Valorização energética do glicerol através da digestão anaeróbia
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| Data de Publicação: | 2017 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10198/14419 |
Resumo: | Mestrado com dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Valorização energética do glicerol através da digestão anaeróbiaBiogásGlicerolMetanoMicrorganismoPré-TratamentoDomínio/Área Científica::Ciências Agrárias::Agricultura, Silvicultura e PescasMestrado com dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do ParanáA fim de diminuir a dependência dos combustíveis fósseis e cumprir a legislação Europeia, o consumo de biodiesel tendo vindo a aumentar significativamente. A produção desse combustível gera como subproduto o glicerol, que em excesso no mercado pode ter impacto até no valor comercial do biodiesel. Apesar do glicerol ser utilizado para outros fins industriais, o seu teor de impurezas limita o seu processamento. A digestão anaeróbia do glicerol é uma alternativa que vem sendo estudada para sua valorização através da geração de metano. A carga do glicerol (1800 g CQO.L-1) pode provocar um stresse cinético que acarreta a inibição dos microrganismos metanogénicos. Dessa forma, esse trabalho teve como objetivo principal testar alternativas de pré-tratamentos com ultrassons e exposição a microrganismos, utilizando o Aspergillus niger e Escherichia coli e posterior digestão anaeróbia do glicerol. Inicialmente num digestor batch de mistura completa (500 mL), foram utilizadas na alimentação concentrações de glicerol de 0,2, 1,7 e 3,2%, testados diferentes tempos de exposição do glicerol a ultrassons (3 a 15 h) e degradação prévia do glicerol por microrganismos Aspergillus niger e Escherichia coli. Os melhores resultados foram replicados em um reator Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) de 16,5 L de volume útil. O reator UASB apresentou um Tempo de Retenção Hidráulico (TRH) de 11,5 d. Com alimentação em contínuo com carga orgânica de: (A) 0,34 kg CQO.m-3.d-1 (semana 1-3); (B) 0,34 kg CQO.m-3.d-1 + 15 h de ultrassons (semana 4-5); (C) 1,56 kg CQO.m-3.d-1 (semana 6-8); (D) 1,56 kg CQO.m-3.d-1 + A. niger (semana 9-10). Os melhores resultados no reator batch foram obtidos para a concentração de 0,2% de glicerol e 15 h de ultrassons, obtendo-se 77% de metano e uma produção de 1153 L CH4.kg-1 de glicerol; para concentração de 1,7% de glicerol com A. niger, o volume gerado foi de 117 L CH4.kg-1, a que correspondeu uma qualidade do gás de 65% de metano. Para a concentração de 3,2% verificou-se uma inibição em todos os ensaios experimentais. No reator UASB, o pré-tratamento com ultrassons (B) permitiu obter 4000 L CH4.kg-1 glicerol e o A. niger (D) proporcionou uma produção de 1000 L CH4.kg-1. O valor energético do biogás gerado, no pré-tratamento com ultrassons evidenciou um aumento de 43% no valor agregado (5,8 €.kg-1 glicerol) e 87% (306 €.kg-1 SV) face ao ensaio sem pré-tratamento, enquanto que o pré-tratamento com o A. niger proporcionou um aumento de 4 vezes na produção de metano (101 €.kg-1 SV). Os valores mais elevados da remoção de CQO (60 - 69%) e ST (74%), bem como a menor concentração de ácidos carboxílicos no material digerido (88 g.L-1), correspondem igualmente ao ensaio experimental mais favorável (B). No processo de digestão anaeróbia em ambos os ensaios, batch e em contínuo, foi registada a formação de ácidos carboxílicos (oxálico, propiónico e glutárico). A utilização do A. niger no pré-tratamento favoreceu a formação de lípase, o que resultou na produção máxima de ácido glutárico, 325 mg.L-1 na semana 10. A produção de ácido oxálico ocorreu durante todo o período experimental, com maiores concentrações para alimentação de 1,56 kg CQO.m-3.d-1, variando entre 11 e 13 mg.L-1, a que correspondem as menores produções de metano.In order to reduce the dependence on fossil fuels and comply with European legislation the consumption of biodiesel is increasing significantly. The production of this fuel generates glycerol as by-product, whose excess in the market can influence the commercial value of