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Tipo: Dissertação
Título: Cultivo de Chlorella sorokiniana LBA#39 em digestato da suinocultura com simultânea remoção de nutrientes e incremento no potencial energético de biogás
Autor(es): Dinnebier, Helga Cristina Fuhrmann
Primeiro Orientador: Kunz, Airton
Primeiro coorientador: Matthiensen, Alexandre
Primeiro membro da banca: Treichel, Helen
Segundo membro da banca: Steinmentz, Ricardo Luis Radis
Resumo: A demanda global por mitigar o efeito das mudanças climáticas e minimizar a dependência excessiva dos combustíveis fósseis destaca o uso das microalgas para remediar digestato da suinocultura e produzir biomassa de valor agregado, tornando atraente um cenário de economia circular aplicado ao processo de digestão anaeróbia. Entretanto, ainda existem desafios no uso de digestato como meio de cultura, que inclui a variação da sua composição e o controle da toxicidade por amônia livre (NH3) na célula das microalgas, desencadeado pela alta concentração de nitrogênio amoniacal total (NAT) no digestato. Nesse contexto, objetivou-se (i) investigar o uso do digestato da suinocultura como meio de cultura para microalgas, bem como a remoção simultânea de nutrientes da fração líquida e (ii) avaliar o potencial de produção de biogás da biomassa de microalgas integrado à suinocultura no contexto da economia circular. Para isso, a cepa da microalga C. sorokiniana | LBA#39 foi utilizada como inóculo na execução dos experimentos e as amostras de digestato foram coletadas no sistema de tratamento de uma granja comercial de produção de leitões. A metodologia de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) 22 foi aplicada para avaliar os efeitos da concentração de NAT e do pH nas respostas de produtividade de biomassa e remoção de nutrientes. A melhor condição de cultivo foi replicada e a biomassa resultante foi caracterizada e usada para avaliar o Potencial Bioquímico de Biogás (PBB). Por fim, foram simulados cenários visando avaliar o potencial de produção de biogás da suinocultura integrando as microalgas ao processo. Os resultados mostraram o uso de digestato suíno para produção de biomassa de microalgas e simultâneo polimento torna-se uma alternativa promissora e na análise estatística dos dados, a variável independente concentração de NAT apresentou efeito significativo positivo, enquanto a variável pH apresentou efeito significativo negativo para as respostas produtividade de biomassa e remoção de fosfatos. Isso significa que, quanto maior a concentração de NAT e menor o pH, maiores serão as respostas. Dessa forma, a cepa C. sorokiniana | LBA#39 conseguiu tolerar altas concentrações de NAT (≤ 1300 mg · L-1) em pH neutro (pH 7,0-7,5), obtendo alta produtividade de biomassa (198,0 mg · L-1 · d-1) e satisfatória remoção de fosfato (≤ 90%) e nitrogênio (≤ 70%). A biomassa colhida após ficorremediação do digestato apresentou alto teor de sólidos voláteis (95,4%) e proteínas (59,5%). O potencial bioquímico de biogás da monodigestão de microalgas foi de 392 ± 14 mLN · gSVad-1 (CH4 = 65%) e os cenários da integração do cultivo de microalgas com a digestão anaeróbia resultaram em um potencial de incrementar até 31,2% na produção de biogás de uma granja de produção de leitões. Essa é uma abordagem atraente para integração de matéria-prima à instalações agroindustriais já existentes inserindo o conceito de economia circular, bem como mitigar as emissão de GEE e melhorar a produção de biogás e a viabilidade econômica do sistema de geração de energia no atual cenário do agronegócio.
Abstract/Resumen: The global demand for mitigating the effect of climate change and minimizing excessive dependence on fossil fuels highlights the microalgae use to remedy swine digestate and produce value-added biomass, making a circular economy scenario applied to the anaerobic digestion process attractive. However, there are still challenges in the digestate use as a culture medium, which includes varying its composition and controlling toxicity by free ammonia (NH3) in the microalgae cell, triggered by the high total ammoniacal nitrogen (NAT) concentration in the digestate. In this context, the objective was (i) to investigate the swine digestate use as a culture medium for microalgae, as well as the simultaneous nutrients removal from the liquid fraction and (ii) to evaluate the biogas production potential of microalgae biomass integrated with pig farming in the circular economy context. For this, the strain of microalgae C. sorokiniana | LBA # 39 was used as an inoculum in the experiments execution and the digestate samples were collected in the treatment a commercial piglet production farm system. The NAT concentration effects and pH effects on the biomass productivity responses and nutrient removal different evaluated through statistical planning using a central rotational composite design (CRCD) 22. The best cultivation condition replicated and the resulting biomass characterized and used to evaluate the Biogas Biochemical Potential (BBP). Finally, scenarios simulated in order to evaluate the biogas production potential of swine farming by integrating microalgae into the process. The results showed the swine digestate use for the production of microalgae biomass and simultaneous polishing becomes a promising alternative. In the data statistical analysis, the independent variable NAT concentration had a significant positive effect, while the pH variable had a significant negative effect for the responses of biomass productivity and phosphate removal. This means that the higher the NAT concentration and the lower the pH, the greater the responses. Thus, C. sorokiniana | LBA # 39 was able to tolerate high NAT concentrations (≤ 1300 mg · L-1) at neutral pH (pH 7.0-7.5), obtaining high biomass productivity (198.0 mg · L-1 · d-1) and satisfactory phosphate removal (≤ 90%) and nitrogen (≤ 70%). The biomass harvested after digestion phytoremediation showed a high content of volatile solids (95.4%) and proteins (59.5%). The biochemical biogas potential from microalgae monodigestion was 392 ± 14 mLN · gSVad-1 (CH4 = 65%) and the scenarios of the integration of microalgae cultivation with anaerobic digestion resulted in a potential to increase up to 31.2% in the biogas production from a swine production farm. This is an attractive approach for integrating raw materials into existing agro-industrial facilities, introducing the circular economy concept, as well as mitigating GHG emissions and improving biogas production and the economic viability of the power generation system in the agribusiness current scenario.
Palavras-chave: Biocombustíveis
Biomassa
Biogás
Economia circular
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal da Fronteira Sul
Sigla da Instituição: UFFS
Faculdade, Instituto ou Departamento: Campus Erechim
Nome do Programa de Pós Graduação : Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/3958
Data do documento: 2020
Nível: Mestrado
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental

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