilizado era proveniente do reator UASB mesofilico tratando melaço. Foram observadas produção volumétrica e produção específica de metano de até 0,46 N LCH4 (L d)-1 e de 0,16 L CH4 (g DQOtotal removida)-1, respectivamente ... / Abstract: This study evaluate the performance of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) in the mesophilic temperature range using molasses sugar cane diluted as substrate. The UASB reactor operated at a hydraulic retention time (HRT) of 24 hours and organic load rate (OLR) averages of up to 15 g total COD (L d)-1 and total recirculation of the effluent of the UASB reactor was used to dilute the molasses. The inoculum used was from a thermophilic UASB reactor treating vinasse. Volumetric and specific yields of methane from methane production to 0.97 N LCH4 (L d) -1 and 0.194 L CH4 (g total COD removed) -1, respectively, which indicated the adaptation of microorganisms using molasses were observed sugar-provided supplemental alkalinity, nitrogen and phosphorus is performed. Remove values of chemical oxygen demand of 64 at 72%, with base addition molasses. Also evaluated the performance of two UASB reactors in series in the thermophilic temperature range using the diluted vinasse as substrate. The reactors were operated at HRT of 16 and 7.5 h, respectively, and average OLR of 20 and 35 g total COD (L d) -1, respectively. The inoculum used was derived from mesophilic UASB reactor treating molasses. Specific and volumetric yield of methane production LCH4 to 0.46 N (L d) -1 and 0.16 L CH4 (g totalCOD removed) -1, respectively, which indicated the adaptation of the microorganisms were observed / Mestre

In theoretic parts diploma work is described mechanism anaerobic of the process, factors which him work and description qualitative determination biogas. Objective practical parts was quantification and qualities produced biogas. Led I'm investigation intent on investigation choice type phytomass and their fitness for production and quality biogas. On fermentative sweetness I'm watched change pH, Cox, decrease organic masses along anaerobic digestion. Further I'm establish entitlements content lignin and CHSK in single figures phytomass. On device OxiTop( control AN12 I'm measured maximum yield and speed development methane and biogas on hundreddweight substrates

The MSc. Thesis is part of project No. 2B06131 of the National Research Programme of the Czech Republic. The aim of the work was to assess selected herbaceous stands in repsct to their use for biogas production. A working hypothesis was set as follows: The biogas production per unit organic matter does not differ between biomass coming from different types of grasslands/biotopes. The results support the hypothesis. The sites studied were located in altitudes from 400 to 800 m a.s.l., water availavility ranged from mesexerophytic to hydrophytic conditions and nutrient availability ranged from mesooligotrophic to eutrophic conditions. According to plant species composition, the stands corresponded to stand types Alopecuretum pratense, Phalaridetum, Poetum pratense, Arrhenatheretum elatioris, Festucetum pratense and the ruderal stand type. In spite of these differences, biogass production estimated according to ZIFO was very similar for all stands, i.e. in a range of 518 {--} 546 NL biogas per kg organic substances in dry matter and had almost identical methan content. The results indicate that, in assessment of suitability of herbaceous stands for biogass production, biomass production is of greater importance than plant species composition.

