Orientador: Jorge de Lucas Junior / Coorientador: Ana Claudia Ruggieri / Banca: Adélia Pereira Miranda / Banca: Tânia Mara Baptista dos Santos / Banca: José Ricardo Soares Telles de Souza / Banca: Mauro Dal Secco de Oliveira / Resumo: O aproveitamento energético do biogás oriundo da codigestão cana-de-açúcar e silagem de cana com esterco bovino é uma iniciativa desenvolvida visando mitigar o efeito estufa e dar mais sustentabilidade à matriz energética. Objetivou-se avaliar a viabilidade da codigestão anaeróbia do esterco bovino com cana de açúcar e esterco bovino com silagem de cana no potencial de produção de biogás e metano. O trabalho foi realizado no Laboratório de Biomassa e Biodigestão Anaeróbia da Unesp,campus de Jaboticabal. Foram utilizados biodigestores de bancada, tipo batelada com capacidade de 2 litros. Foram analisados pH, alcalinidade, acidez volátil, macro e micronutrientes, fibra em detergente neutro (FDN), fibra em detergente ácido (FDA), lignina, celulose, hemicelulose, teores de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV). O pH com 10 dias após abastecimento variou de 5,62 à 5,98 para cana 10% e somente esterco, respectivamente. A alcalinidade e acidez foram satisfatórios para todos os tratamentos analisados. A produção total acumulada de biogás variou de 0,01597m³ à 0,1916m³ para silagem 10% e cana 5%, respectivamente. O potencial de produção de biogás por kg de SV reduzidos variou de 0,54 à 7,05 m³/kg para os tratamentos silagem 10% e cana 5%, respectivamente. O potencial de produção de metano por kg de SV reduzidos foi respectivamente, 0,35 à 4,12m³/kg para silagem 10% e cana 5%. As reduções de ST, SV e fração fibrosa hemicelulose foram mais efetivas no tratamento com esterco. No tratamento cana 5% as maiores reduções ocorreram nas frações FDN, FDA e celulose. Conclui-se que a codigestão de esterco bovino com cana de açúcar na proporção 5% teve melhor rendimento em relação aos outros tratamentos avaliados / Abstract: The energetic use of biogas that is a result of the co-digestion of sugar cane and sugar cane silage with cattle manure is one of the alternatives that may be developed in order to reduce the greenhouse effect and give more sustainability to the energetic matrix. The aim of the study was to evaluate the viability of the anaerobic co-digestion of sugar cane and cattle manure and sugar cane silage and cattle manure to produce biogas and methane. The study was done in the Biodigestion Anaerobic Laboratory from São Paulo State University, Jaboticabal-SP, two liters stand biodigestors of the batch type were used. The parameters used were pH, alkalinity, acidity, macro and micronutrients, NDF, ADF, lignin, celluloses, total solids and volatile solids. After 10 days, the pH varied from 5.62 to 5.98 for sugar cane (10%) and only cattle manure treatments, respectively. The alkalinity and acidity had satisfactory results for all the period. The biogas production varied from 0.01597 m3 to 0.1916 m3 to silage (10%) and sugar cane (5%) treatments, respectively. The biogas production by kg of VS reduced varied from 0.54 to 7.05 m3/kg for silage (10%) and sugar cane (5%) treatments, respectively. The methane production by kg of VS varied from 0.35 m3 to 4.12 m3 for silage (10%) and sugar cane (5%) treatments. The reduction of TS, VS and fibrous fraction were more effective in the treatment sugar (5%). The co-digestion with cattle manure with sugar cane at 5% has better efficiency related to the others / Doutor

Este trabalho tem por objetivo avaliar técnica e economicamente o aproveitamento energético da cama de aviário. Inicialmente, verificou-se o estado da arte para o aproveitamento energético desta e, na sequência, realizou-se um estudo de caso em aviário de frango de corte localizado no Sudoeste do Paraná. Nesse estudo, analisou-se o consumo energético do aviário a partir da análise de dados coletados no aviário, de dados fornecidos pela empresa integradora e de dados validados por outros pesquisadores. Dimensionaram-se também os sistemas utilizados para o aproveitamento energético da cama de aviário através do processo de biodigestão anaeróbica para o atendimento das necessidades térmicas e elétricas do aviário. Nesse dimensionamento, consideraram-se na análise todas as variáveis e procedimentos que diretamente estão relacionados aos dados técnicos e econômicos dos sistemas utilizados para o processamento da cama de aviário, de forma a tornar o sistema aplicável, o que é um dos diferenciais deste trabalho em relação a outros existentes. Na análise econômica, utilizou-se de multi-índices para representar os resultados que apresentam a rentabilidade (VPL, VPLA, IBC e o ROIA) e os riscos (TIR e o Payback descontado) do investimento. Também se considerou, na análise, a depreciação das instalações, a tributação (IR) e os investimentos iniciais com capital próprio ou de terceiros através do programa Agricultura de Baixo Carbono (ABC). Adotaram-se, para a análise econômica, quatro configurações para o aproveitamento energético da cama de aviário. Observou-se, durante a análise, que a primeira e segunda configurações se apresentaram inviáveis economicamente devido ao fato de as despesas descapitalizadas serem maiores que as receitas. Para essa situação, criaram-se cenários para identificar o quão distante se encontra a viabilidade das mesmas. A terceira e quarta configurações apresentaram-se viáveis. Concluiu-se que as diversas alternativas para o aproveitamento energético da cama de aviário influenciam nos custos de implantação dos sistemas, pois interferem diretamente no dimensionamento dos equipamentos e instalações. Também se sabe que, atualmente, há uma aplicação lucrativa da cama de aviário contribuindo para a inviabilidade econômica de seu uso energético. / This work aims to evaluate technically and economically the energy use concerning poultry litter. Initially, the state of the art was verified for energy use and then we developed a case study in a poultry broiler FARM located in the Southwest of Paraná. In this study, the energy consumption of the poultry farm was analyzed from the analysis of data collected in the poultry farm, data provided by the integrator company and data validated by other researchers. We also analyzed the systems used for energy use regarding the poultry litter through the process of anaerobic digestion to support the thermal and electrical requirements of the poultry farm. In this regard, we considered in the analysis all variables and procedures that are directly related to the technical and economic data systems used to processing the poultry litter in order to turn the system successful, and this fact is one of the differences of this work compared to other ones. In the economic analysis multi-index was used to represent the results of the profitability (NPV ANPV, IBC and ROIA) and the risks (IRR and discounted Payback) of the investment. It was also considered in the analysis, the facility depreciation, taxation (IR) and initial equity capital investments or others through the Low Carbon Agriculture program (LCA). Four configurations for energy use in the poultry litter were adopted for the economic analysis. It was observed that during the analysis, the first and second configuration proved uneconomical due to the cost without capital be greater than revenues. For this situation, scenarios were created to identify how far off their feasibility was. The third and fourth configurations proved to be viable. It was concluded that the various alternatives for energy use from the poultry litter influence the cost of deploying the systems since they interfere directly in the design of equipment and facilities. We also know that currently there is a profitable application of poultry litter contributing to the economic infeasibility of energy use from the poultry litter.

