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Title: Avaliação da biometanização do hidrolisado hemicelulósico obtido pela auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar em sistemas anaeróbios de duplo estágio e um estágio na presença de carvão ativado em pó.
Authors: Cordeiro, Paulo Henrique de Miranda
metadata.dc.contributor.advisor: Baeta, Bruno Eduardo Lobo
Aquino, Sergio Francisco de
Keywords: Digestão anaeróbia
Metano
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Wandurraga, Héctor Javier Luna
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Baeta, Bruno Eduardo Lobo
Aquino, Sergio Francisco de
Citation: CORDEIRO, Paulo Henrique de Miranda. Avaliação da biometanização do hidrolisado hemicelulósico obtido pela auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar em sistemas anaeróbios de duplo estágio e um estágio na presença de carvão ativado em pó. 2018. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: O presente trabalho teve como principais objetivos avaliar o uso de hidrolisado hemicelulósico (HH) obtido a partir do pré-tratamento por auto-hidrólise (AH) do bagaço de cana-de-açúcar na digestão anaeróbia (DA) em dois estágios e em um estágio, além do uso de carvão ativado em pó (CAP) como estratégia para melhorar a performance da digestão anaeróbia de HH. As condições da AH utilizadas foram 183 °C, 40,7 min e 4 mL g-1 de razão líquido-sólido (RLS). O HH obtido foi alimentado continuamente em dois sistemas, um controle, constituído de um reator anaeróbio escalonado de fluxo ascendente (R1) e operado com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 18,4 h, e um sistema de dois estágios composto por um reator de leito fixo e fluxo ascendente (RAcLF) operado em um TDH de 8,0 h, seguido de um reator metanogênico (R2) idêntico ao utilizado no sistema controle, com um TDH de 18,4 h. A influência da variação da carga orgânica volumétrica (COV) nos sistemas em um estágio com e sem carvão ativado, e no duplo estágio, em relação a conversão de demanda química de oxigênio (DQO) e produção de CH4 foram avaliados. Os ensaios hidrodinâmicos revelaram que ambos os reatores acidogênico e metanogênicos se comportaram como tanques em série de mistura completa (CSTR). Os resultados obtidos durante a operação dos reatores mostraram que em COV muito baixas (1,31 kg DQO m-3d-1), não há diferenças significativas de biodegradabilidade entre R1 e R2, com valores de 304,21 e 304,82 NmL CH4 gDQOrem-1, respectivamente. Com o aumento da COV e a consequente elevação na concentração dos furanos do HH observou-se um aumento da concentração de ácidos graxos voláteis (AGVs) durante a operação e uma queda muito mais acentuada na eficiência de remoção de DQO para o reator R1 (45,1%) quando comparado ao R2 (23,7%). Além disso, o sistema em dois estágios (RAcLF + R1) apresentou a maior eficiência de remoção de DQO global (44,1%), quando comparada ao sistema único estágio com e sem carvão ativado, respectivamente, R1 (18,4%) e R1 + CAP (38,9%). O uso do CAP se mostrou uma alternativa interessante, visto que a biodegradabilidade de R1 + CAP (244,38 NmL CH4 gDQOrem-1) foi maior que a de R2 (232,72 NmL CH4 gDQOrem-1,), considerando a operação dos sistemas com uma COV aplicada de 3,91 kg DQO m-3d-1. Apesar da maior produção de metano ter ocorrido com a COV de 2,61 kg DQO m-3d-1 em R1 (900,2 NmL d-1), a operação com R1 + CAP (837,5 NmL d-1) parece ser uma alternativa eficaz para melhorar a performance da digestão anaeróbia utilizando hidrolisados hemicelulósicos contendo compostos inibidores como furanos.
metadata.dc.description.abstracten: In this work was evaluated the use of hemicellulosic hydrolysate (HH) obtained by autohydrolysis (AH) pretreatment of sugarcane bagasse in anaerobic digestion (DA), using twostage and single stage systems, as well as the use of powdered activated carbon as a strategy to improve the performance anaerobic digestion of HH. The AH conditions were 183 ° C, 40.7 min and 4 mL g-1 liquid-solid ratio (LSR). The obtained HH was fed continuously in two systems, a control, constituted of a stepped upflow anaerobic reactor (R1) and operated with a hydraulic detention time (HDT) of 18.4 h, and a system of two stages composed by an upflow fixed bed reactor (RAcLF) operated at a HDT of 8.0 h, followed by a methanogenic reactor (R2) identical to that used in the control system, with a HDT of 18.4 h. The performance was analysed by varying the organic loading rate (OLR), while HDTs were kept constant, and by powdered activated carbon (PAC) added in the control system in one of the phases (R1 + PAC). The hydrodynamic tests revealed that both acidogenic and methanogenic reactors behave as continuous stirred tank reactors (CSTRs). The results obtained in low OLR (1.31 kg COD m- 3d-1), did not indicated significant biodegradability differences between R1 and R2 which reached values of 304.21 and 304.82 NmL CH4 gCODrem-1, respectively. When the OLR was increased, the concentration of HH’s inhibitory products also became greater, which led to an accumulation of volatile fatty acids (VFAs) during the operation, so, it was observed a largest drop in chemichal oxygen demand (COD) removal in R1 (45.1%) when compared to R2 (23.7%). Futhermore, the two-stage system (RAcLF + R2) achieved the greater global COD removal efficiency (44.1 %) compared to single stage system with and without PAC, R1 (18.4%) and R1 + PAC (38.9%), respectively. The used of activated carbon (R1 + PAC) seemed to be a better option, since his biodegradability (244.38 NmL CH4 gCODrem-1) was greater than that of R2 (232.72 NmL CH4 gCODrem-1), considering that those systems were operated with a COV of 3.91 kg DQO m-3d-1. Even if the higher production of methane was reached when OLR was 2.61 kg COD m-3d-1 in R1 (900.2 NmL d-1), an operation using activated carbon like R1 + CAP (837.5 NmL d-1) seems to be an effective alternative for improving performance of anaerobic digestion using hemicellulosic hydrolysates containing inhibitory compounds such as furans.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10270
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 21/09/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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