Na presente pesquisa, utilizou-se a técnica molecular de Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante (DGGE) e microscopia óptica (contraste de fase e fluorescência) para caracterizar a comunidade procarionte estabelecida em quatro biometanizadores de 50 L e em três biometanizadores de 5 L, cujo substrato principal foi a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) acrescida de serragem (12% nos biometanizadores de 50 L e 20% nos de 5 L) e lodo de esgoto (9% e 18% nos biometanizadores de 50 L; 40% e 60% nos de 5L). Pela análise do perfil das bandas de DGGE, verificou-se uma alteração na estrutura da comunidade de bactérias presentes no chorume dos biometanizadores de 50 L entre 60 e 120 dias de operação, período caracterizado pelo acúmulo de ácidos graxos voláteis, consumo crescente de alcalinidade, queda de pH e aumento da demanda química de oxigênio, resultando na baixa remoção de sólidos totais voláteis e na ausência de metano no biogás. Pela análise de microscopia de fluorescência, não foram detectadas metanogênicas em nenhuma das amostras de chorume dos biometanizadores de 50 L, sendo que as principais morfologias e formas de agrupamento visualizadas foram: bacilo, diplobacilos, vibrião, espirilo, diplococos e cocos em cadeia. Os biometanizadores de 5 L, por serem inoculados com maiores proporções de lodo de esgoto do que os biometanizadores de 50 L, apresentaram um processo mais equilibrado. Um dos tratamentos de 5 L (ETE 2) obteve a maior similaridade para o domínio Archaea entre o digestato e o respectivo inóculo, demonstrando a adaptação das arqueas exógenas ao substrato principal (FORSU), sendo esse o único tratamento para o qual detectou-se metano no biogás. Os resultados sugeriram que monitorar a comunidade microbiana que se desenvolve e atua no processo de biometanização pode trazer maior sensibilidade e especificidade na detecção e confirmação de instabilidades do sistema, garantindo intervenções somente quando necessário. / This dissertation addresses the use of the molecular technique of Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) and light microscopy (phase contrast and fluorescence) for the characterization of the prokaryotic community established in four 50 L reactors and in three 5 L reactors whose main substrate was the organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW) plus sawdust (12% in 50 L reactors and 20% in 5 L reactors) and sewage sludge (9% and 18% in 50 L reactors; 40% and 60% in 5 L reactors). The analysis of the profile of DGGE bands revealed a change in the structure of the bacterial community present in the slurry of 50 L reactors between 60 and 120 days of operation, a period characterized by the accumulation of volatile fatty acids, increasing consumption of alkalinity, decrease in pH and increase in the chemical oxygen demand, which resulted in a lower removal of volatile total solids and absence of methane in the biogas. The fluorescence microscopy analysis detected no methanogenics in the slurry samples from 50 L reactors and the main morphologies and grouping forms displayed were bacillus, diplobacilos, vibrio, spirillum, diplococci and coconuts in chain. The 5 L reactors, inoculated with higher proportions of sewage sludge than the 50 L reactors, showed a more balanced process. One of the treatments (ETE 2) displayed the highest similarity for the Archaea domain between the digestato and the respective inoculum, which demonstrates the adaptation of the exogenous archaea to the main substrate (OFMSW). It was the only treatment in which methane was detected in the biogas. The results suggest the monitoring of the microbial community that develops and acts in the biomethanization process can provide higher sensitivity and specificity for the detection and confirmation of instability of the system and ensure interventions only when necessary.