A decomposição de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários é uma fonte importante de metano para a atmosfera. Este gás tem uma contribuição significativamente maior que o dióxido de carbono na retenção do calor na atmosfera e no consequente aquecimento global (efeito estufa). A oxidação biológica do metano nos sistemas de cobertura de aterros é uma alternativa para a diminuição das emissões fugitivas deste gás. Esse processo ocorre pela atividade microbiana em ambientes nos quais estão disponíveis metano, oxigênio e bactérias metanotróficas. O potencial de oxidação de metano nas camadas de cobertura de aterros de resíduos sólidos urbanos (RSU) pode ser favorecido pela criação de condições ambientais propícias. Este trabalho propõe uma metodologia para monitoramento e quantificação da oxidação do metano, a fim de avaliar o desempenho de diferentes materiais para coberturas oxidativas, levando-se em conta os aspectos climáticos. Foram avaliados dois sistemas de coberturas por meio de biofiltros. Estes biofiltros foram instalados no aterro DELTA A da cidade de Campinas, utilizando como fonte de metano um poço de captação de biogás do aterro. Foram utilizados dois tipos de materiais, um com resíduo de construção e demolição (RCD) e outro com areia natural, os dois misturados a composto orgânico maduro. Foram monitorados ao longo de 20 meses os perfis de concentração dos gases (metano, dióxido de carbono e oxigênio) e os fatores meteorológicos (pressão atmosférica, temperatura e precipitação). O estudo demonstrou que as duas misturas utilizadas podem oxidar o metano e que o fluxo de metano é controlado pela permeabilidade ao gás e este fluxo condiciona o percentual de oxidação. O valor máximo de oxidação obtido foi de cerca de 10 kg de CH4/m²dia. O estudo propõe, ainda, uma metodologia para quantificação da oxidação do metano que toma como base as medições de concentração ao longo do perfil da camada e a vazão oxidada. / The decomposition of solid waste in landfills is a major source of methane to the atmosphere. This gas contributes more than carbon dioxide to heat trapping in the atmosphere and to the consequent global warming (greenhouse effect). The biological oxidation of methane in landfill cover systems is an alternative to reduce fugitive gas emissions. This process occurs by microbial activity in environments where methane, oxygen and methanotrophic bacteria are available. The methane oxidation in urban landfill cover systems can be improved by the creation of favorable environment conditions. A methodology for monitoring and quantification of methane oxidation is proposed, to evaluate the performance of different materials for oxidative cover, taking into account the climatic aspects. We evaluated two biofilter cover systems installed at Delta A landfill located in the city of Campinas (SP). The gas collection system well was used as methane source. Two different materials were tested: (1) construction and demolition waste and (2) natural quartz sand, both mixed with organic mature compost. The methane, carbon dioxide and oxygen concentration profiles and meteorological factors (atmospheric pressure, temperature and precipitation) were monitored over 20 months. The two materials were capable of oxidizing methane. Methane oxidation was affected by flow rate through the cover system, and therefore by the material gas permeability. The maximum methane oxidation rate was approximately 10 kg CH4/m².day. A methodology is proposed for quantifying methane oxidation based on measurements of methane concentration and flow rate in the upper part of the biofilter.

Neste trabalho, foi desenvolvido e colocado em funcionamento, por 295 horas, um protótipo de sistema de geração de energia de baixo custo que utiliza biogás proveniente de um aterro sanitário em Porto Alegre (RS – Brasil). Idealizado para a utilização da energia no manejo de um aterro sanitário durante o tempo de vida útil do mesmo. Também aplicável para processos industriais que gerem resíduos orgânicos e que devem ser tratados biologicamente. Consiste de um motor de combustão interna acoplado a um motor assíncrono capaz de gerar até 5 kW em 220 volts em três fases com 89% das medições dentro do padrão adequado, 9,9% precárias e 1,1% críticas, sendo as últimas preconizadas para 2004 pela agência reguladora em 7% e 1,1%, respectivamente. O biogás necessário para o funcionamento do protótipo é da ordem de 10,5 a 13,8 kg/h, com tratamento mínimo, ascendendo através de limalhas de aço em um recipiente onde também são retidos os condensados. O custo do quilowatt-hora para um sistema semelhante, mas com um poder de geração maior, na faixa de 40kW, foi estimado em torno de US$0,04, valor que incorpora o custeio do equipamento mais o investimento de instalação. Concluiu-se que o sistema é operacional e pode em curto prazo ser utilizado para o manejo sustentável de um aterro sanitário. No aspecto impacto ambiental, a partir de uma análise exergética baseada nos indicadores ambientais: eficiência exergética ambiental (η ex. amb.) e razão de poluição total (R pol), o sistema representa uma alternativa vantajosa à queima simples do biogás, tendo rendimento exergético ambiental (η ex. amb.), da ordem de 8 vezes maior e uma razão de poluição total (R pol), 10 vezes menor. No aspecto econômico compete com vantagem com qualquer outro energético. / This work developed and put in operation, for 295 hours, a prototype of low cost energy generation system that uses biogas originated from a sanitary landfill in Porto Alegre (RSBrazil). It was idealized for the use of the energy in the sanitary landfill handling its useful life time. Also applicable for industrial processes that generate organic residues and that should be treated biologically. It consists of a coupled internal combustion engine in an asynchronous motor capable of generating up to 5 kW in 220 volts in three phases, with 89% of measurements of the appropriate pattern, 9,9 % precarious and 1,1% critical, being the last ones required for 2004 by the regulatory agency in 7% and 1,1%, respectively. The necessary biogas for the prototype operation is ordered than 10,5 to 13,8 kg/h, with minimum treatment, ascending through steel filings in a container where also condensed ones are kept. The cost of kilowatthour for a similar system, but with a larger generation power, in the range of 40kW, it was estimated about US$0,04, value that incorporates the installation investment and costs of operation. It was concluded that the system is operational and it can be used for the maintainable handling of a sanitary landfill in a short period. In the aspect of environmental impact, starting from an analysis exergy based on environmental indexes: environmental exergy efficiency (η ex. amb.) and total pollution rate (R pol), the system is an advantageous alternative to a simple burning of biogas, having an environmental income of exergy efficiency (η ex. amb.), 8 times bigger and a total pollution rate (R pol), 10 times smaller. In the economical aspect it competes advantageously with any other energy.

