Orientador: Jorge de Lucas Junior / Banca: Mônica Sarolli Silva de Mendonca Costa / Banca: Mauro dal Secco Oliveira / Resumo: O experimento foi realizado na Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP de Jaboticabal, objetivando-se avaliar os benefícios da utilização de dois ativadores biológicos comerciais, Microsource "S"® e uma mistura de microrganismos e enzimas (B. subtilis, B. firmus, B. licheniformis, lipase, protease e lactase) na digestão anaeróbia de dejetos de bovino de corte e de dejetos suínos. Na primeira parte do experimento foram testadas duas doses de cada produto com os dois dejetos, utilizando 30 digestores batelada, a fim de determinar qual produto e em qual dose proporcionaria o maior aumento na produção específica de biogás (PEB). O tempo de retenção hidráulica (TRH) dos dejetos bovinos nos digestores batelada foi de 150 dias e dos suínos 100 dias. Periodicamente foram calculados o volume de biogás produzido e os teores de CH4 e CO2. Ao término da primeira fase foi escolhido, para a segunda fase do experimento, o produto Microsource "S" ® na dose de 500g/t de dejeto. Na segunda fase do experimento foram utilizados 12 biodigestores contínuos, com TRH de 30 dias, a fim de testar o tratamento escolhido em um processo anaeróbio de tipo contínuo. Nesta fase foram repetidas as análises supracitadas com maior frequência, a fim de se monitorar a evolução do processo. A análise da variância, efetuada com o software SAS®, apontou como o Microsource "S"®, aplicado a dejetos de bovinos de corte, na dose de 500g por tonelada de substrato, proporciona um aumento de 15,03% na PEB / Abstract: A trial was carried out at the Faculty of Agriculture and Veterinary Sciences, UNESP, Jaboticabal, aiming to evaluate the benefits of using two commercial biological activators, Microsource "S"® and a mixture of enzymes and microorganisms (B. subtilis, B. firmus, B. licheniformis, lipase, protease e lactase) in the anaerobic digestion of beef cattle and swine manure. During the first stage of the experiment, two doses of each product have been tested with the two manures in order to determine which dose of which product provide the highest increase of specific biogas production, using 30 batch digesters. The hydraulic retention time have been of 150 days for the beef cattle manure and 100 days for the swine manure. Periodically produced volume of biogas and contents of CH4 and CO2 have been calculated. At the end of the first stage has been selected for the second phase of the experiment the product Microsource "S"® at a dose of 500g/t of manure. In the second stage of the experiment 12 anaerobic digesters have been used to test the chosen treatment in a continuous anaerobic process with a 30 days hydraulic retention time. At this stage the tests were repeated more often above, in order to monitor the progress of the process. The analysis of variance, performed with SAS® software, pointed out Microsource "S"®, applied to beef cattle at a dose of 500 g per ton of substrate, provides an increase of 15,03% in biogas specific production / Mestre

Thesis. 1975. Sc.D. cn--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Chemical Engineering. / Vita. / Bibliography: leaves 308-314. / Sc.D.cn

