Codigestão anaeróbia de resíduo de frutas e vegetais com adição de frutose, caseína e ácido palmítico: aplicação em bancada e em reatores pilotos

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dc.contributor.advisorFernandes, Fernando
dc.contributor.authorMikami, Adriano Seidi Demarchi
dc.contributor.bancaCosta, Mônica Sarolli Silva de Mendonça
dc.contributor.bancaEdwiges, Thiago
dc.coverage.extent148 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2026-06-24T11:57:28Z
dc.date.available2026-06-24T11:57:28Z
dc.date.issued2024-04-22
dc.description.abstractA legislação ambiental no Brasil determina que a parcela orgânica dos resíduos deve receber destinação ambientalmente adequada, através de processos de reciclagem biológica como a digestão anaeróbia – DA. A DA tem como metabólito o gás metano, que pode atuar na diversificação da matriz energética devido seu alto poder calorífico. No cenário nacional o resíduo de frutas e vegetais - RFV é disposto quase integralmente em aterro, contrariando as diretrizes do poder público. Cerca de 40% da produção é perdida entre a colheita e o consumidor final, o que resultou em aproximadas 11 milhões de toneladas de RFV sendo aterradas em 2021. Por ser altamente biodegradável o RFV é apto à DA, entretanto seu teor de açúcares tende a desestabilizar a reação. Intervenções são necessárias para melhorar a eficiência operacional e otimizar a produção de metano, sendo uma delas a codigestão anaeróbia - coDA. Um co-substrato pode oferecer açúcares, pois 40% dos carboidratos do RFV são estruturais; pode oferecer proteínas, visto baixa alcalinidade e desequilíbrio da relação C/N do RFV; pode também oferecer lipídios, tendendo a aumentar o metano no biogás. As biomoléculas podem simular co-substratos, e a frutose, caseína e ácido palmítico foram adotados para este fim. Em escala de bancada observou-se que a adição de 2,5g.L-1 de frutose, 10g.L-1 de caseína e 5g.L-1 de ácido palmítico em codigestão com 20g.L-1 de RFV, em função dos sólidos totais voláteis – STVs, resultaram no aumento da produção de metano em 24,05, 29,57 e 53,97% respectivamente sem comprometer a estabilidade do processo. Essas concentrações foram testadas em reatores CSTR, e observou-se que em COV 0,5 gSTV L-1d-1 a produção específica de metano - PEM foi de 324, 307, 300 e 341L.kgSTV-1 para os reatores monodigestão de RFV (REATOR TEST), coDA de frutose+RFV (REATOR FRU), coDA de caseína+RFV (REATOR CAS), e coDA de ácido palmítico+RFV (REATOR A.P.), respectivamente, sem perda de estabilidade. No segundo TDH de COV 1,0 gSTV L-1d-1os resultados foram de 518, 578 e 613kgSTV-1 para os reatores TEST, FRU e CAS, com processos estáveis e conversões satisfatórias. O reator A.P. colapsou na segunda semana de operação, indicando que a COV 0,5 é o limite suportado no delineamento desta pesquisa. Conclui-se que a DA de RFV em COV 0,5 e 1,0 pode receber acréscimo de carboidratos sem risco de acidificação em excesso; deve receber proteínas, que balanceia a relação C/N e fornece alcalinidade, e pode receber ácido palmítico, apenas em COV 0,5, diluindo as gorduras e aumentando o teor de metano no biogás
dc.description.abstractother1The environmental legislation in Brazil determines that the organic portion of waste must receive environmentally appropriate disposal, through biological recycling processes such as anaerobic digestion - AD. AD produces methane gas as a metabolite, which can contribute to diversifying the energy matrix due to its high calorific value. However, the fruits and vegetables waste - FVW is almost entirely disposed of in landfills, contrary to government guidelines. About 40% of production is lost between harvest and final consumer, resulting in approximately 11 million tons of FVW being landfilled in 2021. As FVW is highly biodegradable, it is suitable for anaerobic digestion, although its sugar content tends to destabilize the reaction. Interventions are necessary to improve operational efficiency and optimize methane production, and one of them is anaerobic co-digestion - coDA. A co-substrate can provide sugars, as 40% of the carbohydrates in FVW are structural; it can provide proteins, given the low alkalinity and imbalance of the C/N ratio of FVW; it can also provide lipids, increasing methane content in biogas. Biomolecules can mimic co-substrates, and fructose, casein, and palmitic acid were adopted for this purpose. At the bench scale, it was observed that the addition of 2.5g.L-1 of fructose, 10g.L-1 of casein, and 5g.L-1 of palmitic acid in co-digestion with 20g.L-1 of FVW, based on total volatile solids - TVS, resulted in increased methane production by 24.05, 29.57, and 53.97%, respectively, without taking process stability. These concentrations were tested in Continuous Stirred Tank Reactors - CSTR, and it was observed that at an organic loading rate - OLR of 0.5 gSTV L-1d-1, the specific methane yield - SMY was 324, 307, 300, and 341 L.kgSTV-1 for the monodigestion reactors of FVW (TEST REACTOR), coDA of fructose+FVW (FRU REACTOR), coDA of casein+FVW (CAS REACTOR), and coDA of palmitic acid+FVW (A.P. REACTOR), respectively, without losses in stability. In the second OLR of 1.0 gSTV L-1d-1, the SMY were 518, 578, and 613 kgSTV-1 for the TEST, FRU, and CAS reactors, respectively, with stable processes and satisfactory conversions. The A.P. reactor collapsed in the second week of operation, indicating that the 0.5 OLR is the supported limit in the design of this research. It is concluded that the AD of FVW in OLR of 0.5 and 1.0 can receive the addition of carbohydrates without the risk of excessive acidification; it must receive proteins, which balance the C/N ratio and provide alkalinity, and it can receive palmitic acid, only in OLR of 0.5, diluting fats and increasing the methane content in biogas
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/19326
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCTU - Departamento de Construção Civil
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectResíduo de frutas e vegetais
dc.subjectCodigestão anaeróbia
dc.subjectBiomoléculas
dc.subjectDigestão anaeróbia
dc.subjectBiogás
dc.subjectMetano
dc.subjectFrutose
dc.subjectCaseina
dc.subjectÁcido palmítico
dc.subject.capesEngenharias - Engenharia Civil
dc.subject.cnpqEngenharias - Engenharia Civil
dc.subject.keywordsFruit and vegetables waste
dc.subject.keywordsAnaerobic codigestion
dc.subject.keywordsBiomolecules
dc.subject.keywordsAnaerobic digestion
dc.subject.keywordsBiogas
dc.subject.keywordsMethane
dc.subject.keywordsFructose
dc.subject.keywordsCasein
dc.subject.keywordsPalmitic acid
dc.titleCodigestão anaeróbia de resíduo de frutas e vegetais com adição de frutose, caseína e ácido palmítico: aplicação em bancada e em reatores pilotos
dc.title.alternativeAnaerobic co-digestion of fruit and vegetable waste with the addition of fructose, casein, and palmitic acid: application in bench-scale and pilot-scale reactors
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Tecnologia e Urbanismo

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