Recuperação de recursos de biomassa algácea cultivada com esgoto sanitário através de pré-tratamento hidrolítico para produção de biogás e carbonização da biomassa residual
| bibo.pageEnd | 180 | |
| dc.contributor.advisor1 | Gonçalves, Ricardo Franci | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0002-2048-9451 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9604327349698525 | |
| dc.contributor.author | Estevam, Renata | |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0003-1562-5962 | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/9232793099134014 | |
| dc.contributor.referee1 | Coelho, Edumar Ramos Cabral | |
| dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000-0002-9220-5737 | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2276795519317927 | |
| dc.contributor.referee2 | Keller, Regina de Pinho | |
| dc.contributor.referee2ID | https://orcid.org/0000-0002-9163-0715 | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/1765455668560897 | |
| dc.contributor.referee3 | Calijuri, Maria Lúcia | |
| dc.contributor.referee3ID | https://orcid.org/0000-0002-0918-2475 | |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/4128051734077960 | |
| dc.contributor.referee4 | Soares, Renan Barroso | |
| dc.contributor.referee4ID | https://orcid.org/0000-0002-9508-0036 | |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/2642899302303469 | |
| dc.date.accessioned | 2024-06-18T11:41:43Z | |
| dc.date.available | 2024-06-18T11:41:43Z | |
| dc.date.issued | 2024-04-17 | |
| dc.description.abstract | This research aimed to address gaps in the sustainable valorization of algal biomass from wastewater, providing insights and innovative strategies to boost its reuse and promote sustainable development. The core objectives encompassed optimizing the reuse of algal biomass harvested from high-rate ponds, considering the presence and absence of coagulants, both organic and inorganic. The research assessed the influence of these coagulants and thermal and thermochemical pre-treatments at various stages, from biomass harvesting to the production of biogas, activated carbons, and tests for toxic dye adsorption—a critical issue for efficient wastewater disinfection. An innovative approach was adopted for algal biomass harvesting, involving an experimental pilot that enabled total solids content exceeding 2%, without the need for energy-intensive equipment. Pre-treatments were conducted under different experimental conditions, and operational parameters were obtained through a second-degree polynomial, a response surface methodology (RSM) providing high reliability to the results. Data collection involved laboratory physicochemical analyses, elemental analysis (CHNS-O), Fouriertransform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA and DrTGA), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). Statistical methods were applied to interpret the results, ensuring the reliability of conclusions and scalability. Results indicated that specific pre-treatments, such as 78°C for 7 hours in pure biomass, 80°C for 1.5 hours at pH 1 in Tanfloc-treated biomass, and 90°C for 3 hours at pH 11 in biomass treated with aluminum sulfate, provided efficiency in soluble COD solubilization, solid reduction, and nutrient solubilization, demonstrating the feasibility of optimized reuse from hydrolysis residues. Pre-treated biomass used in anaerobic digestion, especially algal biomass pre-treated at 90°C for 3 hours at pH 11, showed remarkable results, indicating no microbial inhibition by aluminum salts and viability for implementation in integrated systems targeting biogas production. In the context of reuse pathways, pre-treated biomass used as a precursor material in activated carbon production achieved significantly higher specific surface areas compared to untreated algal biomass. Changes in FTIR spectra indicated beneficial modifications in the composition of activated carbons produced from pretreated biomass, particularly an increase in the thermostability of activated carbons derived from pre-treated biomass, reflecting a decrease in recalcitrant compounds in the biomass. These results provided valuable insights for optimizing activated carbons in adsorption processes. Physical and chemical characteristics resulting from synergistic effects among pre-treatments, carbonization, and activation significantly contributed to conducting toxic dye adsorption tests, revealing the potential of these activated carbons as effective adsorbents for removing persistent toxic dyes in wastewater at low concentrations, indicating their viability for future modeling and applications of activated carbons in the integrated context of microalgae biorefineries. The research goes beyond a mere understanding of processes, significantly contributing to science. Key highlights include identifying new routes for waste reuse, optimizing biogas production, understanding the effects of pre-treatments on activated carbons and coagulants, both organic and inorganic and applying these materials to remove toxic dyes. | |
