Orientador: Prof. Dr. Dácio Roberto Matheus / Coorientadora. Profª. Drª. Neusa Serra / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2018. / No Brasil, menos de 0,5% da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) é reciclada. O primeiro capítulo revisa sistematicamente estudos que comparam o ciclo de vida da FORSU quando destinada para a compostagem e a digestão anaeróbia. A revisão aponta lacunas metodológicas na análise do ciclo de vida (ACV) dos subsistemas energético e agrícola e a ausência de discussão sobre a FORSU em ambientes tropicais. No subsistema energético não se tem atentado para a dinâmica de geração e regulação de energia ao avaliar as substituições de diferentes matrizes. A redução das emissões de uso no solo dos fertilizantes substituídos é a principal lacuna do subsistema agrícola, que tem se limitado a análise do estoque de carbono e da redução da produção de fertilizantes. O segundo capítulo analisa o ciclo de vida da FORSU considerando as condições de ambiente tropical. Para tanto, cenários de manejo e gestão foram construídos para compostagem (doméstica e centralizada) e digestão anaeróbia (geração elétrica e biometano), a partir das características de gestão dos RSU e climáticas da Região Metropolitana de São Paulo, considerando as lacunas de análise identificadas no capítulo primeiro. Os cenários resultaram em potencial de aquecimento global de 220,0 a -480,7 kg CO2eq, acidificação de 1,7 a -4,3 kg SO2eq e eutrofização de 0,6 a -4,6 PO43-eq por tonelada destinada a compostagem e 215,6 a -510,2 kg CO2eq, 3,3 a -24,7 kg SO2eq e 0,3 a 3,0 PO43-eq para digestão anaeróbia. Os principais ganhos estão na substituição de ureia e estoque de carbono no solo para compostagem e substituição de carvão na produção elétrica para digestão anaeróbia. No cenário realista de gestão, 3,57 a 3,93 milhões de toneladas de CO2eq ao ano são reduzidas se comparado ao aterramento. Os potenciais de acidificação e eutrofização podem ser reduzidos com a redução no uso de ureia visto que, mesmo na maior metrópole da América Latina, cerca de 70% do composto produzido pode ser aplicado na RMSP e o restante aplicado a menos de 100 km. A integração do setor de resíduos com outros setores, como agrícola e energético ainda é um desafio para a gestão de RSU. Todavia, nesta integração se encontra a maior parcela de ganhos ambientais da destinação da FORSU para compostagem ou digestão anaeróbia. / Less than 0.5% of organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) is recycled in Brazil. First chapter systematically reviews studies comparing composting and anaerobic digestion of OFMSW in life cycle approaches. The review points out some methodological gaps in life cycle assessment of energetic and agricultural subsystems and absence of discussion about OFMSW in tropical environments. In energetic subsystem, studies have not observed power generation and regulation dynamics for choosing energy source substitution. The absence of reduction of emissions due to use on land of substituted fertilizers is the main gap in agricultural subsystem, limited to carbon storage and reduction in production of fertilizers. Second chapter assesses the life cycle of OFMSW considering tropical conditions. Therefore, technical and management scenarios were developed for composting (domestic and industrial) and anaerobic digestion (power generation and biomethane) based on climatic and management context of São Paulo's Metropolitan Region, considering the identified gaps in first chapter. The scenarios resulted in potentials of global warming 220,0 to 480,7 kg CO2eq, acidification 1,7 a -4,3 kg SO2eq and eutrophication 0,6 a -4,6 PO43eq per ton treated by composting and 215,6 a -510,2 kg CO2eq, 3,3 a -24,7 kg SO2eq e 0,3 a -3,0 PO43-eq by anaerobic digestion. The main benefits are substitution of urea and carbon storage in soil for composting and substitution of power from coal for anaerobic digestion. For a realistic management scenario 3.57 to 3.93 million tons CO2eq by year might be saved compared to landfilling. Acidification and eutrophication potentials might be reduced with urea use on land diminishment, as even in largest metropolis of Latin American, more than 70% can be applied in agriculture inside metropolis area and the rest transported to less than 100 km. Waste management sector integration with other sectors, as agriculture and energy still poses a challenge to MSW management in Brazil. Although, in this integration we found the greatest environmental benefits of composting and anaerobic digestion of OFMSW.

