Produção de metano a partir da codigestão de soro de leite e resíduos de caprino
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41176 http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.7070 |
Resumo: | Lignocellulosic biomass and agricultural residues rich in carbohydrates, lipids and proteins are promising sources for the production of renewable energy that are currently growing in the area of biofuel production. Goat waste (RC) is an excellent raw material for anaerobic digestion due to its high total nitrogen content and stability during fermentation, but its use has a low biogas production yield. An increase in this yield can be achieved by co-digestion of animal manure with co-substrates such as whey. The objective of this study is to perform the co-digestion of whey (SL) and goat waste (RC) to produce methane. With this, in a first stage (E1) Simplex Lattice experimental planning was applied in bench reactors (300 mL) in batch mode. Different mixture proportions (SL100/RC0, SL75/RC25, SL50/RC50, SL25/RC75, SL0/RC100) were evaluated through adjustments to linear and quadratic models. In E1, the results showed COD removal efficiency between 40.07 and 63.73%, and Total Volatile Solids (SV) between 22.87 and 58.99%. Codigestion was favorable for the production of CH4 in relation to goat waste, in addition, maximum values of 319.89 mL of CH4/gDQOapl and 303.34 mL of CH4/gSVapl were obtained, both observed in the SL75/RC25 condition. The quadratic model had the best fit (R2 equal to 0.983 for methane yield). A second stage (E2) was carried out with the SL75/RC25 reactor, aiming to produce methane, based on an experimental design 23 with the objective of evaluating the effect of the variables initial substrate concentration (COD), agitation and percentage of inoculum in methane yield. The highest yield in relation to the applied biomass was achieved in the reactor with an initial COD concentration of 10g/L, without agitation with 10% inoculum, resulting in 939.45 mL of CH4/gSVapl. Finally, a third stage (E3) was carried out using a 5L reactor with the conditions adopted in the Rp5 reactor, which presented the best performance in E2. The results showed a yield of 648.03 CH4/gSVapl. |
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Produção de metano a partir da codigestão de soro de leite e resíduos de caprinoMethane production from the codigestion of whey and goat wasteCodigestãoRendimento de metanoPlanejamentoInóculoDQOAgitaçãoCodigestionMethane yieldPlanningInoculumCODAgitationCNPQ::ENGENHARIASODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.Lignocellulosic biomass and agricultural residues rich in carbohydrates, lipids and proteins are promising sources for the production of renewable energy that are currently growing in the area of biofuel production. Goat waste (RC) is an excellent raw material for anaerobic digestion due to its high total nitrogen content and stability during fermentation, but its use has a low biogas production yield. An increase in this yield can be achieved by co-digestion of animal manure with co-substrates such as whey. The objective of this study is to perform the co-digestion of whey (SL) and goat waste (RC) to produce methane. With this, in a first stage (E1) Simplex Lattice experimental planning was applied in bench reactors (300 mL) in batch mode. Different mixture proportions (SL100/RC0, SL75/RC25, SL50/RC50, SL25/RC75, SL0/RC100) were evaluated through adjustments to linear and quadratic models. In E1, the results showed COD removal efficiency between 40.07 and 63.73%, and Total Volatile Solids (SV) between 22.87 and 58.99%. Codigestion was favorable for the production of CH4 in relation to goat waste, in addition, maximum values of 319.89 mL of CH4/gDQOapl and 303.34 mL of CH4/gSVapl were obtained, both observed in the SL75/RC25 condition. The quadratic model had the best fit (R2 equal to 0.983 for methane yield). A second stage (E2) was carried out with the SL75/RC25 reactor, aiming to produce methane, based on an experimental design 23 with the objective of evaluating the effect of the variables initial substrate concentration (COD), agitation and percentage of inoculum in methane yield. The highest yield in relation to the applied biomass was achieved in the reactor with an initial COD concentration of 10g/L, without agitation with 10% inoculum, resulting in 939.45 mL of CH4/gSVapl. Finally, a third stage (E3) was carried out using a 5L reactor with the conditions adopted in the Rp5 reactor, which presented the best performance in E2. The results showed a yield of 648.03 CH4/gSVapl.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTese (Doutorado)A biomassa lignocelulósica e resíduos da agropecuária ricos em carboidratos, lipídeos e proteínas são fontes promissoras para produção de energia renovável que vêm crescendo atualmente na área da produção de biocombustíveis. O resíduo caprino (RC) é uma excelente matéria-prima para digestão anaerobia devido ao seu alto teor de nitrogênio total e estabilidade na fermentação, mas, a sua utilização possui baixo rendimento de produção de biogás. Um aumento desse rendimento pode ser obtido pela codigestão de esterco animal com co-substratos, como soro de leite. O objetivo deste estudo é realizar a codigestão do soro de leite (SL) e resíduos de caprino (RC) para produzir metano. Com isto, foi aplicado em uma primeira etapa (E1) o planejamento experimental do tipo Simplex Lattice em reatores de bancada (300 mL) em modo batelada. Diferentes proporções da mistura (SL100/RC0, SL75/RC25, SL50/RC50, SL25/RC75, SL0/RC100) foram avaliadas por meio dos ajustes aos modelos lineares e quadráticos. Na E1, os resultados mostraram eficiência de remoção de DQO entre 40,07 e 63,73 %, e de Sólidos Voláteis Totais (SV) entre 22,87 e 58,99%. A codigestão foi favorável para produção de CH4 em relação aos resíduos de caprino, além disso foram obtidos os valores máximos de 319,89 mL de CH4/gDQOapl e 303,34 mL de CH4/gSVapl, ambos observados na condição SL75/RC25. O modelo quadrático teve o melhor ajuste (R2 igual a 0,983 para o rendimento de metano). Uma segunda etapa (E2), foi realizada com o reator SL75/RC25, almejando a produção de metano, a partir de um planejamento experimental 23 com objetivo de avaliar o efeito das variáveis concentração inicial de substrato (DQO), agitação e porcentagem de inóculo no rendimento de metano. O maior rendimento em relação à biomassa aplicada foi alcançado no reator com concentração inicial de DQO de 10g/L, sem agitação com 10% de inóculo, tendo resultado em 939,45 mL de CH4/gSVapl. Por fim, foi realizada uma terceira etapa (E3) utilizando-se um reator de 5L com as condições adotadas no reator Rp5 que apresentou o melhor desempenho na E2. Os resultados mostraram um rendimento de 648,03 CH4/gSVapl.2026-02-07Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaAmorim, Eduardo Lucena Cavalcante dehttp://lattes.cnpq.br/5647462671079561Resende, Miriam Maria dehttp://lattes.cnpq.br/7452392057623454Ferreira, Juliana de Souzahttp://lattes.cnpq.br/3559717674809595Santana, Larissa Nayhara Soareshttp://lattes.cnpq.br/8414750550746969Coêlho, Dayana de Gusmãohttp://lattes.cnpq.br/1255714800013638Lemos, Diego Andradehttp://lattes.cnpq.br/1174905383146257Almeida, Renata Maria Rosas Garciahttp://lattes.cnpq.br/3745446778086537Santos, Antonio Carlos Silva dos2024-02-16T15:00:39Z2024-02-16T15:00:39Z2023-12-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSANTOS, Antonio Carlos Silva dos. Produção de Metano a partir da Codigestão de Soro de Leite e Resíduos de Caprino. 2023. 137 f. Tese de Doutorado. Programa de Pós Graduação em Engenharia Química - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.7070.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41176http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.7070porinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-02-17T06:16:59Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41176Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-02-17T06:16:59Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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