Codigestão anaeróbia de glicerol e esgoto sanitário para adequação ambiental e geração de metano em reator anaeróbio de leito fluidizado em batelada sequencial (AnSBFBR)

dc.contributor.advisor1Silva , Edson Luiz
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9720274214573371
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-3194-4912
dc.contributor.authorFreitas Junior , José Arnaldo de
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/4055806383178293
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-3191-211X
dc.contributor.refereeRodrigues, José Alberto Domingues
dc.contributor.refereeZaiat, Marcelo
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2400983698111640
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7593950695805418
dc.date.accessioned2026-01-15T14:01:58Z
dc.date.issued2025-11-25
dc.description.abstractThe increasing production of biodiesel in Brazil has generated significant volumes of crude glycerol, a low-value byproduct with potential environmental liability. In this context, wnaerobic digestion emerges as a promising alternative for the energetic valorization of these residues. This study evaluated the anaerobic codigestion of glycerol and synthetic domestic wastewater in anaerobic sequential batch fluidized bed reactors (AnSBFBRs), investigating organic matter removal efficiency, cosubstrate conversion, methane generation, and removal of emerging micropollutants. Two reactors were operated with different support materials (sand – AnSBFBR/A and shredded tire – AnSBFBR/P), varying cycle time, feeding mode, and organic loading rate. Operational parameters (pH, alkalinity, volatile acids) and the removal of seven micropollutants—caffeine, ibuprofen, diclofenac, atenolol, propranolol, sucralose, and carbamazepine—were monitored. Under intermediate operational conditions, both reactors maintained high organic matter removal efficiencies, above 75% during the first five phases, reaching maximum values of 91.7% for AnSBFBR/A (Phase 3: CT – 8 h; B – 15 min; 0.5 gCOD·L-1) and 96% for AnSBFBR/P (Phase 2: CT – 8 h; FB – 3 h; 0.5 gCOD·L-1). The addition of glycerol as a cosubstrate favored methane production (44.91% and 53.69% in AnSBFBR/A and AnSBFBR/P, respectively) but also intensified acidogenesis. From Phase 6 (CT – 8 h; 0.7 gCOD·L-1) onward, a progressive accumulation of volatile fatty acids (VFA) was observed, leading in Phase 8 (highest glycerol load applied, 1.5 gCOD·L-1) to a decrease in COD removal efficiency (74.4% in AnSBFBR/A and 64.7% in AnSBFBR/P), an increase in VFA concentrations (≈48 mg·L-1 in AnSBFBR/A and ≈45.8 mg·L-1 in AnSBFBR/P), and a reduction in pH (6.90 in AnSBFBR/A and 6.80 in AnSBFBR/P), indicating acidification and organic overload that inhibited methanogenic activity. Regarding micropollutant removal, compounds such as caffeine, atenolol, propranolol, and sucralose showed the highest removal rates, especially in AnSBFBR/P, which achieved up to 98.2% removal for caffeine and 90.9% for atenolol. In contrast, recalcitrant pharmaceuticals such as diclofenac and carbamazepine exhibited modest or even negative removal efficiencies, indicating persistence in the medium and the need for complementary technologies for their mitigation. The results demonstrate that the AnSBFBR configuration is a promising alternative for treating wastewater containing emerging micropollutants, combining high organic matter removal, efficient cosubstrate conversion, and renewable biogas generation. This study contributes to advancing the understanding of micropollutant behavior in anaerobic fluidized bed systems and provides insights for operational optimization aimed at improving wastewater treatment efficiency.eng
