Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/40169
Title: Biotechnological valorisation of biowaste using biochar
Other Titles: Valorização biotecnológica de biorresíduos utilizando biochar
Author: Costa, Ana Lúcia Oliveira
Advisor: Silva, Flávio Gonzaga Castro Santos
Capela, Maria Isabel Aparício Paulo Fernandes
Keywords: Biochar
Anaerobic digestion
Biogas
Bio-waste
Food waste
Defense Date: 13-Dec-2023
Abstract: Historically, anaerobic digestion (AD) is a process with great relevance in the management and treatment of biodegradable waste, simultaneously allowing the generation of fuels from renewable sources (biomethane and bio-hydrogen). Currently, efforts have been made to optimize this process in the context of the Circular Economy. One of the possibilities with great interest is the use of biochar - carbonaceous material produced from the pyrolysis of biomass in AD processes. The main objective of this work is to assess the benefits of biochar in anaerobic digestion processes of bio-waste from food origin. For this purpose, experimental tests were carried out in batch reactors, varying the following parameters: food-to-microorganisms ratio (F/M = 0.5; 1; and 2 g/g); biochar concentration (0, 2.5 and 5 g/L) and biochar particle size (<2 mm – S; and >2 mm – L). It was found that the degradation of volatile solids occurred in most of tests, with the highest removal efficiencies being observed in tests at the F/M ratio = 2 g/g, with the addition of biochar not having a significant influence on removal. Regarding the removal of soluble chemical oxygen demand (sCOD), the effect of adding biochar was quite visible, in particular under operating conditions of F/M = 2 g/g and particle biochar concentration S at 5 g/L, yielding a 62% substrate removal efficiency. The quantification of bioavailable phosphorus and Kjeldahl nitrogen in the digestate after the tests demonstrated its agronomic potential, reaching concentrations of up to = 54 mg P /L and 55 mg N /L. However, the addition of biochar was not relevant in the concentration of these elements in the digestate. Biogas production increased directly with the F/M ratio, especially at lower concentrations of biochar (2.5 g/L), with the particle size factor being of little relevance. It is recommended that tests with high F/M ratios should be extended beyond 21 days to maximize COD degradation and biogas production.
Historicamente, a digestão anaeróbia (DA) é um processo com grande relevância na gestão e tratamento de resíduos biodegradáveis, permitindo simultaneamente a geração de combustíveis de origem renovável (biometano e bio-hidrogénio). Atualmente tem-se procurado a optimização deste processo em contexto de Economia Circular. Uma das possibilidades com elevado interesse é a utilização de biochar - material carbonáceo produzido a partir da pirólise de biomassa - em processos de DA. O presente trabalho tem como principal objetivo aferir os benefícios do biochar em processos de digestão anaeróbia de biorresíduos de origem alimentar. Para o efeito foram realizados ensaios experimentais em reatores descontínuos, variando os seguintes parâmetros: razão food-to-microorganisms (F/M = 0,5; 1; e 2 g/g); concentração de biochar (0; 2,5 e 5 g/L) e tamanho de partícula do biochar (<2 mm – S; e >2 mm – L). Verificou-se que a degradação de sólidos voláteis ocorreu na maioria dos ensaios, tendo as maiores eficiências de remoção sido observadas nos ensaios à razão F/M = 2 g/g, não tendo a adição de biochar tido influência significativa na remoção. Já na remoção de carência química de oxigénio solúvel (CQOs), o efeito da adição de biochar foi visível, em particular em condições de operação F/M = 2 g/g e concentração de biochar de partícula S a 5 g/L, produzindo uma eficiência de remoção de substrato de 62%. A quantificação de fósforo biodisponível e azoto Kjeldahl no digestato após os ensaios demonstrou o seu potencial agronómico, atingindo concentrações de até 54 mg P /L e 55 mg N /L, nomeadamente nas razões F/M = 0,5 e 1 g/g. No entanto, a adição de biochar não se mostrou relevante na concentração destes elementos no digestato. A produção de biogás aumentou linearmente com a razão F/M, em especial com concentrações menores de biochar (2,5 g/L), sendo o fator granulométrico pouco relevante. Recomenda-se que testes com razões F/M elevadas devem ser prolongados para além de 21 dias para se maximizar a degradação de CQOs e produção de biogás produzidos.
URI: http://hdl.handle.net/10773/40169
Appears in Collections:DAO - Dissertações de mestrado
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