Orientador: Áulus Cavalieri Carciofi / Banca: Ananda Portella Félix / Banca: Ricardo Souza Vasconcellos / Resumo: Proveniente do refinamento do bagaço de cana, a fibra de cana torna-se ingrediente potencial para cães. Nesta pesquisa avaliaram-se os aspectos nutricionais e funcionais da fibra de cana-de-açúcar (FC) em quatro alimentos extrusados para cães: Controle (CO) sem adição de fibra; adição 10% de FC (FC-10); adição de 20% de FC (FC-20); adição de 10% de CEL (CEL-10). O experimento foi organizado em dois blocos de 12 cães, totalizando 6 cães por tratamento. Em cada bloco, nos dias 1-10 foram determinados os coeficientes de digestibilidade aparente e energia metabolizável das rações. Nos dias 11, 12 e 13 foram avaliados o pH, ácido lático e amônia das fezes. Nos dias 15, 16 e 17, foram avaliadas as respostas pós-prandiais de glicose, insulina, colesterol e triglicerídeos. A saciedade foi verificada no 20º dia, pela oferta de um alimento desafio. E nos dias 24, 25 e 26, foi avaliado o tempo de retenção do alimento no TGI. Os dados foram submetidos à análise de variância pelo procedimento GLM do SAS. Em inclusões de até 20% e dietas com 3,2Kcal EM/g, a fibra insolúvel não limitou o consumo de matéria seca e energia metabolizável, não induzindo perda de peso nos cães. Verificou-se redução linear no CDA da MS, MO, FDT, EB e EM, assim como redução quadrática no EEHA. O tempo de retenção intestinal apresentou redução linear. A quantidade de fezes produzida teve aumento linear entre os tratamentos, no entanto, não se obteve diferença significativa entre os escores fecais, ensaio de saciedade, tempo de retenção e resultados pós-prandiais de glicose, insulina, triglicerídeo e colesterol entre os tratamentos. Portanto, os dados obtidos validam o uso do bagaço de cana-de-açúcar como fonte alternativa de fibra insolúvel na alimentação de cães / Abstract: From the refining of sugarcane bagasse, sugarcane becomes a potential ingredient for dogs. The research evaluated the nutritional and functional sugarcane fiber (FC) in four extruded dog food: Control (CO) without added fiber; addition 10% of FC (FC-10), adding 20% FC (FC-20); addition of 10% CEL (CEL-10). The experiment was divided into two blocks of 12 dogs, totaling 6 dogs per treatment. In each block, on days 1-10 were determined the apparent digestibility coefficients and metabolizable energy of diets. On days 11, 12 and 13 were evaluated for pH, lactic acid and ammonia from feces. On days 15, 16 and 17, were evaluated postprandial glucose, insulin, cholesterol and triglycerides. Satiety was assessed on day 20, by offering a food challenge. And on days 24, 25 and 26, was measured the retention time. Data were evaluated by analysis of variance by the GLM procedure of SAS. Until inclusions of 20% and diets with 3,2Kcal EM/g, insoluble fiber did not limit the dry matter and metabolizable energy intake, as well as did not induce weight loss in dogs. There was a linear reduction in ADC of DM, OM, TDF, CE and ME as well as quadratic reduction in fat. The intestinal retention time presented linear reduction. The quantity of stools produced was increased linearly among treatments, however, there was no significant difference among the scores fecal, test satiety and postprandial glucose, insulin, triglycerides and cholesterol results among treatments. Therefore, the data validate the use of sugarcane bagasse as an alternative source of insoluble fiber in the feed dogs / Mestre

Este trabalho tem por objetivo avaliar técnica e economicamente o aproveitamento energético da cama de aviário. Inicialmente, verificou-se o estado da arte para o aproveitamento energético desta e, na sequência, realizou-se um estudo de caso em aviário de frango de corte localizado no Sudoeste do Paraná. Nesse estudo, analisou-se o consumo energético do aviário a partir da análise de dados coletados no aviário, de dados fornecidos pela empresa integradora e de dados validados por outros pesquisadores. Dimensionaram-se também os sistemas utilizados para o aproveitamento energético da cama de aviário através do processo de biodigestão anaeróbica para o atendimento das necessidades térmicas e elétricas do aviário. Nesse dimensionamento, consideraram-se na análise todas as variáveis e procedimentos que diretamente estão relacionados aos dados técnicos e econômicos dos sistemas utilizados para o processamento da cama de aviário, de forma a tornar o sistema aplicável, o que é um dos diferenciais deste trabalho em relação a outros existentes. Na análise econômica, utilizou-se de multi-índices para representar os resultados que apresentam a rentabilidade (VPL, VPLA, IBC e o ROIA) e os riscos (TIR e o Payback descontado) do investimento. Também se considerou, na análise, a depreciação das instalações, a tributação (IR) e os investimentos iniciais com capital próprio ou de terceiros através do programa Agricultura de Baixo Carbono (ABC). Adotaram-se, para a análise econômica, quatro configurações para o aproveitamento energético da cama de aviário. Observou-se, durante a análise, que a primeira e segunda configurações se apresentaram inviáveis economicamente devido ao fato de as despesas descapitalizadas serem maiores que as receitas. Para essa situação, criaram-se cenários para identificar o quão distante se encontra a viabilidade das mesmas. A terceira e quarta configurações apresentaram-se viáveis. Concluiu-se que as diversas alternativas para o aproveitamento energético da cama de aviário influenciam nos custos de implantação dos sistemas, pois interferem