1 ESTUDO DE CO-DIGESTÃO ANAERÓBIA DE LAMAS DOMÉSTICAS COM O EFLUENTE DA INDÚSTRIA DA FERMENTAÇÃO DA LEVEDURA DO PÃO DA EMPRESA MAURI FERMENTOS Gonçalo.

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1 1 ESTUDO DE CO-DIGESTÃO ANAERÓBIA DE LAMAS DOMÉSTICAS COM O EFLUENTE DA INDÚSTRIA DA FERMENTAÇÃO DA LEVEDURA DO PÃO DA EMPRESA MAURI FERMENTOS Gonçalo dos Santos Silveira Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia Orientador: Professor Santino Di Berardino (LNEG) Co-orientador: Professor Doutor Nuno Lapa (FCT-UNL) Novembro 2009

2 2 Descrição do trabalho Situação actual na ETAR de Setúbal Cenário hipotético de co-digestão

3 3 Objectivos do trabalho Determinar a velocidade de degradação do substrato e definir o regime de carga a imprimir na fase de arranque; Avaliar a compatibilidade dos dois substratos; Avaliar a estabilidade do processo, com remoção simultânea da matéria orgânica e de sulfatos; Determinar a produção de biogás e sua composição; Determinar a concentração de eventuais compostos inibitórios que possam ser responsáveis pela inibição do sistema; Determinar a proporção ideal de lamas e efluente industrial que proporciona o maior rendimento de biogás e ao mesmo tempo possibilita um grau de tratamento adequado.

4 4 Descrição do trabalho Digestor laboratorial instalado

5 5 Regime de alimentação aplicado Período (dias) Composição do afluente (LM e M) (% v/v) Código da alimentação Q (ml/dia) TRH (d) Dia 0 a 10100% LMLM36010,4 Dia 11 a 2380% LM + 20% MLote 115025,0 Dia 24 a 3260% LM + 40% MLote 220018,8 Dia 33 a 6150% LM + 50% MLote 324015,6 Dia 62 a 9540% LM + 60% MLote 428013,4 LM: Lamas Mistas M: Efluente da empresa MAURI Fermentos

6 6 Parâmetros e frequência de monitorização Frequência de análises CQOPO 4 3- SO 4 2- TKN N- NH 4 + ST SV SST SSV pH Pot. redox AGVBiogás Análises às amostras de LM e M 1x/l - Análises ao afluente 1x/l 1x/d 1x/l- Análises ao efluente 2x/s1x/s 2x/s 1x/d 2x/s- Análises ao biogás ----------2x/s 1x/l = 1 vez por lote 1x/d = 1 vez por dia 1x/s = 1 vez por semana

7 7 Resultados No 33º dia iniciou-se a alimentação com o lote 3, verificando-se um aumento da eficiência de remoção do CQO para 50%, que se manteve sensivelmente constante até ao 44º dia de ensaio (funcionamento óptimo do digestor).

8 8 Resultados Entre o 40º e o 62º dia de ensaio, a concentração de sulfato no efluente manteve-se estável nos 950 mg/l, estando associada a uma eficiência de remoção de sulfato de cerca de 60%.

9 9 Resultados A avaliar pela razão CQO/sulfato, as BRS nunca ganharam vantagem competitiva relativamente às BM. No entanto, a acumulação de acetato que se verificou no efluente a partir do 62º dia de ensaio, com uma concentração de sulfato de 2800 mg/l, deve ter contribuído para a inibição das BMA.

10 10 Resultados Reacção 1: 2,5 trimetilglicina + 4,04 H 2  2-propanol + 2,5 trimetilamina + 0,95 acetato + 0,1 CO 2 + 1,9 H 2 O Reacção 2: trimetilglicina + 1,32 serina + H 2 O  trimetilamina + 2 acetato + 1,32 CO 2 + 1,32 NH 3

11 11 Resultados Verificou-se uma descida bastante acentuada da concentração de fósforo no efluente do digestor ao longo do período experimental, variando de 400 mg/l no 9º dia de ensaio, até 72 mg/l, no final do estudo.

12 12 Resultados Início da inibição do processo a partir do 45º dia de ensaio (concentração de acetato > 530 mg/l) Inibição significativa com aumento brusco da concentração de acetato de 475 mg/l para 2750 mg/l no 63º dia de ensaio

13 13 Resultados A concentração de propionato apresentou valores bastante mais reduzidos comparativamente à concentração de acetato

14 14 Resultados Taxa diária de produção de biogás sofreu o aumento mais significativo após o 33º dia de ensaio, atingindo um pico de produção de 1,23 dm 3 /(L reactor.dia), no 38º dia. Produção de biogás 3,5 vezes superior neste período comparativamente à fase de arranque.

15 15 Resultados Percentagem de metano elevada (60%) durante o período de alimentação com o lote 3 Concentração de H 2 S elevada (6,5%) a partir do 62º dia de ensaio

16 16 Balanço energético em cenário hipotético de co-digestão Estimativa efectuada com os dados obtidos em laboratório no período em que o processo exibiu maior estabilidade: Alimentação com o lote 3 (entre o 33º e o 61º dias de ensaio) TRH = 15,6 dias Q = 240 ml/d (120 ml/dia LM + 120 ml/dia M) Produção de biogás = 3,1 dm 3 /dia Composição de CH 4 no biogás = 65% (v/v)

17 17 Conclusões É possível a implementação de um processo de co- digestão anaeróbia na ETAR de Setúbal até uma proporção de 50% LM + 50% M (v/v), sendo de esperar os seguintes resultados com a aplicação de uma carga orgânica de 2,16 kgCQO/(m 3.dia) (condições óptimas de funcionamento): –Taxa diária de produção de biogás de cerca de 1,06 (m 3 /( m 3.dia)); –Composição de metano no biogás de 55 % a 65% (em volume); –Eficiência de remoção de CQO compreendida entre 40 e 55%; –Estimativa da energia eléctrica produzida num cenário hipotético de co-digestão de 210 GWh/mês, permitindo uma poupança de cerca de 18.600 €/mês.

18 18 Principais preocupações: –Concentração de sulfatos não deverá exceder 2,35 g/l no afluente; –A elevada acumulação de acetato (durante a aplicação do lote 3 registou algum incremento no efluente até cerca de 1,8 g/l) –Défice de fósforo –Concentração elevada de trimetilglicina Conclusões

19 19 Agradecimentos Ao orientador, Doutor Santino Di Berardino (LNEG) Ao co-orientador, Professor Doutor Nuno Lapa, (FCT- UNL) Ao bolseiro Jorge Cunha (LNEG) À Eng. Maria Helena Nogueira (LNEG) À Eng. Lurdes Bartolomeu (LNEG) Ao Eng. João Silveira (ÁGUAS DO SADO)