Digestão anaeróbia de microalgas e cianobactérias submetidas a pré-tratamentos visando a produção de metano

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2017
Autor(a) principal: MELO FILHO, Carlos Murilo 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 de Pernambuco
UFPE
Brasil
Programa de Pos Graduacao em Engenharia Civil
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Engenharia Civil
Digestão anaeróbia
Microalgas
Pré-tratamentos
Metano
Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/36085
Resumo: MELO FILHO, Carlos Murilo de, também é conhecido(a) em citações bibliográficas por: FILHO, Carlos Murilo de Melo
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spelling Digestão anaeróbia de microalgas e cianobactérias submetidas a pré-tratamentos visando a produção de metanoEngenharia CivilDigestão anaeróbiaMicroalgasPré-tratamentosMetanoMELO FILHO, Carlos Murilo de, também é conhecido(a) em citações bibliográficas por: FILHO, Carlos Murilo de MeloMicroalgas e cianobactérias constituem um substrato promissor para recuperação de energia através da produção de metano via digestão anaeróbia. Entretanto, a resistência da parede celular desses micro-organismos é considerada o principal fator limitante a sua biodegradabilidade. Dessa forma, no presente estudo, mecanismos de pré-hidrólise celular foram aplicados à biomassa de microalgas e cianobactérias visando o aumento do rendimento de CH₄ por meio de testes de potencial bioquímico. Os resultados indicaram que a digestão anaeróbia de Chlorella vulgaris, pós extração de lipídios, alcançou um rendimento médio de CH₄ da ordem de 138 ml CH₄/g SV, correspondente a 54% do volume de 256 ml CH₄/g SV obtido pela fermentação da biomassa íntegra. Já a biodegrabilidade da biomassa fresca de C. vulgaris foi moderada e variou de 54 a 63%, influenciada pelas baixas relações C/N (8:1 e 11:1) e pelo clorofórmio residual da extração. Na digestão de biomassa mista de microalgas e cianobactérias, o pré-tratamento de autoclavagem (120°C; 30 min) foi aquele com maior efeito positivo sobre o rendimento final de CH₄, proporcionando um aumento de 85% com relação ao substrato controle, acumulando 285 ml CH₄/g SV. Enquanto que os mecanismos de micro-ondas (77,1 MJ/kg ST; 30 seg) e ultrassom (206 MJ/kg ST; 10 min) potencializaram a produção de CH4 em 56% e 31%, alcançando 238 ml CH₄/g SV e 200 ml CH₄/g SV, respectivamente. A composição da parede celular da biomassa mista e os efeitos dos pré-tratamentos promoveram consideráveis parcelas biodegradáveis do substrato, correspondentes a 83%, 68% e 57% para biomassa autoclavada, irradiada por micro-ondas e ultrassonicada, respectivamente. Quando utilizou-se biomassa comercial de Chlorella sp., submetida a pré-tratamento por autoclavagem a 120°C por 40 minutos e pressão de 1 kgf/cm², uma solubilização de 47% da biomassa foi alcançada. O maior rendimento de CH₄ foi observado nos reatores com substrato de alga in-natura no meio suplementado com nutrientes, resultando em 537 ml CH₄/g SV, sendo 158% superior à biomassa controle sem pré-tratamento e sem adição de nutrientes. No que se refere à biodegradabilidade anaeróbia da biomassa comercial de Chlorella sp., esta variou entre 18 e 56%. Logo, o pré-tratamento por autoclavagem não teve influência significativa sobre os rendimentos finais de CH₄.FACEPEMicroalgae and cyanobacteria are a promising substrate for energy recovery through the production of methane via anaerobic digestion. However, the cell wall resistance of these microorganisms is considered the main limiting factor for their biodegradability. Thus, in the present study mechanisms of cellular prehydrolysis were applied to the biomass of microalgae and cyanobacteria aiming to increase the CH4 yield by means of batch tests. The results indicated that the anaerobic digestion of lipid extracted biomass of Chlorella vulgaris reached an average CH₄ yield of 138 ml CH₄/g VS, corresponding to 54% of the volume of 256 ml CH₄/g VS obtained by the fermentation of the whole biomass. The biodegradability of the fresh C. vulgaris biomass was moderate and ranged from 54 to 63%, influenced by the low C/N ratio (8:1 and 11:1) and by the residual chloroform from the lipid extraction step. With regards to the digestion of mixed culture biomass composed of microalgae and cyanobacteria, the autoclaving pretreatment (120°C, 30 min) was the one with the greatest positive effect on the final CH₄ yield, providing an increase of 85% in relation to the control substrate, accumulating 285 ml CH₄/g VS. Meanwhile, microwave (77.1 MJ/kg TS, 30 sec) and ultrasound (206 MJ/kg TS, 10 min) enhanced CH₄ production by 56% and 31%, reaching 238 ml CH₄/g VS and 200 ml CH4/g VS, respectively. The composition of the cell wall of the mixed culture biomass and the effects of the pre-treatments promoted considerable biodegradable portions of the substrate, corresponding to 83%, 68% and 57% for autoclaved, microwaved and ultrasonicated biomass, respectively. When commercial biomass of Chlorella sp., was autoclaved at 120° C for 40 minutes at a pressure of 1 kgf/cm², a solubilization of 47% was achieved. The highest CH4 yield was observed in the reactors with untreated algae substrate in the medium supplemented with nutrients, resulting in 537 ml CH₄/g VS, being 158% superior to the digestion of control biomass without pre-treatment and with no nutrients added. As regards the anaerobic biodegradability of the commercial biomass of Chlorella sp., it varied between 18 and 56%. Therefore, thermal pretreatment by autoclaving had no significant influence on the final yields of CH₄.Universidade Federal de PernambucoUFPEBrasilPrograma de Pos Graduacao em Engenharia CivilSANTOS, Maria de Lourdes Florencio doshttp://lattes.cnpq.br/6266352768846656http://lattes.cnpq.br/9481193101590250MELO FILHO, Carlos Murilo de2020-01-17T14:05:29Z2020-01-17T14:05:29Z2017-09-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMELO FILHO, Carlos Murilo de. Digestão anaeróbia de microalgas e cianobactérias submetidas a pré-tratamentos visando a produção de metano. 2017. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2017.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/36085porAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPE2020-01-18T05:17:16Zoai:repositorio.ufpe.br:123456789/36085Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212020-01-18T05:17:16Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false
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