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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Aproveitamento de resíduos da indústria sucroalcooleira (vinhaça e palha de cana) através da co-digestão anaeróbia termofílica assistida por ultrassom
Title Alternative: Waste recovery of the sugar industry (vinasse and sugarcane straw) by co-digestion thermophilic anaerobic assisted by ultrasound
Author: Martinez Jimenez, Fernan David, 1991-
Advisor: Forster-Carneiro, Tânia, 1971-
Abstract: Resumo: Usinas de açúcar e etanol produzem vinhaça e palha de cana-de-açúcar no processo produtivo e estes resíduos poderiam ser reaproveitados por meio da tecnologia de co-digestão anaeróbia para produção de biogás (metano e hidrogênio, principalmente). Neste estudo foi avaliado o efeito do pré-tratamento com ultrassom na composição do biogás obtido a partir de reatores anaeróbios com palha de cana-de-açúcar, vinhaça e lodo nas condições termofílicas (55 ºC) e regime semí-contínuo. Os pré-tratamentos aplicados sobre a palha de cana-de-açúcar e vinhaça com ultrassom foram: (a) potência de 150 W, frequência de 37 kHz e 30 min de aplicação (pré-tratamento 1) e (b) 800 W, 19 kHz e 15 min (pré-tratamento 2). Os ensaios de digestão anaeróbia utilizando a matéria-prima que foi processada com os pré-tratamentos 1 e 2, foram realizados paralelamente em reatores controle sob as mesmas condições. Todos os ensaios tiveram 48 dias de duração, sendo os seguintes parâmetros de controle do processo: sólidos, pH, alcalinidade, demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio amoniacal, concentração de ácidos graxos voláteis (AGV) e composição de biogás. O principal resultado observado foram as diferenças significativas na composição do biogás entre os ensaios pré-tratamento 1 e 2 e seus respectivos controles. Observou-se que ambos os reatores do pré-tratamento 1 apresentaram um aumento crescente e contínuo na concentração de metano (60 a 80%) entre os dias 10 e 40, aproximadamente, por outro lado, ambos reatores do pré-tratamento 2 apresentaram maiores concentrações de hidrogênio (superiores a 30%) durante a maior parte do processo. Também foram observados valores de pH ligeiramente mais elevados nos reatores com a matéria-prima que recebeu o pré-tratamento 1 com ultrassom em comparação ao seu controle. No caso da alcalinidade, o pré-tratamento 2 se estabilizou em valores inferiores aos observados para o seu controle e para o pré-tratamento 1 e seu controle. Em termos de nitrogênio amoniacal, resultados similares foram observados para os dois pré-tratamentos. Em relação a DQO, o pré-tratamento 1 apresentou valores estáveis, observando-se uma redução nos valores somente após o dia 32 do experimento, contrariamente ao esperado, ambos reatores do pré-tratamento 2 apresentaram valores estáveis de DQO a partir do dia 21. Quanto à concentração de AGV, observou-se uma maior concentração de ácido butírico em relação aos outros ácidos em todos os reatores, porém o pré-tratamento 1 favoreceu a produção de uma menor quantidade deste ácido. As análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostraram, em ambos pré-tratamentos 1 e 2, imagens com desgaste superficial da palha de cana no final do experimento. Pode-se concluir que a co-digestão de palha de cana-de-açúcar e vinhaça nas condições termofílicas (55 ºC) foram favoráveis para a produção de metano e hidrogênio de forma eficiente e que o principal efeito da aplicação de ultrassom foi sobre a composição de biogás formado

Abstract: Sugar and ethanol industries produce vinasse and sugarcane straw in their productive processes. These residues could be reused by means of the technology of anaerobic co-digestion for production of biogas (methane and hydrogen, mainly). In this study were evaluated the effects of pretreatments assisted by ultrasound on biogas composition obtained from anaerobic reactors using sugarcane straw, vinasse and sludge under thermophilic conditions (55 °C) and a semi-continuous regime. The pretreatments applied on the sugarcane straw and vinasse with ultrasound were: (a) power of 150 W, frequency of 37 kHz and 30 min of prossessing time (pretreatment 1); and (b) 800 W, 19 kHz and 15 min (pretreatment 2). Anaerobic digestion tests using the raw material that was processed with the pretreatments 1 and 2 were performed in parallel with the control reactors under the same conditions. All tests had 48 days long, with the following parameters of process control: solids, pH, alkalinity, chemical oxygen demand (COD), ammoniacal nitrogen, concentration of volatile fatty acids (VFA) and biogas composition. The main result observed was the significant differences in the composition of biogas between pretreatment tests 1 and 2, and their respective controls. It was observed that both reactors of the pretreatment 1 showed a continuous increase and a growing concentrations of methane (60 to 80%) between days 10 and 40, approximately. On the other hand, both reactors of the pretreatment 2 had presented greater hydrogen concentrations (upper 30%) during most of the process. Were also observed slightly higher pH values in the reactors with the raw material that received pretreatment 1 using ultrasound in comparison to your control. In the case of alkalinity, the pretreatment 2 stabilized at values lower than those observed for your control and for pretreatment 1 and its control. In terms of ammoniacal nitrogen, similar results were observed for the two pretreatments. In relation to COD, pretreatment 1 presented stable values, observing a reduction in values only after 32 day of the experiment, contrary to expected. Both reactors with pretreatment 2 presenting stable values of COD from the 21 day. As to the concentration of VFA, a greater concentration of butyric acid in relation to other acids were observed in all reactors, but pretreatment 1 favored the production of a smaller amount of acid. The analysis of scanning electron microscopy (SEM) showed, in both pretreatments 1 and 2, images with surface wear sugarcane straw at the end of the experiments. It can be concluded that the co-digestion of sugarcane straw and vinasse thermophilic conditions (55 °C) were favourable to the production of methane and hydrogen efficiently and that the main effect of ultrasound application was on the composition of biogas obtained
Subject: Digestão anaeróbia
Hidrogênio
Metano
Ultrassom
Vinhaça
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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