PETROBRAS, BIOGÁS, Brasil

Banco do Nordeste do Brasil / A presente dissertaÃÃo propÃe a implementaÃÃo de um sistema de aquisiÃÃo de dados, controle e monitoramento de uma planta de geraÃÃo de energia elÃtrica acionada por biogÃs. Foi realizado o estudo experimental das estratÃgias de modelagem, identificaÃÃo e controle aplicado ao controle de vazÃo da planta de biogÃs do LaboratÃrio de Energias Alternativas - LEA da Universidade Federal do Cearà - UFC. Foi utilizado e testado para o controle de vazÃo de biogÃs o controlador PI paralelo, alÃm de realizar a comparaÃÃo com o controle existente (controle centrÃfugo) do conjunto motor/gerador. Para vericar a resposta do gerador movido a biogÃs, foi inserido uma carga correspondente a 60% da potÃncia nominal. O sistema proposto reduziu a intervenÃÃo humana no ajuste de vazÃo da vÃlvula de expansÃo. Os resultados demonstraram que o tempo de resposta para estabilidade apÃs a introduÃÃo do contolador PI ao controlador original permitiu a reduÃÃo do tempo de resposta para estabilidade em no mÃnimo 20% mostrando uma resposta satisfatÃria e boa estabilidade para a transiÃÃo da gasolina para o biogÃs, com amplitude de 10 Hz e 8 segundos para estabilizaÃÃo do sistema sem carga. A aÃÃo foi considerada viÃvel para automatizar o processo de partida do conjunto motor/gerador. / The present dissertation proposes the implementation of a data acquisition system, control and monitoring of a electricity generation plant powered by biogas. The experimental study of the modelling strategies, identication and control was done applied to ow control of the biogas plant of the Renewable Energy Laboratory - LEA at the Federal University of Cearà - UFC. To control the biogas ow a parallel PI controller was used and tested, and the controller was used to perform the comparison with the existing control (centrifugal control) of the gen-set. To check the response of the gen-set powered by biogas, a load corresponding of 60% of the nominal power was used. The proposed system reduced the human intervention in ow setting of the expansion valve. The results showed that the stability response time after the introduction of the PI controller to the original controller allowed the reduction of the response time for at least 20% showing a satisfactory response and a stability for the transition from gasoline to biogas, with 10 Hz amplitude and 8 seconds for the system stabilization with load. This action was considered feasible to automate the process of starting up of the gen-set.