diretamente no dimensionamento dos equipamentos e instalações. Também se sabe que, atualmente, há uma aplicação lucrativa da cama de aviário contribuindo para a inviabilidade econômica de seu uso energético. / This work aims to evaluate technically and economically the energy use concerning poultry litter. Initially, the state of the art was verified for energy use and then we developed a case study in a poultry broiler FARM located in the Southwest of Paraná. In this study, the energy consumption of the poultry farm was analyzed from the analysis of data collected in the poultry farm, data provided by the integrator company and data validated by other researchers. We also analyzed the systems used for energy use regarding the poultry litter through the process of anaerobic digestion to support the thermal and electrical requirements of the poultry farm. In this regard, we considered in the analysis all variables and procedures that are directly related to the technical and economic data systems used to processing the poultry litter in order to turn the system successful, and this fact is one of the differences of this work compared to other ones. In the economic analysis multi-index was used to represent the results of the profitability (NPV ANPV, IBC and ROIA) and the risks (IRR and discounted Payback) of the investment. It was also considered in the analysis, the facility depreciation, taxation (IR) and initial equity capital investments or others through the Low Carbon Agriculture program (LCA). Four configurations for energy use in the poultry litter were adopted for the economic analysis. It was observed that during the analysis, the first and second configuration proved uneconomical due to the cost without capital be greater than revenues. For this situation, scenarios were created to identify how far off their feasibility was. The third and fourth configurations proved to be viable. It was concluded that the various alternatives for energy use from the poultry litter influence the cost of deploying the systems since they interfere directly in the design of equipment and facilities. We also know that currently there is a profitable application of poultry litter contributing to the economic infeasibility of energy use from the poultry litter.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-31Bitstream added on 2014-06-13T19:00:02Z : No. of bitstreams: 1 botelho_rm_me_botfmvz.pdf: 306670 bytes, checksum: c09499ae395833ff19a764ae69ae1b98 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da enzima fitase com os níveis de suplementação: 750, 1.500, 2.250, 3.000 UFA/kg (unidades de fitase ativa por quilo de ração) e dieta sem suplementação, sobre a digestibilidade dos nutrientes e disponibilidade aparente dos minerais do farelo de algodão. Para isso cem juvenis de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus; PV 100.0 ± 5.0 g) foram distribuídos em dez tanques-rede. Determinou-se os coeficientes de digestibilidade aparente (CDA) da matéria seca (MS), proteína bruta (PB), energia bruta (EB) e matéria mineral (MM), assim como a disponibilidade aparente do cálcio (Ca), fósforo (P), magnésio (Mg), zinco (Zn), cobre (Cu), ferro (Fe) e manganês (Mn), de seis rações, marcadas com 1,00 g/kg de óxido de crômio-III – uma referência (ração purificada) e cinco contendo farelo de algodão (400 g/kg) e os diferentes níveis de suplementação da enzima fitase. O CDA dos nutrientes foi calculado com base no teor de crômio da ração e das fezes. A enzima fitase eleva a disponibilidade da MM e dos minerais P, Zn, Cu e Mn, no farelo de algodão, até o limite próximo de 2080 UFA/kg / The aim of this study was to evaluate the effects of phytase supplementation (0, 750, 1.500, 2.250 e 3.000 FTU/kg) on calcium (Ca), phosphorus (P), magnesium (Mg), zinc (Zn), copper (Cu), iron (Fe) and manganese (Mn) availability and apparent digestibility coefficient (ADC) of dry matter (DM), crude protein (CP), gross energy (GE) and mineral matter (MM) were determinate of cottonseed meal. For this one hundred Nile tilapia juveniles (Oreochromis niloticus; BW= 100.0 ± 5.0 g) were assigned to 10 experimental cages. As reference, an albumin and gelatin-based diet [with 0.10 % chromic oxide (III) as external marker] was fed to the juveniles. Six diets (one reference and five based on cottonseed meal and increasing levels of phytase) were formulated to determine the coefficients of apparent availability of minerals (Ca, P, Mg, Cu, Zn and Mn) and digestibility coefficient of nutrients and energy. The enzyme increases the availability MM and minerals P, ZN, Cu and Mn in cottonseed meal, up to around 2080 FTU/kg

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-05-18T14:20:50Z No. of bitstreams: 1 PDF - Roberta Milena Moura Rodrigues.pdf: 36710948 bytes, checksum: 554ab863304bbf43e3ca861642fc5611 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-18T14:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Roberta Milena Moura Rodrigues.pdf: 36710948 bytes, checksum: 554ab863304bbf43e3ca861642fc5611 (MD5) Previous issue date: 2017-06-19 / onselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Secondary biological anaerobic processes used for wastewater treatment have developed rapidly since the mid-20th century and are currently used in most Sewage Treatment Plants (ETEs) around the world. Sludge produced throughout the treatment is the main byproduct and is a semi-solid material containing organic matter, pathogenic microorganisms, toxic substances and even heavy metals withdrawn from the