Este trabalho apresenta uma avaliação da produção de metano em um reator anaeróbio operado em batelada sequencial com biomassa imobilizada em suporte inerte (AnSBBR) pela codigestão de vinhaça de cana-de-açúcar e soro de queijo em condições mesofílicas. A avaliação é realizada com base na influência da variação dos aspectos operacionais de estratégia de alimentação (batelada ou batelada alimentada), interação entre tempo de ciclo (8, 6 ou 4 h) e concentração afluente (5000, 3750 ou 2500 mgDQO.L-1), carga orgânica volumétrica aplicada (5, 7,5, 10 ou 15 gDQO.L-1.d-1) e temperatura (25, 30 e 35ºC) sobre a estabilidade e desempenho do sistema. O AnSBBR com recirculação da fase líquida e volume reacional de 3,0 L foi operado por 186 dias, sendo o afluente para todos os ensaios composto por 75 % vinhaça e 25 % soro (massa/volume) e suplementado com bicarbonato de sódio. Nas condições operadas, o sistema demonstrou flexibilidade quanto à estratégia de alimentação, porém a redução do tempo de ciclo e da concentração afluente, para a mesma carga, resultou em menores produções de metano. Por outro lado, o aumento da carga orgânica, até o valor de 15 gDQO.L-1.d-1, favoreceu o processo, aumentando o rendimento de metano por DQO removida e a produtividade. A redução da temperatura de 30 para 25 ºC resultou na queda do desempenho, porém às temperaturas de 30 e 35 ºC foram obtidos resultados similares. O melhor desempenho foi alcançado a uma carga aplicada de 15,27 gDQO.L-1.d-1, tempo de ciclo de 8 horas, operação em batelada alimentada e temperatura de 30 ºC. Nessas condições, o sistema atingiu remoção de DQO solúvel de 88,8 %, produtividade de metano de 208,5 molCH4.m-3.d-1 (equivalente a 4672 CNTP-mLCH4.L-1.d-1), rendimento de metano por DQO removida de 15,76 mmolCH4.gDQO-1 e composição de metano de 72% no biogás. O ajuste do modelo cinético demonstrou preferência pela rota hidrogenotrófica na metanogênese em todos os ensaios. Na aproximação em escala plena para o cenário de usina de etanol de cana-de-açúcar com produção de etanol de 150.896 m3.ano-1 foi estimada uma geração de energia de 25.544 MWh.mês-1. / This paper presents an assessment of the methane production in an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (AnSBBR) by co-digestion of sugarcane vinasse and cheese whey at mesophilic conditions. The assessment is based on the influence of modifying the operational aspects of feed strategy (batch or fed-batch), interaction between cycle time (8, 6 or 4 h) and influent concentration (5000, 3750 or 2500 mgCOD.L-1), applied volumetric organic load (5, 7.5, 10 or 15 gCOD.L-1.d-1) and temperature (25, 30 and 35 ºC) over the system stability and performance. The AnSBBR with recirculation of the liquid phase and 3.0 L of liquid medium was operated for 186 days, with influent composition for all assays of 75 % vinasse and 25 % whey (mass/volume), also supplemented with sodium bicarbonate. At the operated conditions, the system showed flexibility with regards to the feed strategy, but the reduction of cycle time and influent concentration, for the same organic load, resulted in lower methane productions. On the other hand, increasing organic load, to the value of 15 gCOD.L-1.d-1, favored the process, increasing methane yield and productivity. Temperature reduction from 30 to 25 ºC resulted in performance loss, although at 30 and 35ºC it was achieved similar results. The best performance was achieved at an applied organic load of 15.27 gCOD.L-1.d-1, cycle time of 8 hours, fed batch operation and temperature of 30 ºC. The system achieved soluble COD removal efficiency of 88.8 %, methane productivity of 208.5 gCOD.L-1.d-1 (equal to 4672 STP-mLCH4.L-1.d-1), methane yield per removed organic matter of 15.76 mmolCH4.gCOD-1 and methane composition of 72% of the biogas. The kinetic model fit showed preference for the hydrogenotrophic route in the methanogenesis. At the full scale approximation considering a scenario with a sugarcane ethanol plant with ethanol production of 150,896 m3.year-1 it was estimated an energy production of 25,544 MWh.month-1.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-22052019-163228 |
| Date | 12 April 2019 |
| Creators | Sousa, Sandro Paiva |
| Contributors | Rodrigues, José Alberto Domingues |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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