Na presente pesquisa, utilizou-se a técnica molecular de Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante (DGGE) e microscopia óptica (contraste de fase e fluorescência) para caracterizar a comunidade procarionte estabelecida em quatro biometanizadores de 50 L e em três biometanizadores de 5 L, cujo substrato principal foi a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) acrescida de serragem (12% nos biometanizadores de 50 L e 20% nos de 5 L) e lodo de esgoto (9% e 18% nos biometanizadores de 50 L; 40% e 60% nos de 5L). Pela análise do perfil das bandas de DGGE, verificou-se uma alteração na estrutura da comunidade de bactérias presentes no chorume dos biometanizadores de 50 L entre 60 e 120 dias de operação, período caracterizado pelo acúmulo de ácidos graxos voláteis, consumo crescente de alcalinidade, queda de pH e aumento da demanda química de oxigênio, resultando na baixa remoção de sólidos totais voláteis e na ausência de metano no biogás. Pela análise de microscopia de fluorescência, não foram detectadas metanogênicas em nenhuma das amostras de chorume dos biometanizadores de 50 L, sendo que as principais morfologias e formas de agrupamento visualizadas foram: bacilo, diplobacilos, vibrião, espirilo, diplococos e cocos em cadeia. Os biometanizadores de 5 L, por serem inoculados com maiores proporções de lodo de esgoto do que os biometanizadores de 50 L, apresentaram um processo mais equilibrado. Um dos tratamentos de 5 L (ETE 2) obteve a maior similaridade para o domínio Archaea entre o digestato e o respectivo inóculo, demonstrando a adaptação das arqueas exógenas ao substrato principal (FORSU), sendo esse o único tratamento para o qual detectou-se metano no biogás. Os resultados sugeriram que monitorar a comunidade microbiana que se desenvolve e atua no processo de biometanização pode trazer maior sensibilidade e especificidade na detecção e confirmação de instabilidades do sistema, garantindo intervenções somente quando necessário. / This dissertation addresses the use of the molecular technique of Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) and light microscopy (phase contrast and fluorescence) for the characterization of the prokaryotic community established in four 50 L reactors and in three 5 L reactors whose main substrate was the organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW) plus sawdust (12% in 50 L reactors and 20% in 5 L reactors) and sewage sludge (9% and 18% in 50 L reactors; 40% and 60% in 5 L reactors). The analysis of the profile of DGGE bands revealed a change in the structure of the bacterial community present in the slurry of 50 L reactors between 60 and 120 days of operation, a period characterized by the accumulation of volatile fatty acids, increasing consumption of alkalinity, decrease in pH and increase in the chemical oxygen demand, which resulted in a lower removal of volatile total solids and absence of methane in the biogas. The fluorescence microscopy analysis detected no methanogenics in the slurry samples from 50 L reactors and the main morphologies and grouping forms displayed were bacillus, diplobacilos, vibrio, spirillum, diplococci and coconuts in chain. The 5 L reactors, inoculated with higher proportions of sewage sludge than the 50 L reactors, showed a more balanced process. One of the treatments (ETE 2) displayed the highest similarity for the Archaea domain between the digestato and the respective inoculum, which demonstrates the adaptation of the exogenous archaea to the main substrate (OFMSW). It was the only treatment in which methane was detected in the biogas. The results suggest the monitoring of the microbial community that develops and acts in the biomethanization process can provide higher sensitivity and specificity for the detection and confirmation of instability of the system and ensure interventions only when necessary.

A eficiência do processo de digestão anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos pode ser alterada com a recirculação do percolado. Considerado esse aspecto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a taxa da recirculação do percolado na eficiência do processo de digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos. Assim, foram montados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo padrão (fração orgânica de resíduos sólidos urbanos padrão) e inóculo (percolado). O valor de referência foi o teor de sólidos totais de 13%. Analisou-se o desempenho dos reatores variando taxas de recirculação (10, 30 e 50% em volume de inóculo). Foram realizados análises físico-químicas e exames microscópicos em amostras de percolado para avaliar o desempenho desses reatores. Os resultados dessas análises indicaram inibição da fase metanogênica nos reatores com maiores taxas de recirculação (30 e 50%). O reator com taxa de recirculação de 10%, comparado aos demais reatores, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desse reator revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus, enquanto nos demais reatores foi observada maioria de organismos com morfologia semelhante a fungos. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos biorreatores degradando a matéria orgânica, e que altas taxas de recirculação podem levar à inibição total do ecossistema existente no reator. / The performance of the anaerobic digestion process of organic solid residues can be modified by the leachate recirculation. Considering this aspect, the present paper aims to evaluate the leachate recirculation rate in the eficiency of the anaerobic digestion process of the organic fraction of urban solid residues. Thus, 3,45 liter reactors were constructed and filled with standard waste (standard organic fraction of urban solid residues) and seed (leachate), having the total solid content of 13% as a value of reference. The performance of the reactors was analyzed by varying recirculation taxes (10, 30 and 50% in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopic and physical-chemical analyses to evaluate theirs performance. The results of these analyses indicated an inhibition of the metanoghenic phase in the reactors with larger rates of recirculation (30 and 50%). The reactor with 10% recirculation rate obtained larger efficiency in the start, methane production and percentage of solid degradation, compared to other reactors. The microscopic examinations in the leachate samples from this reactor presented a predominance of organisms with characteristics Methanococcus morphology, whereas in the others reactors most organisms prsented a similar morphology to fungus. It was possible to conclude that the leachate recirculation rate has a significant influence on the degradaion of the organic material from bioreactors and that high recirculation rates can lead to the total inhibition of the ecosystem existig in the reactor.