liquid phase. However, by applying appropriate treatment, it can transform itself from a problem residue into a product with economic value: modern and low-cost technologies can be reused in the material (nutrients and heavy metals) and its energy potential (biogas production - 70% methane). Volatile fatty acids (AGVs) are important intermediates of anaerobic digestion and their rate of production largely determines the rate of methane production. The knowledge of the concentration of VFAs in the sludge under treatment allows monitoring the performance of the reactor. The gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC / MS), for the determination of VFAs, stands out from others for being efficient and selective, and allows structural information, molar mass, among other advantages. The validation of a method for its detection ensures the reliability of the results. In the present work, the Thermo Scientific gas chromatograph (TRACE 1300) was used and the detector was a Thermo Scientific mass spectrometer (ISQ QD - Single Quadrupole) with an SPB-624 intermediate polarity column. Recognized brand reagents And previous tests were done to define suitable conditions for the method (CG / MS). Validation was done following the recommendations of INMETRO and ANVISA. The results showed that the validation of the method (GC / MS) for determination of VFAs with the chosen column and the best chromatographic conditions obtained were adequate, taking into account the validation parameters: linearity (r ≥ 0,9843), precision Coefficients of variation <20%), sensitivity (angular coefficients ≥ 238218), limit of detection (0.030 mg.L-1 - 0.848 mg.L-1), limit of quantification (0.120 mg.L-1 - 2.827 mg.L -1), accuracy (100% - 110% - higher concentrations). Applied to real matrices, the method proved to be satisfactory because the retention times were very similar to the patterns used. / Processos biológicos secundários anaeróbios empregados para o tratamento de águas residuais têm se desenvolvidos de forma acelerada a partir da metade do século XX e são atualmente utilizados na maioria das Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) ao redor do mundo. Lodos produzidos ao longo do tratamento são o principal subproduto e constituem um material semisólido que contem matéria orgânica, microrganismos patogênicos, substâncias tóxicas e até metais pesados retirados da fase líquida. Entretanto, aplicando-se tratamento adequado, pode se transformar de um resíduo problema em um produto com valor econômico: tecnologias modernas e de baixo custo podem ser reaproveitados materiais nele contido (nutrientes e metais pesados) e pelo seu potencial energético (produção de biogás - 70% de metano). Os ácidos graxos voláteis (AGVs) são importantes intermediários da digestão anaeróbia e sua taxa de produção determina em grande parte a taxa de produção de metano. O conhecimento da concentração de AGVs no lodo em tratamento permite acompanhar o desempenho do reator. O método de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG/EM), para determinação de AGVs, se destaca de outros por ser eficiente e seletivo, e permite obter informação estrutural, massa molar, entre outras vantagens. A validação de um método para sua detecção assegura a confiança dos resultados. No presente trabalho foi utilizado o cromatógrafo gasoso Thermo Scientific (TRACE 1300) e o detector foi um espectrômetro de massas Thermo Scientific (ISQ QD – Single Quadrupole) com uma coluna de polaridade intermediária SPB- 624. Foram utilizados reagentes (analitos) de marca reconhecida e testes prévios foram feitos para definir condições adequadas para o método (CG/EM). A validação do mesmo foi realizada seguindo as recomendações de INMETRO e ANVISA. Os resultados mostraram que a validação do método (CG/EM) para determinação de AGVs com a coluna escolhida e as melhores condições cromatográficas obtidas mostraram-se adequadas, atendendo aos parâmetros de validação: linearidade (r ≥ 0,9843), precisão (coeficientes de variação < 20%), sensibilidade (coeficientes angulares ≥ 238218), limite de detecção (0,030 mg.L-1 - 0.848 mg.L-1) , limite de quantificação (0.120 mg.L-1 - 2.827 mg.L -1), exatidão (100% - 110% - concentrações maiores). Aplicado em matrizes reais o método se mostrou satisfatório porque os tempos de retenção foram muito semelhantes aos dos padrões utilizados.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Microalgae, microscopic life forms with photosynthetic capacity, produce oxygen thanks to light energy. Due to this capacity, microalgae are used for sewage treatment in stabilization ponds, however, this activity generates a large amount of microalgal biomass. In view of this excess of biomass production and its disposal in water bodies produces unpleasant effects, it has been evaluated the re-use of this biomass as a substrate for methane production in anaerobic digestion. Since microalgae have a rigid cell wall, the application of microalgae hydrolysis tests was necessary in order to improve its biodegradability. Heat pretreatment for 30 minutes at 120ÂC and 1 kgf/cm2 resulted in the best pretreatment applied. In order to improve C/N ratio, residual glycerol coming from biodiesel production was used to perform co-digestion with microalgae. Residual glycerol coming from biodiesel production (1Kg of glycerol per 10 Kg of biodiesel generated) is an impure residue which is also produced at large scale as a byproduct from the trans-esterification of fats and oils. In fact, the presence of impurities limits