dc.description.resumoA crescente produção de biodiesel no Brasil tem gerado volumes significativos de glicerol bruto, um subproduto de baixo valor comercial e potencial passivo ambiental. Nesse contexto, a digestão anaeróbia surge como alternativa promissora para a valorização energética desses resíduos. Este estudo avaliou a codigestão anaeróbia de glicerol e esgoto sanitário sintético em reatores anaeróbios de leito fluidizado operados em batelada sequencial (AnSBFBR), investigando a eficiência de remoção de matéria orgânica, conversão de cossubstrato, geração de metano e remoção de micropoluentes emergentes. Dois reatores foram operados com diferentes materiais de suporte (areia – AnSBFBR/A e pneu triturado – AnSBFBR/P), variando o tempo de ciclo (TC), o regime de alimentação e a carga orgânica. Foram monitorados parâmetros operacionais (pH, alcalinidade, ácidos voláteis) e remoção de sete micropoluentes: cafeína, ibuprofeno, diclofenaco, atenolol, propranolol, sucralose e carbamazepina. Em condições intermediárias de operação, os reatores mantiveram eficiência elevada na remoção de matéria orgânica, acima de 75% nas cinco primeiras fases, com máximos de 91,7% para AnSBFBR/A (Fase 3: TC – 8 h; B – 15 min; 0,5 gDQO.L-1) e 96% para AnSBFBR/P (Fase 2: TC – 8 h; BA – 3 h; 0,5 gDQO.L-1). A adição de glicerol como cossubstrato favoreceu a formação de metano (44,91% e 53,69% no AnSBFBR/A e AnSBFBR/P respectivamente), mas também intensificou a acidogênese. A partir da Fase 6 (TC – 8 h; 0,7 gDQO.L-1) houve acúmulo progressivo de ácidos gráxicos voláteis (AVT), provocando na Fase 8 (maior carga de glicerol aplicada 1,5 gDQO.L-1) uma queda na eficiência de remoção de DQO (74,4% no AnSBFBR/A e 64,7% no AnSBFBR/P), aumento dos AVT (≈48 mg·L-1 no AnSBFBR/A e ≈45,8 mg·L-1 no AnSBFBR/P) e redução do pH (6,90 no AnSBFBR/A e 6,80 no AnSBFBR/P), evidenciando acidificação e sobrecarga orgânica que inibiram a atividade metanogênica. Quanto à remoção de micropoluentes, compostos como cafeína, atenolol, propranolol e sucralose apresentaram as maiores eficiências de remoção, especialmente no AnSBFBR/P, que atingiu até 98,2% para cafeína e 90,9% para atenolol. Em contrapartida, fármacos recalcitrantes como diclofenaco e carbamazepina apresentaram remoções baixas (15,91 e 0,77% respectivamente), indicando persistência no meio e a necessidade de tecnologias complementares para sua mitigação. Os resultados obtidos demonstram que o AnSBFBR é uma configuração promissora para o tratamento de efluentes contendo micropoluentes emergentes, associando elevada remoção de matéria orgânica, conversão eficiente de cossubstratos e geração de biogás renovável. Este estudo contribui para o avanço do conhecimento sobre o comportamento de micropoluentes em sistemas anaeróbiosde leito fluidizado e fornece subsídios para otimizações operacionais voltadas à maior eficiência no tratamento de águas residuarias.por
dc.description.sponsorshipOutra
dc.identifier.citationFREITAS JUNIOR , José Arnaldo de. Codigestão anaeróbia de glicerol e esgoto sanitário para adequação ambiental e geração de metano em reator anaeróbio de leito fluidizado em batelada sequencial (AnSBFBR). 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23422.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23422
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectCometabolismopor
dc.subjectEnergia renovávelpor
dc.subjectMicropoluentespor
dc.subjectSubproduto do biodieselpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS
dc.subject.ods6. Água Potável e Saneamento
dc.titleCodigestão anaeróbia de glicerol e esgoto sanitário para adequação ambiental e geração de metano em reator anaeróbio de leito fluidizado em batelada sequencial (AnSBFBR)por
dc.title.alternativeAnaerobic co-digestion of glycerol and sanitary sewage for environmental compliance and methane generation in a sequential batch anaerobic fluidized bed reactor (SBAnFBR))eng
dc.typeDissertação

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