Maria Alcina Alpoim de Sousa Pereira

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  • MARIA ALCINA ALPOIM DE SOUSA PEREIRA

    DEGRADAO DE CIDO OLEICO EM FILTRO ANAERBIO: EFEITO DA ADAPTAO DO INCULO E DA RECIRCULAO

    DA BIOMASSA

    UNIVERSIDADE DO MINHO ESCOLA DE ENGENHARIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA BIOLGICA

    1998

  • 2

    Departamento de Engenharia Biolgica

    Universidade do Minho

    Degradao de cido Oleico em Filtro Anaerbio: Efeito da Adaptao do Inculo e da Recirculao

    da Biomassa

    Tese de Mestrado em Engenharia Biolgica de:

    Maria Alcina Alpoim de Sousa Pereira

    Orientador: Manuel Magalhes Mota

    Co-Orientador: Maria Madalena Alves

    1997 1998

  • 3

    Agradecimentos

    Quero aqui expressar os meus sinceros agradecimentos a todos que directa ou

    indirectamente, colaboraram para a concretizao deste trabalho:

    Ao meu orientador, Prof. Manuel Mota, pelo incentivo, aconselhamento e sugestes

    fornecidas e pelas ptimas condies de trabalho proporcionadas.

    Ao meu co-orientador, Doutora Madalena Alves pela amizade, apoio e encorajamento

    demontrado, bem como pela valiosa ajuda a nivel da discusso crtica do trabalho.

    A todos os colegas de mestrado pela boa camaradagem e apoio demonstrados, em

    particular ao colega Lus Amaral pela incansvel disponibilidade e pacincia demonstrada.

    Ao tcnico Manuel Santos pela colaborao imprescindvel na construo e montagem

    da instalao experimental.

    Aos familiares e amigos pelo carinho e compreenso demonstrada, em particular amiga

    Cristina Pimenta pelo apoio e nimo fornecidos nos piores momentos.

    Finalmente, devido um reconhecimento s instituies e organismos que contriburam

    para a realizao deste trabalho: Universidade do Minho e JNICT pela bolsa concedida no

    mbito do programa PRAXIS XXI.

  • 4

    Sumrio

    Este trabalho teve por objectivo o estudo da degradao do cido oleico em filtro anaerbio, avaliando o efeito da aclimatizao da biomassa utilizada como inculo e tambm da recirculao da biomassa.

    Operaram-se trs filtros anaerbios (R1, R2 e R3) em paralelo. Em R1 inoculou-se biomassa no aclimatizada e no se recirculou a biomassa que saa do reactor. Em R2 inoculou-se biomassa no aclimatizada e recirculou-se a biomassa e em R3, tambm com recirculao, inoculou-se biomassa aclimatizada com lpidos e oleato.

    O desempenho dos digestores foi avaliado durante 233 dias em termos de CQO (Carrncia Qumica de Oxignio) solvel removido, AGV (cidos Gordps Volteis) e SSV (Slidos Suspensos Volteis) sada, e produo de metano. Obtiveram-se eficincias de remoo entre 70 a 77%, para uma carga orgnica de oleato aplicada de 12.5 kgCQO/m3.d., mesmo com concentraes molares oleato/(Ca2++Mg2+) de 6.79. O acompanhamento da produo de metano permitiu verificar a ocorrncia de degradao efectiva do oleato alimentado. Contudo, uma elevada discrepncia foi observada entre a remoo de CQO solvel e a produo de metano, sugerindo a reteno de grande parte do oleato alimentado, no reactor.

    Verificou-se que a utilizao da recirculao da biomassa se demonstra vantajosa no desempenho deste sistema, promovendo a minimizao do efeito de lavagem (washout) da biomassa flutuante e a diluio da carga txica aplicada, conduzindo a uma menor inibio da populao acetognica e metanognica. O efeito inibitrio do oleato de sdio sobre as populaes acetognicas e metanognicas foi menos sentido num filtro anaerbio inoculado com biomassa prviamente aclimatizada com lpidos e oleato. Conclui-se que, do ponto de vista do tratamento de efluentes com elevada carga em oleato, o efeito combinado da recirculao de biomassa e utilizao de um inculo aclimatizado benfico, melhorando a eficincia do desempenho do filtro anaerbio.