its applications. In this study, different COD/N ratios of 20 (phase 2), 40 (phase 3) and 70 (phase 4) were tested and the organic loading rate (OLR) applied ranged from 0,06 to 0,75 kg/m3.d. In the phase 1 only microalgae was used on the influent. Two modified UASB reactors were used. One of them was fed with pretreated microalgae, while the other one was fed with non-pretreated microalgae. Both of them were operated in co-digestion with glycerol. COD removal efficiencies ranged between 40% and 90%. Biogas produced presented values of 73% and 84% for each bioreactor treating pretreated and non-pretreated microalgae, respectively. Neither nitrogen nor ammonia and total and volatile suspended solids was significantly removed. Moreover, microalgae were the sole source of macro and micro-nutrients in this work. Sodium bicarbonate was used as a buffer during the phase 4, since pH fall down enough to harm the anaerobic digestion process at the beginning of phase 4. Based on the maintenance of adequate VFA/Alk ratios, both reactors presented a stable operation, specially the reactors treating pre-treated microalgae. Instability periods were mainly observed in some operation phases in the reactor without pretreatment. Specific methanogenic activity tests were carried out in order to evaluate the quality of the inoculum in terms of activity and methane production. Methane production presented a mean value of 0,26 g DQO-CH4/g SSV.d. / As microalgas, seres microscÃpicos com capacidade fotossintÃtica, produzem oxigÃnio na presenÃa de energia luminosa. Devido a isso as microalgas sÃo utilizadas para tratamento de esgotos em lagoas de estabilizaÃÃo, porÃm essa atividade gera uma grande quantidade de biomassa algal. Tendo em vista a produÃÃo dessa biomassa e sua destinaÃÃo em corpos hÃdricos provocando efeitos desagradÃveis, buscou-se avaliar a reutilizaÃÃo dessa biomassa como substrato para produÃÃo de metano a partir da digestÃo anaerÃbia. Devido à presenÃa de uma parede celular rÃgida, verificou-se a necessidade da aplicaÃÃo de testes de hidrÃlise para as microalgas com a finalidade de melhorar sua biodegradabilidade, sendo observado o melhor prÃ-tratamento aplicado, o tÃrmico por 30 minutos a 120ÂC e 1 kgf/cm2. Para melhorar a relaÃÃo C/N, utilizou-se o glicerol residual do biodiesel para realizaÃÃo de co-digestÃo com microalgas. O glicerol residual do biodiesel (1 kg de glicerol para cada 10 kg de biodiesel produzido), alÃm de ser um resÃduo impuro, à tambÃm produzido em grande escala como subproduto da transesterificaÃÃo de Ãleos e gorduras e sem muitas aplicaÃÃes devido exatamente a presenÃa de impurezas. Foram testadas relaÃÃes DQO/N de 20 (fase 2), 40 (fase 3) e 70 (fase 4), alÃm da relaÃÃo apenas das microalgas (fase 1), sendo as COV aplicadas, variando de 0,06 a 0,75 kg/m3.d. Foram utilizados dois reatores semelhantes ao UASB (UASB modificado), nos quais continham microalgas brutas e prÃ-tratadas, ambos em co-digestÃo com o glicerol. As remoÃÃes de DQO variaram de 40 a 90%. O biogÃs produzido teve rendimentos de atà 73% para o reator degradando microalgas prÃ-tratadas e 84% para o reator degradando microalgas brutas. NÃo houve remoÃÃes significativas de amÃnia e sÃlidos suspensos totais e volÃteis, tambÃm nÃo foram utilizados macro e micronutrientes, sendo esses nutrientes fornecidos apenas pelas microalgas. O bicarbonato de sÃdio como tampÃo foi utilizado apenas na Ãltima fase (fase 4), devido a queda do pH para uma faixa nÃo aceitÃvel para digestÃo anaerÃbia, no inÃcio dessa fase. As condiÃÃes de estabilidade foram mantidas, baseadas na relaÃÃo AGV/Alc, que se manteve em faixas aceitÃveis, principalmente para o reator operando microalgas prÃ-tratadas, sendo observado valores indicativos de instabilidade em algumas fases no reator sem prÃ-tratamento. Foi realizado teste de atividade metanogÃnica especÃfica para avaliar o lodo de inÃculo quanto a atividade e produÃÃo de metano, obtendo-se valor mÃdio de 0,26 g DQO-CH4/g SSV.d.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Os compostos benzeno, tolueno, etilbenzeno e os xilenos (BTEX) sÃo os hidrocarbonetos monoaromÃticos que agregam maior risco ao meio ambiente, principalmente devido Ãs caracterÃsticas tÃxicas e carcinogÃnicas. Dentre os mÃtodos usualmente aplicados na remoÃÃo de BTEX em Ãguas contaminadas, o tratamento anaerÃbio tem merecido destaque principalmente em relaÃÃo aos baixos custos. Nesse sentido, buscou-se avaliar diferentes estratÃgias de remoÃÃo de BTEX em condiÃÃes anaerÃbias. Foram realizados ensaios em fluxo contÃnuo em trÃs biorreatores anaerÃbios que foram alimentados com soluÃÃo sintÃtica de BTEX (~ 3 mg.L-1 de cada composto) solubilizados em etanol e operados a 27ÂC. As concentraÃÃes dos BTEX foram determinadas por cromatografia. No biorreator metanogÃnico foram analisadas as seguintes influÃncias: 1) do tempo de detenÃÃo hidrÃulico (TDH) (48 h, 36 h e 24 h); 2) da carga orgÃnica volumÃtrica; 3) da recirculaÃÃo do efluente; 4) e do sistema microaerÃbio. O reator sulfetogÃnico foi operado com um TDH de 48 h e foram testados diferentes razÃes DQO/SO4-2 de aproximadamente 12, 5, 2,5 e estequiomÃtrica- com diferentes cargas orgÃnicas. O reator desnitrificante foi operado tambÃm com um TDH de 48 h nas razÃes DQO/NO3- de aproximadamente 12 e 5. Os reatores avaliados mostraram-se bastante estÃveis durante todas as fases do experimento. Com relaÃÃo à remoÃÃo de BTEX, de uma forma geral, as menores eficiÃncias de remoÃÃo foram encontradas para o benzeno, independente do tipo de aceptor final de