Codigestão mesofílica de vinhaça de cana-de-açúcar e glicerol destilado em reator de leito fixo estruturado

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Borges, André do Vale
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: AnSTBR; Biocombustíveis; Biofuels; Codigestão de resíduos; Energy recovery; Recuperação energética; Waste codigestion
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-16092020-110935/

Os combustíveis fósseis constituem a principal fonte de energia nos dias atuais, ocupando 81% da demanda mundial de energia, segundo dados da Agência Internacional de Energia para 2016. Apesar de sua notável influência no crescimento socioeconômico das nações, os combustíveis fósseis apresentam inconvenientes, como a disponibilidade limitada na natureza e implicações ambientais inerentes ao seu uso, como a geração de resíduos tóxicos, sobretudo a emissão de gases de efeito estufa (GEE) nocivos ao ser humano e à natureza. Diante destas limitações, são fundamentais os estudos acerca da viabilidade de fontes alternativas e sustentáveis de energia a fim de reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. A compreensão das tecnologias de codigestão a partir dos resíduos de biocombustíveis, como a vinhaça e o glicerol, constitui um passo importante na busca por melhorias nas condições operacionais dos sistemas anaeróbios, potencializando a recuperação energética na forma de biogás. Nesse sentido, o uso de glicerol em codigestão mesofílica com a vinhaça com vistas à produção de bioenergia se apresenta como uma alternativa interessante para incrementar o conteúdo orgânico do sistema, dado o seu volume de produção excedente e saturação no mercado quanto às suas aplicações. Ante o exposto, o presente estudo propôs avaliar as condições operacionais e a produção de metano a partir da codigestão mesofílica da vinhaça de cana-de-açúcar e glicerol destilado em reator de leito fixo estruturado (AnSTBR). O estudo experimental foi conduzido em duas etapas principais. A primeira etapa iniciou com a operação de reatores em regime de batelada, com enfoque na determinação da produção de metano a partir de variações na DQO afluente. A segunda etapa propôs o sistema de codigestão mesofílica da vinhaça e glicerol em reator AnSTBR, adotando-se a estratégia de aumento progressivo de carga orgânica até 5 kg.m-3.d-1 associada à eficiência de conversão de matéria orgânica da ordem de 70%, com vistas à produção de metano. Nos reatores em batelada, a proporção 70% glicerol e 30% vinhaça contribuiu para o aumento da velocidade de produção de metano em 95% em relação à monodigestão da vinhaça. O maior rendimento de metano foi observado na proporção 50% vinhaça e 50% glicerol, com valor médio de 352 ± 17 mLCH4.g-1DQOr e eficiência de remoção de DQO de 97%, o que motivou a manutenção da referida proporção na operação do reator contínuo. A operação do reator AnSTBR registrou maior rendimento médio e produção volumétrica de metano na COVa de 3,5 kgDQO.m-3.d-1, com valores de 210 ± 31 mL.g-1DQOr e 668 ± 73 mL.L-1.d-1, respectivamente. As eficiências médias para a remoção de DQO, carboidratos totais e glicerol ao longo dos 105 dias de operação foram de 77,1 ± 5,4%, 81,9 ± 7,7% e 99,7 ± 0,6%, corroborando o desempenho satisfatório do sistema de codigestão anaeróbia a partir dos cossubstratos testados. A partida lenta do reator foi necessária frente à elevada taxa de acidificação dos cossubstratos utilizados, em especial do glicerol. O aumento na concentração de propionato com o incremento de COVa reforça a necessidade de alterações lentas de carga orgânica, buscando-se a manutenção da codigestão anaeróbia.