The aim of this study was to optimize methane production by investigating hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse impregnated with acid (H2SO4) and alkaline H2O2 using substrate (g kg-1) -inoculum (g kg-1) ratio of 1:2. Batch reactors were realized under mesophilic conditions (37 °C). A central composite design (CCD) involving three factors; temperature (°C), time (min), and chemical compound concentration (H2O2 (%v/v) and H2SO4 (%w/v)) was utilized to optimize hydrothermal pretreatment. Thirty-two hydrothermal pretreatments were conducted according to CCD. H2O2 assisted hydrothermal pretreatment resulted in higher solid recovery (93.13%), higher percent glucan increase (139.52%), and lower lignin recovery (76.48%) in pretreated solid fraction in comparison to H2SO4 impregnated hydrothermal pretreatment. In the latter case, lower solid yield (12.27%), glucan recovery (187.01%) and higher lignin recovery (358.85%) was recorded. Higher COD solubilization (25.20 g L-1), lower total phenolic (content 658.13 ppm), higher sulfate (7240 mg L-1), furfural (925.77-2216.47 mg L-1) and 5-hydroxymehtylfurfural (70.95-970.08 mg L-1) were observed in liquid hydrolysate of H2SO4 assisted hydrothermal pretreatment. While lower COD solubilization (17.75 mg L-1), higher total phenolic content (3005.63 ppm), lower concentration of furfural (0-56.91 mg L-1) and 5-hydroxymethylfurfural (2.56-56.60 mg L-1) was recorded with H2O2 assisted hydrothermal pretreatment. Concerning methane production for H2O2 assisted conditions, 5.59 Nmmol g-1 TVS (2% H2O2) to 13.49 Nmmol g-1 TVS (6% H2O2) was recorded. However, pretreatment with 7.36% H2O2 resulted in 14.43 Nmmol g-1 TVS, which was 118.16% higher comparing to untreated sugarcane bagasse (6.60 Nmmol g-1 TVS). Methanogenic inhibition was recorded for most of the H2SO4.pretreated reactor (1 – 3 %w/v H2SO4). Minimum CH4 production observed was 0.58 Nmmol g-1 TVS in pretreatment O-HSO (2% w/v H2SO4). Acetic acid was the predominant volatile fatty acid observed in digestion process of H2O2 treated batch reactor however was not recorded in H2SO4 treated batch reactors. Microbial community analysis indicated the prevalence of unclassified AUTHM297, Clostridium, and Treponema related genera in H2O2 treated reactors. Genera related aromatic compound degradation were identified and abundant in H2SO4 treated reactors. Methanolinea, Methanobacterium, and Methanosaeta were abundant methanogens in both pretreatments. Hydrogen peroxide assisted hydrothermal pretreatment was verified as a better choice for methane production comparing to sulfuric acid assisted hydrothermal pretreatment primarily on account of higher lignin solubilization, higher glucan recovery, and lower furanic compounds production. / O objetivo deste estudo foi otimizar a produção de metano investigando as condições do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço da cana de açúcar sob impregnação de ácido (H2SO4) e álcali (H2O2) utilizando-se a razão substrato (g kg-1) inóculo (g kg-1) de 1:2. Os reatores em batelada foram mantidos em condições mesofílicas (37 ºC). Para otimizar as condições de pré-tratamento hidrotérmico, o design de composto central rotacional (DCCR) foi realizado utilizando três fatores: temperatura (ºC), tempo (min) e concentração do composto químico (H2O2 (%v/v) e H2SO4 (% p/v)). Trinta e dois pré-tratamentos hidrotérmicos foram realizados de acordo com a concepção do DCCR. O pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço, com H2O2 resultou em maior recuperação de sólidos (93,13%), elevado percentual de glicana (139,52%) e menor recuperação de lignina (76,48%) da fração sólida pré-tratada, se comparada aquele com H2SO4. Nesse último caso, observou-se menor rendimento de sólidos (12,27%) e glucanas (187,01%) e maior recuperação de lignina (358,85%). No líquido hidrolisado do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço com H2SO4 foi observada elevada solubilização de DQO (25,20 g L-1), menor teor de fenóis totais (658,13 mg L-1), elevado sulfato (7240 mg L-1), furfural (925,77 - 2216,47 mg L-1 e 5-hidroximetilfurfural (70,95 - 970,08 mg L-1). Enquanto, foi registrado menor solubilização de DQO (17,27 g L-1), maior teor de fenóis totais (3005,63 ppm), e menor concentração de furfural (0 - 56.91 mg L-1), 5-hidroximetilfurfural (2,56 - 50,60 mg L--1 com H2O2. Em relação ao a produção de metano nas condições com H2O2, observou-se 5.59 Nmmol g-1 STV (2%v/v H2O2) a 13.49 Nmmol g-1 STV (6%v/v H2O2). No tratamento com 7.36% de H2O2 observou-se 14,43 Nmmol g-1 STV que foi 118.16% maior se comparado com o bagaço não-tratado (6,60 Nmmol g-1 STV). Inibição metanogênica foi observada na maioria dos reatores pré-tratados com H2SO4 (1 – 3% p/v), e a produção mínima observada foi de 0.58 Nmmol g-1 TVS no pré-tratamento com 2% p/v de H2SO4. Ácido acético foi o principal ácido orgânico volátil observado somente no reatores por tratamento de H2O2. Por meio da A análise da comunidade microbiana, para o domínio Bacteria, foi observado prevalência dos gêneros AUTHM297, Clostridium e Treponema nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2O2. Gêneros relacionados à degradação de compostos aromáticos foram identificados e estiveram em maior abundância nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2SO4. Methanolinea, Methanobacterium, e Methanosaeta foram os microrganismos do domínio Archaea mais abundantes e identificados em ambos os pré-tratamentos. O pré-tratamento hidrotérmico assistido com H2O2 foi a melhor opção em relação ao H2SO4, devido a maior solubilização de lignina, maior recuperação de glucano e baixa produção de compostos furânicos.