elÃtrons, indicando a difÃcil biodegradaÃÃo desse composto sob condiÃÃes anaerÃbias, enquanto que as maiores eficiÃncias foram observadas para os xilenos e o tolueno, chegando a remoÃÃes de atà 90%. Tais valores levam em conta possÃveis interferÃncias de adsorÃÃo e de volatilizaÃÃo. TambÃm foi notado que deve haver uma sinergia entre os distintos compostos, podendo esta exercer um forte efeito sobre as eficiÃncias de remoÃÃo dos BTEX. Comparando-se os trÃs reatores, notou-se que nÃo houve melhora significativa nas eficiÃncias de remoÃÃo dos compostos na presenÃa de nitrato ou sulfato. O reator biolÃgico metanogÃnico forneceu elevadas eficiÃncias na remoÃÃo de DQO, superiores a 80% em mÃdia, para as fases que as concentraÃÃes de substrato estavam altas, produzindo biogÃs (predominantemente na forma de gÃs metano), nÃo acumulando Ãcidos graxos volÃteis, e com alcalinidade suficiente para tamponar o meio em pH neutro. A fase que obteve os melhores resultados de remoÃÃo de BTEX (cerca de 94%) foi a que tinha um sistema microaerÃbio adicionado ao reator metanogÃnico, com eficiÃncias de remoÃÃo de DQO superiores a 85%. / The compounds benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX) are monoaromatic hydrocarbons compounds which represent a high risk for the environment, mainly due to their toxic and carcinogenic characteristics. Among the methods usually applied for the removal of BTEX from contaminated waters, anaerobic treatment has drawn attention especially because of its low cost. Accordingly, anaerobic biodegradation of BTEX was assessed under methanogenic, denitrifying and sulfidogenic conditions. Assays were performed in three bitstream anaerobic bioreactors that were fed with a synthetic solution of BTEX (~ 3 mg.L-1 of each compound) solubilized in ethanol and operated at 27ÂC. The concentrations of BTEX were determined by chromatography. In methanogenic bioreactor were analyzed the following influences: 1) the The hydraulic retention time (HRT) (48 h, 36 h and 24 h), 2) the shock loading, 3) the effluent recycling , 4) and microaerobic system. The sulfidogenic reactor was operated with a HRT of 48 h with different DQO/SO4-2 ratios of approximately 12, 5, 2.5, and stoichiometric with different organic fillers. The denitrifying reactor was also operated with a HRT of 48 h in the rations DQO/NO3-1 of approximately 12 and 5. The reactors evaluated were quite stable during all phases of the experiment. About BTEX removal, in general, benzene showed the lower removal efficiencies, regardless of the electron acceptor, indicating the difficulty of biodegradation of this compound under anaerobic conditions. The highest removal efficiencies were observed for toluene and xylenes, reaching up to 90% removal. These values take into account possible interferences of adsorption and volatilization. It was also noted that there should be a synergy between the different compounds that could have a strong effect on the removal efficiencies of BTEX. Comparing the three reactors, it was noted that there was significant improvement in the removal efficiency of the compounds in the presence of nitrate or sulfate. The methanogenic reactor showed high COD removal efficiencies higher than 80% on average for the phases with a high substrate concentration, producing biogas (mainly in the form of methane) not accumulating volatile fatty acids, and with enough alkalinity to buffer the medium at neutral pH. The phase that achieved the best results BTEX removal (about 94%) was the one that had a microaerobic system added to methanogenic reactor, with COD removal efficiencies exceeding 85%.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O presente estudo teve o objetivo de avaliar o uso de reatores biolÃgicos, sob condiÃÃes anaerÃbias e microaerÃbias, como opÃÃo de biorremediaÃÃo ex situ de Ãguas contaminadas com BTEX. Inicialmente, foi desenvolvido, otimizado e validado um mÃtodo analÃtico para a detecÃÃo e quantificaÃÃo de BTEX em Ãguas e efluentes, o qual consistia em extraÃÃo por headspace seguida de cromatografia gasosa com detecÃÃo por fotoionizaÃÃo. Posteriormente, foram conduzidos experimentos em fluxo contÃnuo em dois reatores anaerÃbios mesofÃlicos (27 ÂC) â um deles operado sob condiÃÃes metanogÃnicas e, em seguida, sob condiÃÃes microaerÃbias, e o outro, apenas sob condiÃÃes sulfetogÃnicas â a fim de verificar a melhor condiÃÃo operacional para a remoÃÃo de BTEX. Os reatores foram alimentados com Ãgua contaminada com BTEX (~3 mgÂL-1 de cada composto) e etanol (co-substrato), e, dependendo da condiÃÃo redox avaliada, investigou-se o efeito de diferentes parÃmetros operacionais, tais como tempo de detenÃÃo hidrÃulica (24, 36 e 48 h), recirculaÃÃo de efluente, concentraÃÃo de co-substrato, relaÃÃo DQO/SO4 2- e microaeraÃÃo, no desempenho de remoÃÃo de BTEX. AlÃm disso, o reator metanogÃnico sob condiÃÃes microaerÃbias foi submetido a simulaÃÃes de choques de carga e de ausÃncia desses compostos, e de falhas operacionais, como desligamento do sistema e desligamento da microaeraÃÃo, para verificaÃÃo de sua robustez. Sob condiÃÃes metanogÃnicas, dependendo do composto, as eficiÃncias de remoÃÃo variaram de 38 a 97%. PorÃm, o aumento da carga aplicada de BTEX, em consequÃncia da reduÃÃo do tempo de detenÃÃo hidrÃulica de 48 para 24 h, parece ter afetado negativamente o processo de remoÃÃo. Ainda sob condiÃÃes metanogÃnicas, tambÃm se verificou o efeito da recirculaÃÃo de efluente na remoÃÃo de BTEX para altas e baixas concentraÃÃes de co-substrato (etanol). Quando altas