Digestão anaeróbia de efluente de liquefação hidrotérmica de borra de café

Abstract

This project aimed the structuring of an energy balance of the process that includes the production of bio-oil by hydrothermal liquefaction of the spent coffee grounds and biogas recovery from the study of anaerobic biodegradability of the effluent resulting from this emerging physicochemical process. The system proposed the waste recovery by using it in the biofuels production to meet growing energy demand and dissociate the focus from the use of fossil fuels. The hydrothermal liquefaction process was conducted by means of an association between the high moisture solid fraction, spent coffee grounds, residue of the soluble coffee production process, and water in a 1:20 ratio, at a temperature of 275 °C and time of 10 minutes. After the hydrothermal liquefaction reaction, a characterization stage of the effluent was conducted. After the characterization, anaerobic biodegradability of the effluent and adaptation of anaerobic sludge was carried out. After characterization, the study proceeded to the anaerobic effluent assays. The sludge previously exposed to the effluent was applied in variant initial COD assays aimed at the determination of biogas production, in order to obtain kinetic parameters of the anaerobic digestion of the effluent as substrate. The assays were carried out in 1000 ml flasks operated in batch and subjected to N 2 atmosphere at 37 o C.Calculating the kinetic constants, the intermediate digestion compounds were determined.Once determined the volatile acids, a mathematical modeling was performed according to the Anaerobic Digestion Model No 01 (ADM1). The model proposed by Wu et al. (1988) presented the highest correlation coefficient (R 2 ) when adjusted to experimental data of effluent degradation kinetics. For this adjustment, the n index was 4.61 ± 0.93, which indicates intense inhibition by substrate excess at concentrations above 5304 ± 235 mg L -1 .The modified ADM1 modeling of the data indicated inhibition of hydrogenotrophic and acetoclastic methanogenesis due to the toxicity of the effluent.

Modelagem da cinética da digestão anaeróbia dos resíduos gerados no processamento de café solúvel

“…A fase experimental da digestão anaeróbia de efluente de liquefação hidrotérmica borra de café operado em batelada sequenciais foi realizada por Dias (2020). Este trabalho foi desenvolvido em 3 etapas.…”

“…Dessa forma, o material utilizado no estudo foi composto exclusivamente por frações solúveis, permitindo uma análise precisa dos resultados. Quanto à etapa de hidrólise, foram considerados só as frações restantes entre a diferença de DQO total e a DQO f iltrada (DIAS, 2020).…”

“…(2014), Couto (2021) e Dias (2020), como mostra a Tabela 19. As Equações Diferenciais Ordinárias (EDOs) encontradas no modelo ADM1 são calculados usando o solucionador ODE15s.…”

“…Finalmente, o modelo ADM1 modificado e implementado para simulação da Digestão Anaeróbia de Efluente da Liquefação Hidrotérmica da Borra de Café foi validado com os dados proporcionados por Dias (2020). Com o novo modelo ADM1 foi possível avaliar a remoção de matéria orgânica (DQO), a degradação de compostos fenólicos, produção e consumo de ácidos orgânicos e por último a produção de metano ao longo do tempo.…”

“…Nesse contexto, Dias (2020), estudou a digestão anaeróbia (DA) de efluente de liquefação hidrotérmica (LHT) da borra de café, em que a DA do efluente pós-hidrotérmico da borra de café foi investigada como uma opção de tratamento e foi avaliada quanto ao seu potencial de recuperação de energia por meio da produção de metano. Com este trabalho comprovou-se que com uma demanda química de oxigênio (DQO) inicial de 4000 mg DQO L −1 do material orgânico, tive o melhor desempenho da digestão anaeróbia do reator de bateladas sequenciais, atingindo um valor máximo de 187 mL CH 4 g −1 DQO adicionado , com uma eficiência de remoção de DQO e fenóis totais de 60% e 48%, respectivamente, e uma queda acentuada foi observado no rendimento de metano quando a concentração inicial de compostos fenólicos excedeu 900 mg GAE (Equivalentes de Ácido Gálico) L −1 .…”