Fermentação metanogênica mesofílica de melaço e termofílica de vinhaça em reatores UASB

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Avaliação da construção e operação de técnicas compensatórias de drenagem urbana: o transporte de finos, a capacidade de infiltração, a taxa de infiltração real do solo e a permeabilidade da manta geotêxtil

This work aimed to evaluate some aspects of construction and operation of full-scale best management practices and their effects on infiltration loading rate. Two systems were studied: i) filter-swale-trench (FST) and ii) infiltration well (IW). In these units, field essays and full-scale measurements were made in order to assess the soil permeability. Further, the fine particles transportation and the geotextile blanket permeability were determined before and after operation. The results pointed out that there were soil transportation to inside the FST and IW systems, despite of the installed protections, and that these material were responsible for diminishing the geotextile (reduction from 30 to 90% for FST and 40 to 70% for IW) and the full-scale infiltration loading rates (varying from 4,7 x 10-6 to 10-5 m.s-1).

COD, TSS, nutrients and coliforms removals in UASB reactors in two stages treating swine wastewater

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Constructed Wetland for Treating Effluent from Subtropical Aquaculture Farm

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Removal of total coliforms, thermotolerant coliforms, and helminth eggs in Swine production wastewater treated in anaerobic and aerobic reactors

The present work evaluated the performance of two treatment systems in reducing indicators of biological contamination in swine production wastewater. System I consisted of two upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors, with 510 and 209 L in volume, being serially arranged. System II consisted of a UASB reactor, anaerobic filter, trickling filter, and decanter, being also organized in series, with volumes of 300, 190, 250, and 150 L, respectively. Hydraulic retention times (HRT) applied in the first UASB reactors were 40, 30, 20, and 11 h in systems I and II. The average removal efficiencies of total and thermotolerant coliforms in system I were 92.92% to 99.50% and 94.29% to 99.56%, respectively, and increased in system II to 99.45% to 99.91% and 99.52% to 99.93%, respectively. Average removal rates of helminth eggs in system I were 96.44% to 99.11%, reaching 100% as in system II. In reactor sludge, the counts of total and thermotolerant coliforms ranged between 10(5) and 10(9) MPN (100 mL)(-1), while helminth eggs ranged from 0.86 to 9.27 eggs g(-1) TS.

Uso de reator aeróbio de leito fluidizado com circulação como dispositivo de pós-tratamento do efluente de um reator uasb compartimentado tratando esgotos sanitários

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em reatores anaeróbios horizontais de alta taxa seguidos de filtro biológico percolador

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da eficiência do reator UASB compartimentado (RUC) tratando esgoto sanitário de Ilha Solteira com diferentes carregamentos orgânicos

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

THE CONTROL OF VERTEBRATE PROBLEM ANIMALS IN THE PROVINCE OF THE CAPE OF GOOD HOPE, REPUBLIC OF SOUTH AFRICA

The policy of the Cape Provincial Department of Nature Conservation is based on the concept of "wise management" of wildlife resources. Where crop damage is real, control measures are essential. These, however, must be adapted to the species concerned and applied only where the damage is taking place. Blanket measures which also kill many useful species must be avoided. For this reason, the control of problem animals should be vested in the agency concerned with wildlife conservation.

Experimento para quantificar a eficiência de aspersão de líquidos: aplicação em distribuidores espinha de peixe

This paper describes a device developed on the pilot scale and a simple approach to compare liquid distributor efficiencies. The technique consists basically of analyzing the mass of the liquid collected in 21 vertical pipes measuring 52 mm in internal diameter and 800 mm in length placed in a quadratic arrangement and positioned below the distributor A 50 mm thick acrylic blanket that does not disperse liquids was placed between the distributor and the pipe bank to avoid splashes. Assays were carried out with ladder-type distributors equipped with 4 parallel pipes each for a column measuring 400 nun in diameter as an example of the application. The number (n) of orifices (95, 127, and 159 orifices/m(2)), orifice diameter (d) (2, 3, and 4 mm) and the flowrate (q) (1.2; 1.4; and 1.6 m(3)/h) were varied. The best spread efficiency, which presented the lowest standard deviation, was achieved with 159 orifices, 2 mm and 1.4 m(3)/h. The pressure (p) at the distributor inlet for this condition was only 51000 Pa (0.51 kgf/cm(2)), while the average velocity (v) was 6.3 m/s in each orifice. These results show some limitations of the practical rules used in distributor designs.