concentraÃÃes de etanol foram utilizadas, o impacto da recirculaÃÃo de efluente nÃo foi evidente, jà que, provavelmente, a elevada produÃÃo de biogÃs teria sido suficiente para garantir uma transferÃncia de massa efetiva. Sob condiÃÃes sulfetogÃnicas, a adiÃÃo de sulfato em diversas relaÃÃes DQO/SO4 2- nÃo alterou a remoÃÃo de BTEX, sugerindo que as bactÃrias redutoras de sulfato nÃo estariam diretamente relacionadas à ativaÃÃo inicial dos compostos aromÃticos. Sob condiÃÃes microaerÃbias, elevadas eficiÃncias de remoÃÃo de BTEX foram alcanÃadas (> 90%). à provÃvel que a adiÃÃo de baixas concentraÃÃes de oxigÃnio tenha facilitado a ativaÃÃo inicial dos compostos BTEX, a qual à considerada a etapa limitante do processo de degradaÃÃo anaerÃbia, principalmente para o benzeno. Ainda, constatou-se que a presenÃa de altas concentraÃÃes de etanol afetou negativamente a remoÃÃo de BTEX, notadamente para o benzeno, sob as diferentes condiÃÃes redox testadas, jà que à um substrato preferencialmente degradÃvel em relaÃÃo aos compostos aromÃticos. Finalmente, com relaÃÃo à robustez do reator metanogÃnico sob condiÃÃes microaerÃbias, o sistema conseguiu lidar com os choques de carga de BTEX embora choques consecutivos tenham aumentado seu tempo de recuperaÃÃo. O perÃodo de ausÃncia de BTEX parece ter prejudicado a microbiota do reator, pois a qualidade do efluente deteriorou-se consideravelmente apÃs reintroduÃÃo dos compostos. O desligamento da microaeraÃÃo impactou negativamente a remoÃÃo de BTEX, mas o sistema recuperou-se rapidamente apÃs restabelecimento das condiÃÃes microaerÃbias. / The present study aimed to evaluate the use of biological reactors under anaerobic and microaerobic conditions, as an option of ex situ bioremediation of BTEX-contaminated waters. Initially, an analytical method for BTEX detection and quantification in waters and wastewaters, which consisted of headspace extraction followed by gas chromatography with detection by photoionization, was developed, optimized and validated. Subsequently, continuous-flow experiments were conducted in two mesophilic (27 ÂC) anaerobic reactors â one of them operated under methanogenic conditions and, afterwards, under microaerobic conditions, and the other one only under sulfidogenic conditions â a in order to determine the best operational condition for BTEX removal. The reactors were fed with water contaminated with BTEX (~3 mgÂL-1 of each compound) and ethanol (co-substrate), and, depending on the redox condition evaluated, the effect of some operational parameters, such as hydraulic retention time (24, 36 and 48 h), effluent recirculation, co-substrate concentration, DQO/SO4 2- ratio and microaeration, was investigated in BTEX removal performance. Furthermore, the methanogenic reactor under microaerobic conditions was submitted to simulated situations of shock loading and absence of these compounds, and operational failures, such as system and microaeration shutdown to assess its robustness. Under methanogenic conditions, depending on the compound, removal efficiencies ranged from 38 to 97%. However, the increase of applied BTEX load, as a consequence of hydraulic detention time reduction from 48 to 24 h, seems to have adversely affected the removal process. Moreover, under methanogenic conditions, the effluent recirculation effect on BTEX removal was also assessed when high and low co-substrate (ethanol) concentrations were applied. For high ethanol concentrations, the impact of effluent recirculation was not evident since, probably, the high biogas production would have been sufficient to ensure effective mass transfer. Under sulfidogenic conditions, sulfate addition at different DQO/SO4 2- ratios did not change BTEX removal, which suggests sulfate-reducing bacteria would not be directly related to initial activation of aromatic compounds. Under microaerobic conditions, high BTEX removal efficiencies were achieved (> 90%). It is likely the addition of low oxygen concentrations has facilitated the initial activation of BTEX compounds, which is considered the limiting step of the anaerobic degradation process, mainly for benzene. Furthermore, the presence of high ethanol concentrations negatively affected BTEX removal, particularly for benzene, under the different redox conditions tested, since it is a preferentially degradable substrate when compared to the aromatic compounds. Finally, regarding the methanogenic reactor robustness under microaerobic conditions, the system could cope with BTEX load shocks although consecutive shocks have increased its recovery time. The period of BTEX absence seems to have negatively affected the reactor microbiota because the effluent quality deteriorated considerably after compounds reintroduction. The microaeration shutdown also negatively impacted the removal of BTEX, but the system recovered quickly after microaerobic conditions reestablishment.