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Previous issue date: 2018-02-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The generation of float sludge from the slaughter of poultry has increased due to the growing productivity of the sector, especially in Southern Brazil. Anaerobic digestion is a technology that can combine the stabilization of such waste with the generation of a clean and renewable source of energy and a nutrient-rich agricultural input, biogas, and biofertilizer. However, the low C/N ratio of the sludge, as well as the lipid and protein contents, may have an adverse effect on the microorganisms involved in the process, impairing their overall performance. Thus, the objective of this work was to study the anaerobic co-digestion of broiler sludge with increasing amounts of sweet potato as a carbon supplement in batch and semicontinuous trials, exploring the energy and agronomic potential of by-products, stability, and efficiency of the process. The batch assay was conducted in 6.0 L reactors, with 4.5% total solids and room temperature. Six treatments were evaluated in triplicate, which consisted of different proportions of sludge and sweet potato (100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80 and 0:100). The experiment was conducted until the production of biogas ceased. The semi-continuous assay was conducted in tubular reactors of 60.0 L at mesophilic temperature, with a 25-day hydraulic retention time, daily feed containing 4.5% (2.4 L, of which 60% was a digestate recycle and 40% water). In nine reactors and four periods, seven treatments with three replicates were evaluated, varying the amounts of sweet potato and mud (80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, and 20:80). Based on the data obtained in the semi-continuous trial, real-scale scenarios were defined in order to evaluate the economic-financial viability of co-digestion technology between sludge and sweet potato. The batch of the mixture 80% sludge and 20% sweet potato, in addition to accelerating the process, also presented the largest (p<0.05) potentials for the production of biogas (0.731 m³ kg SV-1) and methane (0.503 m³ kg VS-1), and the highest removal efficiencies of organic material (solids, lipids and sugars, p<0.05). In addition, it provided alkalinity to the system (≈ 6.0 CaCO3 L-1), maintaining it stable (AV/AT ratio of 0.11 at the end of the process). The treatments with greater proportions of sludge than of sweet potato resulted in biofertilizers with higher contents of nutrients and free of phytotoxicity as long as the electrical conductivity is maintained sufficiently low by means of dilutions and, therefore, they have greater agronomic value. The multivariate analysis showed that sludge mixtures with proportions greater than 40% of sweet potato in batch assay are quite similar due to the accumulation of organic acids of short molecular chain, causing inhibition of the process. In the semi-continuous assay, the proportions of sweet potatoes ranging from 60 to 40% have the highest potential methane production (0.33 to 0.34 m³ kg VS-1d-1). Above 60% of sweet potato in the blend, the process is adversely affected by the accumulation of volatile acidity (>4 g L-1), and below 40% sweet potato, the process is partially inhibited by significant acidity accumulation volatile (>10 g L-1) and the high concentration and ammoniacal nitrogen (>2000 mg L-1), probably due to the lipid and protein content of the sludge. All the economic scenarios defined were financially attractive. Finally, it is concluded that anaerobic co-digestion is an interesting alternative for recycling the energy and nutrients contained in the sludge on both environmental and economic perspectives. / A geração de lodo de flotador proveniente do abate de frangos de corte tem aumentado em função da crescente produtividade do setor avícola, sobretudo no sul do Brasil. A digestão anaeróbia é uma tecnologia que pode aliar a estabilização de tal resíduo à geração de uma fonte de energia limpa e renovável e um insumo agrícola rico em nutrientes, isto é, o biogás e o biofertilizante. Entretanto, a baixa relação C/N do lodo, bem como os teores de lipídios e proteínas, podem surtir efeitos adversos aos microrganismos envolvidos no processo, prejudicando seu desempenho global. Desta forma, o objetivo deste trabalho consistiu em estudar a codigestão anaeróbia do lodo de abate de frangos com quantidades crescentes de batata-doce como suplemento de carbono em ensaios batelada e semicontínuo, explorando o potencial energético e agronômico dos subprodutos, bem como a estabilidade e a eficiência do processo. O ensaio batelada foi conduzido em reatores de 6,0 L, com 4,5 % de sólidos totais e temperatura ambiente. Foram avaliados seis tratamentos em triplicata, os quais consistiram em proporções (%) distintas de lodo e batata-doce (100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80 e 0:100). O experimento ocorreu até a produção de biogás cessar. O ensaio semicontínuo foi conduzido em reatores tubulares de 60,0 L mantidos em temperatura mesofílica, com tempo de retenção hidráulica de 25 dias, alimentações diárias contendo 4,5% de sólidos totais (2,4 L, dos quais 60% foi reciclo de digestato e 40% água). Em nove reatores e quatro períodos, foram avaliados sete tratamentos com três repetições, variando-se as proporções (%) de batata-doce e lodo (80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70 e 20:80). Com base nos dados obtidos no ensaio semicontínuo, foram definidos cenários em escala real, a fim de avaliar a viabilidade econômico-financeira da tecnologia de codigestão entre o lodo e a batata-doce. A batelada da mistura 80% lodo e 20% batata-doce, além de acelerar o processo, também apresentou os maiores (p<0,05) potenciais de produção de biogás (0,731 m³ kg SV-1) e metano (0,503 m³ kg SV-1), e as maiores eficiências de remoção de material orgânico (sólidos, lipídios e açúcares, p<0,05). Além disso, proporcionou alcalinidade ao sistema (≈ 6,0 CaCO3 L-1), mantendo-o estável (relação AV/AT de 0,11 ao final do processo). Os tratamentos com maiores proporções de lodo que de batata-doce resultaram em biofertilizantes com maiores teores de nutrientes e isentos de fitotoxicidade desde que a condutividade elétrica seja mantida suficientemente baixa por meio de diluições e, por isso, possuem maior valor agronômico. As análises multivariadas mostraram que misturas de lodo com proporções superiores a 40% de batata-doce, em ensaio batelada, são bastante similares, devido ao acúmulo de ácidos orgânicos de curta cadeia molecular, causando inibição do processo. No ensaio semicontínuo, as proporções de batata-doce variando de 60 até 40% apresentaram os maiores potenciais de produção de metano (0,33 a 0,34 m³ kg SV-1d-1). Acima de 60% de batata-doce na mistura, o processo é afetado adversamente pelo acúmulo de acidez volátil (> 4 g L-1), e abaixo de 40% de batata-doce, o processo é parcialmente inibido por expressivo acúmulo de acidez volátil (> 10 g L-1) e pela elevada concentração de nitrogênio amoniacal (> 2.000 mg L-1), provavelmente oriundos dos lipídios e proteínas do lodo. Todos os cenários econômicos definidos revelaram-se financeiramente atrativos. Por fim, conclui-se que a codigestão anaeróbia é uma alternativa interessante para a reciclagem da energia e dos nutrientes contidos no lodo sobre as perspectivas ambiental e econômica.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/3726 |
| Date | 08 February 2018 |
| Creators | Damaceno, Felippe Martins |
| Contributors | Costa, Monica Sarolli Silva de Mendonça, Costa, Monica Sarolli Silva de Mendonça, Lucas Junior, Jorge de, Gonçalves, Morgana Suszek, Tavares, Maria Herminia Ferreira |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, 6588633818200016417, 500, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, UNIOESTE, Brasil, Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -5347692450416052129, 600, 600, 600, 600, 2214374442868382015, -4537326059604784016, 2075167498588264571 |
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