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Tipo do documento: Dissertação
Title: Codigestão anaeróbia de lixiviado de aterro sanitário e água residuária de fecularia visando à produção de biogás
Other Titles: Anaerobic codigestion from landfill leachate and cassava wastewater for biogas production
Autor: Gotardo, Luiz Gustavo Zanolla 
Primeiro orientador: Gotardo, Jackeline Tatiane
Primeiro membro da banca: Kunz, Airton
Segundo membro da banca: Castro, Thiago Morais de
Resumo: A busca pela sustentabilidade, baseada em metas ambientais como os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável, estabelecidos pela Assembleia Geral das Nações unidas, traz desafios para entes públicos e privados que desejam aliar tais objetivos e metas com o equilíbrio financeiro de um empreendimento. Entre as metas, a geração de energia limpa recebe destaque, a qual pode ser obtida de diversas formas, como a partir da geração e da utilização de biogás. A digestão anaeróbia, processo biológico de decomposição de matéria orgânica realizado por microrganismos, pode ser utilizada tanto para o tratamento de efluentes líquidos como para a geração de biogás e metano. Esse último pode ser utilizado como fonte de energia limpa ou biocombustível, bem como permite suprir os custos de operação do tratamento, gerar lucro e assim cumpre objetivos sustentáveis. A maioria dos resíduos e efluentes orgânicos pode ser utilizada como substrato para a digestão anaeróbia, porém, nem sempre as condições necessárias são atingidas para realizar o processo de forma eficiente. Um exemplo é a água residuária de fecularia (ARF), rica em matéria orgânica, porém, apresenta pH ácido e baixa alcalinidade, características que dificultam a adaptação dos microrganismos e podem inibir a digestão anaeróbia. A codigestão com outros efluentes permite suprir essas dificuldades, como a utilização de lixiviado de aterro sanitário que, apesar de possuir pouca matéria orgânica, possui elevada alcalinidade e presença de nutrientes como ferro e níquel, que podem potencializar o processo. Ao se considerar a existência de aterros sanitários e fecularias em quantidade considerável na Região Intermediária de Cascavel, Paraná, o objetivo deste trabalho foi realizar a codigestão anaeróbia entre o lixiviado e a ARF, para a produção de biogás. A primeira etapa da pesquisa consistiu na elaboração de um delineamento simplex com cinco misturas de proporções entre lixiviado: ARF (100:0, 67:33, 50:50, 33:67, 0:100), em reatores em batelada com volume total de 1 L e volume útil de 50%. Os reatores foram incubados com lodo de UASB a uma relação substrato/inóculo de 0,4 gDQO.gSV-1, em temperatura mesofílica, sem controle do pH da mistura, por 50 dias. A mistura com 67% de lixiviado permitiu o máximo rendimento de CH4, 331,2 mL.gSV-1, enquanto a mistura 50:50 permitiu a máxima remoção de DQO, 80%. A análise de desejabilidade indicou a proporção entre os substratos de 53:47 como a mais favorável. A segunda etapa da pesquisa consistiu em aplicar a proporção otimizada em um reator de leito fixo e fluxo contínuo ascendente, com volume útil de 3,6 L, mantido à faixa de temperatura mesofílica. Quatro condições experimentais foram elaboradas, com variação nos tempos de retenção hidráulica em ordem decrescente: 25, 20, 15 e 10 horas; e cada condição foi monitorada por 30 dias. Foram obtidas a máxima remoção de DQO e a máxima concentração de CH4 no biogás na condição 1 (TRH de 25 horas), as quais foram respectivamente, 86,2 e 64,7%. A máxima produtividade de CH4 foi obtida nas condições 3 e 4 (15 e 10 horas de TRH), as quais foram, respectivamente, 3,3 e 3,4 L.Lreator-1.d-1. Após a realização de teste comparativo de médias para avaliar se havia diferenças significativas entre os valores encontrados para cada condição, foi definida a terceira condição, com TRH de 15 horas, como a que melhor cumpriu os objetivos do trabalho, com produtividade de CH4 de 3,3 L.Lreator-1.d-1, remoção de DQO de 75,4% e concentração de CH4 no biogás de 62,5%. Portanto, foi possível estabelecer a codigestão anaeróbia entre os substratos selecionados, e obter resultados satisfatórios para as variáveis respostas avaliadas. Logo, a pesquisa demonstrou a possibilidade da utilização desses substratos para gerar metano, como alternativa sustentável de tratamento.