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

Orientador: Telma Teresinha Berchielli / Coorientador: Juliana Duarte Messana / Banca: Izabelle Auxiliadora Molina de Almeida Teixeira / Banca: Paulo Henrique Moura Dian / Resumo: O glicerol combinado com óleos vegetais poderia limitar a intensa biohidrogenação dos ácidos graxos de cadeia longa e a produção de metano sem causar efeitos deletérios sobre a população microbiana e digestibilidade. Três incubações in vitro foram conduzidas para avaliar o efeito do glicerol (0 or 150 g/kg MS) combinado com três diferentes dietas: Feno de Tifton 85 sem a inclusão de óleo (FSO), Feno de Tifton 85 + 80g de óleo de soja/kg MS (FOS) e Feno de Tifton 85 + 80 g de óleo de linhaça/kg MS (FOL) incubados por 0, 6, 12 e 24 h sobre a composição de ácidos graxos e os parâmetros de fermentação ruminal. A PCR em tempo-real (qPCR) foi utilizado para quantificação de microorganismos às 24 h. As arquéias metanogênicas ,bactérias celulolíticas e lipolíticas foram expressas em função das bactérias totais. Separadamente, a cinética de produção de gases foi avaliada nos tempos 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 18, 22, 24, 36, 42 e 48 h. A digestibilidade verdadeira in vitro (DVIV) e a produção CH4 (%/g DMS) foram avaliadas às 48 h. Os valores de pH e as concentrações de amônia (NH3-N) foram menores nas dietas FSO comparado com FOS e FOL, independente da adição de glicerol (P<0,05). A proporção da Anaerovibrio lipolytica aumentou 84, 33 e 13 vezes nas dietas FSO, FOS e FOL com adição de glicerol, respectivamente, comparadas com as dietas sem glicerol (P<0,05). Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens e os subgrupos Butyrivrio VA e SA subgroup não foram alteradas com a inclusão dos óleos vegetais e de glicerol (P>0,05). As bactérias Fibrobacter succinogenes foram mais sensíveis a adição de óleos vegetais entre todas as bactérias celulolíticas (P<0,05). A DVIV e a produção de CH4 foram inferiores nas dietas FOS com adição de glicerol e na dieta FOL independente da adição de glicerol (P<0,05). A redução na produção de gases ocorreu nas dietas FOS e FOL associadas com glicerol ... / Abstract: Glycerol combined with vegetable oils could limit biohydrogenation and enhance the reduction in methane production without depressing digestibility and microbial population. Three in vitro incubations were conducted to evaluate the effect of glycerol (0 or 150 g/kg DM) combined with three different diets: Tifton 85 hay without oil seeds (HWO), Tifton 85 hay + 80g of soybean oil/kg DM (HSO) and Tifton 85 hay + 80 g of linseed oil/kg DM (HLO) incubated for 0, 6, 12 and 24 h on fatty acid composition and ruminal fermentation parameters. Real-time PCR was used to quantify microbial population at 24 h. Methanogens, fibrolitic and lipolityc bacteria were expressed as a proportion of total rumen bacterial 16 S rDNA. Separately, kinetic of gas production was assessed at 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 18, 22, 24, 36, 42 and 48 h. In vitro true digestibility (IVTD) and CH4 (%/g DMD) production were evaluated at 48 h. The experimental design for fatty acid composition and ruminal parameters was a randomized block in a factorial arrangement 2 x 3 x 4, involving the following factors: glycerol (2), diets (3) and time (4). Microbial quantification, IVTD and CH4 were evaluated with the same design but without time as a factor. The pH value and ammonia (NH3-N) concentration were lower in HWO compared with HSO and HLO diets, regardless of glycerol addition (P<0.05). Anaerovibrio lipolytica proportion increased 84, 33 and 13 times in HWO, HSO and HLO diets with glycerol, respectively, compared with diets without glycerol (P<0.05). Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens and Butyrivrio VA and SA subgroup did not change with glycerol and oil addition (P>0.05). Among all cellulolytic bacteria, Fibrobacter succinogenes was the most sensitive to the addition of vegetable oil in the diet (P<0.05). CH4 production decreased in HSO diet associated with glycerol and HLO diets with or without glycerol addition (P<0.05). Lag time decreased in HWO and HSO diets ... / Mestre

