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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/6876
Tipo do documento: Tese
Title: Valorização Energética de Lodos de Sistema de Tratamento de Efluentes da Indústria de Abate e Processamento de Carnes Via Codigestão Anaeróbia
Other Titles: Energy recovery of sçudge from the efluente treatment system from the slaughter and meat processing industry via anaerobic codigestion
Autor: Fagnani, Katia Cristina 
Primeiro orientador: Gomes, Simone Damasceno
Primeiro coorientador: Sequinel, Rodrigo
Primeiro membro da banca: Gomes, Simone Damasceno
Segundo membro da banca: Alves, Helton José
Terceiro membro da banca: Paesi, Suelen Osmarina
Quarto membro da banca: Fuess, Lucas Tadeu
Quinto membro da banca: Kunz, Airton
Resumo: Os principais resíduos orgânicos da indústria de abate e processamento de carnes são o lodo gerado no processo de flotação físico-química (lodo de flotador-LF) e o lodo excedente do sistema de lodos ativados (LA). O LF é um resíduo com alto teor de lipídeos e proteínas, e o tratamento por meio da digestão anaeróbia tem sido relacionado na literatura com o aumento de acidez devido ao acúmulo de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) e amônia, fatores que podem ocasionar inibição das archaeas metanogênicas. Problemas relacionados ao custo com a destinação e o volume de resíduo gerado motivaram esse estudo. Portanto, este estudo teve como objetivo principal avaliar a codigestão anaeróbia do lodo flotado, com o lodo ativado, provenientes do tratamento de efluentes da indústria de abate e processamento de carne de aves e tilápias, localizada na região Oeste do Paraná, em reator contínuo de mistura completa (CSTR) com 16 litros. O efeito do aumento da concentração de lodo flotado (30 a 100% v/v) foi analisado quanto à geração de metano e à remoção de carga orgânica para a valorização energética. A operação do reator foi dividida em fases, definidas de acordo com o teor de lodo flotado no substrato, compostas pela Fase I: partida do reator (Inóculo+20%LF+80%LA) e tratamentos de 1 a 4 com concentrações que variaram de 30 a 90% de lodo flotado, e a Fase II: período de aclimatação (70%LF+30%LA) e pelos tratamentos com 70%LF; 90%LF e 100%LF. As fases diferem-se pelos valores de COV, em que a Fase I operou de 0,21 a 0,54 kg SV.m-3.d-1, e a Fase II operou com os resíduos sem diluições com COV de 1,53 a 2,53 kg SV.m-3.d-1. O TDH foi de 20 dias. Concluiu-se na Fase I que o aumento do teor de lodo flotado de 30 a 90% contribuiu para o aumento da produção de biogás e de metano, e os resultados dessa fase contribuíram para a estratégia de operação da fase seguinte. Na Fase II, a operação ocorreu com teores de 70, 90 e 100% de LF. Concluiu-se que a produção volumétrica de biogás (PVB) foi crescente, porém, os tratamentos demonstraram diferentes comportamentos de estabilidade e desempenho. A produção volumétrica de metano (PVM) entre os tratamentos com 70%, 90% e 100 %LF foram de 513,67; 597,61 e 595,58 mLCH4.L-1..d-1, respectivamente, e não apresentaram diferenças estatísticas. O rendimento de metano para os tratamentos com 70%LF e 90%LF apresentaram valores de 417,20 e 529,01 mLCH4 g-1 SVrem, e não apresentaram diferenças estatísticas entre si. A análise taxonômica apresentou alta abundância relativa para archaeas metanogênicas. O tratamento com 90%LF manteve a estabilidade na operação (AI/AP:0,31) e apresentou a maior abundância relativa de archaeas metanogênicas do gênero Methanosarcina (59,15%). Evidenciou-se redução no rendimento de metano na condição operada com 100%LF, com acúmulo de AGCC (9,7 g.L-1) e de amônia livre (AL) (301 mg.L- 1), que comprovou a inibição das archaeas metanogênicas (25,99%). Quanto à remoção de carga orgânica, os tratamentos da Fase II apresentaram eficiência de remoção de DQOt de 39,96, 51,77 e 70,89%, DQOs de 52,34; 51,11 e 60,11%, SV de 80,51; 72,59 e 78,19 % e de OG 65,41; 71,11 e 62,60%, respectivamente para os tratamentos com 70%LF, 90%LF e 100%LF. Considerou-se a PVB do tratamento com 90%LF e avaliou-se um estudo de caso que simulou o potencial de geração de biogás. Assim, concluiu-se que a respectiva indústria, com abate diário de 600 mil aves e 100 mil tilápias, pode gerar diariamente 11707 m3.d-1 de biogás e 7314 m3.d-1 de metano, e fazer uso como energia elétrica, térmica ou biometano. Por fim, concluiu-se que codigestão é uma abordagem promissora para a valorização energética do lodo flotado e contribui com a gestão sustentável de resíduos industriais e a produção de energia limpa e renovável.
