Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Almeida, João Pedro Cruz de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Energias Renováveis
Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36789
Resumo: Population and industrial growth have intensified the generation of waste, especially organic waste. Organic waste that is discarded can represent an opportunity for energy reuse. In this context, anaerobic digesters have emerged as a sustainable solution, transforming organic matter into biogas and biofertilizer. This work evaluates the energy potential and physical-chemical properties of raw material, products and residues from the anaerobic biodigestion of food waste. The characterization of the input material for biodigestion consisted of obtaining the moisture, volatile matter, ash and fixed carbon contents by immediate analysis, carbon, oxygen and hydrogen composition by elemental analysis and nitrogen by the Kjeldahl method, as well as obtaining the higher calorific value using a calorimetric pump. For biogas, ABNT NBR 15.213:2008 and 14.903:2014 standards were used to obtain its physical properties in conjunction with chromatographic analysis. The digestate was characterized by reading its pH and electrical conductivity, quantifying the nitrogen content and growing it in vivo. Microorganisms were isolated from the biodigestion residue in selective nutrient agar, potato-dextrose and nitrogen-free media, and the synthesis of phytohormones was assessed in tryptone soy broth culture medium. The organic input had high levels of moisture (70.09%), volatile matter (83.78%), ash (4.16%) and fixed carbon (12.05%), as well as high concentrations of carbon (45.80%) and oxygen (43.55%), and lower concentrations of hydrogen (5.82%) and nitrogen (1.73%). Its calorific value was 19.25 MJ·kg-1. The biogas was 54.59% methane, 29.26% carbon dioxide, 12.03% nitrogen and 4.12% oxygen, with a lower calorific value of 17.97 MJ·m-3, an absolute density of 1.08 kg·m-3 and a compressibility factor of Z=0.9978. The digestate had an electrical conductivity of 8.33 mS·cm-1 and a nitrogen content of 9.26%. The 75% dilution promoted greater plant development, with emergence in 6 days, a germination rate of 67%, an average number of leaves equal to 6, a leaf area of 79.15 cm2, a stem length of 7.50 cm, a stem diameter of 0.50 cm and a maximum root length of 49.90 cm. However, statistical tests (ANOVA and Tukey, p<0.05) revealed that the stem diameter, maximum root length and number of leaves were not directly influenced by the concentrations of biofertilizer. The soil analysis revealed that the digestate significantly increased its fertility, with an increase in phosphorus, potassium and calcium levels, a reduction in exchangeable acidity and aluminium, and stabilization of the magnesium concentration. However, exchangeable acidity showed no significant correlation with digestate dilution (p≥0.05). The bioprospecting of microorganisms resulted in the isolation of three colonies in NFB selective medium with a concentration of 10-6 internal residue, with significant production of indole-3-acetic acid in TBS medium with a maximum value of 165.43 μg·ml-1. However, no isolate showed the ability to solubilize phosphate. In this way, this study highlights the importance of energy recovery from food waste for the anaerobic biodigestion process, as well as contributing to research into biofuels, biofertilizers and inoculants.
id UFPB-2_393597cbfc40be492af80939c9ca579c
oai_identifier_str oai:repositorio.ufpb.br:123456789/36789
network_acronym_str UFPB-2
network_name_str Repositório Institucional da UFPB
repository_id_str
spelling Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbicoBiodigestoresBiofertilizanteBiogásEficiência energéticaResíduos orgânicosSustentabilidadeBiodigestersBiofertilizerEnergy efficiencyOrganic wasteSustainabilityCNPQ::ENGENHARIASPopulation and industrial growth have intensified the generation of waste, especially organic waste. Organic waste that is discarded can represent an opportunity for energy reuse. In this context, anaerobic digesters have emerged as a sustainable solution, transforming organic matter into biogas and biofertilizer. This work evaluates the energy potential and physical-chemical properties of raw material, products and residues from the anaerobic biodigestion of food waste. The characterization of the input material for biodigestion consisted of obtaining the moisture, volatile matter, ash and fixed carbon contents by immediate analysis, carbon, oxygen and hydrogen composition by elemental analysis and nitrogen by the Kjeldahl method, as well as obtaining the higher calorific value using a calorimetric pump. For biogas, ABNT NBR 15.213:2008 and 14.903:2014 standards were used to obtain its physical properties in conjunction with chromatographic analysis. The digestate was characterized by reading its pH and electrical conductivity, quantifying the nitrogen content and growing it in vivo. Microorganisms were isolated from the biodigestion residue in selective nutrient agar, potato-dextrose and nitrogen-free media, and the synthesis of phytohormones was assessed in tryptone soy broth culture medium. The organic input had high levels of moisture (70.09%), volatile matter (83.78%), ash (4.16%) and fixed carbon (12.05%), as well as high concentrations of carbon (45.80%) and oxygen (43.55%), and lower concentrations of hydrogen (5.82%) and nitrogen (1.73%). Its calorific value was 19.25 MJ·kg-1. The biogas was 54.59% methane, 29.26% carbon dioxide, 12.03% nitrogen and 4.12% oxygen, with a lower calorific value of 17.97 MJ·m-3, an absolute