Otimização do processo de biogestão anaeróbia a partir da mistura de água residual de suinocultura, vinhaça e gliceraol bruto

Orientador : Prof. Dr. Joel Gustavo Teleken

Co-orientador : Prof. Dr. Jonathan Dieter

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Bioenergia. Defesa: Palotina, 11/03/2016

Inclui referências: f. 62-68

Área de concentração

Resumo: Nos últimos anos a produção de biocombustíveis líquidos e gasosos, dentre os quais o biogás, tem se intensificando principalmente pelo aumento da demanda energética, além da crescente preocupação com as questões ambientais. O presente estudo teve como objetivo a produção de biogás utilizando como substrato misturas de glicerol bruto, vinhaça e água residual de suinocultura, visando avaliar o efeito destes substratos tanto na eficiência de tratamento dos mesmos, como no volume e composição do biogás produzido, com o intuito de determinar a mistura ótima destes substratos e o estudo da cinética de produção de biogás utilizando reatores de bancada com operação em batelada. Os resultados mais desejáveis tanto para a produção de metano quanto para a remoção da carga orgânica nos efluentes foi obtida utilizando concentrações de vinhaça e glicerol de 5 %. A mistura ótima foi determinada em função do volume dos substratos, e correspondeu a 4,28 % de glicerol, 3,22 % de vinhaça, e 92,5 % de ARS, estimando uma produção de 2494 mL de metano por batelada, quando utilizado os substratos nestas proporções. Esta mistura foi utilizada em biodigestores de escala piloto com alimentação semi-contínua para a avaliação do perfil de produção de biogás. Os resultados corroboraram com os obtidos em escala laboratorial. A utilização da mistura resultou em incrementos significativos na produção de biogás e metano, superando os 300 % para este último gás. Desta forma, baseado no poder calorífico do metano, os biodigestores quando alimentados com a mistura ótima tiveram uma produção de energia três vezes maior do que quando alimentados somente com ARS. Além disso, baseado na remoção da carga orgânica e redução dos teores de sólidos totais e voláteis, foi constatado um aumento na eficiência do tratamento dos efluentes. Com relação aos modelos matemáticos utilizados, todos representaram bem os dados experimentais, o que possibilitou o estudo da cinética de produção de biogás, onde os experimentos 7, 8, 9 e 10, com misturas contendo 93,33 % de ARS, 3,33 % de glicerol bruto, e 3,33 % de vinhaça foram os que apresentaram os melhores resultados em relação ao tempo da fase lag, volume máximo de biogás produzido e velocidade específica máxima. Palavras-chave: codigestão, cinética, perfil de produção.

Abstract: In recent years the production of liquid and gaseous biofuels, among which the biogas has been increasing mainly due to increased energy demand, and the growing concern about environmental issues. This study aimed to biogas production using as substrate mixtures of crude glycerol, stillage and wastewater swine, to evaluate the effect of these substrates in both treatment efficiency thereof, as the volume and composition of the biogas produced with the order to determine the optimal mix of these substrates and the study of biogas production kinetics using benchtop reactors operating in batch. The most desirable results in terms of methane production and for the removal of organic matter in the effluent vinasse was obtained using concentrations of 5% and glycerol. The optimum mixture was determined by the volume of substrates, and amounted to 4.28% glycerol, 3.22% of vinasse, and 92.5% of ARS, estimating a production of 2494 mL of methane per batch, when used the substrates in these proportions. This mixture was used as digesters semi-continuously feeding pilot scale to evaluate the production profile biogás. The results corroborate those obtained on the laboratory scale. The use of the mixture resulted in significant increases in the production of biogas and methane, exceeding 300% for the latter gas. Thus, based on the calorific power of methane, fed to the digesters where the optimal mixture had a power output three times larger than that when fed only with ARS. Furthermore, based on the removal of organic matter and reduction of volatile total solids content and was found an increase in the wastewater treatment efficiency. Regarding the mathematical models used, all represented well the experimental data, allowing the study of biogas production kinetics, where the experiments 7, 8, 9 and 10, with mixtures containing 93.33% of ARS 3.33 % of crude glycerol, and 3.33% of vinasse showed the best results in relation to the phase lag time, maximum volume of produced biogas and maximum specific speed. Keywords: co-digestion, kinetic, production profile.