Optimização da fermentação acidogénica para produção de biopolímeros

Abstract

Mestrado em Engenharia do ambienteA fundamentação deste trabalho está associada à dependência actual de combustíveis fósseis para a produção de plásticos, e às crescentes preocupações ambientais inerentes à sua deposição no meio natural, pois são de difícil degradação, resultando na investigação e desenvolvimento de biopolímeros, que são de fácil biodegradação. Com este trabalho impõem-se também a questão da problemática ambiental da deposição de matéria orgânica em aterro, que actualmente é restringida pela Directiva Aterros. O objectivo deste trabalho foi a valorização de um efluente de lamas gordas de uma indústria de lacticínios, nomeadamente na optimização da fermentação acidogénica, variando as condições de carga orgânica, temperatura, alcalinidade e pH. Possibilitando que este tipo de efluentes, que constituem fontes de poluição, seja aproveitado como matéria-prima, especialmente na produção de biopolímeros, nomeadamente os polihidroxialcanoatos (PHAs). Um outro objectivo deste trabalho foi verificar outra forma de valorização deste resíduo, nomeadamente na produção de metano (CH4). Neste sentido, foram montados quatro reactores acidogénicos descontínuos, sendo dois deles alcalinos (R1 e R1’) e outros dois não alcalinos (R2 e R2’) sem controlo de pH. Ambos os reactores foram submetidos a uma matriz experimental de cargas orgânicas de 10 gCQO/L e 30 gCQO/L, numa temperatura termofílica (55 ±1ºC). Outros quatro reactores foram também operados com as mesmas condições à mesma temperatura, sendo submetidos às mesmas duas cargas orgânicas (10 gCQO/L e 30 gCQO/L), mas com correcção de pH entre 4 e 5. Foram ainda usados os resultados dos reactores operados à temperatura mesofílica (37 ±1ºC), da autoria de Isidoro. C., 2009, de forma a se comparar o efeito da temperatura. A carga orgânica, temperatura, alcalinidade e pH são condições operacionais que se reflectem na produção de ácidos orgânicos voláteis (AOVs). A alcalinidade e carga orgânicas elevadas favoreceram a produção de AOVs em ambas as cargas. Pelo contrário, o controlo pH entre 4 e 5, não favoreceu a produção de AOVs. Para a temperatura mesofílica (37 ±1ºC) e com adição de alcalinidade verifica-se a produção máxima de AOVs a 30 gCQO/L, apresentando uma concentração total de AOVs de 5356 mgAAc/L ao 17º dia. Pelo contrário, para a temperatura termofílica (55 ±1ºC) a 30 gCQO/L e com adição de alcalinidade, a produção de AOVs foi inibida ao longo do ensaio, apresentando uma concentração máxima de 1426 mgAAc/L.The reason of this work is associated with the current dependency on fossil fuels for the production of plastics, and increasing environmental concerns inherent in his deposition in the wild because they are difficult to degrade, resulting in research and development of biopolymers, which are easy to biodegradation. With this work is also the issue of environmental problem of the deposition of organic matter in landfill, which currently is constrained by the landfill directive. The aim of this work was the promotion of a fat sludge effluent of a dairy industry, namely in the optimization of acidogenic fermentation, changing the organic load conditions, temperature, pH and alkalinity. Enabling this type of effluent, which constitute sources of pollution to be leveraged as raw material, especially in the production of biopolymers, namely polyhydroxyalkanoates (PHAs). Another objective of this work was to check otherwise recovery of waste, in particular in the production of methane (CH4). In this sense, were mounted four discontinuous acidogenic reactors, being two of them alkali (R1 and R1 ') and two other alkali not (R2 and R2 ') without control pH. Both reactors have been subjected to an experimental array of organic loads of 10 gCQO/L and 30 gCQO/L at a termophilic operating temperature (55 ± 1 ° C). Other four reactors were also operated with the same conditions at the same temperature, being subject to the same two organic loads (10 gCQO/L and 30 gCQO/L), but with correction of pH to between 4 and 5. Were still used the results of reactors operated under mesophilic temperature (37 ±1ºc), authorship by Isidoro. C., 2009, to compare the effect of temperature. The organic load, temperature, alkalinity and pH are operating conditions which influence the production of volatile organic acids (AOVs). The alkalinity and high organic loads favored AOVs production on both charges. On the contrary, control pH to between 4 and 5, not favored AOVs production. For the mesophilic operating temperature (37 ± 1 ° C) and addition of alkalinity there is a maximum of 30 AOVs gCQO/L, showing a concentration of total 5356 AOVs mgAAc/l at 17th day. Contrary, for the termophilic operating temperature (55 ± 1 ° C) at 30 gCQO/L and addition of alkalinity, inhibited the AOVs production throughout the test, showing a maximum concentration of 1426 mgAAc/l