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Título: Digestão anaeróbia do glicerol oriundo da produção do biodiesel: alternativas para geração de energia e produtos de alto valor agregado.
Título em inglês: Anaerobic digestion of glycerol from biodiesel production: alternatives for energy generation and Products with high added value.
Autor(es): Viana, Michael Barbosa
Orientador(es): Santos, André Bezerra dos
Coorientador(es): Leitão, Renato Carrhá
Palavras-chave: Saneamento
Glicerol
Hidrogênio
Metano
Data do documento: 5-Ago-2016
Citação: VIANA, M. B. (2016)
Resumo: O presente estudo teve como objetivo avaliar o glicerol proveniente de biodiesel como substrato para síntese de hidrogênio (H2), metano (CH4) e ácidos carboxílicos através de digestão anaeróbia. Inicialmente, foram realizados testes de bancada alimentados em batelada com a finalidade de avaliar a produção de H2 variando-se a fonte de inóculo (lodo floculento proveniente de estação de tratamento de esgoto sanitário – ES, lodo granular proveniente de estação de tratamento de efluente de cervejaria – EC, líquido ruminal de caprino – LR e uma mistura uniforme destes inóculos – MX) e a estratégia de inibição da metagênese – EIM (adição de clorofórmio, choque ácido e choque de calor). Depois disso, foi avaliado o efeito da relação substrato/micro-organismo (S0/X0) na produção de H2. Os valores de S0/X0 testados variaram entre 1 e 16 g de demanda química de oxigênio (DQO)/g de sólidos totais voláteis (STV). Para os experimentos em fluxo contínuo, foi usado um sistema de reatores anaeróbios do tipo UASB (upflow anaerobic sludge blanket) em série, alimentado com glicerol residual para avaliar a produção de H2 e CH4. Na última etapa da pesquisa, foram conduzidos testes em batelada para avaliar o glicerol como substrato para produzir ácidos caproico (C6), variando-se a origem do inóculo, a concentração de etanol, com e sem bioaumentação com Clostridium acetobutylicum. Os resultados comprovaram que os inóculos ES, LR e MX, adicionados de clorofórmio, foram os mais eficientes em selecionar as bactérias produtoras de hidrogênio, com rendimentos variando entre 0,12 e 0,21 mol H2/mol glicerol. Os testes de S0/X0 mostraram que o máximo rendimento de H2 (32 mL H2/gDQOadicionada ou 35 L H2/kg glicerol) foi alcançado quando aplicou-se S0/X0 de 10 gDQO/gSTV. Acima desse valor, o rendimento de H2 diminuiu, mas a taxa de produção específica se mantém constante (em média 167 mL H2/[gSTV.d]). Os resultados em fluxo contínuo mostraram que o UASB produtor de H2 (RH) preenchido com meio suporte pôde ser operado estavelmente a 50 kgDQO/m3.d e produzir 46 L biogás/d, sendo 51% composto por H2, o que se refletiu em um rendimento de 0,135 mol H2/mol glicerol. Já o reator UASB produtor de CH4, alimentado com efluente diluído do RH, foi operado com COV máxima de 19 kgDQO/m3.d e foi capaz de produzir 92 L biogás/d, sendo 74% composto por CH4, acarretando uma produção específica de metano igual a 0,25 m3CH4/kgDQO adicionada. Em termos energéticos, o H2 e o CH4 produzidos pelos reatores UASB são capazes de gerar 171 MJ/m3 reator. Com base nas concentrações máximas de 1,3-propanodiol, ácido propiônico e ácido caproico produzidos em escala de laboratório, foi possível estimar que uma usina que gera 25 m3 glicerol/d pode alcançar uma rentabilidade diária entre a US$ 1.848,43 e 6.765,07, dependendo do produto desejado. Por fim, os testes de produção de C6 permitiram concluir que a maior concentração (3,8 g C6/L) foi encontrada quando lodo granular proveniente de estação de tratamento de efluente de cervejaria foi bioaumentado, com adição de etanol a 100 mM.
Abstract: The present study aimed to evaluate glycerol from biodiesel as Substrate for synthesis of hydrogen (H2), methane (CH4) and carboxylic acids through Anaerobic digestion. Initially, bench tests were carried out in batch With the purpose of evaluating H2 production by varying the inoculum source (flocculent sludge From sewage treatment plant - ES, granular sludge from Brewery effluent treatment plant - EC, goat ruminal fluid - LR and one Uniform mixture of these inoculants - MX) and the strategy of inhibition of metagenesis - EIM (Addition of chloroform, acid shock and heat shock). After that, the Of the substrate / microorganism ratio (S0 / X0) in H2 production. The values ​​of S0 / X0 Tested ranged from 1 to 16 g of chemical oxygen demand (COD) / g of total solids Volatile compounds (VTS). For the experiments in continuous flow, a system of reactors was used UASB (upflow anaerobic sludge blanket) type, fed with Glycerol to evaluate H2 and CH4 production. In the last step of the research, Conducted batch tests to evaluate glycerol as a substrate to produce Caproic acid (C6), varying the origin of the inoculum, the concentration of ethanol, with and without Bioaumentation with Clostridium acetobutylicum. The results showed that inocula ES, LR and MX, added with chloroform, were the most efficient in selecting the Hydrogen producing bacteria, with yields varying between 0.12 and 0.21 mol H2 / mol glycerol. The S0 / X0 tests showed that the maximum H2 yield (32 mL H2 / gDQA or 35 L H2 / kg glycerol) was achieved when S0 / X0 of 10 gDQO / gSTV. Above this value, the H2 yield decreased, but the production rate Constant (on average 167 mL H2 / [gSTV.d]). The results in flow Showed that the UASB producer of H2 (RH) filled with carrier medium could be Stably operated at 50 kg COD / m3.d and produce 46 L biogas / d, 51% being composed of H2, which was reflected in a yield of 0.135 mol H2 / mol glycerol. The UASB reactor Producer of CH4, fed with diluted RH effluent, was operated with maximum VOC of 19 kg COD / m3.d and was able to produce 92 L biogas / d, 74% composed of CH4, Resulting in a methane-specific production of 0.25 m 3 CH 4 / kg COD added. In In terms of energy, H2 and CH4 produced by UASB reactors are capable of 171 MJ / m3 reactor. Based on the maximum concentrations of 1,3-propanediol, And caproic acid produced in laboratory scale, it was possible to estimate that A plant that generates 25 m3 glycerol / d can achieve a daily profitability between US $ 1,848.43 and 6,765.07, depending on the desired product. Finally, the production tests of C6 allowed to conclude that the highest concentration (3.8 g C6 / L) was found when sludge Granular from brewery effluent treatment plant was bioaumented, With addition of 100 mM ethanol.
Descrição: VIANA, M. B. Digestão anaeróbia do glicerol oriundo da produção do biodiesel: alternativas para geração de energia e produtos de alto valor agregado. 2016. 160 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/21474
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