doctoralThesis
Estudo da influência de inóculos e desenvolvimento de reator horizontal no processo da biodigestão de resíduo sólido orgânico
Autor
SANTOS FILHO, Derovil Antonio dos
Institución
Resumen
O manejo inadequado dos resíduos sólidos e semissólidos orgânicos pode resultar na poluição das águas superficiais e subterrâneas, do solo e do ar, devido a alta carga orgânica. Nesse sentido, a biodigestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento desses materiais, bem como produção de biometano e energia. Assim, este trabalho desenvolveu um reator horizontal (pedido de deposito e o nº do processo: BR1020180073486) e através dele avaliou a produção de biometano oriundo da codigestão anaeróbia de resíduos sólidos orgânicos, proveniente do Centro de Abastecimento e Logistico de Pernambuco (CEASA-PE). Sendo avaliado diferentes inóculos: líquido ruminal bovino com e sem peneiramento, lodo de esgoto e esterco caprino, bem como a adição de glicerina e agente alcalinizante (bicarbonato de sódio). Na primeira etapa do estudo foi realizada a caracterização inicial do resíduo sólido orgânico e dos inóculos, separadamente, e se pode observar que todos resíduos estudados têm um elevado potencial de biodegrabilidade. Em contraposição, o resíduo sólido e o esterco caprino possuem valores de pH e umidade que podem inibir a biodigestão anaeróbia, além disso, os inóculos líquido ruminal, lodo e o esterco caprino possuem uma relação carbono/nitrogênio inferior a proporção requerida pelos micro-organismos decompositores. Em um segundo momento, foram realizados ensaios de Potencial Bioquímico de Metano, para avaliar o potencial máximo de produção de biometano, e se obteve uma produção, aproximadamente, 3,5 vezes maior na codigestão do substrato com os diferentes inóculos, do que com os inóculos isolados, e com o inóculo aclimatado, em especial, esse incremento foi de 17 e 19 vezes. Além disso, a maior geração de biogás e metano foi para as configurações codigeridas com a mistura lodo, líquido ruminal bovino e esterco caprino (aclimatado ou não). A adição da glicerina, por sua vez, não se mostrou boa configuração, pois foi, aproximadamente, 8 vezes menor, que as sem adição do referido resíduo. Também foi projetado e construído um reator horizontal piloto com condições reais de operação, onde foi aclimatado um dos inóculos por um período de 120 dias (gerando 254,35 NL) e codigerido o mesmo como resíduo sólido orgânico, produzindo com isso, 711,20 NL de biogás (também em 120 dias) com o teor médio de metano de 50%. E por fim, foi analisado a remoção de carga orgânica antes e depois do processo de biodigestão anaeróbia, tanto nos ensaios de Potencial Bioquímico de Metano, quanto no reator horizontal, onde houve uma redução que variou entre -0,78 e -16,30%. A partir dos estudos realizados no reator horizontal, foi possível estimar a produção de energia elétrica que poderá ser oriunda do resíduo sólido organico do CEASA-PE, codigerido com inóculo aclimatado que resultou em aproximadamente 175.626,00 kWh/mês ou 5854,2 kWh/dia. FACEPE Improper handling of solid organic and semi-solid waste can result in pollution of surface and ground water, soil and air due to high organic load. In this sense, anaerobic biodigestion is an alternative for the treatment of these materials, but in the production of biomethane and energy. Thus, this work developed a horizontal reactor (request of deposit and process no: BR1020180073486) and through it evaluated the production of biomethane native of the anaerobic codigestión of organic solid waste, from the Center of Supply and Logistics of Pernambuco (CEASA-PE). Being evaluated different inoculums: bovine ruminal liquid with and without sieving, sewage sludge and goat manure, as well as the addition of glycerin and alkalizing agent (sodium bicarbonate). In the first stage of the study, the initial characterization of the organic solid residue and of the inocula was carried out separately, and it can be observed that, all residues studied have a high biodegradability potential. In contrast, the solid residue and goat manure have pH and humidity values that can inhibit anaerobic biodigestion, in addition, the ruminal liquid, sludge and goat manure have a carbon/nitrogen ratio lower than the ratio required by microorganisms decomposers. Second, methane biochemical potential tests were carried out to evaluate the maximum biomethane production potential, and a 3.5 times greater production of substrate codigestion was obtained with the different inocula than with the isolated inocula, and with acclimated inoculum, in particular, this increase was 17 and 19 times. In addition, the largest generation of biogas and methane was for the codigerate configurations with the mixture of sludge + bovine rumen liquid + goat manure (acclimatized or not). The addition of the glycerin, in its turn, did not show good configuration, was about 8 times lower, than those without addition of said residue. A pilot horizontal reactor with real operating conditions was also designed and constructed, where one of the inoculants was acclimatized for a period of 120 days (generating 254.35 NL) and co-degenerated the same as organic solid waste, producing 711.20 NL of biogas (also in 120 days) with the average methane content of 50%. Finally, organic matter removal was analyzed before and after the anaerobic biodigestion process, both in methane biochemical potential tests and in the horizontal reactor, where there was a reduction that varied between -0.78 and -16.30%. From the studies carried out in the horizontal reactor, it was possible to estimate the electric energy production that could come from the organic solid residue of CEASA-PE, codigerido with acclimated inoculum that resulted in approximately 175,626.00 kWh / month or 5854,2 kWh/day.