Long-term decomposition of sugarcane harvest residues in Sao Paulo state, Brazil

Crop residues returned to the soil are important to preserve fertility and sustainability. This research addressed the long-term decomposition of sugarcane post-harvest residues (trash) under reduced tillage, therefore field renewal was performed with herbicide followed by subsoiling and ratoons were deprived of interrow scarification. The trial was conducted in the northern Sao Paulo State, Brazil during four consecutive crops (2005-2008) where litter bags containing N-15-labeled trash were disposed in the field attempting to simulate two distinct situations: the previous crop trash (PCT) or residues incorporated in the field after tillage, and post-harvest trash (PHT) or the remains of plant-cane harvest. Decomposition rates regarding dry matter (DM), carbon (C), root growth, plant nutrients (N, P, K, Ca, Mg and S), lignin (LIG) cellulose (CEL) and hemicellulose (HCEL) contents were assessed for PCT (2005 ndash;2008) and for PHT (2006-2008). There were significant reductions on DM and C:N ratio due to C losses and root growth within the litter bags over time. The DM from PCT and PHT decreased 96% and 73% after four and three crops, respectively, and the higher nutrients release were found for K, Ca and N. The LIG, CEL and HCEL concentrations in PCT decreased 60%, 29%, 70% after four crops and 47%, 35%, 70% from PHT after three crops, respectively. Trash decomposition was driven mainly by residues biochemical composition, root growth within the trash blanket and the climatic conditions during the crop cycles. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Hydrogen production and consumption of organic acids by a phototrophic microbial consortium

Alternative fuel sources have been extensively studied. Hydrogen gas has gained attention because its combustion releases only water, and it can be produced by microorganisms using organic acids as substrates. The aim of this study was to enrich a microbial consortium of photosynthetic purple non-sulfur bacteria from an Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor (UASB) using malate as carbon source. After the enrichment phase, other carbon sources were tested, such as acetate (30 mmol l(-1)), butyrate (17 mmol l(-1)), citrate (11 mmol l(-1)), lactate (23 mmol l(-1)) and malate (14.5 mmol l(-1)). The reactors were incubated at 30 degrees C under constant illumination by 3 fluorescent lamps (81 mu mol m(-2) s(-1)). The cumulative hydrogen production was 7.8, 9.0, 7.9, 5.6 and 13.9 mmol H-2 l(-1) culture for acetate, butyrate, citrate, lactate and malate, respectively. The maximum hydrogen yield was 0.6, 1.4, 0.7, 0.5 and 0.9 mmol H-2 mmol(-1) substrate for acetate, butyrate, citrate, lactate and malate, respectively. The consumption of substrates was 43% for acetate, 37% for butyrate, 100% for citrate, 49% for lactate and 100% for malate. Approximately 26% of the clones obtained from the Phototrophic Hydrogen-Producing Bacterial Consortium (PHPBC) were similar to Rhodobacter, Rhodospirillum and Rhodopseudomonas, which have been widely cited in studies of photobiological hydrogen production. Clones similar to the genus Sulfurospirillum (29% of the total) were also found in the microbial consortium. Copyright (C) 2012, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Assessment of a UASB reactor for the removal of sulfate from acid mine water

A bench-scale Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor was used to study the treatment of acid mine drainage through the biological reduction of sulfate. The reactor was fed with acid mine drainage collected at the Osamu Utsumi uranium mine (Caldas, MG, Brazil) and supplemented with ethanol as an external carbon source. Anaerobic granular sludge originating from a reactor treating poultry slaughterhouse wastewater was used as the inoculum. The reactor's performance was studied according to variations in the chemical oxygen demand (COD)/SO42- ratio, influent dilution and liquid-phase recirculation. The digestion of a dilution of the acid mine drainage resulted in a 46.3% removal of the sulfate and an increase in the effluent pH (COD/SO42- = 0.67). An increase in the COD/SO42- ratio to 1.0 resulted in an 85.6% sulfate reduction. The reduction of sulfate through complete oxidation of the ethanol was the predominant path in the reactor, although the removal of COD was not greater than 68% in any of the operational stages. The replenishment of the liquid phase with tap water positively affected the reactor, whereas the recirculation of treated effluent caused disequilibrium and decreased efficiency. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Analisi sperimentale e modellazione della conducibilità termica in materiali per la protezione passiva da incendio esterno

Numerosi incidenti verificatisi negli ultimi dieci anni in campo chimico e petrolchimico sono dovuti all’innesco di sostanze infiammabili rilasciate accidentalmente: per questo motivo gli scenari incidentali legati ad incendi esterni rivestono oggigiorno un interesse crescente, in particolar modo nell’industria di processo, in quanto possono essere causa di ingenti danni sia ai lavoratori ed alla popolazione, sia alle strutture. Gli incendi, come mostrato da alcuni studi, sono uno dei più frequenti scenari incidentali nell’industria di processo, secondi solo alla perdita di contenimento di sostanze pericolose. Questi eventi primari possono, a loro volta, determinare eventi secondari, con conseguenze catastrofiche dovute alla propagazione delle fiamme ad apparecchiature e tubazioni non direttamente coinvolte nell’incidente primario; tale fenomeno prende il nome di effetto domino. La necessità di ridurre le probabilità di effetto domino rende la mitigazione delle conseguenze un aspetto fondamentale nella progettazione dell’impianto. A questo scopo si impiegano i materiali per la protezione passiva da fuoco (Passive Fire Protection o PFP); essi sono sistemi isolanti impiegati per proteggere efficacemente apparecchiature e tubazioni industriali da scenari di incendio esterno. L’applicazione dei materiali per PFP limita l’incremento di temperatura degli elementi protetti; questo scopo viene raggiunto tramite l’impiego di differenti tipologie di prodotti e materiali. Tuttavia l’applicazione dei suddetti materiali fireproofing non può prescindere da una caratterizzazione delle proprietà termiche, in particolar modo della conducibilità termica, in condizioni che simulino l’esposizione a fuoco. Nel presente elaborato di tesi si è scelto di analizzare tre materiali coibenti, tutti appartenenti, pur con diversità di composizione e struttura, alla classe dei materiali inorganici fibrosi: Fibercon Silica Needled Blanket 1200, Pyrogel®XT, Rockwool Marine Firebatt 100. I tre materiali sono costituiti da una fase solida inorganica, differente per ciascuno di essi e da una fase gassosa, preponderante come frazione volumetrica. I materiali inorganici fibrosi rivestono una notevole importanza rispetto ad altri materiali fireproofing in quanto possono resistere a temperature estremamente elevate, talvolta superiori a 1000 °C, senza particolari modifiche chimico-fisiche. Questo vantaggio, unito alla versatilità ed alla semplicità di applicazione, li rende leader a livello europeo nei materiali isolanti, con una fetta di mercato pari circa al 60%. Nonostante l’impiego dei suddetti materiali sia ormai una realtà consolidata nell’industria di processo, allo stato attuale sono disponibili pochi studi relativi alle loro proprietà termiche, in particolare in condizioni di fuoco. L’analisi sperimentale svolta ha consentito di identificare e modellare il comportamento termico di tali materiali in caso di esposizione a fuoco, impiegando nei test, a pressione atmosferica, un campo di temperatura compreso tra 20°C e 700°C, di interesse per applicazioni fireproofing. Per lo studio delle caratteristiche e la valutazione delle proprietà termiche dei tre materiali è stata impiegata principalmente la tecnica Transient Plane Source (TPS), che ha consentito la determinazione non solo della conducibilità termica, ma anche della diffusività termica e della capacità termica volumetrica, seppure con un grado di accuratezza inferiore. I test sono stati svolti su scala di laboratorio, creando un set-up sperimentale che integrasse opportunamente lo strumento Hot Disk Thermal Constants Analyzer TPS 1500 con una fornace a camera ed un sistema di acquisizione dati. Sono state realizzate alcune prove preliminari a temperatura ambiente sui tre materiali in esame, per individuare i parametri operativi (dimensione sensori, tempi di acquisizione, etc.) maggiormente idonei alla misura della conducibilità termica. Le informazioni acquisite sono state utilizzate per lo sviluppo di adeguati protocolli sperimentali e per effettuare prove ad alta temperatura. Ulteriori significative informazioni circa la morfologia, la porosità e la densità dei tre materiali sono state ottenute attraverso stereo-microscopia e picnometria a liquido. La porosità, o grado di vuoto, assume nei tre materiali un ruolo fondamentale, in quanto presenta valori compresi tra 85% e 95%, mentre la frazione solida ne costituisce la restante parte. Inoltre i risultati sperimentali hanno consentito di valutare, con prove a temperatura ambiente, l’isotropia rispetto alla trasmissione del calore per la classe di materiali coibenti analizzati, l’effetto della temperatura e della variazione del grado di vuoto (nel caso di materiali che durante l’applicazione possano essere soggetti a fenomeni di “schiacciamento”, ovvero riduzione del grado di vuoto) sulla conducibilità termica effettiva dei tre materiali analizzati. Analoghi risultati, seppure con grado di accuratezza lievemente inferiore, sono stati ottenuti per la diffusività termica e la capacità termica volumetrica. Poiché è nota la densità apparente di ciascun materiale si è scelto di calcolarne anche il calore specifico in funzione della temperatura, di cui si