Use este identificador para citar o ir al link de este elemento: http://hdl.handle.net/1843/44617
Tipo: Tese
Título: Proposição e avaliação de processos físico-químicos para a recuperação de nutrientes do digestato de resíduos orgânicos
Autor(es): Lucas Antonio de Oliveira Melgaço
primer Tutor: César Rossas Mota Filho
primer miembro del tribunal : Marcos Von Sperling
Segundo miembro del tribunal: André Bezerra dos Santos
Tercer miembro del tribunal: Isaac Volschan Júnior
Cuarto miembro del tribunal: Roque Passos Piveli
Resumen: O nitrogênio e o fósforo são matérias primas essenciais para a produção de fertilizantes. Esses nutrientes são obtidos a partir de fontes não renováveis (fósforo – rocha fosfática) e/ou processos energeticamente dispendiosos (amônia – processo Haber-Bosch). Além disso, eles têm como destino os corpos d’água e o solo a partir da disposição inadequada de efluentes e resíduos, o que representa desperdício de recursos valiosos. Neste contexto, a digestão anaeróbia (DA) é uma alternativa para o tratamento de resíduos, devido à produção do biogás (que pode ser aproveitado para fins energéticos) e do digestato, que é rico em nutrientes. Os processos físico-químicos de stripping-absorção para recuperação de nitrogênio, e de precipitação química para recuperação de fósforo, a partir do digestato de resíduos orgânicos, são os mais viáveis do ponto de vista técnico-operacional. Contudo, os altos custos operacionais relacionados à adição de químicos (precipitação química) e aquecimento (stripping-absorção), dificultam maior aplicação destas tecnologias, especialmente em países em desenvolvimento. Sendo assim, os objetivos deste trabalho foram propor e avaliar alternativas com potencial para redução de custos operacionais para estas tecnologias. Para isto, foram usados dois digestatos de resíduos orgânicos: resíduos alimentares (DIG1) e resíduos agroindustriais (DIG2). Inicialmente, foi proposto e avaliado um sistema simplificado de stripping-absorção, que não utiliza químicos para ajuste do pH e usa aquecimento solar (tubos a vácuo), para recuperar amônia do DIG1 e produzir sulfato de amônio (fertilizante). Os resultados mostraram que o aquecimento solar foi capaz de manter a temperatura estável à 45ºC ao longo de todo experimento. Além disso, foi possível obter remoções de NH3 superiores a 91% em todas condições experimentais avaliadas. Em seguida, foi proposto e avaliado o uso de agentes precipitantes convencionais (Ca(OH)2, Cal hidratada e Mg(OH)2) para recuperação de fósforo do DIG1 por precipitação de fosfatos de cálcio (CaP) ou estruvita. Os resultados indicaram que foi possível promover remoção de mais de 95% do fósforo presente. Contudo, os precipitados recuperados apresentaram pequeno teor de fósforo, devido à baixa concentração deste elemento no DIG1. Por fim, foi proposto e avaliado o uso de precipitantes alternativos (água do mar e pó de rocha calcária) na recuperação de Ca-P ou estruvita a partir do DIG2. Os resultados mostraram que as maiores remoções de fósforo foram 44% e 66%, respectivamente para pó de rocha calcária e água do mar. Observou-se também que maiores remoções de fósforo usando o pó de rocha calcária foram inibidas devido à formação de calcita. Por outro lado, notou-se a formação de estruvita e K-estruvita nos experimentos utilizando água do mar. Conclui-se que este trabalho pode favorecer a implementação de métodos alternativos para gerenciamento de resíduos orgânicos agroindustriais e recuperação de nutrientes a partir de resíduos, especialmente em países de clima tropical, contribuindo com a sustentabilidade da agricultura e da produção de alimentos.
Abstract: Nitrogen and phosphorus are essential raw materials for fertilizers production. These nutrients are obtained through non-renewable sources (phosphorus – phosphate rock) and/or high energy-demanding processes (ammonia – Haber-Bosch process). Furthermore, they are wasted on soil and water bodies through inadequate effluents and waste disposal, which represents a waste of valuable resources. In this context, anaerobic digestion (AD) is an alternative for waste treatment, due to the production of biogas (that can be used for energy) and a nutrient-rich digestate. Physical-chemical processes like stripping-absorption for nitrogen recovery and chemical precipitation for phosphorus recovery can be used for nutrient recovery from digestate since they are most viable technical-operational options. However, the high operational costs related to chemical addition (chemical precipitation) and heating (stripping-absorption), hinder a wider application of these technologies, mainly in developing countries. Therefore, the aims of this work were to propose and to evaluate potential alternatives to reduce these operational costs. For this, two different organic-based digestates were used: food waste (DIG1) and agro industrial waste (DIG2). Initially, a simplified stripping-absorption process for ammonia recovery as ammonium sulfate from DIG1 was proposed and evaluated. This system used no chemicals for pH adjustment and solar energy for heating (vacuum tubes). Results showed that solar heating was able to keep temperature steady on 45ºC throughout experiments. Besides, ammonia removal higher than 91% was achieved for all evaluated experimental conditions. In the second part, phosphorus recovery from DIG1 by calcium phosphate and struvite precipitation using conventional precipitants (Ca(OH)2, hydrated lime, Mg(OH)2) was proposed and evaluated. Results showed phosphorus removal higher than 95%. However, recovered precipitated have a little phosphorus content due to the low concentration of this element in DIG1. Finally, phosphorus recovery from DIG2 by precipitation of calcium phosphates and struvite using low-cost precipitants (seawater and limestone powder) was proposed and evaluated. Results showed that phosphorus removal were 44% e 66%, respectively for limestone powder and seawater. Higher phosphorus removals were inhibited by calcite formation in experiments using limestone powder. On the other hand, phosphorus was removed by struvite and K-struvite precipitation in experiments using seawater. The results of this thesis may contribute to the implementation of alternative methods for managing agro-industrial organic waste and recovering nutrients from waste, especially in tropical countries, contributing to the sustainability of agriculture and food production.
Asunto: Engenharia sanitária
Saneamento
Digestão anaeróbia
Precipitação (Química)
Resíduos orgânicos
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
Curso: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Tipo de acceso: Acesso Restrito
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/44617
Fecha del documento: 30-jun-2020
Término del Embargo: 30-jun-2022
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