Imagem. Nm 3 CH 4 /kg W $$$

Transcrição

1 SUBSTRATOS - Conceitos básicos e definições - Amostragem, preservação e processamento pré-análise - Caracterização - Potencial teórico de biogás/metano - Potencial bioquímico de biogás/metano

2 Substratos Resíduos Imagem Nm 3 CH 4 /kg W $$$

3 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema 2. Escolha do método/técnica 3. Amostragem 4. Pré-tratamento da amostra 5. Medida 6. Calibração 7. Avaliação 8. Ação

4 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema 2. Escolha do método/técnica 3. Amostragem 4. Pré-tratamento da amostra 5. Medida 6. Calibração 7. Avaliação 8. Ação

5 A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema Conhecer o potencial de metano, características físicas e químicas de resíduo do processamento de soja para dimensionamento de um digestor anaeróbio

6 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema 2. Escolha do método/técnica 3. Amostragem 4. Pré-tratamento da amostra 5. Medida 6. Calibração 7. Avaliação 8. Ação

7 A SEQUENCIA ANALÍTICA 2. Escolha do método/técnica - Umidade ou matéria seca ou ST - Matéria orgânica: COT, DQO, DBO 5 20 ou SV - N ou proteína - Gorduras (extrato etéreo) - Fibras insolúveis (lignina?) - Biogás/Metano

8 A SEQUENCIA ANALÍTICA 2. Escolha do método/técnica - Umidade ou matéria seca ou ST - Matéria orgânica: COT, DQO, DBO 5 20 ou SV - N ou proteína - Gorduras (extrato etéreo) - Fibras insolúveis (lignina?) - Biogás/Metano Gravimetria 105 C 550 C m = constante

9 A SEQUENCIA ANALÍTICA 2. Escolha do método/técnica - Umidade ou matéria seca ou ST - Matéria orgânica: COT, DQO, DBO 5 20 ou SV - N ou proteína - Gorduras (extrato etéreo) - Fibras insolúveis (lignina?) - Biogás/Metano Respirométrico Redução do teor de OD

10 A SEQUENCIA ANALÍTICA 2. Escolha do método/técnica - Umidade ou matéria seca ou ST - Matéria orgânica: COT, DQO, DBO 5 20 ou SV - N ou proteína - Gorduras (extrato etéreo) - Fibras insolúveis (lignina?) - Biogás/Metano Oxidação química: Dicromato Combustão + IR

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12 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema 2. Escolha do método/técnica 3. Amostragem 4. Pré-tratamento da amostra 5. Medida 6. Calibração 7. Avaliação 8. Ação

13 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 3. Amostragem - Homogeneidade - Amostra representativa ou apropriada? Definição da quantidade de amostra e do método de amostragem

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15 - Pré caracterização -O que esperar? - Qual processo que gera o resíduo? -Volume, estado físico, etc. - Plano amostral -Pontos de coleta -Frequencia de coleta -Tipo de amostragem Amostra simples: Parcela do resíduo a ser estudada, obtida através de um processo de amostragem em um único ponto ou profundidade. Amostra composta: Soma de parcelas individuais do resíduo a ser estudada, obtidas em pontos, profundidades e/ou instantes diferentes, através dos processos de amostragem. Estas parcelas devem ser misturadas de forma a se obter uma amostra homogênea.

16 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema 2. Escolha do método/técnica 3. Amostragem 4. Pré-tratamento da amostra 5. Medida 6. Calibração 7. Avaliação 8. Ação

17 PRÉ-TRATAMENTO Transporte e Preservação - Garantir a estabilidade Resfriamento Congelamento Embalagem a vácuo Atmosfera modificada Ajuste de ph Uso de inibidores biológicos

18 PRÉ-TRATAMENTO - Pré-secagem/liofilização

19 PRÉ-TRATAMENTO - Redução de tamanho de partícula PBB ou PBM partículas < 1 cm IMPORTANTE: A retirada de umidade e redução do tamanho de partícula só devem ser usadas quando houver limitações instrumentais ou extrema necessidade, pois podem alterar as características da amostra para os ensaios de digestão anaeróbia.

