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Production of volatile fatty acids by anaerobic biodigestion of manipueira

By Citieli Giongo

Abstract

O cultivo da mandioca se estende por todo o Brasil, dada à fÃcil adaptaÃÃo aos diferentes tipos de solos e condiÃÃes climÃticas. Nosso paÃs ocupa o segundo lugar no cultivo dessa planta (15% da produÃÃo mundial). O processamento industrial da mandioca gera a manipueira como resÃduo lÃquido, considerado poluente devido à alta carga orgÃnica e por conter um glicosÃdeo cianogÃnico que à hidrolisÃvel a cianeto. Uma das maneiras de minimizar os impactos ambientais e agregar valor ao efluente à a sua utilizaÃÃo na produÃÃo de Ãcidos graxos volÃteis (AGVs) via fermentaÃÃo anaerÃbia, objetivo principal deste trabalho, o qual foi realizado utilizando a manipueira como substrato e inÃculo de dejeto suÃno. O processo fermentativo na produÃÃo dos AGVs caracteriza-se, como resultado da atividade das bactÃrias acidogÃnicas, pela diminuiÃÃo do pH e aumento da hidrÃlise e acidificaÃÃo da matÃria orgÃnica. Foram testados em meio sintÃtico, à temperatura de 30 ÂC e pH inicial de 7,0, inÃculos de dejetos de suÃnos e bovinos para definir o melhor inÃculo na produÃÃo dos Ãcidos graxos volