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Produção de hidrogênio e metano a partir de subproduto da indústria sucroalcooleira, em reatores anaeróbios de fases separadas sob condição termofílica (2016)

  • Authors:
  • Autor USP: VILELA, ROGERIO SILVEIRA - EESC
  • Unidade: EESC
  • Sigla do Departamento: SHS
  • Subjects: INDÚSTRIA SUCRO-ALCOOLEIRA; MELAÇO; REATORES ANAERÓBIOS; HIDROGÊNIO
  • Keywords: PRODUÇÃO DE METANO; CONDIÇÃO TERMOFÍLICA
  • Language: Português
  • Abstract: A digestão anaeróbia tem se apresentado como um processo de grande interesse sob a ótica da potencial produção de energia renovável ('H IND.2' e 'CH IND.4'), considerando-se a ampla variedade de compostos orgânicos que podem ser utilizados. Neste estudo desejou-se avançar na compreensão do sistema de reatores anaeróbios de duas fases (acidogênico seguido de metanogênico) operados em condições termofílicas (55ºC), alimentados com melaço da cana-de-açúcar, subproduto da indústria sucroalcooleira. Os experimentos foram conduzidos em reatores anaeróbios de leito fixo estruturado com fluxo ascendente e o melaço foi diluído com água de abastecimento, para adequação da concentração aos processos de tratamento de águas residuárias. Na 1ª Etapa dois reatores acidogênicos foram operados em paralelo para avaliar diferentes formas de inoculação e meios suportes, a fim de manter a produção continua e estável de hidrogênio. Para isso foram aplicadas diferentes cargas orgânicas (2,5, 5 e 10 gDQO/L) que resultam em COV de 30, 60 e 120 gDQO/Lreator.dia, com TDH fixo de 2 horas. A expressão do gene hidrogenase foi detectado em ambos os reatores, mas em maior proporção no reator inoculado com lodo de reator UASB e usando como material suporte a espuma de poliuretano. Sequencialmente a este reator, foi acoplado um reator metanogênico, alimentado com efluente do reator acidogênico, estabilizado nas condições apresentadas, e operado com COV crescentes de 1, 2, 5, 7, 14, 17 e 26,5gDQO/Lreator.dia e consequente diminuição do TDH de 240, 96, 48, 32, 24, 16 e 12 horas. O reator acidogênico na 2ª etapa foi operado por 417 dias consecutivos e COV de 120 g.DQO/Lreator.dia, produzindo hidrogênio continuamente, alcançado valores de produção bruta de 'H IND.2' de 7,60 L'H IND.2'/dia. O reator metanogênico foi operado por 251 dias consecutivos, produzindo metano e alcançado valores de produção bruta de 'CH IND.4' de 5,90 L'CH IND.4'/dia. A eficiência de remoção de DQO do sistema de reatores foi de aproximadamente 90%, com contribuição aproximadamente de 10% para o reator acidogênico e contribuição aproximadamente de 80% para o reator metanogênico. O reator acidogênico alcançou rendimento de produção de hidrogênio por kg de melaço aplicado de 392 L'H IND.2'/kgmelaço e o reator metanogênico de 387 L'CH IND.4'/kgmelaço. Para finalidade de comparações e aplicabilidade, o ganho energético global do sistema de reatores de duas fases foi de aproximadamente 5,7 kWh/kgmelaço (1,4 kWh/kgmelaço para o reator acidogênico e 4,3 kWh/kgmelaço para o reator metanogênico). A produção continua de 'H IND.2' obtida neste estudo está relacionada à associação das vias dos ácidos produtores de hidrogênio já consolidados pela literatura pertinente (acético e butírico) e pela produção de hidrogênio pela rota do ácido lático, devido a associação entre as comunidades de microrganismos estabelecidas no reator. O sequenciamento massivo MiSeq mostrou a seleção de diversos gêneros de microrganismos com redundânciafuncional e pertencentes principalmente aos Filos Firmicutes, Proteobacteria e Thermotogae, tais como Clostridium sensu stricto, Thermohydrogenium, Thermoanaerobacterium e Cellulosibacter (Firmicutes); Pseudomonas, Enterobacter, Shewanella e Petrobacter (Proteobacteria) e Fervidobacterium (Thermotogae). Microrganismos produtores de ácido lático também foram selecionados tais como: Lactobacillus, Leuconostoc, Sporolactobacillus e Trichococcus. Dos pontos de vista científico e tecnológico este estudo deu mais um passo para a compreensão dos bioprocessos envolvidos nos sistemas anaeróbios em dois estágios produzindo 'H IND.2' e 'CH IND.4' continuamente por longo período de tempo
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 02.12.2016
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    • ABNT

      VILELA, Rogerio Silveira; DAMIANOVIC, Márcia Helena Rissato Zamariolli. Produção de hidrogênio e metano a partir de subproduto da indústria sucroalcooleira, em reatores anaeróbios de fases separadas sob condição termofílica. 2016.Universidade de São Paulo, São Carlos, 2016. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-18042017-110703/pt-br.php >.
    • APA

      Vilela, R. S., & Damianovic, M. H. R. Z. (2016). Produção de hidrogênio e metano a partir de subproduto da indústria sucroalcooleira, em reatores anaeróbios de fases separadas sob condição termofílica. Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-18042017-110703/pt-br.php
    • NLM

      Vilela RS, Damianovic MHRZ. Produção de hidrogênio e metano a partir de subproduto da indústria sucroalcooleira, em reatores anaeróbios de fases separadas sob condição termofílica [Internet]. 2016 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-18042017-110703/pt-br.php
    • Vancouver

      Vilela RS, Damianovic MHRZ. Produção de hidrogênio e metano a partir de subproduto da indústria sucroalcooleira, em reatores anaeróbios de fases separadas sob condição termofílica [Internet]. 2016 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-18042017-110703/pt-br.php


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