Abstract: The search for sustainability, based on environmental goals such as Sustainable Development Goals, established by The United Nations, has been a challenge for both public and corporate sectors that aim at associating those goals with financial stability of an enterprise. Among those goals, clean energy generation has a spotlight, which can be achieved by several ways, such as by biogas generation. Anaerobic digestion, a biological process to decompose organic matter, which is carried out by microorganisms, can be used to achieve liquid effluent treatment as well as to produce biogas and methane. This last one can be applied as biofuel, which can generate clean energy. It can also cover the operating costs of the treatment, generate profits and meet environmental goals. Most of organic wastewaters can be applied as substrates for anaerobic digestion; however, sometimes the appropriate conditions are not achieved to carry out an efficient anaerobic digestion process. For example, cassava wastewater (CW) is rich in biodegradable organic matter, whose pH and alkalinity are both low. These features make microorganisms’ stabilization difficult, and can inhibit anaerobic digestion. Applying co-digestion with other wastewaters allows overcoming those difficulties, as the application of landfill leachate, with low organic matter concentration, but high alkalinity and nutrients concentrations, such as iron and nickel, and can enhance the process. Thus, this trial aimed at applying anaerobic co-digestion of landfill leachate and cassava wastewater to produce biogas, since there are landfills and cassava industries in Cascavel Intermediate Region, Paraná state. The first phase was to elaborate a simplex design with five mixtures between leachate:CW (100:0, 67:33, 50:50, 33:67, 0:100) in batch reactors with 1 L volume and 50% of useful volume. The reactors were inoculated with UASB sludge in an S/I ratio of 0.4 gDQO.gSV-1, and kept at mesophilic temperature without controlling pH of mixture for 50 days. The mixture with 67% leachate allowed for maximum CH4 yield, 331.2 mL.gVS-1, while mixture 50:50 allowed for maximum COD removal, 80%. The desirability analysis suggested the substrate ratio of 53:47 as the most favourable. The second phase of this research applied the ideal ratio in a fixed bed reactor with continuous upflow feeding, with a 3.6-L useful volume, kept at mesophilic temperature range. Four experimental conditions were developed, with hydraulic retention time variation in descending order: 25, 20, 15 and 10 hours; each condition was monitored for 30 days. Maximum COD removal and maximum CH4 concentration in biogas were obtained under condition 1 (25 h of HRT), which were 86.2 and 64.7%, respectively. The maximum CH4 productivity was obtained in conditions 3 and 4 (15 and 10 h of HRT), which were, respectively, 3.3 and 3.4 L.Lreactor-1.d-1. Mean comparison test was carried out to evaluate if there were significant differences among the studied conditions. Then, condition 3 was defined, with 15 hours of HRT, as the best condition to reach these researched goals, with a CH4 yield of 3.3 L.Lreactor-1.d-1, COD removal of 75.4% and CH4 concentration on biogas of 62.5%. Thus, it was possible to apply an anaerobic co-digestion for the chosen substrates, and obtain satisfactory results for the evaluated variable responses. Therefore, this research showed the possibility of applying these substrates to generate methane, as a sustainable treatment alternative.
Keywords: Agroindústria
Metano
Teator de leito fixo
Sustentabilidade
Agroindustry
Methane
Fixed bed reactor
Sustainability
CNPq areas: ENGENHARIA AGRICOLA
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: Gotardo, Luiz Gustavo Zanolla. Codigestão anaeróbia de lixiviado de aterro sanitário e água residuária de fecularia visando à produção de biogás. 2025. 73 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/7842
Issue Date: 12-Feb-2025
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Agrícola (CVL)

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