A eficiência do processo de digestão anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos pode ser alterada com a recirculação do percolado. Considerado esse aspecto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a taxa da recirculação do percolado na eficiência do processo de digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos. Assim, foram montados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo padrão (fração orgânica de resíduos sólidos urbanos padrão) e inóculo (percolado). O valor de referência foi o teor de sólidos totais de 13%. Analisou-se o desempenho dos reatores variando taxas de recirculação (10, 30 e 50% em volume de inóculo). Foram realizados análises físico-químicas e exames microscópicos em amostras de percolado para avaliar o desempenho desses reatores. Os resultados dessas análises indicaram inibição da fase metanogênica nos reatores com maiores taxas de recirculação (30 e 50%). O reator com taxa de recirculação de 10%, comparado aos demais reatores, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desse reator revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus, enquanto nos demais reatores foi observada maioria de organismos com morfologia semelhante a fungos. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos biorreatores degradando a matéria orgânica, e que altas taxas de recirculação podem levar à inibição total do ecossistema existente no reator. / The performance of the anaerobic digestion process of organic solid residues can be modified by the leachate recirculation. Considering this aspect, the present paper aims to evaluate the leachate recirculation rate in the eficiency of the anaerobic digestion process of the organic fraction of urban solid residues. Thus, 3,45 liter reactors were constructed and filled with standard waste (standard organic fraction of urban solid residues) and seed (leachate), having the total solid content of 13% as a value of reference. The performance of the reactors was analyzed by varying recirculation taxes (10, 30 and 50% in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopic and physical-chemical analyses to evaluate theirs performance. The results of these analyses indicated an inhibition of the metanoghenic phase in the reactors with larger rates of recirculation (30 and 50%). The reactor with 10% recirculation rate obtained larger efficiency in the start, methane production and percentage of solid degradation, compared to other reactors. The microscopic examinations in the leachate samples from this reactor presented a predominance of organisms with characteristics Methanococcus morphology, whereas in the others reactors most organisms prsented a similar morphology to fungus. It was possible to conclude that the leachate recirculation rate has a significant influence on the degradaion of the organic material from bioreactors and that high recirculation rates can lead to the total inhibition of the ecosystem existig in the reactor.

