Contribuição para o Estudo da Modelação da Digestão Anaeróbica de Resíduos Sólidos

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Autoria: Vicente Ferreira

Colaboração com a entidade: Instituto Politécnico de Lisboa

Temas: Digestão Anaeróbica, Cinética do Processo, Geometria dos Reactores, Saúde, Medicina, Química

Colecção: Caminhos do Conhecimento

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Sinopse:

Este livro é um contributo para o estudo do desenvolvimento de um modelo matemático aplicado à digestão anaeróbia de resíduos sólidos, que incorpore os condicionamentos da geometria dos reactores e a sua influência na cinética do processo biológico. Nesse sentido, propõe-se avaliar o comportamento cinético de três reactores, com o mesmo volume mas com diferentes relações tridimensionais, utilizando o mesmo substrato, e idênticos parâmetros ambientais e operacionais de funcionamento. Pretendeu-se estudar em que medida a relação do comprimento, largura e altura de um reactor pode interferir nas taxas de remoção de substrato, condicionando a respectiva difusão na biomassa e crescimento dos microrganismos. Considera-se que este aspecto é do maior interesse para o desenvolvimento de um modelo cinético, podendo minimizar desvios inerentes à própria modelação de processos biológicos complexos.

Índice:

1. INTRODUÇÃO
1.1. Nota introdutória
1.2. Classes de digestão anaeróbia em função do teor de sólidos
1.2.1. Classificação
1.2.2. Digestão anaeróbia líquida
1.2.3. Digestão anaeróbia semilíquida
1.2.4. Digestão anaeróbia húmida
1.3. Aspectos relevantes da aplicação da digestão anaeróbia aos resíduos sólidos
1.3.1. O processo como solução ambiental
1.3.2. O processo como fonte alternativa de energia renovável
1.4. Tecnologias e processos de digestão anaeróbia aplicadas a resíduos sólidos
1.4.1. Pré-tratamentos
1.4.2. Técnicas de optimização do processo biológico
1.4.2.1. Co-digestão
1.4.2.2. Separação de fases
1.4.2.3. Recirculação de lixiviados
1.4.3. Desenvolvimento científico e tecnológico de reactores
1.4.3.1. Estado da tecnologia
1.4.3.2. Tecnologias comerciais
1.4.3.2.1. Principais tecnologias disponíveis
1.4.3.2.2. Tecnologia Valorga
1.4.3.2.3. Tecnologia Dranco
1.4.3.2.4. Tecnologia Kompogas
1.4.3.2.5. Tecnologia Kruger
1.5. Aspectos fundamentais da digestão anaeróbia
1.5.1. Factores ambientais
1.5.1.1. Teor de sólidos
1.5.1.2. pH
1.5.1.3. Temperatura
1.5.1.4. Tempo de retenção
1.5.1.5. Características do substrato
1.5.2. Cinética do processo
1.5.2.1. Os mecanismos da digestão anaeróbia
1.5.2.2. Fase hidrolítica e acidogénica ou fermentativa
1.5.2.3. Fase acetogénica
1.5.2.3.1. Considerações gerais
1.5.2.3.2. Bactérias acetogénicas
1.5.2.3.3. Bactérias homoacetogénicas
1.5.2.4. Fase metanogénica
1.5.2.4.1. Considerações gerais
1.5.2.4.2. Bactérias hidrogenofílicas
1.5.2.4.3. Bactérias acetoclásticas
1.5.2.5. Bactérias sulfato¬ redutoras
1.6. Modelação do processo de crescimento biológico
1.6.1. Aspectos condicionantes da modelação
1.6.2. Interpretação de alguns formalismos

2. OBJECTIVOS

3. PLANO EXPERIMENTAL
3.1. Abordagem teórica
3.2. Desenvolvimento do plano experimental
3.3. Fase 1 – Ensaios com glucose
3.4. Fase 2 – Ensaios com FORSU e relva

4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Instalação experimental
4.1.1. Reactores
4.1.2. Recolha de biogás
4.1.3. Acondicionamento do inóculo
4.1.4. Acondicionamento do substrato
4.1.5. Regulação térmica dos reactores
4.1.6. Preparação da mistura e carga dos reactores
4.2. Métodos analíticos
4.2.1. Fase líquida
4.2.2. Fase gasosa
4.3. Métodos de cálculo
4.4. Critérios para avaliação comparativa dos reactores
4.5. Ajustamento paramétrico
4.6. Expressões do modelo de Monod utilizadas na exploração
de resultados

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Resultados
5.1.1. ST
5.1.2. SST
5.1.3. SV
5.1.4. SSV
5.1.5. CQOf
5.1.6. pH
5.1.7. Produção de gás
5.1.8. Taxas de remoção de substrato
5.2. Exploração de resultados
5.2.1. Avaliação comparativa do comportamento dos três reactores
5.2.1.1. Referente aos SV
5.2.1.2. Referente à CQOf
5.2.1.3. Referente à produção de CH4
5.2.1.3.1. Avaliação da produção CH4 por reactor
5.2.1.3.2. Análise da produção CH4
5.2.1.3.3. TR mínimo por reactor no arranque
da produção de CH4
5.2.1.3.4. Valores máximos da relação CH4/SV
do inóculo
5.2.1.3.5. Valores máximos da relação CH4/SSV
inóculo
5.2.1.4. Análise de incidência dos níveis de eficiência
5.2.2. Proposta de um formalismo cinético para incorporar
a influência da geometria do reactor
5.2.2.1. Aspectos gerais
5.2.2.2. Proposta de formalismo cinético reaccional
5.2.2.3. Aplicação do formalismo proposto aos resultados
5.2.2.4. Análise de sensibilidade do formalismo proposto

6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE TRABALHO FUTURO

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXO I – Resultados Experimentais
ANEXO II – Produção Global de Resíduos da UE a 27 Membros
ANEXO III – Instalações e Tecnologias de Digestão Anaeróbia

O AUTOR:
Luís Manuel Vicente Ferreira, Presidente do Instituto Politécnico de Lisboa, é doutorado em Engenharia Sanitária pela Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa. Especialista na área do ambiente, foi Presidente e professor-coordenador do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. No sector privado foi Director da empresa Dessis e responsável pelo sector de biogás da Quasis. É autor de cerca de quatro dezenas de trabalhos científicos, publicados em revistas académicas nacionais e estrangeiras.