Skip navigation

Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36789
Tipo: Dissertação
Título: Avaliação do potencial energético e das propriedades físico-químicas de insumos, produtos e resíduos de um biodigestor anaeróbico
Autor(es): Almeida, João Pedro Cruz de
Primeiro Orientador: Marques, Adriano da Silva
Primeiro Coorientador: Grisi, Cristiani Viegas Brandão
Resumo: O 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.
Abstract: 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.
Palavras-chave: Biodigestores
Biofertilizante
Biogás
Eficiência energética
Resíduos orgânicos
Sustentabilidade
Biodigesters
Biofertilizer
Energy efficiency
Organic waste
Sustainability
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia de Energias Renováveis
Programa: Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36789
Data do documento: 14-Jul-2025
Aparece nas coleções:Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
JoãoPedroCruzDeAlmeida_Dissert.pdf1,08 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons