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Título: Monitoramento de parâmetros operacionais de um biodigestor modelo lagoa coberta alimentado com resíduo de soro de queijo
Título(s) alternativo(s): Monitoring the operational parameters of a covered pond model biodigester fed with cheese whey residues
Autor(es): Rosetti, Mylena Kellyn de Paula
Orientador(es): Frare, Laercio Mantovani
Palavras-chave: Energia - Fontes alternativas
Biocombustíveis
Metano
Renewable energy sources
Biomass energy
Methane
Data do documento: 26-Nov-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Medianeira
Citação: ROSETTI, Mylena Kellyn de Paula. Monitoramento de parâmetros operacionais de um biodigestor modelo lagoa coberta alimentado com resíduo de soro de queijo. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2021.
Resumo: A cadeia produtiva do leite possui relevância socioeconômica para o Brasil com aproximadamente 1,3 milhões de produtores distribuídos em 99% dos municípios do território nacional. Dentre os produtos derivados do leite destaca-se o queijo que obteve produção de 775 mil toneladas no 2019. Durante o processo de fabricação do queijo é gerado um grande volume de soro (9 litros de soro para cada quilo de queijo produzido), que possui elevada carga orgânica e alta degradabilidade que podem ser tratadas por meio da digestão anaeróbia (DA). Com base nisso, o presente estudo teve o objetivo de avaliar os principais parâmetros físico-químicos de um biodigestor, alimentado com resíduos de uma indústria de lácteos, para identificar possíveis falhas no processo e propor melhorias para a produção de biogás. Para tanto, foram avaliados parâmetros físico-químicos como pH, potencial redox (ORP), condutividade elétrica(CD), temperatura (T), oxigênio dissolvido (OD), alcalinidades(parcial (AP), intermediaria (AI) e total (AT)), demanda química de oxigênio (DQO),série de sólidos (totais (ST), fixos, (SF) e voláteis (SV)), amônia livre(AL), ácidos graxos voláteis (AGV), proteína bruta, carbono orgânico total (COT)e nitrogênio total Kjeldahl (NTK) no substrato líquido da entrada, do interior e da saída do biodigestor. A composição do biogás gerado foi analisada por meio de cromatografia gasosa. O substrato apresentou valor de pHde 5,5, relação C:N de 151:1, variações de temperatura maiores que1ºCd-1, concentrações de oxigênio dissolvido de 1,4 mg L-1, remoção de DQO na faixa de0a 35%, produção de CO2e CH4variando entre 23 e42% e 16 e 20%, respectivamente. Visando compreender os parâmetros que mais contribuíram para as baixas remoções de carga poluidora, foram desenvolvidos modelos estatísticos para estimar a concentração de DQO utilizando-se a correlação de Pearson. Os modelos que apresentaram os maiores valores do coeficiente de correlação (R2), foram os compostos de um maior número de variáveis. As variáveis pH, SF e AL contribuíram significativamente para a remoção de DQO, enquanto T, ST e SV contribuíram para o seu aumento. Com base nos parâmetros avaliados pode-se constatar que o biogás gerado, no biodigestor durante o estudo, não possui concentração de CH4suficientepara ser aproveitado em caldeiras para a geração de energia térmica. Embora o resíduo de soro de queijo apresente potencial para a produção de biogás por meio da DA devido ao seu alto teor de SV, a instabilidade dos parâmetros operacionais vistas no biodigestor analisado foram os principais fatores para a baixa remoção de DQO e baixa qualidade de biogás gerado. Dessa forma, sugere-se que sejam empregados os processos de codigestão do resíduo de soro de queijo com esterco animal (aves, bovinos e/ou suínos) e correção de pH com soda cáustica 50% no substrato do ponto Entrada, visando fornecer as condições necessária para ao processo de DA e consequente estabilidade do sistema.
Abstract: The milk production chain has important socioeconomic relevance for Brazil, with approximately 1.3 million producers distributed in 99% of the municipalities in the national territory. Among the products derived from milk, cheese is highlighted, which produced 775,000 tons in 2019. During the cheese manufacturing process, a large volume of whey is generated (9 liters of whey for each kilo of cheese produced), which has a high organic load and high degradability that can be treated by means of anaerobic digestion (AD). Based on that, this study aimed to evaluate the main physical-chemical parameters of a biodigester, fed with residues from a dairy industry, to identify possible flaws in the process and propose improvements for the production of biogas. Therefore, the physical-chemical parameters such as pH, redox potential (ORP), electrical conductivity (EC), temperature (T), dissolved oxygen (DO), alkalinities (partial (PA), intermediate (IA) and total (TA)), chemical oxygen demand (COD), series of solids (total (TS), fixed (FS) and volatile (VS)), free ammonia (FA), volatile fatty acids (VFA), crude protein, total organic carbon (TOC) and total Kjeldahl nitrogen (TKN) were evaluated in the liquid substrate of the inlet, interior and outlet of the biodigester. The composition of the generated biogas was analyzed using gas chromatography. The substrate had pH value of 5.5, C:N ratio of 151:1, temperature variations greater than 1 ºC d-1, dissolved oxygen concentrations of 1.4 mg L-1, COD removal in the range of 0 to 35%, CO2 and CH4 production ranging between 23 and 42% and 16 and 20%, respectively. Aiming to understand the parameters that most contributed to the low pollutant load removals, statistical models were developed to estimate the COD concentration using the Pearson correlation. The models that presented the highest values of the correlation coefficient (R2) were composed of a larger number of variables. Variables pH, FS and FA contributed significantly to the removal of COD, while T, TS and VS contributed to its increase. Based on the parameters evaluated, it can be seen that the biogas generated in the biodigester during the study does not have sufficient concentration of CH4 to be used in boilers to generate thermal energy. Although the cheese whey residue has potential for biogas production through AD due to its high VS content, the instability of the operational parameters seen in the analyzed biodigester were the main factors for the low COD removal and low biogas quality generated. Thus, it is suggested that the processes of co-digestion of cheese whey residue with animal manure (poultry, cattle and/or swine) and pH correction with 50% caustic soda in the Entry point substrate be used, in order to provide the conditions necessary for the AD process and consequent stability of the system.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31651
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