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https://tede.unioeste.br/handle/tede/7723
Tipo do documento: | Dissertação |
Title: | Codigestão anaeróbia de resíduos pecuários e agroindustriais em reatores do tipo CSTR |
Other Titles: | Anaerobic co-digestion of livestock and agro- industrial waste in CSTR reactors |
Autor: | Enokida, Cristina Harumi ![]() |
Primeiro orientador: | Kunz, Airton |
Primeiro membro da banca: | Edwiges, Thiago |
Segundo membro da banca: | Costa, Monica Sarolli Silva de Mendonça |
Resumo: | O aumento do consumo de proteínas animais nos últimos anos tem impulsionado a produção e, consequentemente, aumentado a geração de resíduos ricos em matéria orgânica. Além da agroindústria, etapas do processamento de proteínas em propriedades rurais também geram resíduos que demandam tratamento, preferencialmente no local de origem, evitando transporte de longa distância. Para reduzir custos e otimizar a produção, é essencial adotar tecnologias que também garantam o manejo adequado desses resíduos. Uma alternativa de tratamento já utilizada no país é a Digestão Anaeróbia (DA), que remove grande parte da matéria orgânica dos resíduos, gerando biogás e digestato, o qual possui potencial uso como biofertilizante. Este estudo avaliou a Digestão Anaeróbia de cinco diferentes resíduos provenientes de atividades pecuárias (dejeto bovino, dejeto suíno e resíduo de incubatório de aves) e agroindustriais (resíduo de ossos e proteína e lodo seco de Flotador por Ar Dissolvido – FAD) em um reator anaeróbio do tipo Tanque com Agitação Contínua (Continuous Stirred Tank Reactor - CSTR) em escala laboratorial. Foram testadas diferentes misturas dos resíduos no reator, caracterizando um processo de Codigestão Anaeróbia, com o objetivo de identificar as melhores condições operacionais considerando a disponibilidade dos resíduos. O reator utilizado possuía volume útil de 12L e volume operacional de 17L, com sistema de agitação ajustado a um regime de 65rpm, operando 20 minutos desligado e 5 minutos ligado, sendo o aquecimento mantido a 37°C. Inicialmente, o reator foi alimentado apenas com dejetos suínos e bovinos, sendo posteriormente realizada a progressão de carga com os demais resíduos, totalizando dezessete fases experimentais. Durante o estudo, foram analisados parâmetros físicos, químicos e biológicos dos resíduos e da biomassa do reator, além de cálculos de produtividade e rendimento de biogás. Os resultados indicaram que a melhor Carga Orgânica Volumétrica (COV) foi obtida na nona fase, atingindo 3,67 kgSVadic m⁻³ d⁻¹, com produtividade de 2,84 LN Lreator⁻¹ d⁻¹ e rendimento de 770 LN kgSVadic⁻¹ d⁻¹ de biogás. Análises microbiológicas em fases selecionadas identificaram a predominância de filos bacterianos associados à hidrólise e acidogênese, com destaque para Firmicutes. O gênero acidogênico Clostridium_sensu_stricto_1 foi predominante na Fase VII, enquanto DTU014 (acetogênico) destacou-se na Fase XIV. A metanogênese, inicialmente conduzida por Methanosaeta via acetoclástica (Fase V), foi, posteriormente, substituída por Methanosarcina, coincidindo com o acúmulo de Ácidos Graxos Voláteis (AGVs). Por fim, os dados obtidos forneceram informações robustas para a replicação do processo em escala plena, servindo como base para o desenvolvimento de uma planta de biogás otimizada de acordo com as condições experimentais estabelecidas em laboratório. |
Abstract: | Increased consumption of animal proteins in recent years has driven production and, consequently, increased the generation of waste rich in organic matter. In addition to the agroindustry, stages of protein processing on farms also generate waste that requires treatment, preferably at the point of origin, to avoid long-distance transportation. To reduce costs and optimize production, it is essential to adopt technologies that also ensure proper management of these wastes. One treatment alternative already used in the country is Anaerobic Digestion (AD), which removes a significant portion of the organic matter from the waste, generating biogas and digestate, which has potential use as a biofertilizer. This study evaluated the anaerobic digestion of five different wastes from livestock activities (cattle manure, swine manure, and bird hatchery waste) and agro-industrial activities (bone and protein waste, and dry sludge from Dissolved Air Flotation – DAF) in a laboratory-scale Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR). Different mixtures of waste were tested in the reactor, characterizing a co-digestion process, with the aim of identifying the best operational conditions considering the availability of waste. The reactor used had a useful volume of 12L and an operational volume of 17L, with an agitation system adjusted to a regime of 65 rpm, operating 20 minutes off and 5 minutes on, with heating maintained at 37°C. Initially, the reactor was fed only with swine and cattle manure, with the subsequent load progression of other wastes, totaling seventeen experimental phases. During the study, physical, chemical, and biological parameters of the wastes and reactor biomass were analyzed, as well as productivity and biogas yield calculations. The results indicated that the best Volumetric Organic Loading Rate (OLR) was obtained in the ninth phase, reaching3,67 kgSVadic m⁻³ d⁻¹, with a productivity of 2,84 LN Lreator⁻¹ d⁻¹ and a yield of 770 LN kgSVadic⁻¹ d⁻¹ of biogas. Microbiological analyses in selected phases identified the predominance of bacterial phyla associated with hydrolysis and acidogenesis, especially Firmicutes. The acidogenic genus Clostridium sensu stricto_1 was predominant in Phase VII, while DTU014 (acetogenic) stood out in Phase XIV. Methanogenesis, initially conducted by Methanosaeta via acetoclastic (Phase V), was later replaced by Methanosarcina, coinciding with the accumulation of volatile fatty acids (VFAs). Finally, the data obtained provided robust information for the replication of the process on a full scale, serving as a basis for the development of an optimized biogas plant according to the experimental conditions established in the laboratory. |
Keywords: | Biogás Produtividade Rendimento Resíduo de produção animal Resíduo sólido de agroindústria Biologia molecular Biogas Productivity Yield Animal Production Waste Agro-industrial Solid Wast Molecular Biology |
CNPq areas: | RECURSOS HÍDRICOS 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: | Enokida, Cristina Harumi. Codigestão anaeróbia de resíduos pecuários e agroindustriais em reatores do tipo CSTR. 2024. 88 f. Dissertação( Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel . |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/7723 |
Issue Date: | 2-Aug-2024 |
Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Agrícola (CVL) |
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