20 Adaptado de Krug, F.J., V Workshop de preparo de amostras, A SEQUENCIA ANALÍTICA 1. Definição do problema 2. Escolha do método/técnica 3. Amostragem 4. Pré-tratamento da amostra 5. Medida 6. Calibração 7. Avaliação 8. Ação

21 Potencial teórico de biogás/metano C c H h O o N n S s + yh 2 O xch 4 + nnh 3 + sh 2 S + c x CO 2 Onde, x = 1 (4c + h 2o 3n 2s) 8 y = 1 (4c h 2o + 3n 3s) 4 Simplificando (para substratos sem N e S): C c H h O o c 2 + h 8 o 4 CH 4 + c 2 h 8 + o 4 CO 2

22 Potencial teórico de biogás/metano Método da digestibilidade Usa como referencia a digestibilidade de ruminantes* * Valores da DLG (Sociedade Alemã de Agricultura) Fonte: FNR/PROBIOGÁS. Guia Prático do Biogás, 2013

23 Potencial teórico de biogás/metano Fonte: FNR/PROBIOGÁS. Guia Prático do Biogás, 2013

24 Potencial teórico de biogás/metano Fonte: FNR/PROBIOGÁS. Guia Prático do Biogás, 2013

25 PBB = Potencial Bioquímico de Biogás

26 Potencial teórico de biogás/metano Fonte: FNR/PROBIOGÁS. Guia Prático do Biogás, 2013

27 Potencial teórico de biogás/metano Exemplo: Qual volume de biogás produz 1 g de glicose? C 6 H 10 O 5, > 99% pureza Volume do biogás CNTP: 22,4 L/mol C 6 H 10 O 5 c 2 + h 8 o 4 CH 4 + c 2 h 8 + o 4 CO 2 C 6 H 10 O CH CO 2 C 6 H 10 O CH CO 2 C 6 H 10 O 5 3CH 4 + 3CO 2 1 mol glicose gera 6 mol de gás

28 Potencial teórico de biogás/metano Exemplo: Qual volume de biogás produz 1 g de glicose? C 6 H 10 O 5, > 99% pureza Volume do biogás CNTP: 22,4 L/mol C 6 H 10 O 5 3CH 4 + 3CO 2 1 mol glicose gera 6 mol de gás M C = 12 g/mol; M H = 1 g/mol; M O = 16 g/mol M glicose = 162 g/mol 1 g de glicose = 0, mol 0, mol de biogás ~ 830 ml de biogás 750 ml (10% )

29 Potencial teórico de biogás/metano Métodos relativamente rápido Usados para prever o potencial metanogênico Para matrizes complexas DQO (1 g de DQO ~ 0,35 litros CH 4 ) X Não considera manutenção celular X Desprezadas outras rotas metabólicas X Não é possível prever interferências X Baseia-se em informações teóricas X Não oferece informações sobre a cinética

30 Potencial teórico de biogás/metano J. Krümpel et al. / Bioresource Technology 200 (2016)

31 Potencial Bioquímico de Metano (PBM) Biochemical Methane Potential Biomethane Potential (BMP)

32 Perfil de produção acumulada de gás em ensaio batelada

33 Fermentação (1) FUNDAMENTOS DA DIGESTÃO ANAERÓBIA Matéria orgânica complexa Proteínas Carboidratos Lipídios Hidrólise (1) Hidrólise (1) Aminoácidos Açúcares (monoses) Ácidos orgânicos Hidrólise Intermediários (Propionato, butirato, lactato, etanol, etc) (2) Oxidação anaeróbia (1) Acidogênese Acetogênese Acetato Homoacetogênese H 2, CO 2 (3) Metanogênese CH 4, CO 2 Fonte: Adaptado de Khanal (2008)