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Anaerobic Digestion Process for the Production of Biogas from Cassava and Sewage Treatment Plant Sludge in Brazil

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Abstract

Due to the current need for alternative energy sources associated with the practice of actions to improve the environment, residual biomass has gained ground and importance in the energy sector, because of its high availability and cost-benefit, contributing to sustainable development. This study aimed to evaluate the process of anaerobic digestion using cassava wastewater, a pollutant and toxic residue of cassava processing, and sludge from a sewage treatment plant, to determine the best conditions for the production of biogas and to identify its chemical composition, specifically the levels of methane and carbon dioxide. To accomplish this, six anaerobic digestion media were produced and placed into 100-mL penicillin bottles. The experiments were carried out in triplicate, differentiated by the substrate/inoculum concentration (on a mass basis) and by the type of inoculum used (primary or secondary sludge). The best result was achieved using the following media: 80% cassava wastewater and 20% primary sludge, 4:1, which produced the highest methane content in the biogas over the shortest period of time, reaching 81.41% mol/mol of methane in 48 days of fermentation. In this way, biogas produced by cassava wastewater, both in large starch-producing factories and in smaller flour factories, can be used as a source of renewable energy, reducing production costs and providing an environmentally correct destination for this waste.

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pH:

Potential of hydrogen

w:

Moisture content

ABNT:

Associação Brasileira de Normas Técnicas

APHA:

American Public Health Association

ASTM:

American Society for Testing and Materials

AWWA:

American Water Works Association

BGDP:

Brazilian gross domestic product

BOD:

Biological oxygen demand

CFU:

Colony forming units

COD:

Chemical oxygen demand

COMPESA:

Companhia Pernambucana de Saneamento

CONAB:

Companhia Nacional de Abastecimento

CTG:

Centro de Tecnologia e Geociencias

DEQ:

Chemical Engineering Department

FS:

Fixed solids

HCN:

Hydrogen cyanide

IBGE:

Instituto Brasileiro De Geografia E Estatística

LPG:

Liquified petroleum gas

NBR:

Normas Brasileiras (Brazilian Standards)

PDA:

Potato dextrose and agar

POLICOM:

Fuels and energy laboratory

PS:

Primary sewage sludge

RS:

Free reduced sugars

SEBRAE:

Serviço Brasileiro de Apoio as Micro e Pequenas Empresas

SS:

Secondary sewage sludge

STP:

Sewage treatment plant

TRS:

Total reduced sugars

TS:

Total solids

UFRPE:

Universidade Federal Rural de Pernambuco

UFPE:

Universidade Federal de Pernambuco

UFSC:

Universidade Federal de Santa Catarina

UFV:

Universidade Federal de Vicosa

UNICAP:

Universidade Catolica de Pernambuco

UPE:

Universidade de Pernambuco

UNFCCC:

United Nations framework conference on climate change

VS:

Volatile solids

WEF:

Water Environment Federation

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Peres, S., Monteiro, M.R., Ferreira, M.L. et al. Anaerobic Digestion Process for the Production of Biogas from Cassava and Sewage Treatment Plant Sludge in Brazil. Bioenerg. Res. 12, 150–157 (2019). https://doi.org/10.1007/s12155-018-9942-z

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