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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24688| Título: | Produção de metano em reator anaeróbio híbrido tratando esgoto sanitário submetido a diferentes temperaturas |
| Título(s) alternativo(s): | Methane yield on hybrid anaerobic reactor treating domestic sewage under different temperatures |
| Autor(es): | Ramos, Jose Gustavo Venancio da Silva |
| Orientador(es): | Passig, Fernando Hermes |
| Palavras-chave: | Digestão anaeróbia Biogás Metano Águas residuais - Purificação Saneamento doméstico Anaerobic digestion Biogas Methane Sewage - Purification Sanitation, Household |
| Data do documento: | 11-Mar-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | RAMOS, Jose Gustavo Venancio da Silva. Produção de metano em reator anaeróbio híbrido tratando esgoto sanitário submetido a diferentes temperaturas. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | O processo de digestão anaeróbia é influenciado por diversos fatores. Dentre eles está a temperatura, que, quando reduzida, pode diminuir a velocidade do metabolismo microbiano – alterando a eficiência do sistema -, além de favorecer o escape de gases dissolvidos no líquido. Para mitigar estes problemas, pesquisadores vêm testando diferentes configurações de reatores anaeróbios ao longo do tempo. Neste estudo, um Reator Anaeróbio Híbrido, em inglês Uplfow Anaerobic Hybrid Reactor (UAHB), em escala de bancada, que combinou uma manta de lodo na parte inferior e meio filtrante na parte superior, com um separador trifásico acima de cada uma destas, foi utilizado para o tratamento de esgoto doméstico sintético. O reator foi operado por 218 dias, com carga orgânica volumétrica média de 1,24 (0,4) kg DQO m-3 d-1 e TDH de 8 h. A temperatura foi variada, sendo 18 (fase 1), 23 (fase 2) e 28 °C (fase 3) para avaliação da produção de metano nos coletores de gás e dissolvido no efluente. O pH do reator se manteve próximo à neutralidade em todas as etapas, além disso, observou-se geração de alcalinidade e consumo de ácidos voláteis. A remoção média de matéria orgânica em termos de DQO e a de SST permaneceram constantes e em torno de 90 e 95%, respectivamente, para todas as fases, atribuídas à degradação da matéria orgânica e à retenção de sólidos/biomassa proporcionada pelo meio filtrante. A manta de lodo produziu a maior parte da vazão de metano e biogás e estes volumes aumentaram com o aumento da temperatura. A produção média de metano no leito inferior foi de 1,74 (0,88), 2,21 (0,57) e 2,59 (0,79) L d-1 para as etapas 1, 2 e 3, respectivamente. A parte superior do reator não apresentou correlação estatisticamente significativa entre a produção de metano e biogás e a temperatura, indicando remoção efetiva da matéria orgânica mesmo em temperaturas mais baixas, com incremento de cerca de 20% na produção de biogás recuperada. As perdas de metano dissolvido no efluente foram tão maiores quanto menor a temperatura, sendo 38, 30 e 23% quando a 18, 23 e 28 °C, respectivamente, indicando perda de potencial energético. A concentração de metano dissolvido foi estatisticamente igual no efluente acima do separador trifásico inferior e superior, indicando que o meio suporte não influenciou na concentração deste gás no líquido, a 28 °C. A relação entre a concentração de metano dissolvido encontrada experimentalmente e a teórica (grau de saturação) foi de 1,08 a 18 °C, 0,95 a 23 °C e 0,90 a 28 °C, indicando supersaturação do gás apenas na temperatura mais baixa. As produções totais de metano foram 3,56 (0,42), 3,81 (0,60) e 4,09 (0,88) L d-1 para as etapas 1, 2 e 3, respectivamente. Considerando a produção de metano dissolvido no efluente, o reator apresentou produção semelhante de CH4 em todas as fases, indicando bom desempenho mesmo a 18 °C. |
| Abstract: | The anaerobic digestion process is influenced by several factors. Among them is the temperature, which, when reduced, can decrease the speed of microbial metabolism changing the efficiency of the system -, in addition to favoring the escape of gases dissolved in the liquid. To mitigate these problems, researchers have been testing different configurations of anerobic reactors over time. In this study, a bench-scale Upflow Anaerobic Hybrid Reactor (UAHB), which combined a sludge blanket in lower part and filter media in the upper one, with a three-phase separator above each of these was used for the treatment of synthetic domestic sewage. The reactor was operated for 218 days, with an average volumetric organic load rate of 1.24 (0.4) kg COD m-3 d-1 and HRT of 8 h. The temperature ranged from 18 (phase 1), 23 (phase 2) to 28 °C (phase 3) for the evaluation of the methane yield in the gas collectors and dissolved in the effluent. The pH of the reactor remained close to neutrality in all phases, in addition, alkalinity generation and consumption of volatile fatty acids were observed. The average COD and TSS removal remained constant and around 90 and 95% for all phases, respectively, attributed to the organic matter degradation and the solids/biomass retention provided by the filter media. The sludge blanket produced most of the methane and biogas flow and these volumes increased with the temperature increase. The average methane yield in the lower bed was 1.74 (0.88), 2.21 (0.57) and 2.59 (0.79) L d-1 at phases 1, 2 and 3, respectively. The upper part of the reactor did not show a statistically significant correlation between the production of methane and biogas and the temperature, indicating effective removal of organic matter even at lower temperatures, with an increase of about 20% in the recovered biogas yield. The losses of methane dissolved in the effluent were as greater as lower the temperature was, being 37, 30 and 23% when at 18, 23 and 28 °C, respectively, indicating loss of energy potential. The concentration of dissolved methane was statistically equal in the effluent above the lower and upper three-phase separator, indicating that the support medium did not influence the concentration of this gas in the liquid, at 28 °C. The relationship between the concentration of dissolved methane found experimentally and the theoretical one (degree of saturation) was 1.08 at 18 °C, 0.95 at 23 °C and 0.90 at 28 °C, indicating gas supersaturation only in lower temperature. Total methane yields were 3.56 (0.42), 3.81 (0.60) and 4.09 (0.88) L d-1 for phases 1, 2 and 3, respectively. Considering the production of methane dissolved in the effluent, the reactor showed similar production of CH4 in all phases, indicating good performance even at 18 °C. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24688 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
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