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T11:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kameyama_Oswaldo_M.pdf: 626173 bytes, checksum: 1cfd056a7e5131b99d1cf82e690e6e65 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Têm-se identificado deficiência de vitaminas em estações de tratamento biológico de efluentes, em especial do ácido fólico, que age como micronutriente para certas bactérias e estimulando seu crescimento. Este trabalho avaliou o efeito de diferentes concentrações de ácido fólico sobre o lodo em condições fisiológicas normais e em respiração endógena. O sistema foi conduzido em batelada a 25ºC±2ºC, vazão de ar de 0,5 L/min e utilizando água residuária sintética, sendo acompanhado a DQO, pH e Sólidos Totais, Sólidos Totais Fixos, Sólidos Totais Voláteis e visualização em microscópio ótico. Os resultados foram comparados ao controle. Os resultados demonstraram que concentrações de 4,0 e 8,0 mg/L de ácido fólico produzem melhora na microfauna do sistema de lodos ativados, sendo que a concentração de 8,0 mg/L ainda foi capaz de aumentar a velocidade de remoção de DQO nas condições fisiológicas normais do lodo e após a respiração endógena. A concentração de 4,0 mg/L apresentou, estatisticamente, resultado semelhante à concentração de 8,0 mg/L para a condição inicial do lodo em respiração endógena, melhorando a velocidade de remoção de DQO. Quanto ao pH e a remoção de DQO não houve alterações provocadas pela adição do ácido fólico, como era esperado / Abstract: They are deficiency of vitamins in sludge of biological wastewater treatment, especially the folic acid, that acts as micronutrient for certain bacteria and stimulating its growth. This work evaluated the effect of different concentrations of folic acid on the sludge in normal physiologic conditions and in endogenous respiration. The system was carried out batch reactor at 25ºC±2ºC, air flow of 0,5 L/min and using synthetic wastewater, being accompanied COD, pH and Total Solids, Fixed Total Solids, Volatile Total Solids and visualization in optic microscope. The results were compared to the control. The results demonstrated that the concentrations of 4,0 and 8.0 mg/L of folic acid produce improvement in the microfauna of the system of activated sludge, and the concentration of 8,0 mg/L was still capable to increase the speed of removal of COD in the normal physiologic conditions of the sludge and in the endogenous respiration. The concentration of 4,0 mg/L presented similar statistical result to the concentration of 8,0 mg/L for the initial condition of the endogenous respiration sludge, improving the speed COD removal. The pH and the COD removal did not have alterations provoked by the addition of the folic acid / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Quatro bubalinos e quatro bovinos adultos com fístulas ruminais foram utilizados com o objetivo de se estudar os efeitos de diferentes níveis de fibra em detergente neutro na dieta sobre as características de fermentação e digestão ruminal. Foram avaliadas os seguintes parâmetros: degradabilidades da matéria seca, proteína bruta, fibra em detergente neutro do feno de Coast-cross e do farelo de trigo; matéria seca e, proteína bruta do milho em grãos moídos e do farelo de soja; digestibilidade com marcador (Cr2O3); concentração de amônia, produção de ácidos graxos voláteis (acético, propiônico e butírico) e pH do líquido ruminal. Os animais foram delineados em dois Quadrados Latinos (4x4) com arranjo fatorial 4x2 sendo quatro níveis crescentes de FDN na MS (54, 60, 66 e 72%) e duas espécies (bubalinos e bovinos). Cada subperíodo compreendeu 29 dias, sendo 13 de adaptação. Observou-se um efeito significativo (P<0,01) da espécie sobre o pH ruminal, onde os bubalinos apresentaram valor médio (6,78) mais elevado que os bovinos (6,58). Houve efeito da interação tempo x espécie, na concentração de amônia do líquido ruminal somente após 2 horas da alimentação da manhã, onde os bubalinos obtiveram média de 31,76 mg% e os bovinos de 27,74 mg%. Os bubalinos mostraram valores de concentração média de ácidos graxos voláteis, ácido acético e ácido butírico (69,94 mM, 51,31 mM e 6,12 mM) menor (P<0,05) que a dos bovinos (77,96 mM, 56,72 mM e 8,01 mM). Não houve diferença significativa (P>0,05) na concentração de ácido propiônico e na relação acético:propiônico, não sofrendo influência de nenhum dos parâmetros principais analisados. Os bubalinos apresentaram maior desaparecimento ruminal da MS e FDN do feno de Coast-cross e da MS e PB do farelo de soja do que os bovinos, na maioria dos tempos de incubação. O desaparecimento ruminal da PB do feno de Coast-cross foi maior para os bubalinos somente nas últimas horas de incubação. Por outro lado, o desaparecimento ruminal da FDN do farelo de trigo foi mais elevado para os bovinos, somente nas primeiras horas. Para o coeficiente de digestibilidade da MS, houve interação de espécies com níveis de FDN. O coeficiente de digestibilidade da FDN foi influenciada pelos níveis de FDN e para o coeficiente de digestibilidade da PB, não foram notados efeitos de espécies ou níveis de FDN. / Four buffaloes and four cattle rumen fistulated, were used to study the effects of different levels of neutral detergent fiber in the diet on the rumen fermentation and digestion. In situ degradability assay was make of dry matter (DM), crude protein (CP), neutral detergent fiber (NDF) of the Coast-Cross hay (Cynodon dactylon) and the concentrate mixture; digestibility with marker (Cr2O3); ammonia concentration, production of volatile fatty acids (acetic, propionic and butyric) and pH in the ruminal liquid. The animals were designed in two Latin Square experiment (4x4). Treatments were applied in factorial 4 x 2 with four rations with increasing levels of NDF (54, 60, 66 and 72%) and two animal species (buffaloes and cattle). Twenty-nine days subperiods were used, the first thirteen for diet's adaptation. A significant effect was observed (P<0,01) in the species on the ruminal pH, with average of 6.78 in buffaloes and of 6.58 in cattle. There was effect of the interaction time x species, in the rumen ammonia concentration only at 2 hours after feeding with buffaloes having mean of 31.76 mg% and cattle 27.74 mg%. Buffaloes had lower (P<0,05) concentration of volatile fatty acids, acid acetic and acid butyric (69.94 mM, 51.31 mM and 6.12 mM) than cattle (77.96 mM, 56.72 mM and 8.01 mM). There was no significant difference (P>0,05) acid propionic concentration and acetic:propionic relation. The buffaloes showed higher ruminal disappearance of DM and NDF of the Coast-cross hay and DM and CP of the soybean meal than the cattle, in most of the times of incubation. The ruminal disappearance of CP of Coast-cross hay went higher for the buffaloes only in the last hours of incubation. On the other hand, the ruminal disappearance of NDF of wheat bran went higher for the cattle only in the first hours. There was interaction of species with levels of NDF for digestibility coefficient of the DM. The digestibility coefficient of NDF was only influenced by the levels of NDF. The digestibility coefficient of CP wasn't noticed effects of species or levels of NDF.

Esse trabalho avaliou três diferentes procedimentos de preparo de amostra para determinação de Na, K, Ca, Mg, P e S em biodiesel por ICP OES. O primeiro procedimento avaliado foi uma modificação daquele proposto pela ANP para o controle da qualidade do biodiesel, onde a amostra foi introduzida diretamente no equipamento com e sem diluição em solvente orgânico (querosene ou xilol). Essa forma de preparo, apesar de ser bastante simples, apresentou interferências físicas graves que só puderam ser corrigidas com o uso de vaselina líquida nas soluções de calibração do equipamento para igualar a viscosidade às amostras e com o uso do carbono como padrão interno. O segundo método estudado baseou-se na introdução de biodiesel na forma de emulsão. Para esse caso, preparou-se emulsões contendo 500 mg de biodiesel, 1% m v-1 de Triton X-100 como agente emulsificante e 10% v v-1 de ácido nítrico, misturados com água ultra-pura até o volume final de 10 mL. Esse método de preparo foi bastante simples e eliminou as grandes dificuldades de se trabalhar com solução orgânica no plasma. No entanto, o agente emulsificante apresentou elevadas concentrações de alguns dos analitos, aumentando o sinal dos brancos, além de gerar resultados com altos desvios padrões. O terceiro método foi a digestão das amostras usando aquecimento assistido por micro-ondas. Esse método eliminou quase que completamente a matriz orgânica, gerando os menores limites de detecção e tornou a introdução da amostra no equipamento mais fácil. Contudo, o tempo de preparo da amostra para o método da digestão, assim como os custos associados a este método, foram os maiores obtidos em relação aos outros. Outro ponto negativo foi e elevado fator de diluição desse método que dificultou a detecção dos analitos. Testes de adição e recuperação de analitos foram realizados nos três métodos e os resultados obtidos nos três casos ficaram dentro da faixa considerada satisfatória de 80 a 120% de recuperação. Ao final do desenvolvimento, 7 amostras foram analisadas pelos três métodos e seus resultados comparados. Em certos casos, a comparação foi dificultada pelo grande número de resultados abaixo dos limites de detecção. No entanto, pôde-se observar que, com exceção do S, os resultados obtidos pelos diferentes métodos não apresentaram boa concordância entre si. Entretanto, devido à falta de material certificado, não se pode avaliar qual método seria o mais exato. Todavia, considerando-se o preparo mais simples e com a menor taxa de diluição, a análise de biodiesel puro (100%), com o uso do carbono como padrão interno foi considerado o método com resultados mais confiáveis. / The present work has evaluated three different sample preparation methods for determination of Na, K, Ca, Mg, P and S in Biodiesel by ICP OES. The first one was similar to the method required by ANP for Biodiesel quality control, based on the introduction of organic samples into the ICP. In this case, the samples were analyzed with and without dilution in organic solvents (kerosene or xylol). Even though this sample preparation procedure has shown to be very simple, the physical interferences observed were severe and required the use of two different strategies to be overcome: addition of high viscosity oil (vaseline) to the calibration solutions and carbon as internal standard. The second method was based on the introduction of Biodiesel emulsion into the ICP. These emulsions were prepared by the addition of 500 mg of sample, 1% w v-1 Triton X-100 as emulsifying agent and 10% v v-1 of nitric acid in ultrapure water up to 10 mL of final volume. Although this simple sample preparation method has eliminated the challenges associated with the use of organic solvents, the blank solution presented a high concentration of some analytes, due to the contamination by the emulsifying agent and this method generated results with high blank signal and standard deviation. The third method was based on microwave assisted digestion of Biodiesel samples. This method was the only one capable of eliminating the organic matrix and all the challenges associated with it, which made the sample introduction easier and improved the method detection limits. Nevertheless, the time consumed in this sample preparation was higher than in the other cases, as also were the associated costs of analysis. The dilution factor was also very high, making difficult the detection of the analytes. The spike recoveries obtained for each method were in the range of 80 to 120%, which were considered satisfactory. Seven different samples were analyzed by each method, but the comparison of the results was difficult because many results were lower than the detection limits. Even though, it was possible to conclude that the concentrations obtained in each method were very different for all elements, excluding S. Without a certified reference material, it was not possible to point out which results were more exact, but considering the simpler sample preparation procedure, with the lower dilution factor, we concluded that the direct analysis of Biodiesel 100%, using carbon as an internal standard was the method that presented more reliable results

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-06-04T14:55:24Z No. of bitstreams: 2 Leandro Fleck.pdf: 1468286 bytes, checksum: 89cca0c76a9f2e0200eb49ec5186fb83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T14:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Leandro Fleck.pdf: 1468286 bytes, checksum: 89cca0c76a9f2e0200eb49ec5186fb83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / As a direct consequence of industrial development, the generation of organic waste exceeds the levels of the natural capacity for biological degradation. In the field of food production, the cassava starch stands out, because the wastewater coming from the processing of cassava, when not properly treated, results in a deterioration of the ecological balance. The present study aimed to optimize the main operating conditions that directly influence the efficiency of the processes of anaerobic biodigestion, nitrification and denitrification of the wastewater coming from cassava processing. For the anaerobic biodigestion process, an anaerobic reactor of 20 L, operating in a batch system was used. The effects of temperature and total volatile solids from the inoculum (TVSi) on the removal of chemical oxygen demand (COD) and total volatile solids of the reactor (TVSr) were evaluated using a Central Composite Rotational Design (CCRD), being the variables responses simultaneously evaluated by the desirability function. The effluent from the anaerobic biodigestion process was used as affluent for the nitrification of the wastewater. In this stage, an aerated reactor was used, with a useful volume of 4 L and aeration control by rotameter. The air flow and cycle time parameters were controlled, and their effects on the removal of ammoniacal nitrogen and conversion to nitrate were evaluated using a CCRD. The wastewater previously treated under anaerobic and aerobic optimized conditions was used as affluent for the denitrification process, performed under anoxic conditions in a reactor with a useful volume of 2 L, operating in a batch system. The temperature and COD:N ratio were monitored, and their effects on nitrite and nitrate removal were evaluated using a CCRD, with ethanol as the external carbon source. Simultaneous optimization of the response variables were performed using the desirability function technique. For the anaerobic treatment of wastewater, the highest COD removal (96.82%) occurred at 42 °C and 12.0% TVSi. The highest TVSr removal (69.31%) was recorded at 45 °C and 10.0% TVSi. The representative equations of the process are statistically significant at a confidence interval of the 90%. Based on the desirability function, it is observed that the optimum operating condition for the anaerobic reactor is 39.7 °C and 10.8% TVSi. The COD and TVSr removal efficiencies estimated under these operating conditions were 90.45 and 63.12%, respectively. In aerobic conditions, the highest ammoniacal nitrogen removal, of 96.62%, occurred under 24 hours conditions and 0.15 L min-1 Lreactor-1, and the lowest removal, of 24.48%, occurred under conditions of 7,08 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1. The highest conversion to nitrate, of 24.81%, occurred under conditions of 40.92 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1, and the lowest conversion, of 11.65%, occurred under the conditions 7.08 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1. The optimum operating values of the aerated reactor, obtained by the desirability function, are 29.25 hours and 0.22 L min-1 Lreactor-1. The efficiencies of ammoniacal nitrogen removal and conversion to nitrate estimated under these operating conditions were 94.66 and 23.49%, respectively. In anoxic conditions, the highest removals of nitrite and nitrate, 97.38 and 98.70%, occurred under the conditions of 22.50 °C and COD:N ratios of 5.00 and 8.00, respectively. The mathematical models representative of the process are statistically significant for the removal of nitrite and nitrate. The optimum values of temperature and COD:N ratio which result in higher efficiencies of nitrite and nitrate removals, simultaneously, are 24.32 ° C and 5.81, respectively. The nitrite and nitrate removal efficiencies estimated under these operating conditions were 97.46 and 98.70%, respectively. The optimization of the biological treatment of the starch wastewater, considering the interdependence between the steps, proved to be feasible and with satisfactory removal of the different constituents of interest for the process. / Como consequência direta do desenvolvimento industrial, a geração de resíduos orgânicos supera os níveis da capacidade natural de degradação biológica. No âmbito da produção de alimentos, as fecularias de mandioca se destacam, pois a água residuária proveniente do processamento da mandioca, quando não adequadamente tratada, resulta na deterioração do equilíbrio ecológico. O presente estudo teve como objetivo otimizar as principais condições operacionais que influenciam na eficiência dos processos de biodigestão anaeróbia, nitrificação e desnitrificação da água residuária proveniente do processamento da mandioca. Para o processo de biodigestão anaeróbia utilizou-se um reator de 20 L, operando em sistema de batelada. Foram avaliados os efeitos da temperatura e dos sólidos totais voláteis do inóculo (STVi) sobre a remoção da demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos totais voláteis do reator (STVr), utilizando um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), sendo as variáveis respostas avaliadas simultaneamente pela função de desejabilidade. O efluente proveniente do processo de biodigestão anaeróbia foi utilizado como afluente para a nitrificação da água residuária. Nesta etapa utilizou-se um reator aerado, com volume útil de 4 L e controle de aeração por rotâmetro. Foram controlados os parâmetros fluxo de ar e tempo de ciclo, avaliando-se seus efeitos sobre a remoção de nitrogênio amoniacal e a conversão a nitrato, utilizando-se um DCCR. A água residuária previamente tratada em condições anaeróbias e aeróbias otimizadas foi utilizada como afluente para o processo de desnitrificação, realizado em condições anóxicas em um reator com volume útil de 2 L, operando em sistema de batelada. Foram controlados os parâmetros temperatura e relação DQO:N, sendo seus efeitos sobre a remoção de nitrito e nitrato avaliados utilizando-se um DCCR, com etanol como fonte externa de carbono. A otimização simultânea das variáveis-respostas foi realizada utilizando a técnica da função de desejabilidade. Para o tratamento anaeróbio da água residuária a remoção mais elevada de DQO (96,82%) ocorreu a 42 °C e 12,0% de STVi. A maior remoção de STVr (69,31%) foi registrada a 45 °C e 10,0% de STVi. As equações representativas do processo são estatisticamente significativas a um intervalo de confiança de 90%. Com base na função de desejabilidade, observa-se que a condição operacional ótima para o reator anaeróbio é de 39,7 °C e 10,8% de STVi. As eficiências de remoção de DQO e STVr estimadas nestas condições operacionais foram de 90,45 e 63,12%, respectivamente. Em condições aeróbias, a maior remoção de nitrogênio amoniacal, de 96,62%, ocorreu nas condições de 24 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1, e a menor remoção, de 24,48%, ocorreu nas condições 7,08 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1. A maior conversão a nitrato, de 24,81%, ocorreu nas condições de 40,92 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1, e a menor conversão, de 11,65%, ocorreu nas condições 