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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo do tratamento de efluente de indústria sucroalcooleira empregando reator anaeróbio de leito fixo em escala piloto
Título(s) alternativo(s): Treatment study from sugar and alcohol industry effluent using anaerobic fixed-bed reactor in pilot scale.
Autor: CARVALHO, Jéssica Xavier de 
Primeiro orientador: RIBEIRO, Rogers
Primeiro membro da banca: MOURA, Rafael Brito de
Segundo membro da banca: TOMMASO, Giovana
Resumo: No processo de produção de etanol são geradas quantidades significativas de vinhaça, uma água residuária caracterizada por elevada concentração de matéria orgânica, pH ácido e concentrações significativas de potássio e sulfato. A vinhaça é aplicada no solo para a fertirrigação, visando o reaproveitamento de água e nutrientes. Entretanto, esse procedimento pode apresentar impactos negativos, como a acidificação do solo e contaminação de águas subterrâneas, se a vinhaça for aplicada em excesso. Assim, a digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento desse efluente, pois é capaz de reduzir a concentração de matéria orgânica e recuperar energia na forma de biogás, mantendo os teores de nutrientes da vinhaça. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade de aplicação de um reator anaeróbio de leito fixo empacotado (Anaerobic Packed-Bed Reactor, APBR) no tratamento de vinhaça. O reator APBR em escala piloto (volume útil de 194,5 L) operou com vinhaça durante 90 dias com carga orgânica volumétrica de 5,0 kgDQO.m-3.d-1, vazão de 8,1 L.h-1 e tempo de detenção hidráulica de 24 h. A eficiência média de remoção de DQO total foi de 72,1% até o 23° dia de operação, momento em que ocorreu a redução simultânea de pH e temperatura afluente, contribuindo para a redução no desempenho do processo. Durante a operação do reator, observou-se que não houve remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo), mantendo o poder fertilizante da vinhaça. Ensaios de biodegradabilidade anaeróbia foram realizados para avaliar a cinética de degradação de matéria orgânica, redução de sulfato e produção de metano utilizando diferentes concentrações de matéria orgânica (1,0; 2,5 e 5,0 gDQO.L-1) e lodo proveniente do próprio reator. Os resultados demonstraram que a biomassa foi capaz de degradar matéria orgânica, reduzir sulfato e produzir metano nas condições avaliadas, sendo que na concentração de 5,0 gDQO.L-1 foram constatadas as maiores velocidades. A análise dos dados experimentais de produção cumulativa de metano e remoção de DQO foi realizada utilizando-se o modelo ADM1 (Anaerobic Digestion Model Number 1). Os parâmetros otimizados no modelo forneceram a concentração de biomassa, composta predominantemente por arqueias metanogênicas acetoclásticas e bactérias consumidoras de ácido propiônico. De forma geral, o modelo foi capaz de representar a tendência de remoção de matéria orgânica e a produção cumulativa de metano ao longo do ensaio. Por fim, realizou-se a modelagem a fim de simular o comportamento da DQO efluente do reator, utilizando para isso dois conjuntos de parâmetros otimizados no ADM1 e os dados de monitoramento do reator APBR. Concluiu-se, a partir dos resultados dessa modelagem, que o tempo de detenção hidráulica empregado na operação do reator foi insuficiente para alcançar as remoções desejadas. Apesar disso, o reator propiciou um ambiente favorável ao desenvolvimento dos microrganismos anaeróbios metanogênicos e o processo de digestão anaeróbia mostrou-se, novamente, como uma alternativa viável para o tratamento da vinhaça.
Abstract: In the ethanol production process, significant volumes of vinasse are generated, a wastewater characterized by high concentration of organic matter, acid pH and significant concentrations of potassium and sulfate. The vinasse is applied in the soil for the fertigation, aiming the reuse of water and nutrients. However, this procedure may have negative impacts, such as the soil acidification and groundwater contamination, if the vinasse is applied in excess. In this way, the anaerobic digestion is an alternative for the treatment of this effluent, because it is able to reduce the concentration of organic matter and recover energy in the form of biogas, keeping the nutrients levels of the vinasse. In this context, the objective of this study was to evaluate the feasibility of applying Anaerobic Packed-Bed Reactor (APBR) in the treatment of vinasse. The pilot scale APBR reactor (useful volume of 194.5 L) was operated with vinasse during 90 days with organic load volumetric of 5.0 kgCOD.m-3.d-1, flow rate of 8.1 L.h-1 and hydraulic detention time of 24 h. The average efficiency of total COD removal was 72.1% until the 23rd day of operation, the moment in which there was a simultaneous pH and affluent temperature reduction, contributing to the decrease in process performance. During the reactor operation, it was observed that there was no nutrient removal (nitrogen and phosphorus), keeping the fertilizing power of the vinasse. Anaerobic biodegradability assays were carried out to evaluate the kinetics of organic matter degradation, sulfate reduction and methane production using different concentrations of organic matter (1.0, 2.5 and 5.0 gCOD.L-1 and the APBR’s inoculum. The results showed that the biomass was able to degrade organic matter, reduce sulfate and produce methane in the evaluated conditions, being that, at the concentration of 5.0 gCOD.L-1 were observed the highest velocities. Experimental data analysis of cumulative methane production and COD removal was performed using the Anaerobic Digestion Model Number 1 (ADM1). The parameters optimized in the model provided the concentration of biomass, composed predominantly of acetoclastic methanogenic archaea and propionic acid consuming bacteria. In general, the model was able to represent the trend of organic matter removal and cumulative methane production throughout the assay. Finally, the modeling was performed in order to simulate the behavior of the reactor effluent COD using two sets of parameters optimized in ADM1 and the monitoring data of the APBR reactor. It was concluded, from the results of this model, that the hydraulic detention time employed in the reactor operation was insufficient to achieve the desired removals. In spite of this, the reactor provided an environment favorable to the development of methanogenic anaerobic microorganisms and the anaerobic digestion process again proved to be a viable alternative for the treatment of vinasse.
Palavras-chave: Águas residuárias.
Digestão anaeróbia.
Vinhaça.
Cana-de-açúcar.
Leito fixo.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia Ambiental
Citação: CARVALHO, Jéssica Xavier de. Estudo do tratamento de efluente de indústria sucroalcooleira empregando reator anaeróbio de leito fixo em escala piloto. 2018. 89 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1258
Data de defesa: 9-Ago-2018
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