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Esta pesquisa avaliou o sistema microaerÃbio como estratÃgia simples de remoÃÃo de sulfeto de hidrogÃnio da fraÃÃo gasosa com vistas ao controle de odor e qualidade do biogÃs em estaÃÃes de tratamento de esgotos (ETE). Adicionalmente, foi avaliado o impacto da microaeraÃÃo na estabilidade operacional do sistema anaerÃbio, alÃm de um estudo comparativo entre a tecnologia microaerÃbia e absorÃÃo quÃmica (NaOH) na remoÃÃo de H2S presente no biogÃs. Os experimentos foram conduzidos em fluxo contÃnuo em dois reatores mesofÃlicos (28ÂC) construÃdos em acrÃlico e alimentados com Ãgua residuÃria sintÃtica. O experimento foi dividido em quatro fases de operaÃÃo, para ambos os reatores, de modo que as duas primeiras fases foram para a estabilizaÃÃo dos reatores. Na fase III foi introduzido sulfato de sÃdio, em uma relaÃÃo DQO/SO42- de aproximadamente 7. Por fim, na fase IV foram adicionados aos reatores os sistemas de remoÃÃo de H2S, ou seja, o reator 1 (R1) foi operado em condiÃÃes estritamente anaerÃbias com lavagem cÃustica do biogÃs, enquanto que o reator 2 (R2) foi modificado para operar em condiÃÃes microaerÃbias a partir da injeÃÃo de 0,2 mL.min-1 de ar atmosfÃrico em seu headspace. Foram realizadas anÃlises fÃsico-quÃmicas no afluente e efluente dos reatores, como DQO, pH, alcalinidade, sulfato, sulfeto dissolvido e feita a caracterizaÃÃo do biogÃs em termos de N2, O2, CH4, CO2, H2S, NH3. Foi observado nas fases III e IV que ambos os reatores apresentaram boa estabilidade em termos de remoÃÃo de DQO (>80%) e remoÃÃo de sulfato (>90%). Durante o processo microaerÃbio o oxigÃnio adicionado nÃo modificou a remoÃÃo da matÃria orgÃnica. Em relaÃÃo à qualidade do biogÃs, observou-se que o conteÃdo de metano no sistema provido de microaeraÃÃo foi reduzido de 76% (Fase III) para 52% (Fase IV), devido à diluiÃÃo com o nitrogÃnio presente no ar atmosfÃrico. Entretanto, ao retirar a interferÃncia do N2 foram obtidas concentraÃÃes prÃximas ao da fase totalmente anaerÃbia (Fase III), indicando, portanto, que as arquÃias produtoras de metano nÃo foram afetadas significativamente pelo oxigÃnio introduzido. Em relaÃÃo à remoÃÃo de sulfeto, o processo microaerÃbio foi efetivo na reduÃÃo tanto na fase lÃquida como na gasosa, com remoÃÃo mÃdia de 42% e 94%, respectivamente. O processo de lavagem do biogÃs aplicado no R1 promoveu remoÃÃo de 100% do H2S do biogÃs bem como 100% de CO2 e NH3. Dessa forma, tanto o processo microaerÃbio como a lavagem foram eficientes na remoÃÃo do H2S e podem ser empregados no controle de odor em ETE. O estudo econÃmico preliminar das duas tecnologias (microaerÃbio e lavagem cÃustica) mostra que apesar do investimento inicial necessÃrio para a instalaÃÃo do processo microaerÃbio e os custos de eletricidade para aeraÃÃo contÃnua dos reatores, os custos operacionais com a aquisiÃÃo do reagente quÃmico no processo de lavagem superam os custos totais ao longo do tempo. Por fim, espera-se que o sistema microaerÃbio seja mais vantajoso do que a lavagem quÃmica tanto sob o ponto de vista econÃmico em uma anÃlise mais detalhada quanto na anÃlise de ciclo de vida, mas que novos estudos devam ser conduzidos para comprovar tais hipÃteses. / This research work evaluated the feasibility of the micro-aerobic process to remove sulfide from biogas in order to control biogas quality and odors in wastewater treatment plants (WWTP). Moreover, the impact of micro-aeration over the anaerobic system stability was evaluated, and a comparison of the micro-aerobic biotechnology with a chemical absorption process (NaOH) for sulfide removal from biogas was performed. The experiments were performed in a continuous mode in two acrylic-constructed mesophilic (28 C) bioreactors fed with synthetic wastewater. The experiment consisted into four operation phases for both reactors, being the two first phases used for the stabilization of the systems. During the operation phase III, sodium sulfate was introduced into the reactors at a COD/SO42- ratio of ~7. At the operation phase IV, the hydrogen sulfide removal systems were applied into the reactors, i.e. the reactor 1 (R1) was operated under strictly anaerobic conditions with a biogas caustic scrubbing, and the reactor 2 (R2) was operated at micro-aerobic conditions by using a 0,2 mL.min-1 atmospheric air injection into the headspace of the system. Physical-chemical analyses, such as COD, pH, alkalinity, sulfate, dissolved sulfide was performed, and biogas was characterized in terms of N2, O2, CH4, CO2, H2S, NH3. During the operation phases III and IV, both rectors showed a good stability in terms of COD removal (>80%) and sulfate removal (>90%). During the micro-aerobic process, the introduced oxygen did not affect organic matter removal. Regarding biogas quality, content of methane in the micro-aerobic system decreased to a value of 76% (phase III) and 52% (phase IV), due to the dilution with the nitrogen present in air. Meanwhile, when nitrogen interference was removed, similar concentrations to the anaerobic phase (phase III) were obtained, suggesting that methanogenic archaea was not significantly affected by the introduced oxygen. Regarding to sulfide removal, the micro-aerobic process was effective, both removing sulfide from the liquid and the gaseous phases, showing an average removal of 42% e 94%, respectively. The biogas cleaning process applied to R1 showed a 100% sulfide removal from biogas and 100% removal of CO2 and NH3. In this way, both, the micro-aerobic and the scrubbing processes were efficient for sulfide removal and can be used for odor control in WWTP. The preliminary economical study considering two technologies (micro-aerobic and the scrubbing) showed that even taking into account the initial investment for the aeration and the electricity costs for the continuous aeration, the operational costs with the chemical acquisition for the scrubbing process are much higher. Likely, the micro-aerobic process will be more advantageous than the scrubbing process after a detailed economic analysis or a life cycle assessment, however, it is necessary to perform more research in order to confirm these hypotheses.