Formação de biomassa acidogênica e produção biológica de hidrogênio a partir...

O desenvolvimento tecnológico visando a recuperação energética a partir de efluentes industriais em reatores anaeróbios cresce como uma importante ferramenta de tratamento e destinação desses resíduos. A vinhaça, o principal resíduo líquido gerado durante o processo produtivo do etanol, frequentemente utilizada na fertirrigação de canaviais, apresenta forte potencial para produção biológica de hidrogênio e metano. Em estudos anteriores para produção de hidrogênio a partir da vinhaça, melhores resultados de produção e estabilidade foram observados em condição termofílica em relação à condição mesofílica. Esse fato, aliado as altíssimas temperaturas nas quais a vinhaça deixa as colunas de destilação (85°C - 100°C), incentivam a avaliação da produção de hidrogênio em temperaturas superiores à termofilia (>55°C). A presente pesquisa teve por objetivo avaliar aspectos da produção biológica de hidrogênio a partir da vinhaça de cana-de-açúcar sob condição termofilica extrema. Os aspectos avaliados foram: crescimento e aderência de biomassa acidogênica em meio suporte inerte (FASE 1) e pH de fermentação (FASE 2). Na FASE 1, reatores anaeróbicos horizontais de leito fixo diferenciais (RAHLFD) foram utilizados e o crescimento de biomassa foi monitorada por meio de análises periódicas da série de sólidos dos reatores. Na FASE 2, os ensaios foram realizados em batelada em reatores de 500mL. Cinco tentativas foram realizadas com diferentes inóculos, pHs iniciais e diluições da vinhaça. Os resultados obtidos indicam que, na FASE 1, houve crescimento linear de lodo no período operacional, e que a condição extrema de temperatura (70°C) promoveu menor acumulo de biomassa no leito dos reatores diferenciais, comparativamente à condição termofílica (50°C), a velocidade de acumulação de microorganismos foi de 4,13 dia-1 em termofilia, contra -0,33 dia-1 em termofilia extrema. A menor aderência de biomassa pode ser explicada pela baixa produção de polímeros extracelulares em temperaturas elevadas, os quais tem a função de promover a aderência superficial e formação de flocos. Os ensaios cinéticos para determinação do melhor pH inicial de fermentação para produção de hidrogênio não apresentaram produção de hidrogênio. Acredita-se que os inóculos utilizados não viabilizaram o estabelecimento de uma comunidade microbiana produtora de hidrogênio em termofilia extrema.

Título em Inglês

Acidogenic biomass formation and biologic hydrogen production from sugar vinasse under extreme termophilic condition

Palavras-chave em Inglês

Vinasse
Acidogenesis
pH
Hiperthermophilia

Resumo em Inglês

The technological development aiming energy recovery from industrial wastewater in anaerobic reactors has been growing as an important tool for the treatment and destination of these wastes. Stillage or sucargane vinasse, is the main liquid waste generated during the ethanol production process and has a strong potential for biological hydrogen production, thus representing an alternative for energy generation. In previous studies for hydrogen production from sugarcane vinasse in anaerobic reactors, better production and stability results were observed in thermophilic condition (than in mesophilic condition). Furthermore, the high temperatures in which the vinasse leaves the distillation columns (85°C - 100°C), stimulates the evaluation of biological hydrogen production in extreme thermophilic conditions (> 55°C). The purpose of this research was to evaluate aspects of biological hydrogen production from sugarcane vinasse in extreme thermophilic condition (70°C), such as the growth and adhesion of biomass in inert support material (PHASE 1) and the influence of initial pH in the fermentation broth (PHASE 2). Horizontal Fixed Bed Anaerobic Reactors and solid analysis were used to determine biomass adhesion in PHASE 1. In PHASE 2, batch tests were performed in 500 mL Duran bottles. Five attempts were performed with different inoculum, initial pH and dilution of the vinasse. In PHASE 1, the results indicate that there was a linear growth of biomass in the operational period, and that the extreme temperature condition (70°C) promoted lower accumulation of biomass in the bed of the differential reactors, compared to the operation in thermophilic condition (55°C), the microorganisms accumulation speed was equal to 4.13 day-1 in termophilic conditions, against -0.33 day-1 in extreme thermophilic conditions. The lower adherence of biomass could be explained by the lower extracellular polymers production in higher temperatures, which main function is to promote superficial adherence and flocculation. Lower biomass accumulation represents a positive aspect for the operation of fixed bed reactors in the production of hydrogen because, as verified in previous studies, one of the main operational problems in these reactors is the excessive growth of biomass that decreases the production of hydrogen. The kinetic tests for the determination of the best initial pH fermentation for hydrogen production did not present hydrogen production. It is believed that the types of inoculation used did not allow the establishment of a hydrogen producing microbiological community.

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Data de Publicação

2020-04-02

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