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dc.contributor.advisor1Carlos Augusto de Lemos Chernicharopt_BR
dc.creatorEmanuel Manfred Freire Brandtpt_BR
dc.date.accessioned2019-08-10T13:45:32Z-
dc.date.available2019-08-10T13:45:32Z-
dc.date.issued2016-09-22pt_BR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/BUBD-AUEGD7-
dc.description.abstractThis study investigated the use of biofilters and biotrickling filters for methane (CH4) abatement in air mixtures representatives of fugitives emissions from the desorption of dissolved gases in effluents from anaerobic reactors treating domestic sewage (0.3 to 3.3 %v/v), also named waste gases. The biofilters and biotrickling filters were operated in bench scale (useful volume = 7.9 L), being subjected to different inlet loads (approx. 3 to 152 gCH4.m-3.h-1) and empty bed residence times (42.8 to 7.4 min). The study considered the use of the following novel packing media for improving CH4 abatement, mixed or not with organic fraction of composted leaves: Biobob®, a sponge-based material consisting of polyethylene rings filled with polyurethane sponges; blast furnace slag; and expanded vermiculite. Additionally, to overcome limitations related to the solubilization of CH4 gas in the aqueous phase of the biofilm of the reactors, the strategy of adding mass transfer vectors in this aqueous phase was also evaluated. The following substances and volumetric fractions were tested: surfactant Tween 20 (0 to 0.5 %v/v); propylene glycol (0 to 60 %v/v); silicone oil (0 to 50 %v/v); soybean oil (0 to 50 %v/v). A pre-selection step based on tests of CH4 solubility in mixtures of the mass transfer vectors and on methanotrophic activity tests performed in enriched bacterial cultures submitted to varying concentrations of the vectors was carried out. Then, silicone and soybean oil (which showed the greatest potential for use as vectors) were tested in long-term operation of the biotrickling filters. The biofilter packed with composted leaves and expanded vermiculite showed high CH4 conversion efficiencies (> 90%) when operated at an empty bed residence time higher than or equal to approx. 30 min and when it was fed with a waste gas containing CH4 concentrations less than or equal to approx. 1.2 % v/v. For the other packing media tested (composted leaves with blast furnace slag or sponges), the long-term operation of the biofilters at the same operating conditions resulted in much lower CH4 conversion efficiencies, ranging from around 25 to 55%. The operation of the biotrickling filters (packed only with sponges or expanded vermiculite, and added by a liquid phase containing nutrients) showed very similar performance to the biofilters, proving to be a less attractive alternative, since its operation is much more complex and costly than the biofilters. Despite the promising results obtained in the solubility tests and in the methanotrophic activity tests performed for silicone oil and soybean oil, in operational scale the beneficial effect of using these vectors has not been confirmed. A complete failure of the biotrickling filter packed with expanded vermiculite and added by soybean oil (50 %v/v) was observed, as well as poor performance in CH4 conversion (< 20%) for the biotrickling filter packed with sponges and added by silicone oil (5 to 50 %v/v) (submitted to different CH4 inlet concentrations, approx. 0.3 to 3.3 %v/v and to an empty bed residence time of 29.5 min). In the case of the biotrickling filter filled with expanded vermiculite and added by silicone oil (5 %v/v), there was a greater removal efficiencies (38 to 64%), but still lower than the efficiency observed for more simplified systems (biofilters and biotrickling filters without the addition of silicone oil).pt_BR
dc.description.resumoEste estudo investigou os processos de biofiltração e de biopercolação do metano (CH4) em mistura com ar em concentrações típicas das emissões fugitivas (gases residuais) geradas a partir da dessorção de gases dissolvidos nos efluentes de reatores anaeróbios utilizados no tratamento de esgoto sanitário (de 0,3 a 3,3 %v/v). Os biofiltros e biopercoladores foram operados em escala de bancada (volume útil = 7,9 L), sendo submetidos a diferentes cargas volumétricas (aprox. 3 a 152 gCH4.m-3.h-1) e tempos de detenção em leito vazio (42,8 a 7,4 min). Avaliou-se o uso dos seguintes novos materiais para a composição dos leitos filtrantes dos biorreatores, misturados ou não a uma fração orgânica de substrato da compostagem de resíduos verdes: Biobob®, um material constituído de anéis de polietileno preenchidos com espumas de poliuretano; escória de alto-forno; e vermiculita expandida. Além disso, para superar as limitações relacionadas à solubilização do CH4 gasoso na fase aquosa do biofilme dos reatores, avaliou-se a estratégia de adição de vetores de transferência de massa à essa fase aquosa. Foram avaliadas as seguintes substâncias e frações volumétricas: surfactante Tween20 (0 a 0,5 %v/v); propilenoglicol (0 a 60 %v/v); óleo de silicone (0 a 50 %v/v); óleo de soja (0 a 50 %v/v). Realizou-se uma etapa de pré-seleção das substâncias a partir de ensaios de solubilidade do CH4 nas misturas e a partir de ensaios de atividade metanotrófica de culturas enriquecidas submetidas a concentrações variáveis dos vetores. Em seguida, os óleos de silicone e de soja (que apresentaram maior potencial para uso como vetores) foram testados nos biopercoladores operados em longo prazo. O biofiltro preenchido com substrato da compostagem de folhas e vermiculita expandida apresentou elevadas eficiências de conversão de CH4 (> 90%) quando empregados tempos de detenção em leito vazio maiores ou iguais a aprox. 30 min e concentrações de CH4 no gás residual afluente menores ou iguais a aprox. 1,2 %v/v. Já para os demais materiais de enchimento testados (misturas de substrato da compostagem de folhas com escória de alto-forno ou com espumas), a operação de longo prazo dos biofiltros nas mesmas condições operacionais resultou em eficiências de conversão de CH4 muito menores, variando de 25 a 55%. A operação dos biopercoladores (preenchidos somente com espumas ou com vermiculita expandida, e adicionados de fase líquida contendo nutrientes) apresentou desempenho muito semelhante ao desempenho dos biofiltros, não se mostrando atraente por ser muito mais complexa e dispendiosa. A despeito dos resultados promissores obtidos nos ensaios de solubilidade e de atividade metanotrófica realizados para os óleos de silicone e de soja, em escala operacional o efeito benéfico do uso desses vetores não foi confirmado, sendo verificada a falha completa do biopercolador adicionado de óleo de soja (50 %v/v) e preenchido com vermiculita expandida, bem como baixo desempenho na conversão de CH4 (< 20%) do biopercolador adicionado de óleo de silicone (5 e 50 %v/v) e preenchido com espumas (submetidos a concentrações de CH4 afluente variáveis de aprox. 0,3 a 3,3 %v/v e tempo de detenção em leito vazio equivalente a 29,5 min). No caso do biopercolador preenchido com vermiculita expandida e adicionado de óleo de silicone (5 %v/v), foram observadas maiores eficiências de remoção (38 a 64%), mais ainda inferiores às eficiências observadas para os sistemas mais simplificados (biofiltros e biopercoladores sem a adição de óleo de silicone).pt_BR
dc.languagePortuguêspt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMeio Ambiente e Recursos Hídricospt_BR
dc.subjectSaneamentopt_BR
dc.subject.otherEscóriapt_BR
dc.subject.otherVermiculitapt_BR
dc.subject.otherEngenharia sanitáriapt_BR
dc.subject.otherMetanopt_BR
dc.subject.otherSaneamentopt_BR
dc.titleBiofiltração e biopercolação de metano presente em gases residuais gerados em processos anaeróbiospt_BR
dc.typeTese de Doutoradopt_BR
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