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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38866| Título: | Analysis of the recovery of energy and high-added value chemicals from winery wastewater |
| Título(s) alternativo(s): | Análise da recuperação de energia e químicos de alto valor agregado do efluente de vinícola |
| Autor(es): | Melchiors, Emeline |
| Orientador(es): | Freire, Flavio Bentes |
| Palavras-chave: | Células à combustível Águas residuais - Aspectos ambientais Vinícolas - Eliminação de resíduos Vinho e vinificação - Microbiologia Águas residuais - Purificação - Tratamento biológico Fermentação Energia - Fontes alternativas Desenvolvimento sustentável Fuel cells Sewage - Environmental aspects Wineries - Waste disposal Wine and wine making - Microbiology Sewage - Purification - Biological treatment Fermentation Renewable energy sources Sustainable development |
| Data do documento: | 6-Jun-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | MELCHIORS, Emeline. Analysis of the recovery of energy and high-added value chemicals from winery wastewater. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
| Resumo: | A crescente demanda global por energia, água e produtos químicos, impulsionada pelo crescimento populacional e pela industrialização, ressalta a necessidade urgente de tecnologias sustentáveis para lidar com a escassez de recursos e a degradação ambiental. Esta tese explora duas abordagens inovadoras e independentes para transformar águas residuais de vinícolas (WWW) em energia e produtos de alto valor por meio, respectivamente, de células de combustível microbianas (MFCs) e alongamento de cadeia (CE). Duas células MFCs de câmara única foram operadas em paralelo. As células foram adaptadas à água residuária de uma planta de tratamento de esgotos como substrato e, em seguida, operadas com WWW sintético. A potência máxima produzida foi de 1.238,4 mW/m³, 3,3% de eficiência Coulombiana e 0.09% de energia normalizada pelo volume. A composição do gás do espaço livre mostrou a produção de metano como uma reação secundária quando o WWW foi introduzido. A análise de isótopos mostrou características de ambientes dominados pela metanogênese dependente de acetato. Para os ensaios de CE, foram operados nove biorreatores em batelada alimentada. O ácido acético (C2) e/ou o ácido butírico (C4) foram adicionados como fonte de aceptores de elétrons (e-) para o e- da oxidação do etanol e, depois, apenas o WWW real foi adicionado como substrato. O 2-bromoetanossulfonato e os choques de aquecimento foram testados para limitar as atividades metanogênicas. A melhor conversão de ácidos carboxílicos de cadeia curta a média ocorreu em um reator sem controle de metanogênicas, enquanto alimentado com WWW e anteriormente alimentado apenas com C2, levando a uma alta produção de 15,0 g C6/L. Além disso, foi proposto um modelo para o alongamento da cadeia. Ao explorar o potencial das MFCs e da CE, a tese contribui para o avanço das práticas sustentáveis na viticultura, transformando resíduos em recursos com valor agregado. |
| Abstract: | The growing global demand for energy, water, and chemicals, driven by population growth and industrialization, underscores the urgent need for sustainable technologies to address resource scarcity and environmental degradation. This thesis explores two independent innovative approaches for transforming winery wastewater (WWW) to energy and high-value products through, respectively, microbial fuel cells (MFCs) and chain elongation (CE). Two singlechamber MFCs were operated in parallel. The cells were adapted to domestic wastewater as substrate and then operated with synthetic WWW. The maximum power output was 1238.4 mW/m³, 3.3% of Coulombic efficiency, and 0.09% of Normalized energy recovery based on the treated volume. The headspace gas composition showed methane production as a side reaction when WWW was introduced. Stable carbon isotope analysis points to potential characteristics of environments dominated by acetate-dependent methanogenesis. For the CE essays, nine fed-batch bioreactors were operated. Acetic (C2) and/or butyric acid (C4) were added as source of electron acceptors for e- from ethanol oxidation, and after only real WWW was added as substrate. Heating shocks and 2-bromoethanesulfonate were tested to limit methanogenic activities. The best conversion of short- to medium-chain carboxylic acids was in a reactor without controlling methanogens, while fed with WWW and previously fed with only C2, leading to a high concentration of 15.0 g C6/L. Additionally, a model for chain elongation was proposed. By exploring the potential of MFCs and CE, this thesis contributes to advancing in sustainable practices in viticulture, transforming waste into valuable resources. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38866 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
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