Orientador : Carlos Alberto Mariotoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T09:20:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_MarcosEduardoGomes_M.pdf: 8817559 bytes, checksum: 0f7097df7d4e3360a8b71bf5500d2d6f (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Os ecossistemas urbanos diferem-se em sua capacidade de suportar alterações e assimilar resíduos. A flexibilidade é uma medida da capacidade de um sistema de absorver mudanças, e alguns ecossistemas são mais flexíveis que outros. Cada ecossistema tem um domínio de estabilidade característico, no qual o fluxo de energia flui e reflui, e os organismos crescem, reproduzem-se e se adaptam às mudanças. O presente trabalho tem como objetivo a análise do aproveitamento energético de resíduos, notadamente os resíduos sólidos urbanos e lodos de esgoto de ETE' s. Uma análise faz-se presente levando-se em conta que o município de Campinas recorrerá, possivelmente num futuro próximo, à disposição de seus resíduos de lodo partindo da premissa relacionada à co-disposição em aterro sanitário (Complexo Delta). Tal sistema de disposição, compartilhado com um sistema de gestão integrada - diante de mudanças políticoinstitucionais e de aperfeiçoamento técnico-econômicos - tem potencial para transformar-se em uma Unidade Receptora e de Tratamento de Resíduos - URTR visando à captação e recuperação do biogás gerado. Este insumo energético depois de transformado em energia elétrica, demonstra capacidade no suprimento da demanda de energia elétrica necessária para a ETE- Piçarrão a ser construída em local próximo ao Complexo Delta / Abstract: The capacities of the urban ecosystems are different in the process of absorption of wastes as well as to support changes. As a given ecosystem has a different level of flexibility of another ecosystem, the capacity of a given ecosystem to absorb changes is measured by its level of flexibility. Each ecosystem has its own features of stability, in which energy and matter flow and back flow. Then the organisms grow and reproduce themselves. This process allows them to adapt to the changes eventua1ly occurred during a given time. Our goal is to ana1yse the feasibility of using domestic sewage sludge and urban solid waste as input for the Energy Power Planto Our analysis will use the features of Campinas, as the empirical part of this job, as our premisse is that sooner or later, Campinas as well as other cities, will need to recover to this sort of handling process. Our premisse is also to consider that the landfills will handle not only the organic domestic solid wastes but also the domestic sewage sludge. This shared disposition system, in partnership with an institutiona1, political, technical and an economical facility represents an integrated management which has a potential to replace the conventional landfills into an URTR (Solid Waste Acceptance and Treatment Unit). The aim of the URTR is to get and to recover the LPG (landfill gas) generated. This LFG, once is transformed into electric energy, demonstrates capacity to supply electrical energy to the Treatment System of Piçarrão / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

The Ontario biogas industry is relatively young and the overall objective of this research was to help support the growth of the industry with investigating the use of co-substrates and reactor design to enhance biogas production, recommend guidelines on the operation of full scale systems to optimize performance and characterize digestate quality. Laboratory studies evaluated the use of various substrates in the co-digestion with liquid dairy manure. These studies were used to establish ultimate biogas yields, % volatile solids (VS) reduction and minimum hydraulic retention times (HRTs). Box-Wilson Central Composite design models for corn thin stillage and waste grease (as co-substrates with dairy manure) suggest methane yields optimize with increasing proportion of the feed VS from co-substrates (constant total VS in all assays) and increasing temperatures; however, temperature had a great effect. Bench scale studies were conducted to determine a change in digester design to optimize biogas yields and increase digestate stability. A two-phase digestion system was implemented for co-digestion systems using thin stillage and waste grease with dairy manure, and methane yields showed to increase by over 22% when compared with single-phase systems. Based on current FIT contracts of 18 to 20¢/kWhe, the increased electricity and heat production could make the two-phase system economically attractive for producers. Organic loading rates (OLRs) over 4.4 g VS/L led to digester upset and OLRs of over 4.2 g VS/L·day are not recommended. On-farm anaerobic digester systems were studied for digester performance and digestate quality. Residual biogas potential (RBP) yields were effective at evaluating the stability of digestate and the U.K. PAS 110:2014 limit of 0.45 L biogas/g VS (28 days incubation) was assessed too lenient for the Ontario systems studied. A limit of 0.25 L biogas/g VS after 28 days of incubation or 0.45 L biogas/g VS after 60 days of incubation are recommended. VS reductions ranged from 56 to 76% and easily achieved the O. Reg. 267/03 regulated 50% VS reduction. E.coli and Salmonella were typically 1 to 3 logs CFU/100 mL lower than raw manure and increased HRT did not demonstrate a significant impact on the bacterial log reductions. Intermediate alkalinity (IA)/partial alkalinity (PA) proved to be a valuable tool in determining potential digester upset and has been recommended as a standard performance parameter for on-farm systems.