7,08 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1. Os valores ótimos de operação do reator aerado, obtidos pela função de desejabilidade, são de 29,25 horas e 0,22 L min-1 Lreator-1. As eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e conversão a nitrato estimadas nestas condições operacionais foram de 94,66 e 23,49%, respectivamente. Em condições anóxicas as maiores remoções de nitrito e nitrato, de 97,38 e 98,70%, ocorreram nas condições de 22,50 °C e relações DQO:N de 5,00 e 8,00, respectivamente. Os modelos matemáticos representativos do processo são estatisticamente significativos para remoção de nitrito e nitrato. Os valores ótimos de temperatura e relação DQO:N que resultam em maiores eficiências de remoções de nitrito e nitrato, simultaneamente, são de 24,32 °C e 5,81, respectivamente. As eficiências de remoção de nitrito e nitrato estimadas nestas condições operacionais foram de 97,46 e 98,70%, respectivamente. A otimização do tratamento biológico do efluente de fecularia, considerando a interdependência entre as etapas, mostrou-se viável e com remoção satisfatória dos diferentes constituintes de interesse para o processo.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-09-06T14:03:20Z No. of bitstreams: 2 Angelo_Mari2018.pdf: 2243304 bytes, checksum: 694a2b64869c2cc929922f0f08581cd4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-06T14:03:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Angelo_Mari2018.pdf: 2243304 bytes, checksum: 694a2b64869c2cc929922f0f08581cd4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cassava starch industries have produced wastewater, which is their main environmental problem. Therefore, two-phase anaerobic digestion systems represent a newsworthy treatment alternative due to their efficiency in organic load removal and biogas production capacity. Thus, this study aimed at evaluating methane production from cassava starch wastewater in a sequential batch biofilm reactor (AnSBBR) as part of a two-phase system. The evaluation was composed of two main parts: i) analysis of a methanogenic reactor performance according to the increasing organic loads; and ii) the economic availability analysis regarding the reactor scaling-up for industrial scale. In the first part of this study, some previously acidified cassava starch wastewater was used to feed a methanogenic AnSBBR reactor on laboratory scale. The reactor has been submitted to increasing applied organic volumetric loads from 3.7 to 12.0 g COD.L-1.d-1, which were established by variation between affluent concentration and cycle time of a sequential batch reactor. The affluent concentration ranged from 2.8; 4.1 and 6.0 g COD-L-1, in sequential batches with cycle time of 6, 8 and 12 hours. The reactor was carried out at 30±1oC; it was stirred by a liquid phase recirculation and has been filled with support medium composed of polyurethane foam. The results of this first stage have shown that there was an increase in the organic loading rate (OLR) due to an increase on the affluent concentration and, mainly, a decrease on the cycle time duration showed an affect on the reactor performance. Methane productivity increased due to the increase in OLR and has reached 2.7 L CH4 L-1d-1 at OLR 12.0 g COD-L-1.d-1. COD removal has also been affected by OLR increase and ranged from 94 to 60%. And, the lowest values of COD removal were ascribed to the shortest cycle times. All the experimental conditions were constant. In the second part of this study, a two-phase anaerobic digestion system was designed on an industrial scale, based on the results previously obtained. Finally, an economic feasibility analysis was developed to settle down this project, which considered a twenty-year useful life term. The results of the second phase evinced that the simple payback was 8.4 years and the discounted payback was 15.9 years. Thus, it was recorded that this project can bring forth a profit similar to the net present value (R$ 1.9 million) at the end of the project lifetime, while internal rate of return was calculated in 11.1%. These results indicated that the two-stage system is economically viable to produce methane from starch wastewater. / As indústrias de produção de fécula de mandioca têm nas águas residuárias seu principal passivo ambiental, e o sistema de digestão anaeróbia em duas fases representa uma alternativa relevante de tratamento, devido à eficiência em remover a carga orgânica e a capacidade de produção de biogás. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar a produção de metano a partir de água residuária de fecularia em um reator em batelada sequencial com biomassa imobilizada (AnSBBR) como parte de um sistema em duas fases. A avaliação desenvolvida foi composta por duas partes principais: i) análise do desempenho do reator metanogênico em função de cargas orgânicas crescentes; ii) análise de viabilidade econômica da ampliação do reator para a escala industrial. Na primeira parte do estudo, utilizou-se água residuária de fecularia previamente acidificada para abastecer um reator AnSBBR metanogênico em escala de laboratório. O reator foi submetido a cargas orgânicas volumétricas aplicadas (COVa) de 3,7 a 12,0 g DQO L-1d-1, estabelecidas pela variação entre a concentração do afluente e o tempo de ciclo do reator em batelada sequencial. As faixas de concentração testadas foram de 2,8; 4,1 e 6,0 g DQO.L-1, em bateladas sequenciais com tempos de ciclo de 6, 8 e 12 horas. O reator foi operado na temperatura de 30±1 oC, e contou com agitação por recirculação da fase líquida e meio suporte composto por espuma de poliuretano. Os resultados da primeira etapa demonstraram que o aumento da carga orgânica volumétrica pelo incremento da concentração do afluente e, principalmente, pela redução do tempo de ciclo, influenciou no desempenho do reator. A produtividade de metano aumentou com o acréscimo da COVa e atingiu 2,7 LCH4 L-1d-1 na COVa de 12,0 g DQO L-1d-1. A remoção de DQO também foi afetada pelo aumento da COVa, tendo variado de 94 e 60%, logo, os menores valores de remoção de DQO são atribuídos aos menores tempos de ciclo. Todas as condições experimentais se mostraram estáveis. Na segunda parte do estudo, dimensionou-se um sistema de digestão anaeróbia em duas fases em escala industrial, a partir dos resultados obtidos anteriormente. Por fim, foi desenvolvida uma análise de viabilidade econômica da implantação do projeto, que considerou um período de vida útil de vinte anos. Os resultados da segunda etapa demonstraram que o payback simples foi de 8,4 anos e o payback descontado de 15,9 anos. Ao final do tempo de vida útil, o projeto gerou lucro igual ao valor presente líquido de R$ 1,89 milhão e a taxa interna de retorno foi de 11,1%. Os resultados indicaram que o sistema em duas fases para a produção de metano a partir de água residuária de fecularia é economicamente viável.