Export iten: EndNote BibTex

Please use this identifier to cite or link to this item: http://tede.unioeste.br/handle/tede/4879
Tipo do documento: Tese
Title: Produção de hidrogênio e metano a partir de manipueira com adição de glicerol residual por biodigestão anaeróbia
Other Titles: Hydrogen and methane production from manipueira with addition of residual glycerol by anaerobic biodigestion
Autor: Meier, Thompson Ricardo Weiser 
Primeiro orientador: Silva, Edson Antonio da
Primeiro coorientador: Teleken, Joel Gustavo
Primeiro membro da banca: Silva, Edson Antonio da
Segundo membro da banca: Rodrigues, Maria Luiza Fernandes
Terceiro membro da banca: Klen, Márcia Regina Fagundes
Quarto membro da banca: Burin, Eduardo Lucas Konrad
Quinto membro da banca: Zenatti, Dilcemara Cristina
Resumo: No Brasil, embora a maior parte da demanda energética ser suprida por meio de energia hidrelétrica, o estudo e otimização de outras fontes renováveis de energia tem crescido devido à preocupação com o grande impacto local causado pela instalação desses empreendimentos, além da constante baixa dos níveis dos reservatórios de água observados nos últimos anos. Neste contexto, a produção de biogás vem ganhando cada vez mais a atenção de pesquisadores, que tem visado principalmente a otimização do processo através da codigestão de dois ou mais resíduos. Apesar do incremento significativo da produção de biogás e metano proporcionado pela adição de glicerol a resíduos agroindustriais quando submetidos a biodigestão anaeróbia, poucos estudos são direcionados a produção de hidrogênio utilizando este resíduo. Assim, o presente trabalho avaliou a biodigestão anaeróbia em dois estágios da manipueira com adição de glicerol residual, visando maximizar a produção de hidrogênio e metano. Neste estudo foi utilizado inóculo de água residual de suinocultura, que foi avaliado pelo isolamento dos microrganismos anaeróbios, extração do DNA e sequenciamento genético, revelando que este inóculo continha bactérias do gênero Brevundimonas, do subgrupo Bacillus subtilis e Bacillus cereus, e uma da espécie Bacillus licheniformis. Para o estudo da produção de gás, delineou-se planejamento fatorial 32 visando avaliar os efeitos da temperatura e concentração de glicerol na produção de hidrogênio, e o efeito da temperatura e adição de bicarbonato de sódio, um agente tamponante, na produção de metano. Verificou-se que a adição de glicerol proporcionou um aumento da produção de hidrogênio. Enquanto a produção de hidrogênio nos tratamentos sem a adição de glicerol variou de 215,1 a 243,5 mL, nas melhores condições obtidas neste estudo (4% de glicerol e temperatura de 38,5 oC), a produção foi de 1102,6 mL, um incremento superior a 400 % quando comparados aos tratamentos sem adição deste resíduo. A análise dos efluentes destes experimentos evidenciou a necessidade de um tratamento adicional. Desta forma, foi realizado o estudo da biodigestão em dois estágios, que emprega o uso de reatores acidogênico e metanogênico separados fisicamente. Nesta etapa foi otimizada a produção de metano, avaliando os efeitos da temperatura na faixa entre 36,0 e 39,0 oC e da concentração de bicarbonato de sódio (entre 2,0 e 6,0 gL-1), que foi adicionado ao efluente de um biodigestor acidogênico de escala piloto com volume útil de 50 L e que operava nas condições otimizadas de produção de hidrogênio. As melhores condições obtidas para o estágio metanogênico foram em temperatura de 39,0 oC e concentração de bicarbonato de sódio de 5,0 gL-1. Nestas condições, a remoção de DQO foi de 93,4 %, sendo produzido biogás com 64,5 % de metano, o que resultou em um volume de 2819,4 mL deste biocombustível. Desta forma, o emprego da biodigestão em dois estágios tornou possível maximizar a tanto a produção de hidrogênio quanto a de metano, sendo obtidos 861,4 mLH2 e 1762,1 mLCH4 a cada litro de resíduo tratado. Assim, conclui-se que os substratos e inóculo empregados no estudo são adequados ao processo de biodigestão anaeróbia, e podem contribuir para a redução da dependência das fontes fósseis de energia.
Abstract: In Brazil, although most energy demand is supplied through hydroelectric power, the study and optimization of other renewable energy sources has grown due to concern about the constant low levels of water reservoirs observed in recent years. In this context, biogas production has increasingly gained the attention of researchers, who have mainly aimed at optimizing the process through the codidigestion of two or more waste. Despite the significant increase in biogas and methane production provided by the addition of glycerol to agroindustrial residues when subjected to anaerobic biodigestion, few studies are directed to the production of hydrogen using this residue. Thus, the present study evaluated the anaerobic biodigestion in two stages of Manipueira with the addition of residual glycerol, aiming to maximize the production of hydrogen and methane. In this study we used inoculum of residual swine water, which was evaluated by the isolation of anaerobic microorganisms, DNA extraction and genetic sequencing, revealing that this inoculum contained bacteria of the genus Brevundimonas, from the subgroup Bacillus subtilis and Bacillus Cereus, and one of the species Bacillus licheniformis. For the study of gas production, a 32 factorial design was delineated aiming to evaluate the effects of glycerol temperature and concentration on the production of hydrogen and methane, and it was verified that the addition of glycerol provided an increase in the production of Hydrogen. While the production of hydrogen in the treatments without the addition of glycerol ranged from 215.1 to 243.5 mL, in the best conditions obtained in this study (4% of glycerol and temperature of 38.5 oC), the production was 1102.6 mL, an increment higher than 400%. The effluent analysis of these treatments evidenced the need for additional treatment. Thus, a two-stage biodigestion study was carried out, which employs the use of physically separated acidogenic and methanogenic reactors. At this stage the methane production was optimized, evaluating the effects of temperature in the range between 36.0 and 39.0 oC and the concentration of sodium bicarbonate (between 2.0 and 6.0 gL-1), which was added to the effluent of a pilot-scale acidogenic biodigester with volume of 50 L and operating in the optimized conditions of hydrogen production. The ideal conditions for the methanogenic stage were at a temperature of 39.0 oC and a concentration of sodium bicarbonate of 5.0 gL-1. In these conditions, the removal of COD was 93.4%, and biogas was produced with 64.5% of methane, which resulted in a volume of 2819.4 mL of this biofuel. Thus, the use of two-stage biodigestion made it possible to maximize both hydrogen and methane production, and 861.4 mLH2 and 1762.1 mLCH4 were obtained for each liter of treated waste. Thus, it is concluded that the substrates and inoculum used in the study are adequate to the anaerobic biodigestion process, and can contribute to the reduction of dependence on fossil energy sources.
Keywords: Otimização
Bioenergia
Resíduos agroindustriais
Optimization
Bioenergy
Agro-industrial waste
CNPq areas: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Campun: Toledo
Citation: MEIER, Thompson Ricardo Weiser. Produção de hidrogênio e metano a partir de manipueira com adição de glicerol residual por biodigestão anaeróbia. 2020. 68 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/4879
Issue Date: 5-Mar-2020
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química (TOL)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Thompson_Meier_2020.pdf1.8 MBAdobe PDFView/Open Preview


Items in TEDE are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.