density of 1.08 kg·m-3 and a compressibility factor of Z=0.9978. The digestate had an electrical conductivity of 8.33 mS·cm-1 and a nitrogen content of 9.26%. The 75% dilution promoted greater plant development, with emergence in 6 days, a germination rate of 67%, an average number of leaves equal to 6, a leaf area of 79.15 cm2, a stem length of 7.50 cm, a stem diameter of 0.50 cm and a maximum root length of 49.90 cm. However, statistical tests (ANOVA and Tukey, p<0.05) revealed that the stem diameter, maximum root length and number of leaves were not directly influenced by the concentrations of biofertilizer. The soil analysis revealed that the digestate significantly increased its fertility, with an increase in phosphorus, potassium and calcium levels, a reduction in exchangeable acidity and aluminium, and stabilization of the magnesium concentration. However, exchangeable acidity showed no significant correlation with digestate dilution (p≥0.05). The bioprospecting of microorganisms resulted in the isolation of three colonies in NFB selective medium with a concentration of 10-6 internal residue, with significant production of indole-3-acetic acid in TBS medium with a maximum value of 165.43 μg·ml-1. However, no isolate showed the ability to solubilize phosphate. In this way, this study highlights the importance of energy recovery from food waste for the anaerobic biodigestion process, as well as contributing to research into biofuels, biofertilizers and inoculants.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqO crescimento populacional e industrial intensificou a geração de resíduos, especialmente orgânicos. Os resíduos orgânicos que são descartados podem representar uma oportunidade de reaproveitamento energético. Nesse contexto, biodigestores anaeróbicos surgem como solução sustentável, transformando a matéria orgânica em biogás e biofertilizante. Este trabalho avalia o potencial energético e as propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos da biodigestão anaeróbica de restos alimentares. A caracterização dos matéria-prima consistiu na obtenção dos teores de umidade, matéria volátil, cinzas e carbono fixo através da análise imediata, composição em carbono, oxigênio e hidrogênio por análise elementar e nitrogênio por método de Kjeldahl, bem como obtenção de poder calorífico superior utilizando-se uma bomba calorimétrica. Para o biogás foram utilizadas as normas ABNT NBR 15.213:2008 e 14.903:2014 para obtenção de suas propriedades físicas em conjunto com análise cromatográfica. O digestato foi caracterizado com a leitura de seu pH e condutividade elétrica, quantificação do teor de nitrogênio e cultivo in vivo. O isolamento de microrganismos foi feito no resíduo da biodigestão em meios seletivos ágar-nutriente, batata-dextrose e meio livre de nitrogênio e a avaliação de síntese de fitohormônios realizadas em meio de cultura caldo triptona de soja. O insumo orgânico apresentou teores de umidade (70,09%), material volátil (83,78%), cinzas (4,16%) e carbono fixo (12,05%), além de elevadas concentrações de carbono (45,80%) e oxigênio (43,55%), e menores concentrações de hidrogênio (5,82%) e nitrogênio (1,73%). Seu poder calorífico foi igual a 19,25 MJ·kg-1. O biogás exibiu 54,59% de metano, 29,26% de dióxido de carbono, 12,03% de nitrogênio e 4,12% de oxigênio, com poder calorífico inferior de 17,97 MJ·m-3, densidade absoluta de 1,08 kg·m-3 e fator de compressibilidade Z=0,9978. O digestato apresentou condutividade elétrica de 8,33 mS·cm-1 e teor de nitrogênio de 9,26%. A diluição de 75% promoveu maior desenvolvimento vegetal, com emergência em 6 dias, taxa de germinação de 67%, quantidade média de folhas igual a 6, área foliar de 79,15 cm2, comprimento caulinar de 7,50 cm, diâmetro caulinar de 0,50 cm e comprimento radicular máximo de 49,90 cm. No entanto, testes estatísticos (ANOVA e Tukey, p<0,05) revelaram que o diâmetro caulinar, comprimento máximo radicular e número de folhas não foram influenciadas diretamente pelas concentrações de biofertilizante. A análise do solo revelou que o digestato aumentou significativamente sua fertilidade, com elevação nos teores de fósforo, potássio e cálcio, redução da acidez trocável e alumínio, e estabilização da concentração de magnésio. Contudo, a acidez trocável não apresentou correlação significativa com a diluição de digestato (p≥0,05). A bioprospecção de microrganismos resultou no isolamento de três colônias em meio seletivo NFB com concentração de 10-6 de resíduo interno, com produção significativa de ácido indol-3-acético no meio TBS com valor máximo de 165,43 μg·mL-1. Entretanto, nenhum isolado demonstrou capacidade de solubilizar fosfato. Dessa forma, este estudo ressalta a importância da valorização energética de resíduos alimentares para o processo de biodigestão anaeróbica, além de contribuir para a pesquisa de biocombustíveis, biofertilizantes e inoculantes.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de Energias RenováveisPrograma de Pós-Graduação em Energias RenováveisUFPBMarques, Adriano da Silvahttp://lattes.cnpq.br/0104058705628000Grisi, Cristiani Viegas Brandãohttp://lattes.cnpq.br/7540160961495177Almeida, João Pedro Cruz de2025-12-10T12:38:03Z2025-07-222025-12-10T12:38:03Z2025-07-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36789porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-12-11T06:09:07Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/36789Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462025-12-11T06:09:07Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
dc.title.none.fl_str_mv Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
title Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
spellingShingle Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
Almeida, João Pedro Cruz de
Biodigestores
Biofertilizante
Biogás
Eficiência energética
Resíduos orgânicos
Sustentabilidade
Biodigesters
Biofertilizer
Energy efficiency
Organic waste
Sustainability
CNPQ::ENGENHARIAS
title_short Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
title_full Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
title_fullStr Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
title_full_unstemmed Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
title_sort Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
author Almeida, João Pedro Cruz de
author_facet Almeida, João Pedro Cruz de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Marques, Adriano da Silva
http://lattes.cnpq.br/0104058705628000
Grisi, Cristiani Viegas Brandão
http://lattes.cnpq.br/7540160961495177
dc.contributor.author.fl_str_mv Almeida, João Pedro Cruz de
dc.subject.por.fl_str_mv Biodigestores
Biofertilizante
Biogás
Eficiência energética
Resíduos orgânicos
Sustentabilidade
Biodigesters
Biofertilizer
Energy efficiency
Organic waste
Sustainability
CNPQ::ENGENHARIAS
topic Biodigestores
Biofertilizante
Biogás
Eficiência energética
Resíduos orgânicos
Sustentabilidade
Biodigesters
Biofertilizer
Energy efficiency
Organic waste
Sustainability
CNPQ::ENGENHARIAS
description Population and industrial growth have intensified the generation of waste, especially organic waste. Organic waste that is discarded can represent an opportunity for energy reuse. In this context, anaerobic digesters have emerged as a sustainable solution, transforming organic matter into biogas and biofertilizer. This work evaluates the energy potential and physical-chemical properties of raw material, products and residues from the anaerobic biodigestion of food waste. The characterization of the input material for biodigestion consisted of obtaining the moisture, volatile matter, ash and fixed carbon contents by immediate analysis, carbon, oxygen and hydrogen composition by elemental analysis and nitrogen by the Kjeldahl method, as well as obtaining the higher calorific value using a calorimetric pump. For biogas, ABNT NBR 15.213:2008 and 14.903:2014 standards were used to obtain its physical properties in conjunction with chromatographic analysis. The digestate was characterized by reading its pH and electrical conductivity, quantifying the nitrogen content and growing it in vivo. Microorganisms were isolated from the biodigestion residue in selective nutrient agar, potato-dextrose and nitrogen-free media, and the synthesis of phytohormones was assessed in tryptone soy broth culture medium. The organic input had high levels of moisture (70.09%), volatile matter (83.78%), ash (4.16%) and fixed carbon (12.05%), as well as high concentrations of carbon (45.80%) and oxygen (43.55%), and lower concentrations of hydrogen (5.82%) and nitrogen (1.73%). Its calorific value was 19.25 MJ·kg-1. The biogas was 54.59% methane, 29.26% carbon dioxide, 12.03% nitrogen and 4.12% oxygen, with a lower calorific value of 17.97 MJ·m-3, an absolute density of 1.08 kg·m-3 and a compressibility factor of Z=0.9978. The digestate had an electrical conductivity of 8.33 mS·cm-1 and a nitrogen content of 9.26%. The 75% dilution promoted greater plant development, with emergence in 6 days, a germination rate of 67%, an average number of leaves equal to 6, a leaf area of 79.15 cm2, a stem length of 7.50 cm, a stem diameter of 0.50 cm and a maximum root length of 49.90 cm. However, statistical tests (ANOVA and Tukey, p<0.05) revealed that the stem diameter, maximum root length and number of leaves were not directly influenced by the concentrations of biofertilizer. The soil analysis revealed that the digestate significantly increased its fertility, with an increase in phosphorus, potassium and calcium levels, a reduction in exchangeable acidity and aluminium, and stabilization of the magnesium concentration. However, exchangeable acidity showed no significant correlation with digestate dilution (p≥0.05). The bioprospecting of microorganisms resulted in the isolation of three colonies in NFB selective medium with a concentration of 10-6 internal residue, with significant production of indole-3-acetic acid in TBS medium with a maximum value of 165.43 μg·ml-1. However, no isolate showed the ability to solubilize phosphate. In this way, this study highlights the importance of energy recovery from food waste for the anaerobic biodigestion process, as well as contributing to research into biofuels, biofertilizers and inoculants.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-12-10T12:38:03Z
2025-07-22
2025-12-10T12:38:03Z
2025-07-14
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36789
url https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36789
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Energias Renováveis
Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
UFPB
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Energias Renováveis
Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
UFPB
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPB
instname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
instacron:UFPB
instname_str Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
instacron_str UFPB
institution UFPB
reponame_str Repositório Institucional da UFPB
collection Repositório Institucional da UFPB
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
repository.mail.fl_str_mv diretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.br
_version_ 1863379103988580352