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thiago Edwiges.pdf: 2087069 bytes, checksum: 433e56ffc6db4f66ffedd18cd3b18b11 (MD5) Previous issue date: 2012-02-25 / The production of animal protein is an activity that has been highlighted in the western region of Paraná state. The challenge is to manage this system from an environmental view, since this activity produces significant quantities of waste with high pollution load. On the other hand, this material has great potential for power generation, because, if properly treated produces methane. Thus, the main objective of this study was to evaluate the potential of replacing conventional sources of energy by methane generated by swine in the Rio Marreco hydrographic basin. The squad installed in the watershed is 95,129, divided into 121 farms, with 116 UCT and 5 UPL systems, with a production of approximately 12,905 m³/day. The development of the bioenergy project considered the replacement of the wood used as a source of thermal energy in the frigorific of Sadia S.A. located in Toledo/PR, where the monthly consumption of 2,820,000 kilograms of wood chips can be replaced by methane at 54.7%. Measured properties presented good economic indicators of the point of the investment by the energy producers, which varied according to the breeding animal. The project implementation from the perspective of the consumer of energy also showed positive viability by NPV and IRR indicators, with the balance of R$ 1,749,180 saved annually. The results showed that there are viable possibilities for the use of methane generated by swine manure and how this material is managed, considering an entire watershed or just part of it as a planning unit, influences the total volume of methane produced and, thus, the identification of potential consumers. / A produção de proteína animal é uma atividade que vem se destacando na região Oeste do estado do Paraná. O desafio é gerir este sistema do ponto de vista ambiental, pois esta atividade produz quantidades significativas de dejetos com alta carga poluente. Em contrapartida, apresenta grande potencial de geração de energia, pois, se tratada adequadamente produz o metano. Sendo assim, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar o potencial de substituição de fontes convencionais de energia pelo metano gerado pelos dejetos suínos na microbacia hidrográfica do Rio Marreco. O plantel total instalado na microbacia é de 95.129 suínos, distribuídos em 121 propriedades rurais, sendo 116 em sistemas de UCT e 5 em UPL, com potencial de produção de aproximadamente 12.905 m³/dia. A implantação do projeto de agroenergia considerou a substituição do cavaco utilizado como fonte de energia térmica no frigorífico de aves da Sadia S.A. no município de Toledo/PR, onde o consumo mensal de 2.820.000 quilogramas de cavaco pode ter substituído pelo metano em 54,7%. De maneira geral, as propriedades apresentaram bons indicadores econômicos do ponto de vista do investimento pelo produtor, que variaram em função do plantel animal. A implantação do projeto sob a ótica do consumidor da energia também apresentou viabilidade positiva pelos indicadores VPL e TIR, com balanço de R$ 1.749.180 economizados anualmente. Os resultados obtidos mostraram que existem possibilidades viáveis para a utilização do metano gerado pelos dejetos suínos e a maneira como este material é gerenciado, considerando uma bacia hidrográfica em sua totalidade ou apenas parte dela como unidade de planejamento, influencia no volume total de gás metano produzido e, assim, na identificação de consumidores em potencial.

