Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/24918
Title: Application of geopolymers as pH buffering materials in anaerobic processes treating organic waste
Other Titles: Utilização de geopolímeros para controlo de pH em processos anaeróbios de valorização de resíduos orgânicos
Author: Correia, Catarina Lima
Advisor: Capela, Isabel
Seabra, Maria Paula da Silva
Keywords: Industrial wastewater treatment
Anaerobic digestion
Methane
Fly-ash based geopolymers
pH
Cheese whey
Defense Date: 13-Jul-2018
Abstract: In an anaerobic process, pH is one of the parameters which greatly influence the performance of these systems, affecting both chemical reactions and microbial activity, due to the microorganisms sensitivity to pH variations. Hence, it is essential pH control to the entire anaerobic process stability, especially when dealing with easily biodegradable substrates. The present work had as main objective the study of the long-term utilization of geopolymers for pH control in anaerobic processes for methane production, treating easily acidifiable substrates. It was used anaerobic batch reactors with 1 L of working volume and cheese whey as substrate, and performed two studies. In the first study, in order to select the concentration and type of geopolymers that promote a higher methane volume production, it were used three reactors with the addition of geopolymers with different porosity and concentrations and one reactor with the addition of chemical alkalinity (reference). The second study, in order to evaluate the long-term geopolymers performance and reproducibility, it was divided in four phases, with successive additions of substrate. So, it was used one reactor as reference and two reactors with the selected conditions in the first study (type and concentration of the geopolymers). In the first study, it was observed that the reactor with the addition of 16 g/L of geopolymers with higher porosity produced the highest methane volume. In both studies, and in general, the reactors presented a similar pH and COD performance, with an increase in COD values in the start-up period (phase 1) in the reactors with addition of geopolymers, due to the lixiviation of organic compounds from the spheres. After the various successive substrate additions, the fastest decrease in the COD values showed the capacity of organic matter removal and recovery of the system. The rapid VFA consume suggested a good adaptation of the microbial culture methane production. The results herein obtained confirm that the fly-ash containing geopolymers allow the control of pH for methane production in anaerobic processes. In light of this, this work could bring new insights to the current problems either related with pH control in AD process, or landfill disposal of fly ash and the associated environmental problems of this type of residues
Num processo anaeróbio, o pH é um dos parâmetros que mais influencia o funcionamento dos sistemas, afetando tanto as reações bioquímicas como a atividade microbiológica, devido à sensibilidade dos microorganismos a variações de pH. Assim, é essencial o controlo do pH para que haja estabilidade de todo o processo anaeróbio, especificamente quando se tratam substratos facilmente biodegradáveis. Este trabalho teve como principal objetivo estudar a utilização, a longo prazo, de geopolímeros para o controlo de pH em processos anaeróbios para produção de metano, tratando substratos facilmente acidificáveis. Foram usados reatores descontínuos anaeróbios com 1 L de volume de trabalho e soro de leite como substrato, e efetuados dois estudos. No primeiro estudo, e de modo a selecionar a concentração e tipo de geopolímeros que permitiam a maior produção de metano, utilizaram-se três reatores com adição de geopolímeros com diferente porosidade e em diferentes concentrações e um reator com adição de alcalinidade química (referência). O segundo estudo, com o objetivo de avaliar o comportamento e a reprodutibilidade da ação dos geopolímeros a longo prazo, foi dividido em quatro fases, com adições sucessivas de substrato. Para tal utilizou-se um reator como referência e dois reatores com as condições selecionadas no primeiro estudo do trabalho (tipo e concentração de geopolímeros). No primeiro estudo observou-se que o reator em que se adicionou o tipo de geopolímeros mais poroso na concentração de 16 g/L foi o que produziu maior volume de metano. Em ambos os estudos, e de um modo geral, os reatores apresentaram um comportamento semelhante em termos de evolução de pH e CQO, observando-se um aumento nos valores de CQO no período inicial (fase 1) nos reatores com adição de geopolímeros, o qual se deve à lixiviação dos seus componentes orgânicos. Após as várias adições sucessivas de substrato, a diminuição mais rápida dos valores de CQO demonstrou a capacidade de remoção de matéria orgânica e de recuperação do sistema. O rápido consumo dos ácidos orgânicos voláteis sugeriu uma boa adaptação da cultura microbiana para a produção de metano. Os resultados obtidos confirmam que é possível controlar o pH para produção de metano em processos anaeróbios, utilizando geopolímeros à base de cinzas volantes. Assim, este trabalho pode trazer novas perspetivas para os atuais problemas relacionados quer com o controlo de pH em processos de digestão anaeróbia, quer com a deposição de cinzas volantes em aterro e aos respectivos problemas ambientais associados a este tipo de resíduos
URI: http://hdl.handle.net/10773/24918
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