Efeito da taxa de aeração, da proporção mássica e da umidade da matriz inicial no processo de biossecagem de lodo anaeróbio
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15678 |
Resumo: | Biodrying is a novel technology that uses dewatered sewage sludge to generate energy. Microbial metabolic heat, which is produced during aerobic degradation of organic matter, and forced aeration turn the sludge into biofuel by removing moisture content. The treatment process is affected by the following characteristics: the number of microorganisms within the matrix, oxygen content, moisture content, and nutrient availability in the substrate, and the performance of the operational procedures. The initial biodrying matrix comprises sewage sludge and bulking agents (sawdust and feed), which operate in structuring, nutrition, and moisture content correction. The goal of this study was to analyze the biodrying treatment processes and operations as well as to evaluate the influence of aeration rate, mass ratio, and moisture content in the initial matrix. Bibliometric analysis and papers study drove the arrangements and analysis processes. Eight biodrying trials were carried out in the laboratory on different durations (16, 20, and 24 days). Trials 1, 2, 7, and 8 contained both sludge and bulking agents, while trials 3, 4, 5, and 6 had only bulking agents. The biodrying matrix was mixed manually in Trials 1 and 2 every four days and in the others trials according to the temperature decrease. Forced aeration was continuous (constant or variable) in all trials. The continuous and constant aeration rate for Trials 1 and 2 was 1 L.min-1.kgTS-1; for Trials 5, 7, and 8 was 2 L.min-1.kgTS-1; and for Trial 6 was 3 L.min-1.kgTS-1. The aeration rate (continuous and variable) for Trials 3 and 4 was 1 and 2 L.min-1.kgTS-1, respectively. Both aeration rates were raised to 3 L.min-1.kgTS-1 on day 20. On day 22, the rates were raised again to 4 L.min-1.kgTS-1. It was found that anaerobic sludge dewatered in a mechanical system has a low Lower Heating Value (LHV) on a wet basis (845 kJ.kg-1), thus requiring treatment processes such as biodrying to enable its energy use. Trials 7 and 8 achieved the most efficient results, reaching the thermophilic phase, reducing the moisture content from 62.33 and 61.48% to 46.73 and 29.36%, and reducing the mass by 48.47 and 60.09%, respectively. Trial 8 achieved the lowest moisture content and the highest LHV on a wet basis (10,083 kJ.kg-1), making it the most feasible condition for energy use. In conclusion, the initial matrix moisture content around 60%, aeration rate greater than or equal to 2.0 L.min-1.kgTS-1, and mass proportion of 6:1:5 (sludge:sawdust:feed) present better results involving temperature range and reduction of mass and moisture content, and therefore sewage sludge energy use. |
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The treatment process is affected by the following characteristics: the number of microorganisms within the matrix, oxygen content, moisture content, and nutrient availability in the substrate, and the performance of the operational procedures. The initial biodrying matrix comprises sewage sludge and bulking agents (sawdust and feed), which operate in structuring, nutrition, and moisture content correction. The goal of this study was to analyze the biodrying treatment processes and operations as well as to evaluate the influence of aeration rate, mass ratio, and moisture content in the initial matrix. Bibliometric analysis and papers study drove the arrangements and analysis processes. Eight biodrying trials were carried out in the laboratory on different durations (16, 20, and 24 days). Trials 1, 2, 7, and 8 contained both sludge and bulking agents, while trials 3, 4, 5, and 6 had only bulking agents. The biodrying matrix was mixed manually in Trials 1 and 2 every four days and in the others trials according to the temperature decrease. Forced aeration was continuous (constant or variable) in all trials. The continuous and constant aeration rate for Trials 1 and 2 was 1 L.min-1.kgTS-1; for Trials 5, 7, and 8 was 2 L.min-1.kgTS-1; and for Trial 6 was 3 L.min-1.kgTS-1. The aeration rate (continuous and variable) for Trials 3 and 4 was 1 and 2 L.min-1.kgTS-1, respectively. Both aeration rates were raised to 3 L.min-1.kgTS-1 on day 20. On day 22, the rates were raised again to 4 L.min-1.kgTS-1. It was found that anaerobic sludge dewatered in a mechanical system has a low Lower Heating Value (LHV) on a wet basis (845 kJ.kg-1), thus requiring treatment processes such as biodrying to enable its energy use. Trials 7 and 8 achieved the most efficient results, reaching the thermophilic phase, reducing the moisture content from 62.33 and 61.48% to 46.73 and 29.36%, and reducing the mass by 48.47 and 60.09%, respectively. Trial 8 achieved the lowest moisture content and the highest LHV on a wet basis (10,083 kJ.kg-1), making it the most feasible condition for energy use. In conclusion, the initial matrix moisture content around 60%, aeration rate greater than or equal to 2.0 L.min-1.kgTS-1, and mass proportion of 6:1:5 (sludge:sawdust:feed) present better results involving temperature range and reduction of mass and moisture content, and therefore sewage sludge energy use.A biossecagem (biodrying) é uma tecnologia que visa o aproveitamento energético do lodo de esgoto, transformando-o em biocombustível, removendo sua umidade por meio do calor metabólico microbiano, gerado durante a degradação aeróbia da matéria orgânica, e da aeração forçada. A biossecagem é influenciada pelas características e