Tratamento e valorização biológica de resíduos orgânicos

Abstract

A realização deste trabalho teve como intuito a valorização de vários resíduos orgânicos por acidificação anaeróbia para a produção de ácidos orgânicos voláteis, AOV, materiais de valor acrescentado. A maioria dos resíduos estudados tinha origem alimentar. Os resíduos orgânicos estudados foram: tomate, borras de café, beterraba, fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (FORSU) e lamas excedentárias provenientes de estações de tratamento de águas residuais (ETARs). Para a determinação do potencial acidogénico dos resíduos em estudo foram operados reatores de modo a poder ser avaliado o seu comportamento, em termos da quantidade e qualidade dos AOV produzidos e respetivo grau de acidificação. O planeamento experimental envolveu a realização de testes descontínuos a duas escalas diferentes: reatores com capacidade de 320 mL e reatores com capacidade de 5 L. O trabalho foi dividido em duas fases, onde na primeira foi estudada a influência da adição de alcalinidade no processo de acidificação dos vários resíduos e numa segunda fase foi estudado o comportamento do processo de acidificação nas melhores condições obtidas na fase anterior. Assim, na primeira fase foram testados como substratos as lamas mistas, o tomate, as borras de café e a beterraba em reatores descontínuos, de pequenas dimensões. Nessa fase foram testadas diferentes condições experimentais com a adição de várias quantidades de alcalinidade (0, 5, 15, 20 e 30 gCaCO3/L). Verificou-se que a beterraba em comparação com os restantes substratos produzia concentrações mais elevadas de AOV (12,6 gCQO/L) com um grau de acidificação de 71,2%, para uma alcalinidade de 15 gCaCO3/L. Na segunda fase foi realizado um scale-up aplicando as melhores condições obtidas na fase anterior, para a produção de AOV a partir dos substratos: lamas mistas, tomate e beterraba. Nesta fase observou-se também que a beterraba produzia maiores concentrações de AOV (21,8 gCQO/L) com um grau de acidificação de 53,4%, com 5% de ST e uma alcalinidade de 15 gCaCO3/L. O substrato que apresentou menor grau de acidificação foram as lamas mistas provenientes de uma ETAR. Para promover a sua biodegradabilidade foram realizadas co-digestões deste resíduo com cada um dos três substratos mais biodegradáveis (FORSU, tomate e beterraba). Nestes ensaios verificou-se que a FORSU foi o co-substrato onde se obtiveram maiores graus de acidificação. Nas condições de 50%-50% de lamas e de FORSU, 3% de ST no reator e 4 gCaCO3/L de alcalinidade, obteve-se um grau de acidificação de 59,4%. Deste modo é viável valorizar estes resíduos, através da produção de materiais de valor acrescentado (AOV) e consequentemente reduzir a poluição decorrente da sua deposição em aterros.

The aim of this study was the valorization of various organic wastes by anaerobic acidification, for the production of volatile fatty acids (VFA), which are valueadded materials. The majority of the wastes studied had a food source. The organic wastes studied were: tomatoes, coffee grounds, sugar beet, organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) and excess sludge from wastewater treatment plants (WWTP). To determine the acidogenic potential of the wastes under study, batch reactors were operated to evaluate their behavior both in terms of quantity and quality of VFA produced and respective degree of acidification. The experimental design involved the use of batch tests at two different scales: with 320 mL and 5 L reactors capacity. The study was done in two phases, where in the first one it was studied the effect of alkalinity addition in the acidification process of the different wastes and in the second one it was studied the behavior of the acidification process for the best conditions obtained in the previous phase. Thus, in the first phase four substrates were tested: mixed sludge, tomatoes, coffee grounds and sugar beet in small batch reactors. At this stage different experimental conditions were tested by adding various amounts of alkalinity (0, 5, 15, 20 and 30 gCaCO3/L). It has been found that sugar beet compared with the other substrates produced the highest concentrations of VFA (12.6 gCQO/L) with a degree of acidification of 71.2% for a 15 gCaCO3/L of alkalinity. In the second phase it was carried out a scale-up, with the use of 5 L reactors, applying the optimal conditions obtained in the previous phase, for VFA production from the following substrates: mixed sludge, tomatoes and sugar beet. In this phase it was also noticed that the sugar beet produce the highest concentration of VFA (21.8 gCQO/L) with a degree of acidification of 53.4%, with 5% ST and 15 gCaCO3/L of alkalinity. The substrate which presented the lowest degree of acidification was mixed sludge collected in a WWTP. To promote its biodegradability it were performed co-digestion with this residue and each of the three most biodegradable substrates (OFMSW, tomatoes and sugar beet). In these co-digestion tests it was found that OFMSW was the co-substrate which resulted in the highest degree of acidification. Under the conditions of 50%-50% of sludge and OFMSW, at 3% of ST in the reactor and 4 gCaCO3/L of alkalinity, it was obtained a degree of acidification of 59.4%. Hence, it is feasible to value these wastes through the production of value-added materials (AOV) and consequently reduce the pollution load from landfill disposal.