A presente dissertação apresenta e discute os resultados do trabalho experimental cujo objetivo foi avaliar a remoção de nitrogênio na forma de mitrato (N-NO3-) pelo processo de desnitrificação biológica em reator anóxico horizontal de leito fixo (RAHLF) contendo matrizes de espuma de poliuretano, em escala de laboratório, utilizando gás metano como fonte de carbono e único doador de elétrons adicionado ao sistema. Para concentrações iniciais de N-NO3- de 20 mg/L e 40 mg/L no substrato sintético, foi possível obter diminuição das concentrações iniciais em 85% e 50%. No entanto, os altos níveis de redução de N-NO3-, obtidos sob condições limitantes de metano, deram suporte à hipótese de que parte da remoção do N-NO3- foi realizada mediante a utilização de compostos reduzidos de enxofre ou nitrogênio, tais como: S0, HS- ou NH4+, provavelmente formados sob condições anóxicas, simultaneamente com o processo de desnitrificação. Foi possível verificar, também, a influência da relação carbono (mg/L CH4 / nitrogênio (mg/L N-NO3-) no estabelecimento das rotas metabólicas de desnitrificação predominantes, quais sejam, a redução dissimilativa do nitrogênio à amônia (RDNA) ou a desnitrificação. Adicionalmente, foram realizados ensaios em reatores tipo batelada, com o objetivo de se medir o consumo de metano. Porém, os resultados não foram satisfatórios, provavelmente em razão da diversidade microbiana presente no inóculo. Foram realizadas análises de microscopia óptica e de fluorescência, assim como de DGGE, para avaliar a diversidade e as alterações nas populações microbianas ao longo do RAHLF e do tempo de experimento. Os diferentes sistemas utilizados apresentaram limitações relacionadas à baixa solubilidade do gás metano no meio líquido, à resistência à transferência de massa da fase gasosa para a líquida e desta última para a biomassa aderida à espuma. / This study presents and discusses experimental work results conducted with the purpose of evaluating nitrate - nitrogen (N-NO3-) removal by biological denitrification process in a lab scale horizontal flow fixed bed anoxic reactor (RAHLF), using methane gas as sole carbon source and electron donor. Support media for microorganisms were polyurethane foam matrixes. For initial N-NO3- concentrations of 20 mg/L and 40 mg/L present in synthetic substrate, it was possible to obtain 85% and 50% removal respectively. These high reduction rates, obtained under limiting conditions of methane, sustained the idea of part of the N-NO3- removal being accomplished by reductive sulfur or nitrogen species utilization, such as: S0, HS- or NH4+, probably formed under anoxic conditions simultaneously to denitrification process. It was possible to verify also carbon (mg/L CH4) / nitrogen (mg/L N-NO3-) ratio effect in denitrification metabolic paths establishment, i.e. dissimilative reduction of nitrogen to ammonia or denitrification itself. In addition, batch tests where conducted with methane consumption measuring purpose. Yet, results where not satisfactory probably due to great microbial diversity present in inoculum. Optical microscopy and fluorescence exams where developed, as well as, DGGE, in order to evaluate diversity and alterations in bacterial populations as a function of reactor\'s length and time. Different systems used in experimental work presented limitations due to low methane gas solubility in bulk liquid and mass transfer resistance from gas to liquid phase and from this to fixed biomass.

Trace gases can have a significant impact on the Earth's climate, and the analysis of changes in these gases and an understanding of how much of these changes are a result of human activity is important for understanding global climate change. Methane (CH4) is the second only to CO2 in radiative forcing over the last 200 years, and its concentration in the atmosphere has more than doubled since 1750. Sources and sinks of CH4 have characteristic isotopic effects, which shift the relative concentration of the methane isotopologues. Spectroscopic techniques for of analysis the isotopic composition of methane have been evolving since the early 1990's, and promise real-time, in-situ measurements that would provide unprecedented information on the methane atmospheric cycle. Here we present our development and results of a new optical spectroscopic isotope ratio instrument using cavity ringdown spectroscopy in the near IR region using the ν2+2ν3 overtone band. This region has limited interference from other molecules, and an advantageous juxtaposition of a 13CH4 triplet, and a single 12CH4 peak, allowing near-simultaneous measurement of both isotopologues. We present the results of two datasets showing high linearity over a wide range of isotope ratios, which achieved a precision of ±4 /. We present analysis of the data and consider the effects of temperature and molecular interference.

