Co-digestão anaeróbia de macrófitas com excesso de lodo de reator UASB gerados no tratamento de efluentes domésticos

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Hoyos, Nestor Leonel Muñoz
• Orientador(a): Monteggia, Luiz Olinto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Biogás; Metano; Uasb; Digestão anaeróbia; Tratamento de esgoto doméstico; Lodo ativado
• Palavras-chave em Inglês: Biogas; Bioenergy; Anaerobic co-digestion; Macrophytes; Anaerobic sludge; Temperature; Pre-treatment; Specific methane yield
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/232060

O presente estudo teve como objetivo explorar o potencial de produção de biogás e metano das macrófitas flutuantes (Lemna minor, Wolffia columbiana, Spirodela polyrrhiza e Spirodela intermedia) num processo de co-digestão utilizando lodo anaeróbio de reator UASB como inóculo. O substrato (macrófitas) e o inóculo do processo anaeróbio de co-digestão foram obtidos do tratamento de água residual doméstica. Para alcançar os objetivos propostos foram realizados 5 ensaios exploratórios nos quais foram testadas diferentes condições operacionais para determinar a sua influência na produção de biogás e metano. Os ensaios foram realizados utilizando biodigestores de 50 litros de volume e operados em bateladas. Os experimentos foram conduzidos em triplicatas para branco (lodo anaeróbio) e as diferentes relações I/S (inóculo/substrato). No ensaio 1 foram avaliadas quatro relações I/S (0.5, 1.0, 1.5 e 2.0) e os biodigestores foram operados sob condições de temperatura de inverno (média de 18±2,4°C) durante 66 dias. No ensaio 2 o substrato foi submetido a trituração com o objetivo de avaliar o efeito do pré-tratamento mecânico das macrófitas sobre a produção de biogás. As relações I/S foram mantidas do experimento anterior e o ensaio foi conduzido durante 52 dias a temperatura de inverno (19±1,4°C). No ensaio 3 foi avaliado o efeito da temperatura sobre a produção de biogás e metano nos biodigestores. Neste experimento foram mantidas as relações I/S e não foi aplicado pré-tratamento mecânico no substrato. A aplicação do ensaio foi a temperatura de verão (26,6±1,1°C) e o tempo duração das bateladas foi de 37 dias. No ensaio 4 as macrófitas foram trituradas e as condições operacionais dos biodigestores foram similares as do ensaio 3. O tempo de duração do ensaio foi de 32 dias e a temperatura média do período quente foi de 25,8±1.0°C. No ensaio 5 foi avaliado o efeito do regime de mistura sobre a produção de biogás em biodigestores de monodigestão (lodo) e co-digestão anaeróbia (lodo e macrófitas). Os resultados obtidos em todas as condições operacionais testadas neste trabalho indicaram que a biomassa lignocelulósica contribuiu positivamente para aumento da produção de biogás e metano. Evidenciou-se que a produção de biogás e metano variaram em função do parâmetro operacional I/S que determina a quantidade de substrato alimentado nos biodigestores. Quando os biodigestores foram operados em temperaturas baixas (inverno) e com substrato sem pré-tratamento, a relação que apresentou maior produção de biogás e metano foi a I/S=1.5 e o maior YCH4 foi para a I/S=2.0 com 184 NmL CH4/g SV. Para a mesma condição de temperatura, mas com pré-tratamento aplicado no substrato o biodigestor que produziu maior volume de biogás e metano foi a I/S=0.5 e o YCH4 mais elevado foi atingido pela I/S=1.5 com 233,6 NmL CH4/g SV. Com o aumento da temperatura (verão) e com substrato sem pré-tratamento a relação I/S=0.5 apresentou as produções mais elevadas de todos os ensaios com 144.863 e 76.927 NmL de biogás e metano. O maior valor do YCH4 alcançado neste ensaio foi de 323,3 NmL CH4/g SV para a I/S=1.0. No ensaio 4 o pré-tratamento físico da biomassa e a temperatura de verão favoreceram o processo de digestão anaeróbia, sendo que as relações I/S=1.0, 1.5 e 2.0 apresentaram valores de YCH4 próximos de 300 NmL CH4/g SV. Observou-se que o regime de mistura aplicado nos biodigestores incrementou a produção de metano em 67% nos biodigestores com inóculo (monodigestão) e em 29% nos biodigestores com lodo anaeróbio e macrófitas (co-digestão). A mistura também favoreceu o YCH4, com incremento de 28% alcançado pelos biodigestores com mistura (1.0-CM), comparativamente aos biodigestores sem mistura (1.0-SM).