TOWARD AN EFFECTIVE USE OF MICROALGAE BIOMASS FROM UASB REACTORS: FROM HARVESTING TO SMALL GASIFICATION
Nome: RENAN BARROSO SOARES
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 03/04/2020
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| RICARDO FRANCI GONÇALVES | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| ANDRÉ BEZERRA DOS SANTOS | Examinador Externo |
| EDUMAR RAMOS CABRAL COELHO | Examinador Interno |
| MARCIO FERREIRA MARTINS | Coorientador |
| RICARDO FRANCI GONÇALVES | Orientador |
| SÉRVIO TÚLIO ALVES CASSINI | Examinador Interno |
Resumo: O esgoto sanitário, tradicionalmente visto como fonte de despesas e problemas, passou a ser visto como uma oportunidade e fonte de recursos. Isso porque das três maiores demandas da sociedade, duas podem ser extraídas diretamente do esgoto (água e energia) e uma (alimento) pode se beneficiar da recuperação de nutrientes para a agricultura. Por isso, Estações de Tratamento de Esgoto (ETE), que vão além do tratamento em si e reutilizam subprodutos para melhorar seu desempenho energético e econômico, estão sendo cada vez mais estudadas. Esta tese discutiu a reutilização da biomassa de microalgas produzida na ETE como fonte de energia. Com base na literatura, foi construído um cenário conceitual para o uso de microalgas para produção de eletricidade dentro da ETE. O processo termoquímico de gaseificação foi escolhido, já que é um dos mais promissores para a microgeração. Os resultados mostraram um potencial de produção de 0,167 kWh / m3 de esgoto tratado e retorno dos investimentos em cinco anos. Após essa abordagem teórica, foi realizada uma investigação experimental utilizando microalgas produzidas em uma ETE piloto, construída dentro da Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN), com recursos da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), e em parceria com a empresa Fluir Engenharia Ambiental. As microalgas foram cultivadas em duas lagoas de alta taxa (LAT), alimentadas com o efluente do reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). A biomassa foi colhida em um sistema de coagulaçãofloculação, seca, caracterizada em termos de seu valor calorífico, análise elementar, imediata, cinzas, termogravimétrica e fluxo térmico. Os efeitos de sete coagulantes comerciais sobre a conversão termoquímica de microalgas foram avaliados e os resultados revelaram que os coagulantes podem afetar a recuperação de energia. Alguns coagulantes apresentaram efeitos catalíticos e foram benéficos ao processo de gaseificação, enquanto outros prejudicaram a recuperação de energia da biomassa. Por fim, a gaseificação experimental de microalgas foi avaliada em um gaseificador downdraft em escala piloto. Diferentemente de outros estudos relatados na literatura, que simulam a gaseificação de microalgas em equipamentos de laboratório, o gaseificador utilizado neste estudo é uma tecnologia comercial, já difundida no mercado e presente em mais de 40 países. Outra diferença importante deste trabalho diz respeito ao tipo de microalgas. Enquanto a literatura geralmente relata a gaseificação de espécies de microalgas puras (monocultivo), obtidas de maneira controlada e livre de coagulantes químico, este estudo apresenta a gaseificação de biomassa composta por diferentes espécies de microalgas, bactérias e outros organismos presentes na LAT, além do coagulante. Os efeitos da razão de equivalência ar-combustível (ER) na composição do gás produzido, poder calorífico (PC), eficiência do gás frio (EGF) e taxa de produção do gás foram avaliados. Uma tendência crescente e decrescente com a variação do ER foi observada, com um pico, indicando um ER ideal de 0,23 para um melhor desempenho do processo. A eficiência do gás frio, a composição de gás, o PC e a taxa de produção foram 87%, 11,86% H2, 19,45% CO, 8,5% CH4, 9,82% CO2, 6,23 MJ / Nm3 e 2,79 Nm3 / kg de biomassa seca, respectivamente. Os testes demonstraram a possibilidade de usar microalgas de águas residuais como combustível. A recuperação de energia pode ajudar a conduzir a ETE a um processo mais econômico e sustentável.