Orientador: Alex Sandro Campos Maia / Banca: Márcia Helena Machado da Rocha Fernandes / Banca: Marcos Chiquitelli Neto / Resumo: A agropecuária é uma das fontes que mais contribui com a emissão de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), os quais participam do processo natural de efeito estufa. A pecuária por meio da fermentação entérica é uma importante emissora de metano. Portanto, são necessários estudos e desenvolvimentos de técnicas que abordem como a emissão de metano entérico ocorre relacionando-a com variáveis ambientais como temperatura ambiente, umidade relativa, perdas de vapor d'água (H2O) e radiação solar. Por conseguinte, o presente estudo objetivou entender o comportamento das variáveis fisiológicas e do metano entérico emitido pelos ovinos, relacionando com as variáveis ambientais. A temperatura da epiderme apresentou coeficientes de correlação de 0,800 (P<0,0001), -0,4187 (P=0,0042) e 0,8516 (P<0,0001) com a temperatura do ar, umidade relativa e temperatura radiante média, respectivamente. A temperatura da superfície do velo apresentou coeficientes de correlação de 0,9637 (P<0,0001), -0,7888 (P<0,0001) e 0,9641 (P<0,0001) com a temperatura do ar, umidade relativa e temperatura radiante média, respectivamente. Observou-se para o horário entre as 8:00 e 10:00 uma média de 149 resp.min-1 e 168 resp.min-1 para o horário entre as 12:00 e 14:00. A média geral observada para a perda de calor latente no trato respiratório dos ovinos ao longo do período experimental foi igual a 17,68 W m-2. Os animais apresentaram uma quantidade média geral de metano emitido de 0,40 g h-1 e 4,7 g dia-1 (ao longo de somente dez horas de avaliação), sendo essa emissão mensurada continuamente e, não de modo pontual. Ao serem observadas as correlações entre a emissão e as variáveis ambientais encontraram-se valores para os coeficientes de correlação iguais a -0,4492 (P=0,0025) para a temperatura do ar, 0,5559 (P<0,0001) para a umidade relativa, -0,4950 (P=0,0010) para a temperatura radiante ... / Abstract: Livestock is one of the sources that contributes more effectively to the emission of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), which participate of the natural process of greenhouse effect. Livestock through the enteric fermentation is an important emitter of methane. Therefore, studies are needed and development of techniques that address how enteric methane emission occurs relating it to environmental variables such as ambient temperature, relative humidity, loss of water vapor (H2O) and solar radiation. Therefore, this study aimed to understand the behavior of physiological variables and enteric methane emitted by sheep, relating to the environmental variables. Skin temperature showed correlation coefficients of 0,800 (P<0,0001), -0,4187 (P = 0,0042) and 0,8516 (P<0,0001) with the air temperature, relative humidity and mean radiant temperature, respectively. The fleece surface temperature showed correlation coefficients of 0,9637 (P<0,0001), -0,7888 (P<0,0001) and 0,9641 (P<0,0001) with the air temperature, relative humidity and mean radiant temperature, respectively. For hours among 8:00 and 10:00 a.m. the mean respiratory rate was 149 resp min- 1 and among 12:00 and 14:00 p.m. it was 168 resp min-1. The mean of respiratory evaporation during the experimental period was of 17,68 W m-2. The animals showed a average of methane emitted of 0,40 g h-1 and 4,7 g day-1 (just over ten hours of evaluation) being the measurements made continuously, . To be observed correlations between emission and environmental variables were found values for the coefficients of correlation from -0,4492 (P = 0,0025) for the air temperature, 0,5559 (P <0,0001) for relative humidity -0,4950 (P = 0,0010) for the mean radiant temperature, which can indicate that the environment also affects the emission. Environmental variables influenced the physiological responses of sheep. The amount of enteric methane can be measured ... / Mestre

Two methods of single-stage fermentation were used to produce methane from whey. The first method involved batch fermentation in which the pH was automatically controlled at 7.0. In addition to pH control, the second method was characterized by introducing the substrate continuously into the fermenter along with dilution water to keep the organic acids at a non-toxic level. The first method did not improve the production of methane compared to the batch fermentation in which a pH control system was not used (41). However, the second method showed that the concentration of organic acids has a major effect on limiting the production of methane from whey, and that by diluting the substrate with water the concentration of these acids was kept at levels not toxic to methanogenic bacteria until the population of methanogenic bacteria was such that they could convert organic acids to methane as rapidly as the acids were produced by non-methanogenic bacteria in a continuous process. This continuous process was capable of producing .179 m3 methane per kilogram of lactose in cheese whey.

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