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Título: Codigestão anaeróbia da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos com glicerina e estimativa dos potenciais elétrico e térmico
Título(s) alternativo(s): Anaerobic co-digestion of the organic fraction of municipal solid waste with glycerin and estimation of electrical and thermal potentials
Autor(es): Pereira, Maria Eduarda Okabe
Orientador(es): Castro, Thiago Morais de
Palavras-chave: Biogás
Resíduos orgânicos
Lixo - Eliminação
Energia - Fontes alternativas
Biogas
Organic wastes
Refuse and refuse disposal
Renewable energy sources
Data do documento: 10-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: PEREIRA, Maria Eduarda Okabe. Codigestão anaeróbia da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos com glicerina e estimativa dos potenciais elétrico e térmico. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Ambiental) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.
Resumo: A crescente geração de resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil, atingiu em 2023 aproximadamente 80,96 milhões de toneladas, equivalente a 211 mil toneladas diárias, representa uma problemática ambiental significativa. A disposição inadequada desses resíduos, especialmente da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU), pode agravar problemas ambientais e de saúde pública. Esse cenário exige soluções sustentáveis para seu gerenciamento. A FORSU representa um recurso significativo para a produção de biogás via digestão anaeróbia, especialmente quando combinada com cosubstratos que otimizam o processo, como a glicerina residual, subproduto da produção de biodiesel. Este estudo teve como objetivo avaliar a codigestão anaeróbia da FORSU com glicerina residual e estimar os potenciais elétrico e térmico do biogás produzido. Foram realizados ensaios com 11 reatores anaeróbios e 3 de controle em batelada, sob temperatura controlada de 37±1 °C, por um período de 53 dias. O planejamento experimental adotado seguiu um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), variando a relação inóculo/substrato (RIS) e o percentual de glicerina adicionada à FORSU. O melhor desempenho foi obtido no reator 11, com 3% de glicerina e RIS de 0,4, alcançando um volume acumulado de biogás de 3,0769 LN, com rendimentos de 353,666 LNbiogás/kgSVadicionados e 924,678 LNbiogás/kgSVremovidos. A análise de variância (ANOVA) para os resultados das variáveis respostas: volume acumulado de biogás e rendimento (LNbiogás/kgSVremovidos), apresentaram efeitos significativos considerando o intervalo de 95% de confiança (p<0,05). De acordo com as superfícies de resposta, a porcentagem de glicerina não exerceu influência significativa nos reatores, enquanto o menor valor de RIS obteve a maior produção de biogás, estando associada a uma maior proporção de substrato em relação ao inóculo. A condição ótima foi estabelecida para a mistura de 94,2% de FORSU com 5,8% de glicerina e RIS de 0,4, garantindo maior produção e rendimento de biogás. A partir desses resultados e considerando uma geração diária de 17,16 kg de FORSU no restaurante universitário da UTFPR - Campo Mourão, estimou-se um potencial de geração de 66,06 kWh/ano de energia elétrica e 2.450,90 kcal/d de energia térmica. Tais achados demonstram que a codigestão anaeróbia da FORSU com glicerina pode ser uma alternativa sustentável para a valorização de resíduos e geração de energia renovável.
Abstract: The increasing generation of municipal solid waste (MSW) in Brazil, which reached approximately 80.96 million tons in 2023, equivalent to 211 thousand tons per day, represents a significant environmental issue. The improper disposal of these wastes, especially the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW), can exacerbate environmental and public health problems. This scenario demands sustainable solutions for its management. OFMSW represents a valuable resource for biogas production through anaerobic digestion, particularly when combined with co-substrates that optimize the process, such as residual glycerin, a byproduct of biodiesel production. This study aimed to evaluate the anaerobic co-digestion of OFMSW with residual glycerin and estimate the electrical and thermal potentials of the produced biogas. Experiments were conducted using 11 anaerobic reactors and 3 control reactors in batch mode, under a controlled temperature of 37±1 °C, for 53 days. The experimental design followed a Central Composite Rotational Design (CCRD), varying the inoculum-to-substrate ratio (ISR) and the percentage of glycerin added to the OFMSW. The best performance was observed in reactor 11, which operated with 3% glycerin and an ISR of 0.4, achieving a cumulative biogas volume of 3.0769 LN, with yields of 353.666 LNbiogas/kgVSadded and 924.678 LNbiogas/kgVSremoved. Analysis of variance (ANOVA) for the response variables—cumulative biogas volume and yield (LNbiogas/kgVSremoved)—showed significant effects at a 95% confidence interval (p<0.05). According to the response surfaces, the glycerin percentage did not exert a significant influence on the reactors, whereas the lowest ISR value resulted in the highest biogas production, being associated with a higher proportion of substrate relative to the inoculum. The optimal condition was established for a mixture of 94.2% OFMSW with 5.8% glycerin and an ISR of 0.4, ensuring higher biogas production and yield. Based on these results and considering a daily generation of 17.16 kg of OFMSW at the university restaurant of UTFPR - Campo Mourão, the estimated energy generation potential was 66.06 kWh/year of electricity and 2,450.90 kcal/day of thermal energy. These findings demonstrate that the anaerobic co-digestion of OFMSW with glycerin can be a sustainable alternative for waste valorization and renewable energy generation.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36602
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