    Efectuou-se a caracterizao da biomassa dos trs digestores no final da operao verificando-se que o contacto com oleato conduzia a uma diminuio significativa da actividade acetoclstica e em etanol, e a um aumento da actividade em H2/CO2. A biomassa aclimatizada apresentava uma maior capacidade de desenvolver actividade hidrogenoflica quando em contacto com oleato do que a biomassa no adaptada.

    Aps alimentao com oleato como nica fonte de carbono a biomassa aparecia encapsulada, provavelmente com oleato, conduzindo a elevados atrasos na degradao do oleato adicionado. O ensaio efectuado em reactor fechado permitiu verificar a eficiente degradao a metano do oleato adsorvido durante a operao em contnuo. Conclui-se assim que a utilizao de ciclos de adsoro/degradao potencialmente til no tratamento de efluentes ricos em oleato.

  • 5

    Abstract

    The aim of this work was to study the oleic acid degradation in anaerobic filters, evaluating both the effects of using an acclimatized inoculum and biomass recirculation. The anaerobic filters (R1, R2 e R3) were operated in parallel. In R1 and R2 the inoculated biomass was not acclimatized while in R3 it was. On the other hand in R2 and R3 biomass recirculation was used while in R1 it was not.

    Filters performance was followed during 233 days and evaluated in terms of soluble COD (Chemical Organic Demand) removal, VFA (Volatile Fatty Acids) and VSS (Volatile Suspense Solids) in the outlet, and methane production. Removal efficiencies between 70 and 77% were achieved for an oleate organic load of 12.5 kgCOD/m3.day, even with an oleate/(Ca2++Mg2+) molar concentration ratio of 6.79. While following methane production it was possible to observe an effective degradation of the fed oleate. Nevertheless, a significative difference was found between soluble COD removal and methane production, suggesting that most of the oleate fed would beretained in the reactor.

    Biomass recirculation was found to enhance the system performance, due to biomass washout minimization and dilution of the toxic organic load, inducing a lower inhibition on the acetogenic and metanogenic populations. Sodium oleate inhibitory effect on both acetogenic and metanogenic populations was lower in an anaerobic filter inoculated with biomass acclimatized with lipids and oleate. It was concluded that the synergic effect of using biomass recirculation and an acclimatized inoculum is beneficial, when treating effluents hardly loaded with oleate, improving the performance of the anaerobic filter.

    Final characterization of the biomass developed in the filters showed that the contact with oleate induced a significant decrease of methanogenic activity against acetate and ethanol and an enhancement against H2/CO2. Acclimatized biomass exhibited a higher capacity to develop hidrogenofilic activity when in contact with oleate.

    When oleate was the sole carbon source fed, biomass became encapsulated, probably due to oleate adsorption, inducing a significative delay on added oleate degradation. The experiment run in the reactor, in the absence of feed, showed that the degradation to methane of the oleate adsorbed during continuous operation was efficient. This put in evidence the potential use of adsortion/degradation cycles in the treatment oleate hardly loaded effluents.

  • 6

    ndice

    1. REVISO BIBLIOGRFICA ..................................................................................................................... 13

    1.1 INTRODUO ....................................................................................................................................... 14 1.2 O PROCESSO DE DEGRADAO ANAERBIA .......................................................................................... 16

    1.2.1 Bioqumica e microbiologia do processo ..................................................................................... 16 1.2.1.1 Hidrlise ...............................................................................................................................................17

    1.2.1.2 Fermentao.........................................................................................................................................18

    1.2.1.3 Acetognese .........................................................................................................................................18

    1.2.1.4 Metanognese ......................................................................................................................................19

    1.2.1.5 Outras transformaes.......................................................................................................................20

    1.2.2 Necessidades nutricionais......................................................................................................... 21

    1.2.3 Factores ambientais................................................................................................................. 23 1.2.3.1 pH e alcalinidade .................................................................................................................................23

    1.2.3.2 Temperatura.........................................................................................................................................24

    1.2.3.3 Inibidores da metanognese..............................................................................................................25

    1.3 TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO.......................................................................................................... 26

    1.3.1 Processo de contacto ................................................................................................................. 27

    1.3.2 UASB ................................................................................................................................... 27

    1.3.3 Digestor anaerbio de leito expandido ou fluidizado ................................................................. 28

    1.3.4 Leito fixo.