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-09-10T17:43:56Z No. of bitstreams: 2 Santiago_Pereira Neto2018.pdf: 1174069 bytes, checksum: 82494df7c5196d52518cc45a8c47da33 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T17:43:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Santiago_Pereira Neto2018.pdf: 1174069 bytes, checksum: 82494df7c5196d52518cc45a8c47da33 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this study, the influence of the load progression was evaluated, using poultry litter in reactors that had already been operating with swine waste, in relation to physical-chemical and operational parameters. In order to evaluate the solids content of the chicken litter, CSTR reactors were used with a useful volume of 12 L, the control reactor (R1) with only swine manure and the reactor for co-digestion swine and poultry litter (R2). It was possible to notice that the increase in methane productivity was up to 56% in the VOCs of 2.1 and 3.0 kgSV.m-3.d-1 based on the volatile solids (SV) of the chicken bed added. Average methane yield at R2 reached 0.54 LN CH4. Loor-1. d-1 for VOCs of 3.0 and 4.5 kgSV.m-3d-1. The values of AI/P and short-chain organic acids changed from 3.6-3 and 4.5 kgSV.m-3.d-1 (values close to 0.1 to 0.4), but the pH of the system remained stable due to the alkalinity of the swine manure. The total solids content (ST) at which the reactor was operated was 11.7% (m.v-1), during which time a large quantity of foam was formed in the system, which led to operational problems due to the reactor’s overload. In view of the limitation of many reactors operating with higher solids contents, CSTR is an important option for anaerobic co-digestion of a poultry litter and swine manure, two residues of relevant agroindustrial chains in Brazil and in the world. / Nesse estudo foi avaliada a influência da progressão de carga, utilizando cama de frango em reatores que já operam com dejeto suíno, em relação a parâmetros físico-químicos e operacionais. Tendo em vista o teor de sólidos da cama de frango, utilizaram-se reatores do modelo CSTR com volume útil de 12 L, o reator controle (R1) somente com dejeto suíno e o reator para codigestão dejeto suíno e cama de frango (R2). Foi possível notar que o incremento na produtividade de metano foi de até 56% nas COVs de 2,1 e 3,0 kgSV.m-3.d-1 com base nos sólidos voláteis (SV) da cama de frango adicionados. A produtividade média de metano em R2 alcançou 0,54 LN CH4.Lreator-1. d-1 para as COVs de 3,0 e 4,5 kgSV.m-3.d-1. Os valores de AI/P e ácidos orgânicos de cadeia curta sofreram alterações a partir da carga 3,6 3,0 e 4,5 kgSV.m-3.d-1 (de valores próximo a 0,1 para 0,4), mas o pH do sistema se manteve estável devido à alcalinidade do dejeto de suíno. O teor de sólidos totais (ST) limite em que o reator foi operado foi de 11,7% (m.v-1). Nesse período houve formação de grande quantidade de escuma no sistema, o que levou a problemas operacionais devido à sobrecarga do reator. Tendo em vista a limitação de muitos reatores em operar com teores de sólidos maiores, o CSTR é uma opção importante para a codigestão anaeróbia da cama de frango e dejeto de suíno, dois resíduos de cadeias agroindustriais relevantes no Brasil e no mundo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline_Monique_Tietz_Soares.pdf: 2157190 bytes, checksum: 32d21cdfdc58d09a662671da5cc6fa2f (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The anaerobic digestion process has been applied for the treatment of effluents both in developed countries as well as underdeveloped countries. Amongst the most predominant factors that affect the efficiency of this process is the temperature, considering the microorganisms development and the biogas production constitutes the temperature biodigester operational function. This study aimed at verifying the influence of temperature variation in the production of biogas from dairy cattle manure, in a Bioköhler biodigester covered with greenhouse plastic film. The experiment was performed in a 20 m3 biodigester located in the Antonio Carlos dos Santos Pessoa Experimental Station belonging to UNIOESTE Marechal Cândido Rondon Campus, during the period between 08/03/2014 to 02/07/2015. Data from the internal biodigester temperature and the greenhouse was obtained in conjunction with the external biodigester temperature, affluent and effluent density, total solid values, fixed and volatile, biogas volume produced and the concentration of CH4 present in this biogas. The results indicated that the microorganisms acted in the mesophilic layer and there was the indication that the production of biogas was influenced by temperature variability, nevertheless, the greenhouse avoided sudden alterations at this temperature. The results also evidenced that the medium capacity expected in the production of biogas surrounded 12 m3 per day and came across with an average of 57,33% of CH4 in this biogas. There was satisfactory volatile solid removal / O processo de digestão anaeróbia tem sido aplicado para o tratamento de efluentes tanto em países desenvolvidos como naqueles em desenvolvimento. Dentre os fatores mais importantes que afetam a eficiência deste processo está a temperatura, pois o desenvolvimento dos micro-organismos e a produção de biogás é função da temperatura operacional do biodigestor. Este trabalho buscou verificar a influência das variações da temperatura na produção de biogás a partir de dejetos da bovinocultura de leite, em biodigestor Bioköhler protegido por uma estufa plástica. O experimento foi realizado em um biodigestor de 20 m3 localizado na Estação Experimental Antonio Carlos dos Santos Pessoa, pertencente à UNIOESTE Campus de Marechal Cândido Rondon, no período de 03/08/2014 a 07/02/2015. Foram obtidos dados de temperatura interna ao biodigestor e a estufa, bem como de temperatura externa ao biodigestor, densidade dos afluentes e efluentes, valores de sólidos totais, fixos e voláteis, volume de biogás produzido e teor de CH4 presente neste biogás. Os resultados indicaram que os micro-organismos atuaram na faixa mesofílica e houve indício de que a produção de biogás foi influenciada pela variabilidade da temperatura, entretanto, a estufa evitou alterações bruscas nesta temperatura. Os resultados também evidenciaram que a capacidade média esperada de produção de biogás esteve em torno de 12 m3 por dia e obteve-se uma média de 57,33% de CH4 neste biogás. Houve remoção de sólidos voláteis e esta foi satisfatória