è proposto una correlazione empirica. I risultati sperimentali, concordi per i tre materiali in esame, hanno mostrato un incremento della conducibilità termica con la temperatura, da valori largamente inferiori a 0,1 W/(m∙K) a temperatura ambiente, fino a 0,3÷0,4 W/(m∙K) a 700°C. La sostanziale similitudine delle proprietà termiche tra i tre materiali, appartenenti alla medesima categoria di materiali isolanti, è stata riscontrata anche per la diffusività termica, la capacità termica volumetrica ed il calore specifico. Queste considerazioni hanno giustificato l’applicazione a tutti i tre materiali in esame dei medesimi modelli per descrivere la conducibilità termica effettiva, ritenuta, tra le proprietà fisiche determinate sperimentalmente, la più significativa nel caso di esposizione a fuoco. Lo sviluppo di un modello per la conducibilità termica effettiva si è reso necessario in quanto i risultati sperimentali ottenuti tramite la tecnica Transient Plane Source non forniscono alcuna informazione sui contributi offerti da ciascun meccanismo di scambio termico al termine complessivo e, pertanto, non consentono una facile generalizzazione della proprietà in funzione delle condizioni di impiego del materiale. La conducibilità termica dei materiali coibenti fibrosi e in generale dei materiali bi-fasici tiene infatti conto in un unico valore di vari contributi dipendenti dai diversi meccanismi di scambio termico presenti: conduzione nella fase gassosa e nel solido, irraggiamento nelle superfici delle cavità del solido e, talvolta, convezione; inoltre essa dipende fortemente dalla temperatura e dalla porosità. Pertanto, a partire dal confronto con i risultati sperimentali, tra cui densità e grado di vuoto, l’obiettivo centrale della seconda fase del progetto è stata la scelta, tra i numerosi modelli a disposizione in letteratura per materiali bi-fasici, di cui si è presentata una rassegna, dei più adatti a descrivere la conducibilità termica effettiva nei materiali in esame e nell’intervallo di temperatura di interesse, fornendo al contempo un significato fisico ai contributi apportati al termine complessivo. Inizialmente la scelta è ricaduta su cinque modelli, chiamati comunemente “modelli strutturali di base” (Serie, Parallelo, Maxwell-Eucken 1, Maxwell-Eucken 2, Effective Medium Theory) [1] per la loro semplicità e versatilità di applicazione. Tali modelli, puramente teorici, hanno mostrato al raffronto con i risultati sperimentali numerosi limiti, in particolar modo nella previsione del termine di irraggiamento, ovvero per temperature superiori a 400°C. Pertanto si è deciso di adottare un approccio semi-empirico: è stato applicato il modello di Krischer [2], ovvero una media pesata su un parametro empirico (f, da determinare) dei modelli Serie e Parallelo, precedentemente applicati. Anch’esso si è rivelato non idoneo alla descrizione dei materiali isolanti fibrosi in esame, per ragioni analoghe. Cercando di impiegare modelli caratterizzati da forte fondamento fisico e grado di complessità limitato, la scelta è caduta sui due recenti modelli, proposti rispettivamente da Karamanos, Papadopoulos, Anastasellos [3] e Daryabeigi, Cunnington, Knutson [4] [5]. Entrambi presentavano il vantaggio di essere stati utilizzati con successo per materiali isolanti fibrosi. Inizialmente i due modelli sono stati applicati con i valori dei parametri e le correlazioni proposte dagli Autori. Visti gli incoraggianti risultati, a questo primo approccio è seguita l’ottimizzazione dei parametri e l’applicazione di correlazioni maggiormente idonee ai materiali in esame, che ha mostrato l’efficacia dei modelli proposti da Karamanos, Papadopoulos, Anastasellos e Daryabeigi, Cunnington, Knutson per i tre materiali analizzati. Pertanto l’obiettivo finale del lavoro è stato raggiunto con successo in quanto sono stati applicati modelli di conducibilità termica con forte fondamento fisico e grado di complessità limitato che, con buon accordo ai risultati sperimentali ottenuti, consentono di ricavare equazioni predittive per la stima del comportamento, durante l’esposizione a fuoco, dei materiali fireproofing in esame. Bologna, Luglio 2013 Riferimenti bibliografici: [1] Wang J., Carson J.K., North M.F., Cleland D.J., A new approach to modelling the effective thermal conductivity of heterogeneous materials. International Journal of Heat and Mass Transfer 49 (2006) 3075-3083. [2] Krischer O., Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik (The Scientific Fundamentals of Drying Technology), Springer-Verlag, Berlino, 1963. [3] Karamanos A., Papadopoulos A., Anastasellos D., Heat Transfer phenomena in fibrous insulating materials. (2004) Geolan.gr http://www.geolan.gr/sappek/docs/publications/article_6.pdf Ultimo accesso: 1 Luglio 2013. [4] Daryabeigi K., Cunnington G. R., and Knutson J. R., Combined Heat Transfer in High-Porosity High-Temperature Fibrous Insulation: Theory and Experimental Validation. Journal of Thermophysics and Heat Transfer 25 (2011) 536-546. [5] Daryabeigi K., Cunnington G.R., Knutson J.R., Heat Transfer Modeling for Rigid High-Temperature Fibrous Insulation. Journal of Thermophysics and Heat Transfer. AIAA Early Edition/1 (2012).

