Influência dos pré-tratamentos de resíduos de podas urbanas no desempenho da codigestão anaeróbia de resíduos alimentares

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Perin, Jessica Klarosk Helenas
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Resíduos Orgânicos; Pré-tratamento biológico; Biometanização; Engenharias - Engenharia Civil; Organic Waste; Biological pre-treatment; Biomethanation
• Link de acesso: https://repositorio.uel.br/handle/123456789/18442

A crescente busca por fontes renováveis de energia torna a codigestão anaeróbia - CoDA de resíduos alimentares - RA e biomassa lignocelulósica, como resíduos de poda urbana – RPU (grama, galhos e folhas), uma alternativa para a produção de biogás. Porém, a complexa estrutura desta biomassa torna o pré-tratamento uma das etapas mais relevantes do processo, seja para aumentar a disponibilidade dos componentes de interesse e/ou facilitar a ação das enzimas. Neste sentido, o presente estudo tem como objetivo avaliar a influência dos pré-tratamentos químico, físico e biológico nos RPU, visando a otimização da sua CoDA com RA quanto à produção de metano. Para isso, o trabalho foi dividido em três etapas. A Etapa 1 refere-se à aplicação de diferentes pré-tratamentos ao RPU (químico com H2SO4, químico com NaOH, físico por auto-hidrólise e biológico com o fungo Pleurotus ostreatus) variando os tempos de residência, temperatura e concentração, objetivando a conversão da estrutura lignocelulósica do material. Com base nestes resultados, a Etapa 2 avaliou, a partir do Ensaio BMP, a produção específica de metano - PEM da CoDA de RA e RPU pré-tratado e da mono-digestão de RPU pré-tratado, variando o percentual de RPU adicionado. Uma vez que o pré-tratamento biológico apresentou resultados mais satisfatórios frente aos objetivos do trabalho, na Etapa 2A estudou-se condições de cultivo do Pleurotus ostreatus, variando os fatores esterilização, solução umedecedora e nutrientes, com o objetivo de avaliar diferentes possibilidades de desenvolvimento do fungo. A Etapa 3 comparou e avaliou quali-quantitativamente o biogás e efluente gerados em dois reatores em escala piloto (Reator A: CoDA de RA + RPU bruto e Reator B: CoDA de RA + RPU pré-tratado biologicamente). Os resultados da Etapa 1 indicaram que os pré-tratamentos ácido (3%, 125 ºC e 22 minutos), alcalino (5,5%, 104 ºC e 15 horas), auto-hidrólise (121 ºC, 1 atm e 15 minutos) e biológico (28 ºC e 14 dias) foram as condições mais favoráveis para conversão de açúcares, remoção de lignina, aumento nos teores de celulose e mudanças na estrutura do RPU. A Etapa 2 indicou que, embora a CoDA de RA + 30% de RPU pré-tratado alcalino tenha promovido maiores remoções de sólidos totais voláteis - STV (55,37%) e demanda química de oxigênio - DQO (58,53%) e a CoDA de RA + 30% de RPU pré-tratado ácido tenham apresentado maiores volumes de biogás acumulado (981,01 NmL) e produção específica de biogás (298,59 NmL gSTV-1), não houve diferença significativa entre as condições de CoDA de RA + 30% de RPU pré-tratado alcalino, RA + 30% de RPU pré-tratado ácido e RA + 30% de RPU pré-tratado biologicamente no que se refere a PEM. Portanto, selecionou-se o pré-tratamento biológico para continuidade do estudo. Os resultados da Etapa 2A indicaram que tanto a solução umedecedora composta apenas por água, quanto a com condições ideais, promoveram remoção de lignina e crescimento do fungo, apontando possibilidade de economias financeiras no preparo destas. Por fim, os resultados da Etapa 3 mostraram que o Reator B apresentou maiores taxas de conversão de matéria orgânica (82,74% para STV e 82,21% para DQO), produção média de biogás (16,40 L), produção específica de biogás (400,70 L kgSTV-1), produção média de metano (10,17 L d-1), PEM (235,73 L kgSTV-1) e percentual médio de metano (58,83%) quando comparados ao Reator A. Conclui-se que a aplicação de pré-tratamento aos resíduos lignocelulósicos, em especial o biológico com Pleurotus ostreatus, é uma alternativa para otimizar a produção de biogás e metano em processos anaeróbios, uma vez que promoveu resultados satisfatórios quando utilizado como co-substrato com RA. A biomassa fúngica inativa pode ter sido utilizada como matéria orgânica pelos microrganismos e influenciado nas maiores conversões orgânicas.