| dc.description.resumo | Esta pesquisa teve como objetivo preencher lacunas na valorização sustentável da biomassa algácea proveniente do esgoto sanitário, oferecendo insights e estratégias inovadoras para impulsionar seu reaproveitamento e promover o desenvolvimento sustentável. Os objetivos centrais abrangeram a otimização do reaproveitamento da biomassa algácea colhida de lagoas de alta taxa, considerando a presença e ausência de coagulantes, tanto de origem orgânica quanto inorgânica. A pesquisa avaliou a influência desses coagulantes e de pré-tratamentos térmicos e termoquímicos em diversas etapas, desde a colheita da biomassa até a produção de biometano, carvões ativados e testes de adsorção de corante tóxico, uma questão crítica para a desinfecção eficiente de águas residuárias. Uma abordagem inovadora foi adotada para a colheita da biomassa algácea, envolvendo um piloto experimental que possibilitou teores de sólidos totais superiores a 2%, sem a necessidade de equipamentos energeticamente dispendiosos. Os pré-tratamentos foram conduzidos em diferentes condições experimentais, e os parâmetros operacionais foram obtidos por meio de um polinômio de segundo grau, uma metodologia de superfície de resposta (RSM) que conferiu alta confiabilidade aos resultados. A coleta de dados envolveu análises físico-químicas laboratoriais, análise elementar (CHNS-O), espectroscopia infravermelha (FT-IR), análise termogravimétrica (TGA e DrTGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raiosX (DRX). Métodos estatísticos foram aplicados para interpretar os resultados, conferindo confiabilidade às conclusões e aplicabilidade em larga escala. Os resultados indicaram que pré-tratamentos específicos, como 78°C por 7h na biomassa pura, 80°C por 1.5h em pH1 na biomassa com Tanfloc e 90°C por 3h em pH11 na biomassa com sulfato de alumínio, proporcionaram eficiência na solubilização de DQO solúvel, redução de sólidos e na solubilização de bionutrientes, evidenciando a viabilidade de reaproveitamento otimizado a partir dos resíduos provenientes das hidrólises. A biomassa pré-tratada utilizada na digestão anaeróbia, especialmente a biomassa algácea prétratada a 90°C por 3h em pH11, apresentou resultados notáveis, evidenciando a não inibição microbiana pelos sais de alumínio e sua viabilidade para a implementação em sistemas integrados que têm como produto de referência a produção de biometano. No contexto das rotas de reaproveitamento, a biomassa pré-tratada utilizada como material precursor na produção de carvões ativados alcançou áreas superficiais específicas notavelmente maiores em comparação com a biomassa algácea sem pré-tratamento. Mudanças nos espectros de FTIR indicaram modificações benéficas na composição dos carvões produzidos com a biomassa pré-tratada. Dentre as modificações, destacou-se principalmente um aumento na termoestabilidade dos carvões ativados provenientes de biomassa pré-tratada, refletindo a diminuição de compostos recalcitrantes na biomassa. Esses resultados forneceram insights valiosos para a otimização de carvões ativados em processos de adsorção. Tais características físicas e químicas resultantes de efeitos sinérgicos entre os pré-tratamentos, carbonização e ativação contribuíram significativamente com a realização de testes de adsorção de corante tóxico, revelando o potencial desses carvões ativados como adsorventes eficazes para a remoção de corantes tóxicos persistentes em águas residuais em baixas concentrações, indicando sua viabilidade para futuras modelagens e aplicações de carvões ativados no contexto integrado das biorrefinarias de microalgas. A pesquisa vai além da simples compreensão dos processos, contribuindo significativamente para a ciência. Destacam-se a identificação de novas rotas para o reaproveitamento de resíduos, a otimização da produção de biometano, a compreensão dos efeitos dos pré-tratamentos nos carvões ativados e dos coagulantes, tanto de origem orgânica quanto inorgânica, e a aplicação desses materiais na remoção de corantes tóxicos. | |
| dc.description.sponsorship | CNPq | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ufes.br/handle/10/17360 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Doutorado em Engenharia Ambiental | |
| dc.publisher.department | Centro Tecnológico | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Biomassa Algácea | |
| dc.subject | pré-tratamento | |
| dc.subject | biometano | |
| dc.subject | carvão ativado | |
| dc.subject | adsorção | |
| dc.subject | esgoto sanitário | |
| dc.subject.br-rjbn | subject.br-rjbn | |
| dc.subject.cnpq | Área(s) do conhecimento do documento (Tabela CNPq) | |
| dc.title | Recuperação de recursos de biomassa algácea cultivada com esgoto sanitário através de pré-tratamento hidrolítico para produção de biogás e carbonização da biomassa residual | |
| dc.title.alternative | title.alternative | |
| dc.type | doctoralThesis | |
| foaf.mbox | email@ufes.br |