Abstract: The main organic waste from the meat slaughtering and processing industry has been sludge produced during physical-chemical flotation process (flotation sludge - FL) and the surplus sludge from the activated sludge system (AS). FL is a waste product with a high lipid and protein content, and its treatment with anaerobic digestion has been reported in literature since it has caused problems on reactor stability, and increased acidity due to the accumulation of short-chain fatty acids (SCFA) and ammonia, factors that can cause reversible or total inhibition of methanogenic archaea. Problems related to the cost of disposal and volume of waste generated incited this study, with the opportunity to treat both wastes within the industry itself. Therefore, the main objective of this study was to evaluate the anaerobic co-digestion of floated sludge with activated sludge to treat effluents from poultry and tilapia meat slaughtering and processing industry, in the Western region of Paraná, in a 16-L continuous complete mixing reactor (CSTR The effect of increasing floated sludge concentration (30 to 100% v/v) was analyzed regarding methane generation and organic load removal for energy recovery. The reactor operation was divided into phases, defined according to the content of flocculated sludge in substrate, which consisted of Phase I: reactor start-up (inoculum+20%FL+80%AS) and treatments from 1 to 4 with concentrations ranging from 30 to 90% flocculated sludge; and Phase II: acclimatization period (70%FL+30%AS) and treatments with 70% FL; 90% FL and 100% FL. These phases differed in terms of OLR values: Phase I operated at 0.21 to 0.54 kg SV.m-3.d-1, and Phase II opera ed with undiluted waste at 1.53 to 2.53 kg SV.m-3.d-1. HRT was 20 days for all treatments. It can be concluded from Phase I that the content increase of floated sludge from 30 to 90% contributed to an increase in biogas and methane production, and these results contributed to the operation strategy for the next phase. In Phase II, operation occurred at 70, 90 and 100% FL. It can be concluded that the volumetric production of biogas (VPB) increased, but the treatments showed different stability and performance behaviors. The volumetric production of methane (VPM) among treatments with 70%, 90% and 100% FL were 513.67; 597.61 and 595.58 mLCH4.L-1.d-1, respectively, and showed no statistical differences. The methane yields for 70% FL and 90% FL treatments were 417.20 and 529.01 mLCH4 g-1 SVrem, respectively, and did not differ statistically. The taxonomic analysis showed a high relative abundance for methanogenic archaea. The 90% FL treatment remained stable during operation (AI/AP:0.31) and showed the highest relative abundance of methanogenic archaeae of the Methanosarcina genus (59.15%). There was a decrease in methane yield when the operation occurred at 100% FL. This showed an accumulation of SCFA (9.7 g.L-1) and free ammonia (FA) (301 mg.L-1), which testified the inhibition of methanogenic archaeae (25.99%). Regarding organic load removal, the Phase II treatments showed COD removal efficiencies of 39.96, 51.77 and 70.89%, COD of 52.34, 51.11 and 60.11%, VS of 80.51, 72.59 and 78.19% and OG of 65.41, 71.11 and 62.60%, respectively for the 70% FL, 90% FL and 100%LF treatments. Considering the VPB of the 90% FL treatment, a case study was carried out to simulate the potential for biogas generation. Thus, it was concluded that the respective industry, with daily slaughter of 600 thousand poultries and 100 thousand tilapia, could generate 11707 m3.d-1 of biogas and 7314 m3.d-1 of methane daily, which could be used as electricity, heat or biomethane. Lastly, it can be concluded that codigestion is a promising approach for energy recovery of flocculated sludge from the meat slaughtering and processing industry. It can also contribute to the sustainable management of industrial waste and the production of clean, renewable energy.
Keywords: Digestão anaeróbia
Lodo gorduroso
Inibição
Ácidos graxos voláteis
Biogás
Resíduo agroindustrial
Anaerobic digestion
Fatty sludge
Inhibition
Volatile fatty acids
Biogas
Agroindustrial waste
CNPq areas: Recursos Hidricos e Saneamento Ambiental
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Campun: Cascavel
Citation: FAGNANI, Katia Cristina. Valorização Energética de Lodos de Sistema de Tratamento de Efluentes da Indústria de Abate e Processamento de Carnes Via Codigestão Anaeróbia. 2023. 167 f. Tese (Doutorado - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel - PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
URI: https://tede.unioeste.br/handle/tede/6876
Issue Date: 18-Aug-2023
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL)

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