Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/45423
Type: Dissertação
Title: Avaliação da codigestão anaeróbia de resíduos alimentares e microalgas em um sistema integrado de tratamento
Other Titles: Evaluation of anaerobic co-digestion of food waste and microalgae in an integrated treatment system
Authors: Luísa Ornelas Ferreira
First Advisor: Fabiana Lopes Del Rei Passos
First Referee: Bruno Eduardo Lobo Baêta
Second Referee: Cláudio Leite de Souza
Abstract: Nas últimas décadas tem se tornado urgente soluções sustentáveis para o tratamento de resíduos alimentares, visto que 1/3 de todo alimento produzido é desperdiçado, emitindo 3,3 bilhões de toneladas de dióxido de carbono equivalente. Diante da demanda de um adequado gerenciamento desses resíduos, a codigestão anaeróbia (digestão de dois ou mais substratos) tem sido considerada uma alternativa para melhorar a estabilidade e a produção de metano do processo, visto que o resíduo alimentar pode apresentar desequilíbrio de macro e micronutrientes, baixa alcalinidade e inadequada concentração de sólidos, podendo levar à falha da digestão quando monodigerido. Nesse contexto, o objetivo desta pesquisa é avaliar a codigestão anaeróbia de resíduos alimentares e a biomassa de microalgas recuperada no sistema de tratamento de resíduos alimentares implantado na Universidade Federal de Minas Gerais, composto por um reator anaeróbio e uma lagoa de alta taxa (LAT) para pós-tratamento do efluente digerido. Para isso, testes de potencial bioquímico de metano (PBM) foram avaliados para comparar a monodigestão de diferentes resíduos alimentares tratados no sistema e, posteriormente, a codigestão entre os resíduos alimentares e microalgas produzidas na LAT. Especificamente, foram testadas diferentes proporções de ambos substratos e proporções estimando cenários reais do sistema integrado de tratamento. Os resultados mostraram que a monodigestão de frutas e vegetais foi inibida (35 – 45 NmL CH4.g SV-1), provavelmente devido ao acúmulo de ácidos, como foi observado pelo baixo pH (4,9 – 5,3) e baixo teor de metano no biogás (21 – 25%). A estabilização do processo foi posteriormente atestada através da codigestão anaeróbia com microalgas, sendo o maior rendimento acumulado de metano (514 NmL CH4.g SV-1) obtido na razão resíduo alimentar e microalgas de 75:25, em relação a sólidos voláteis, com maior sinergia entre os substratos (28% maior em relação ao valor teórico calculado). Estimativas para cenários reais de codigestão no sistema integrado revelaram que, devido à baixa produção de microalgas na LAT, como indicado em estudos anteriores, proporções de 99:1 seriam mais realistas se a totalidade de resíduos alimentares e microalgas fossem consideradas. Contudo, segundo os testes de PBM, essa proporção apresentou inibição, com um rendimento acumulado de metano de 43 NmL CH4.g SV-1. Embora uma proporção maior de resíduos alimentares na mistura seja preferível, uma quantidade mínima de microalgas é necessária para manter a estabilidade do processo e aumentar a produção de metano. Um segundo cenário real avaliado foi a utilização de efluente tratado da LAT ao mínimo para a diluição do resíduo alimentar, proporcionando uma digestão via líquida (15% sólidos totais) sem a adição de água potável. Porém, segundo os resultados, tal condição também foi inibida (49 NmL CH4.g SV-1), mostrando a necessidade de outros ajustes, como a adição de alcalinidade, elementos traço ou o incremento na proporção de microalgas na codigestão.
Abstract: Sustainable solutions for the treatment of food waste have become urgent in recent decades, since 1/3 of all food produced is wasted, emitting 3.3 billion tons of carbon dioxide equivalent. In view of the demand for an adequate management of these wastes, anaerobic co-digestion (digestion of two or more substrates) has been considered to improve the stability and methane production of the process, since food waste may present macro and micronutrients imbalance, low alkalinity and inadequate solids concentration, which can lead to digestion failure when mono-digested. In this context, the aim of this research is to evaluate the anaerobic co-digestion of food waste and microalgal biomass recovered in an integrated treatment system of food waste implemented at the Federal University of Minas Gerais, composed of an anaerobic reactor and a high rate algal pond (HRAP) for post-treatment of the digested effluent. For this purpose, biochemical methane potential tests (BMP) were evaluated to compare the mono-digestion of different food wastes treated in the system and, subsequently, the co-digestion between food waste and microalgae produced in the HRAP. Specifically, different proportions of both substrates and proportions estimating real scenarios in the integrated treatment system were tested. The results showed that mono-digestion of fruit and vegetables was inhibited (35 – 45 NmL CH4.g VS-1), probably due to acids accumulation, as was observed by low pH (4.9 – 5.3) and low methane content in the biogas (21 – 25%). The stabilization of the process was further attested by anaerobic co-digestion with microalgae, with the highest methane yield (514 NmL CH4.g VS-1) obtained at the 75:25 ratio of food waste and microalgae, based on volatile solids, with higher synergy between the substrates (28% higher compared to the calculated theoretical value). Estimates for real scenarios of co-digestion in an integrated system revealed that, due to the low microalgae production in the HRAP, as indicated in previous studies, 99:1 ratio would be more realistic if the totality of food waste and microalgae were considered. However, according to BMP tests, this proportion was inhibited, with an accumulated methane yield of 43 NmL CH4.g VS-1. Although a higher proportion of food waste in the mixture is preferable, a minimum amount of microalgae is needed to maintain process stability and increasing methane production. A second real scenario evaluated was the use of HRAP effluent to a minimum to dilute the food waste for a liquid digestion (15% total solids) without the addition of potable water. However, according to the results, this condition was also inhibited (49 NmL CH4.g SV-1), showing the need for other adjustments, such as the addition of alkalinity, trace elements or the increase in the proportion of microalgae in co-digestion.
Subject: Engenharia sanitária
Saneamento
Digestão anaeróbia
Metano
Microalga
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/45423
Issue Date: 6-Aug-2021
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dissertação_Luísa Ornelas_final_repositório.pdfDissertação versão final - Luísa Ornelas Ferreira2.62 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.