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taiana.pdf: 1049826 bytes, checksum: 6b4cf77a1f5c7d5f54a87597ae4844ae (MD5) Previous issue date: 2013-04-04 / Sheep litter has in its composition manures incorporated to rice husk, which is a lignocellulosic material. Materials with this characteristic are stabilized for longer period of time and have restrictions on decomposing since they present strong fractions that can, sometimes, be inaccessible to micro-organisms. Some alternatives have been used in order to easy these nutrients recycling, for example its ordinary mixing with another residue. Thus, this essay aimed at evaluating vermicomposting, composting and anaerobic co-digestion applied to sheep litter mixed with cattle manure in order to provide available conditions to change such residues. Three assays were carried out from five ratios of sheep litter and cattle manure: 0:100, 25:75, 50:50, 75:25 and 100:0, which represented treatments T100, T75, T50, T25 and T0, respectively. The process of vermicomposting was carried out from November 2011 to march 2012. The material has undergone a preparation in order to eliminate toxic composts. Then, 0.88 kg of dry mass and 15 adult worms (Eisenia foetida) were allocated in the vermireactor. The &#8805; 45% ash content was the stability parameter adopted in this assay. The composting piles were carried out from April to July 2012 in a covered area of concrete floor. Each pile had 200 kg of dry mass and received manual turnings two times a week during the first month and weekly from then on. Composting was supervised until the piles reached values close to room temperature, when the material was stabilized. The experimental period for anaerobic co-digestion occurred from May to October 2012. An entry mixture diluted with water was made in order to obtain a 5% content of total solids. And for residues fermentation, PVC bench scale bio-digesters were used to storage 6 L volume of such material. An anaerobic co-digestion was carried out in a batch system and observed until the curve of biogas production had decreased. In all assays, the adopted experimental design was completely randomized with univariate and multivariate statistics for data evaluation. The results showed that 50% of cattle manure was necessary in the mixture so that sheep litter could be efficiently absorbed in composting and in anaerobic co-digestion. This ratio generated a compost and biofertilizer with greater stability and content of nutrients as well as provided a larger scale of biogas production. In vermicomposting, the sheep litter showed potential to be used in a ratio up to 75% in mixture with cattle manure for Eisenia foetida specie development. However, greater ratios than 25% have decreased the vermicompost quality and in all assays, the rice husk was not transformed. / A cama de ovinos é composta por dejeções incorporadas a um material lignocelulósico, a casca de arroz. Materiais com essa característica apresentam maior tempo de estabilização ou limitações na decomposição, pois são constituídos de frações resistentes, por vezes inacessíveis aos microrganismos. Algumas alternativas são utilizadas para facilitar a reciclagem desses nutrientes, como a simples combinação com outro resíduo. Com este propósito, objetivou-se avaliar a vermicompostagem, a compostagem e a co-digestão anaeróbia de cama de ovinos em mistura com dejetos bovinos a fim de que fossem fornecidas condições adequadas para a transformação dos resíduos. Os três ensaios foram realizados a partir de cinco proporções de cama de ovinos e dejetos bovinos: 0: 100, 25: 75, 50: 50, 75: 25 e 100: 0, os quais representavam os tratamentos T100, T75, T50, T25 e T0, respectivamente. A vermicompostagem foi conduzida de novembro de 2011 a março de 2012. O preparo do material foi realizado a fim de que fossem eliminados os compostos tóxicos. Posteriormente, foram depositados 0,88 kg de massa seca e 15 minhocas adultas da espécie Eisenia foetida nos vermireatores. O conteúdo de cinzas de &#8805; 45% serviu de parâmetro de estabilidade adotado neste ensaio. As leiras de compostagem foram conduzidas de abril a julho de 2012, em pátio coberto e com piso em concreto. Cada leira contou com 200 kg de massa seca e foram realizados revolvimentos manuais duas vezes por semana no primeiro mês e semanalmente a partir desse momento. A compostagem foi acompanhada até as leiras apresentarem valores de temperatura próximos a ambiente, quando considerou-se o material estabilizado. Na co-digestão anaeróbia, o período experimental foi de maio a outubro de 2012. A mistura de entrada, diluída com água, foi feita a fim de obter-se o teor de sólidos totais de 5%. Para fermentação dos resíduos, utilizaram-se biodigestores de PVC de bancada com volume útil de 6 L. A co-digestão anaeróbia foi conduzida em sistema batelada e acompanhada até o decréscimo da curva de produção de biogás. O delineamento experimental adotado em todos os ensaios foi inteiramente casualizado, com emprego de análises estatísticas univariadas e multivariadas para avaliação dos dados. Os resultados demonstraram a necessidade de 50% de dejetos de bovinos na mistura, para que a cama de ovinos pudesse ser absorvida eficientemente na compostagem e na co-digestão anaeróbia. Essa proporção deu origem a um composto e biofertilizante com maior estabilidade e conteúdo de nutrientes, além de proporcionar maiores produções de biogás. Em vermicompostagem, a cama de ovinos apresentou potencial de ser utilizada em proporção de até 75% na mistura com dejetos bovinos, para desenvolvimento da espécie Eisenia foetida. Porém, proporções superiores a 25% diminuíram a qualidade do vermicomposto. A casca de arroz não foi transformada em todos os ensaios.