Orientador: Marcus Cesar Avezum Alves de Castro / Resumo: Soluções relacionadas a melhores práticas de manejo de resíduos são procuradas por gestores de cidades em todo o mundo. O presente estudo propôs cenários de ação para a gestão dos resíduos sólidos urbanos dos seis municípios com sede na bacia do rio Corumbataí. O estudo foi realizado em duas etapas, a primeira consistiu na elaboração do diagnóstico dos mecanismos praticados atualmente, realizado a partir da análise de um conjunto de indicadores. A segunda etapa foi a composição de cenários para destinação para o tratamento de resíduos orgânicos e disposição final em aterro sanitário dos resíduos sólidos urbanos dos municípios investigados. Foram estudados seis municípios, os quais cinco possuem menos de 30.000 habitantes (Analândia, Charqueada, Corumbataí, Ipeúna e Santa Gertrudes) e Rio Claro possui 199.000 habitantes. Durante a primeira etapa, foram levantados dados e elaboradas matrizes SWOT para cada um dos municípios, com isso, buscou-se apontar fatores positivos e negativos das práticas atuais de gestão. Esses resultados sinalizaram que (i) os municípios ainda não participam de gestão compartilhada para manejo de resíduos; (ii) existe pouco ou nenhum tratamento para os resíduos orgânicos e de poda e capina; (iii) existe coleta seletiva em toda a zona urbana de todos os municípios investigados (iv) existe participação organizada do setor informal na coleta de recicláveis (v) existe possibilidade de gestão compartilhada dos resíduos; (vi) os municípios não possuem sustent... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Solutions related to waste management practices are sought by city managers around the world. This study proposed action scenarios for the urban solid waste management of six municipalities located in the Corumbataí River basin. The study was conducted in two stages, the first consisted in the diagnosis of the mechanisms currently practiced, through the analysis of a set of performance indicators. The second stage comprised the composition of operating scenarios for the shared urban solid waste management of the investigated municipalities. Six municipalities were studied, five of which have less than 30,000 inhabitants (Analândia, Charqueada, Corumbataí, Ipeúna and Santa Gertrudes) and Rio Claro has 199,000 inhabitants. During the first part, data were collected and SWOT matrices were elaborated for each of the municipalities studied. Thus, it was sought to point out positive and negative factors of current management practices. These results signaled that (i) municipalities do not yet participate in any consortium for shared waste management; (ii) there is little or no treatment for organic residues; (iii) there is selective collection throughout the urban area of all municipalities (iv) there is organized participation of the informal sector in the collection of recyclables (v) there is the possibility of cities consortium for shared waste management; (vi) municipalities do not have financial sustainability for the waste management system. During the second phase, transpor... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O presente trabalho realizou o estudo dos principais problemas dos motores movidos a biogás e das principais tecnologias de purificação do biogás em biometano. Para tanto, foram avaliados vários tipos de motores movidos a biogás e estudadas possíveis modificações para aumentar, consideravelmente, sua vida útil. Na purificação do biogás para produção de biometano, foram estudadas as mais diversas tecnologias disponíveis no mercado e na literatura, além da realização de um estudo de caso para melhoria da tecnologia no processo de purificação de biogás, ou seja, a biometanização utilizada na Granja Haacke. A configuração atual de purificação de biogás ocorre via processo físico-químico, utilizando uma coluna de limalha de ferro oxidada, para remoção da fração grosseira, principalmente, do H2S. A ocorrência de falhas ou manutenção desta fase do processo provoca a interrupção da operação. A segunda etapa de purificação consiste na utilização de duas colunas de adsorção tipo Pressure Swing Adsorption (PSA), cuja função é remover a fração resultante de CO2 da composição do biogás. Pode-se concluir que, a melhor proposta de upgrade para o estudo de caso seria introduzir, no início do processo, uma torre de biodessulfurização de biogás Thiobacillus ferroxidans, seguida de duas colunas de limalha de ferro oxidado, montadas em paralelo, para remoção de H2S e CO2, mantendo toda a configuração posterior para remoção da fração fina. Com isto, o sistema ficará, consideravelmente, ecoeficiente, pois reduzirá a produção de inservíveis, aumentando a vida útil dos filtros. / This investigation aimed to accomplish the study of the major problems of engines operating with biogas and the main purification technologies in biomethane. Therefore, was evaluated several types of engines operating with biogas and studied possible changes to improve significantly the lifetime. In the purification of biogas to produce biomethane, was studied several technologies available in the market and in literature, besides to accomplish a case study to improve the purification process, that is, the biomethanization used in Granja Haacke. The current configuration of biogas purification is via physical-chemical process using a rusty column iron for removal of the coarse fraction mainly H2S. The occurrence of faults or maintenance of this stage of the process causes the stop operation. The second step purification use two Pressure Swing Adsorption (PSA) columns whose function is to remove the resulting fraction of CO2 from biogas composition. We can conclude that the best proposal to case study upgrade would be introduced at the beginning of the process a biogas desulphurization tower of the Thiobacillus ferroxidans followed by two columns of rusty column iron mounted in parallel for removing H2S and CO2, and thus keep all subsequent setting for the fine fraction removal. With this the system will be considerably ecofriendly because will be reduced the scrap production increasing the lifetime of the filters.