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Tipo do documento: Dissertação
Title: Potencial de geração de metano via codigestão anaeróbia de lixiviado de aterro sanitário e efluentes do tratamento de esgoto sanitário.
Other Titles: Potential for methane generation via anaerobic co- digestion of landfill leachate and sewage treatment effluents
Autor: Marques, Leonardo Guimarães 
Primeiro orientador: Gotardo, Jackeline Tatiane
Primeiro membro da banca: Edwiges, Thiago
Segundo membro da banca: Gomes, Simone Damasceno
Resumo: A gestão sustentável de efluentes urbanos, como lodo ativado residual e escuma do tratamento de esgoto sanitário, e lixiviado de aterros sanitários, é crítica para reduzir impactos ambientais e aproveitar recursos energéticos. Este estudo investigou a codigestão anaeróbia desses resíduos, visando maximizar o rendimento de metano (CH₄) e minimizar o potencial poluidor. A escolha desses cossubstratos aconteceu por revisão bibliográfica, que indicou que uma mistura ternária poderia alcançar resultados satisfatórios; além disso, justifica-se pelo fato de serem efluentes que se encontram no aterro sanitário, seja como fonte de origem (lixiviado) ou como destino (lodo ativado residual e escuma), apontando um benefício logístico na disponibilidade desses materiais. A pesquisa foi estruturada em duas fases: (1) ensaios de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) com delineamento experimental simplex-centroide (12 misturas), analisando proporções volumétricas de lixiviado (LIX), lodo ativado residual (LAR) e escuma (ESC), e (2) operação de um reator anaeróbio de leito fixo (RALF) e fluxo ascendente de bancada, submetido a tempos de detenção hidráulica (TDH: 15–45 h) e cargas orgânicas volumétricas (COV: 11,58–43,04 g DQO/L.d). No PBM, a mistura relativa ao ponto central do delineamento (33,33% LIX-LAR-ESC) apresentou o maior rendimento de CH₄ (435,4 ± 13,2 mL/g SV) e o melhor efeito sinérgico, avaliado por meio do Fator de Impacto de Codigestão (FIC), que faz uma relação entre o rendimento do PBM com o rendimento ponderado pelas proporções dos substratos a partir do resultado do rendimento das monodigestões, com FIC = 1,7 ± 0,1. A monodigestão de LIX não gerou CH₄ devido à recalcitrância da matéria orgânica constituinte, atribuída à baixa biodegradabilidade do material. A remoção de DQO solúvel alcançou 74,88% em misturas com 66,66% ESC, destacando a contribuição da matéria orgânica biodegradável da escuma. A partir dos resultados do PBM, a análise de desejabilidade recomendou uma mistura otimizada em rendimento de CH4 e remoção de DQO solúvel de 25,37% LIX; 36,37% LAR; 38,26% ESC. No RALF, a condição com TDH de 30 h e COV de 21,21 g DQO/L.d foi a mais otimizada, com produtividade de 0,77 ± 0,23 L CH₄/L.d, teor médio de CH₄ de 80,6% e remoção de 44,2% da DQO total. O RALF manteve-se estável nas funções bioquímicas durante todo o experimento, por meio da análise das relações AI/AP = 0,3–0,4; AV/AT = 0,1–0,35, e da acumulação de ácidos orgânicos voláteis no perfil vertical do reator. No entanto, foram enfrentados desafios operacionais, como colmatação e lavagem de biomassa, que reduziram a eficiência em função de parâmetro físicos, o que exigiu intervenções para otimizar a retenção de biomassa. Conclui-se que a codigestão anaeróbia é tecnicamente viável para integrar resíduos já disponíveis em aterros sanitários. Recomenda-se, para estudos futuros, a validação da mistura otimizada no PBM, análise metagenômica do consórcio microbiano e melhor avaliação a respeito do tipo de reator para operação do sistema.
Abstract: The sustainable management of urban effluents, including activated sludge and scum from sanitary sewage treatment, as well as landfill leachate, is crucial for minimizing environmental impacts and harnessing energy resources. This study investigated the anaerobic co-digestion of these wastes, aiming to maximize methane (CH₄) yield and minimize pollution potential. These co-substrates were selected based on a literature review, which suggested that a ternary mixture could yield satisfactory results. Furthermore, this choice is justified by the fact that these effluents are found in landfills, either as a source (leachate) or as a destination (residual activated sludge and scum), pointing to a logistical benefit in the availability of these materials. The research was structured in two phases: (1) Biochemical Methane Potential (BMP) tests with a simplex-centroid experimental design (12 mixtures), analyzing volumetric proportions of leachate (LEA), residual activated sludge (RAS), and scum (S), and (2) operation of an anaerobic fixed-bed reactor (AFBR) with upward flow, subjected to hydraulic detention times (HDT: 15–45 h) and volumetric organic loads (VOC: 11.58–43.04 g COD/L.d). In the BMP, the mixture relative to the center point of the design (33.33% LEA-RAS-S) presented the highest CH₄ yield (435.4 ± 13.2 mL/g VS) and the best synergistic effect, evaluated by the Co-digestion Impact Factor (CIF), which relates the PBM yield to the yield weighted by the proportions of the substrates based on the results of the mono-digestion yields, with CIF = 1.7 ± 0.1. LEA mono-digestion did not generate CH₄ due to the recalcitrance of the constituent organic matter, attributed to the low biodegradability of the material. Soluble COD removal reached 74.88% in mixtures with 66.66% ESC, highlighting the contribution of biodegradable organic matter from the scum. Based on the PBM results, the desirability analysis recommended an optimized mixture in terms of CH4 yield and soluble chemical oxygen demand (COD) removal of 25.37% LEA, 36.37% RAS, and 38.26% S. In the AFBR, the condition with an HDT of 30 h and a VOC of 21.21 g COD/L.d was the most optimized, with a productivity of 0.77 ± 0.23 L CH₄/L.d, an average CH₄ content of 80.6%, and a removal of 44.2% of the total COD. The AFBR remained stable in its biochemical functions throughout the experiment, as indicated by the IA/PA ratio of 0.3–0.4 and the VFA/TA ratio of 0.1–0.35, as well as the accumulation of volatile organic acids in the vertical profile of the reactor. However, operational challenges were encountered, such as biomass clogging and washing, which reduced efficiency due to physical parameters, requiring interventions to optimize biomass retention. It is concluded that anaerobic co-digestion is technically feasible for integrating waste already available in landfills. For future studies, we recommend validating the optimized mixture in the MBT, performing metagenomic analysis of the microbial consortium, and better evaluating the type of reactor for system operation.
Keywords: PBM
Reator de leito fixo
Lixiviado
Lodo ativado residual
Escuma
BMP
Fixed-bed reactor
Leachate
Residual activated sludge
Scum
CNPq areas: RECURSOS HIDRÍCOS 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: Marques, Leonardo Guimarães. Potencial de geração de metano via codigestão anaeróbia de lixiviado de aterro sanitário e efluentes do tratamento de esgoto sanitário.. 2025. 87 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/7913
Issue Date: 12-Mar-2025
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Agrícola (CVL)

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