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http://hdl.handle.net/1843/50654| Type: | Dissertação |
| Title: | Potencialidade dos pré-tratamentos térmico solar e enzimático para produção de biogás a partir de microalgas oriundas de sistemas de tratamento de esgoto |
| Other Titles: | Potenciality of solar thermal and enzymatic pretreatments for biogas recovery from microalgae grown in wastewater treatment plants |
| Authors: | Matheus Pascoal de Freitas |
| First Advisor: | Fabiana Lopes Del Rei Passsos |
| First Co-advisor: | Cesar Rossas Mota Filho |
| First Referee: | Carlos Augusto de Lemos Chernicharo |
| Second Referee: | Maria de Lourdes Florêncio dos Santos |
| Abstract: | A biomassa de microalgas produzida em sistemas de tratamento de efluentes apresenta um elevado potencial de valoração através da digestão anaeróbia para produção de biogás. Todavia, a hidrólise dessa biomassa durante o metabolismo anaeróbio possui certas limitações, devido ao elevado teor de biopolímeros de baixa biodegradabilidade presentes na parede celular das microalgas e na complexidade da estrutura da mesma. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de duas técnicas de pré-tratamentos no aumento da biodegradabilidade da biomassa microalgal, proveniente de uma lagoa de alta taxa tratando efluente anaeróbio. Para isso, testes em modo de operação batelada foram usados para estudar os pré-tratamentos térmico e enzimático. O pré-tratamento térmico, alternativa mais consistente de acordo com a literatura, apresenta como desvantagem o elevado consumo energético. Dessa forma, visando a redução deste consumo, o pré-tratamento foi realizado a partir de um sistema de aquecimento solar de baixo custo, composto de tubos coletores solares, sendo comparados diferentes tempos de pré-tratamento (4, 7 e 10 horas). Em seguida, foi realizado o teste de potencial bioquímico de metano (BMP) para determinar a condição ótima de biodegradabilidade a partir dos diferentes tempos de exposição. No que diz respeito ao pré-tratamento enzimático, este foi realizado a partir da codigestão da biomassa microalgal com conteúdo ruminal em um experimento de BMP nas relações microalga/rúmen de 0.5, 1, 3 e 5. A vantagem de utilizar o conteúdo ruminal é que, além da capacidade hidrolítica amplamente reportada dos microrganismos ali presentes, utiliza-se coquetéis de enzimas naturais em detrimento ao uso de enzimas comerciais que apresentam custo elevado. Os resultados da dissertação mostraram que, com relação ao pré-tratamento térmico, a temperatura de pico atingida foi de 93ºC, após 4 horas de pré-tratamento. A solubilização de DQO alcançada foi de 14%, 22% e 24% após 4, 7 e 10 horas de pré-tratamento, respectivamente. Os testes de BMP que apresentaram o maior rendimento de biogás foram após 7 e 10 horas de pré-tratamento da biomassa (210,2 mL.gSV-1), com um incremento de 63% na produção de biogás em relação ao controle. Em se tratando do pré-tratamento enzimático, a codigestão na proporção 0,5 microalga/rúmen apresentou o maior rendimento de metano (299 mLCH4.gVS-1), o que corresponde a um incremento de 17% quando comparado ao rendimento teórico. Em relação a literatura prévia, os pré-tratamentos utilizados apresentaram resultados promissores. |
| Abstract: | The microalgae biomass produced in wastewater treatment systems has a high potential for valorization through anaerobic digestion for biogas production. However, the hydrolysis of this biomass during anaerobic metabolism has certain limitations, mainly because of the high content of biopolymers of low biodegradability present in the cell wall of microalgae and the complexity of its structure. In this sense, the objective of this work was to evaluate the effect of two pretreatment techniques on the biodegradability of microalgal biomass from a high rate algae pond responsible for the post-treatment of the effluent from a UASB reactor. For this purpose, tests in batch operation mode were used to study the thermal and enzymatic pretreatments. The thermal pretreatment, the most consistent alternative according to the literature, has as a disadvantage the high energy consumption. Therefore, in order to reduce this consumption, the pretreatment was carried out using a low-cost solar heating system, composed of solar collector tubes, with different exposure times to the pretreatment being compared (4, 7 and 10 hours). Then, the biochemical methane potential test (BMP) was carried out to determine the optimal biodegradability condition from the different exposure times. Regarding the enzymatic pretreatment, it was conducted by the codigestion of microalgal biomass with rumen content in a BMP experiment, comparing the microalgae/rumen ratios of 0.5, 1, 3 and 5. The advantage of using rumen content is that, in addition to the widely reported hydrolytic capacity of its microorganisms, cocktails of natural enzymes are used instead of the use of commercial enzymes, which entails an elevated cost. The results showed that, regarding the thermal pretreatment, the peak temperature observed was 93ºC, after 4 hours of pre-treatment. The COD solubilization achieved was 14%, 22% and 24% after 4, 7 and 10 hours of pretreatment, respectively. The BMP tests that showed the highest biogas yield were after 7 and 10 hours of pre-treatment of the biomass (210.2 mL.gVS-1), with a 63% increase in biogas production compared to the control. In the case of enzymatic pretreatment, codigestion in the 0.5 microalgae/rumen ratio showed the highest methane yield (299 mLCH4.gVS-1),which corresponds to an increase of 17% when compared to the theoretical methane yield from the microalgal and rumen controls. Regarding the previous literature, the pre-treatments used showed promising results. |
| Subject: | Engenharia sanitária Saneamento Microalga Biogás Aquecimento solar |
| 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/1843/50654 |
| Issue Date: | 12-Mar-2020 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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