O estudo das temperaturas preferenciais e comportamento termofílico é essencial na compreensão da termobiologia das serpentes, todavia, a maioria dos trabalhos tem focado somente os animais diurnos e de clima temperado e pouco se sabe a respeito das serpentes noturnas tropicais e sub-tropicais. O presente estudo utilizou uma arena com gradiente térmico monitorada por vídeo para mensurar o intervalo térmico preferencial procurado durante os períodos de atividade e inatividade (Tset) e a resposta termofílica pós-prandial frente a diferentes quantidades de ingesta em 29 serpentes Bothrops moojeni . Os resultados obtidos mostraram que o intervalo térmico preferencial de B.moojeni diferiu conforme o fotoperíodo (20,93°C a 22,20°C durante o dia e 22,81°C a 24,42°C durante a noite) e foi similar a outros intervalos encontrados para outras serpentes crotalinae. Os dados mostraram que há uma correlação inversa entre intensidade da resposta termofílica pós-prandial e quantidade de alimento ingerido, uma vez que os animais alimentados com uma porção correspondente a 10% de seu peso corporal apresentaram maior resposta termofílica pós-prandial quando comparados àqueles que foram alimentados com porções maiores (20 e 40% do peso corporal). Esta diferença parece estar relacionada com a diminuição de mobilidade e a maior SDA (Specific Dynamic Action) nos animais que ingeriram a maior quantidade de alimento. As serpentes crotalinae são tidas como animais preponderantemente noturnos sendo que a maioria dos dados a respeito dessas atividades foram obtidos em pesquisas de campo. A detecção do período de atividade, assim como o conhecimento de como o estado nutricional influencia a taxa de trânsito, são extremamente importantes na compreensão da ecofisiologia destes animais. No estudo foram utilizadas 29 exemplares de Bothrops moojeni, monitoradas quanto ao horário e o tempo de deslocamento durante o jejum e nos 5 dias subseqüentes a alimentação. A alimentação das serpentes variou entre 10, 20 e 40% do peso da própria serpente. Os resultados confirmaram Bothrops moojeni como espécie essencialmente noturna, sendo que a atividade foi aumentada em mais de 45 vezes durante o período. O pico de atividade ocorreu entre as 19:00 e 20:00 horas, não havendo diferença estatística entre machos e fêmeas. Com relação à atividade pós-prandial foi notada diferença estatística nas taxas de deslocamento dos animais que comeram as maiores proporções (20-40%). Os resultados obtidos corroboram com os dados prévios obtidos em estudos de campo que pontuam Bothrops moojeni como um animal noturno e de baixo grau de mobilidade. A interação entre a quantidade de alimento ingerido pela serpente, o balanço energético e o grau de mobilidade dos animais é bastante complexa e discutível. As serpentes foram consideradas por muito tempo como incapazes de gerar calor através de seu metabolismo aeróbico, à exceção das pythons no choco. Entretanto, estudos recentes mostraram que algumas espécies são capazes de aumentar a temperatura corporal sem recorrer a fontes externas de calor ou contrações musculares. Esta termogênese ocorre devido aos enormes níveis metabólicos atingidos durante a digestão (Specific Dynamic Action - SDA). Em geral as serpentes têm um baixo custo energético de manutenção e a maioria das espécies é capaz de permanecer longo período em jejum e depois se alimentar de uma grande ingesta. A energia produzida durante a digestão destas grandes refeições pode gerar um significativo aumento na temperatura corpórea dos animais. O presente estudo investigou a termogênese pós-prandial em Bothrops moojeni, através de imagens térmicas tomadas em um ambiente termoestável a 30°C. As 12 serpentes foram divididas em 2 grupos e acompanhadas pelas 72 horas após ingerirem refeições equivalentes a 10-60 20% e 30-40% de seu próprio peso, respectivamente. Os resultados mostraram que a resposta termogênica pós-prandial levou a um aumento de 1,6°C da temperatura da pele das serpentes. O pico térmico ocorreu entre 33 e 36 horas após a alimentação em ambos os grupos e a duração da termogênese variou conforme o tamanho da ingesta. Os resultados mostraram uma alta correlação entre a termogênese pós-prandial e a SDA das serpentes. O aumento significativo da temperatura corporal e a sua manutenção por certo tempo sugerem que estes animais são capazes de manter altas taxas metabólica durante a digestão independente da temperatura do ambiente. / The study of the preferred temperatures and thermophilic behavior is essential to understand the snakes thermal biology. Although some studies have been reported, most of them are focused in temperate and diurnal species. Thus, little is known about the tropical and sub-tropical nocturnal species. In the present study , a video-monitored arena with a thermal gradient was used to investigate the preferred thermal range during activity and inactivity (Tset) and the post-prandial thermophilic response after different levels of food intake in 29 Brazilian lanceheads (Bothrops moojeni). The results showed that the preferred thermal range of B.moojeni changes depending on the photoperiod (20.93°C to 22.20°C in daytime and 22.81°C to 24.42°C in night time), being similar to other crotalinae snakes. Our data suggests that there is an inverse correlation between the post-prandial thermophilic response intensity and food intake, as animals fed with a portion corresponding to 10% of its bodyweight presented a higher thermophilic response in comparison to those who were fed with larger portions (20 and 40% of bodyweight). This difference may be related to the decreased mobility and increased SDA (Specific Dynamic Action) in animals that consumed the largest amount of food. Crotalinae are considered to be mainly nocturnal and most of the gathered data on these snakes came from field work. The knowledge of activity pattern and how nutritional status affect wandering rate are determinant to understand the ecophysiology of the snakes. In this study the daily activity pattern was followed in 29 subjects of the lancehead Bothrops moojeni in order to record displacement rate in fasting and feed snakes for five days after feeding meal of 10, 20 and 40% of their own body weight. The results show that B.moojeni is prevalently nocturnal, and activity increased 45 times at night, peaking between 19 to 20 h, in both males and females. Activity level changed significantly after feeding in snakes which ate a larger meal (20-40%). The results confirm previous field data for B.moojeni as a nocturnal species with low mobility. The complex interactions between the amount of food taken by the snake, energetic balance and mobility are discussed. Snakes were for long considered incapable to generate heat fueled by aerobic metabolism, except for brooding pythons. However, recent studies proved that some species are able to elevate their body temperature without muscle contraction or external heat source. Such thermogenic capacity is supported by high metabolic rate that follows digestion and assimilation of food (Specific Dynamic Action - SDA). Snakes have a low maintenance cost and most species can stand for long fasting time, particularly after ingesting a great meal. The energy produced during digestion of such meal can generate significant increase in body temperature. The present study investigated thermogenic response after feeding in the Brazilian lancehead, Bothrops moojeni, using thermal images taken in temperature controlled environment at 30°C. The 12 snakes were divided into two groups and followed for 72 hours after fed a meal representing 10-20% and 30-40% of their body weight, respectively. The results showed thermogenic digestive response with an increase up to 1.6 °C of skin temperature. Thermal heat production peak occurred between 33 to 36 hours after feeding in both groups, and the duration of thermogeny varied with the meal size. The result showed high correlation between thermogenic data and SDA in snakes. The significant increase of body temperature after feeding and its maintenance for extended time suggest a physiological advantage to keep high metabolic rate despite of environmental temperature.