Biogas and bio-hydrogen: production and uses. A review

The first part of this essay aims at investigating the already available and promising technologies for the biogas and bio-hydrogen production from anaerobic digestion of different organic substrates. One strives to show all the peculiarities of this complicate process, such as continuity, number of stages, moisture, biomass preservation and rate of feeding. The main outcome of this part is the awareness of the huge amount of reactor configurations, each of which suitable for a few types of substrate and circumstance. Among the most remarkable results, one may consider first of all the wet continuous stirred tank reactors (CSTR), right to face the high waste production rate in urbanised and industrialised areas. Then, there is the up-flow anaerobic sludge blanket reactor (UASB), aimed at the biomass preservation in case of highly heterogeneous feedstock, which can also be treated in a wise co-digestion scheme. On the other hand, smaller and scattered rural realities can be served by either wet low-rate digesters for homogeneous agricultural by-products (e.g. fixed-dome) or the cheap dry batch reactors for lignocellulose waste and energy crops (e.g. hybrid batch-UASB). The biological and technical aspects raised during the first chapters are later supported with bibliographic research on the important and multifarious large-scale applications the products of the anaerobic digestion may have. After the upgrading techniques, particular care was devoted to their importance as biofuels, highlighting a further and more flexible solution consisting in the reforming to syngas. Then, one shows the electricity generation and the associated heat conversion, stressing on the high potential of fuel cells (FC) as electricity converters. Last but not least, both the use as vehicle fuel and the injection into the gas pipes are considered as promising applications. The consideration of the still important issues of the bio-hydrogen management (e.g. storage and delivery) may lead to the conclusion that it would be far more challenging to implement than bio-methane, which can potentially “inherit” the assets of the similar fossil natural gas. Thanks to the gathered knowledge, one devotes a chapter to the energetic and financial study of a hybrid power system supplied by biogas and made of different pieces of equipment (natural gas thermocatalitic unit, molten carbonate fuel cell and combined-cycle gas turbine structure). A parallel analysis on a bio-methane-fed CCGT system is carried out in order to compare the two solutions. Both studies show that the apparent inconvenience of the hybrid system actually emphasises the importance of extending the computations to a broader reality, i.e. the upstream processes for the biofuel production and the environmental/social drawbacks due to fossil-derived emissions. Thanks to this “boundary widening”, one can realise the hidden benefits of the hybrid over the CCGT system.