quantidades de microrganismos presentes na matriz, assim como pelas características do meio: oxigênio, umidade e disponibilidade de nutrientes, e pelos procedimentos operacionais. A matriz inicial da biossecagem é composta por lodo de esgoto e por bulking agents, que tem como função estruturar a matriz, ser fonte de nutrientes e corrigir a umidade da matriz inicial. O objetivo deste trabalho foi analisar os processos e as operações que envolvem a biossecagem do lodo anaeróbio e avaliar a influência da taxa de aeração, da proporção mássica e da umidade da matriz inicial no processo de biossecagem. Para isso foi realizada uma análise bibliométrica e o estudo dos artigos, que culminou na sistematização e na análise dos processos e das operações que envolvem a biossecagem do lodo de esgoto. Além disso, foram realizados oito ensaios de biossecagem em laboratório com durações de 16, 20 e 24 dias. A aeração forçada foi contínua (constante ou variável) em todos os ensaios. A taxa de aeração contínua e constante dos Ensaios 1 e 2 foi de 1 L.min-1.kgST-1, dos Ensaios 5, 7 e 8 foi de 2 L.min-1.kgST-1 e do Ensaio 6 foi de 3 L.min-1.kgST-1. A taxa de aeração dos Ensaios 3 e 4 foi contínua e variável, sendo de, respectivamente, 1 e 2 L.min-1.kgST-1 no início do ensaio até o 20° dia, quando ambas taxas foram aumentadas para 3 L.min-1.kgST-1 e no 22° dia aumentou-se novamente as taxas para 4 L.min-1.kgST-1. A matriz inicial da série de quatro ensaios com lodo (ensaios 1, 2, 7 e 8) foi composta por lodo e bulking agents (serragem e ração) e a matriz da série dos quatros ensaios sem lodo (ensaios 3, 4, 5 a 6) foram compostas apenas por serragem e ração. O revolvimento da matriz foi feito manualmente; nos Ensaios 1 e 2 a cada 4 dias e nos demais ensaios de acordo com a evolução da temperatura. Verificou-se que lodo anaeróbio desaguado em sistema mecânico possui baixo poder calorífico inferior (PCI) na base úmida (845 kJ.kg-1), sendo necessário processos, como a biossecagem, para viabilizar seu uso energético. Os ensaios 7 e 8 obtiveram os melhores resultados, atingindo a fase termofílica, reduzindo a umidade de 62,33 e 61,48% para 46,73 e 29,36% e reduzindo a massa em 48,47 e 60,09%, respectivamente. O produto do Ensaio 8 resultou em menor umidade e maior poder calorífico (PCI b.u. de 10.083 kJ.kg-1), sendo que este resíduo biosseco foi considerado mais viável para o uso energético. Dessa forma, concluiu-se que valores de umidade da matriz inicial próximos a 60%, taxa de aeração superiores ou iguais a 2,0 L.min-1.kgST-1 e proporção mássica de 6:1:5 (lodo:serragem:ração) apresentarem resultados melhores em termos de elevação de temperatura e redução de massa e de umidade.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEUUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBiossecagemLodo de esgotoProporção mássicaTaxa de aeraçãoUmidade da matrizBiodryingSewage sludgeMatrix ratioAeration rateMoisture contentENGENHARIASEfeito da taxa de aeração, da proporção mássica e da umidade da matriz inicial no processo de biossecagem de lodo anaeróbioEffect of aeration rate, mass ratio, and initial matrix moisture content on anaerobic sewage sludge biodryinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600584356c6-0aca-4ce5-9aca-a5671b25928freponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação Final - Marina Almeida.pdfDissertação Final - Marina Almeida.pdfDissertaçãoapplication/pdf6128084https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Final%20-%20Marina%20Almeida.pdf7d0cb817d62ee53e4e857d4e66cefff0MD51Carta comprovante da versao final Dissertação_Marina.pdfCarta comprovante da versao final Dissertação_Marina.pdfCarta Comprovanteapplication/pdf87276https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/3/Carta%20comprovante%20da%20versao%20final%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Marina.pdf4cf119e0ecda83c471228da7cb462292MD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/4/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54TEXTDissertação Final - Marina Almeida.pdf.txtDissertação Final - Marina Almeida.pdf.txtExtracted texttext/plain268425https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/5/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Final%20-%20Marina%20Almeida.pdf.txtb3476458d8dec69bc29025a890af30e5MD55Carta comprovante da versao final Dissertação_Marina.pdf.txtCarta comprovante da versao final Dissertação_Marina.pdf.txtExtracted texttext/plain1298https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/7/Carta%20comprovante%20da%20versao%20final%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Marina.pdf.txt83f9cb1fb0d69ef22a088be348c8fcc0MD57THUMBNAILDissertação Final - Marina Almeida.pdf.jpgDissertação Final - Marina Almeida.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7170https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/6/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Final%20-%20Marina%20Almeida.pdf.jpg8e1350e1a64cccd642143273707acf4eMD56Carta comprovante da versao final Dissertação_Marina.pdf.jpgCarta comprovante da versao final Dissertação_Marina.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7880https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15678/8/Carta%20comprovante%20da%20versao%20final%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Marina.pdf.jpg2d0c97187ad8b511e8d04fddb96ba0d6MD58ufscar/156782023-09-18 18:32:26.256oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15678Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:26Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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