biodiesel. Although glycerol is used for several industrial purposes, the impurity content of the residual glycerol limits its processing. The anaerobic digestion of glycerol to produce energy through the generation of methane is an alternative for its valorization. The high organic load of crude glycerol (1800 g-1 COD.L-1) can cause kinetic stress that leads to the inhibition of methanogenic microorganisms. Thus, this work had as main objective to test alternative pre-treatments of the reactor feed with ultrasound and microorganisms, namely, Aspergillus niger and Escherichia coli prior to the anaerobic digestion of glycerol. Initially it was performed tests using a continuous stirred-tank reactor in batch operation (500 ml), with glycerol concentrations of 0.2, 1.7 and 3.2%, pre-treated by sonication for different times (3 to 15 h) and by previous degradation with either A. niger or E. coli microorganisms. The best performance in the batch reactor was observed for glycerol concentration of 0.2% sonicated for 15 h, which yielded 77% of methane with a production of 1153 L CH4.kg-1. A good performance was also obtained with glycerol concentration of 1.7% pretreated with A. niger with 65% yield of methane and production of 117 L CH4.kg-1. The glycerol concentration of 3.2% resulted in inhibition in all experimental trials. The best conditions were replicated in an Upflow Anaerobic Sludge Blanket Digestion (UASB) reactor, with volume of 16.5 L. The UASB reactor had a Hydraulic Retention Time (HRT) of 11.5 d. The feeding was carried out with an organic load of: (A) 0.34 kg COD.m-3.d-1 (week 1-3); (B) 0.34 kg COD.m-3.d-1 + 15 h ultrasound (week 4-5); (C) 1.56 kg COD.m-3.d-1 (week 6-8); (D) 1.56 kg COD.m-3.d-1 + A. niger (week 9-10). The experiments were also done without the pre-treatments for comparison. In the UASB reactor, the feed pre-treated with ultrasound resulted in a methane yield of 4000 L CH4.kg-1 glycerol and the feed pre-treated with A. niger, a methane yield 1000 L CH4.kg-1 glycerol. Calculation of the energetic value of the biogas generated showed that the ultrasound pre-treatment provided a 43% increase in the value added of the residual glycerol (5.8 €.kg-1 glycerol) and 87% (306 €.kg-1 VS). Whereas the pre-treatment with A. niger provided 4 times the production of methane (1.6 €.kg-1 glycerol and 101 €.kg-1 VS). The highest methane yields occurred with 1.56 kg COD.m-3.d-1 and pre-treatment with ultrasound for 15 h (B). This result was confirmed by the higher removals of COD (60-69%) and ST (74%), also by to the lower concentration of carboxylic acids in the digested material, which amounted to 88 g.L-1. The formation of the oxalic, propionic and glutaric acids was observed in both UASB and batch reactors. The use of A. niger in pre-treatment favored lipase formation, which resulted in the maximum amount of glutaric acid observed of 325 mg.L-1 at week 10. The production of oxalic acid was observed during the whole sampled period for the higher feed concentration of 1.56 kg COD.m-3.d-1, with variable amounts in the range between 11 and 13 mg.L-1, when lower methane yields were recorded. The highest propionic acid production was observed for the higher feed load of 0.34 kg COD.m-3.d-1, in which the phosphorus consumption was higher compared to the same load treated with ultrasound.POCI-01-0145-FEDER-006984 -Laboratório Associado LSRE-LCM - financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER), através do COMPETE2020 – Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI) e por fundos nacionais através da Fundação para a Ciência e a Tecnologia.Martins, RamiroPinheiro, Alexei Lorenzetti NovaesBiblioteca Digital do IPBPaulista, Larissa Oliveira2017-08-04T14:29:30Z201720172017-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/14419TID:201722500porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-21T10:33:55Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/14419Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:04:17.292973Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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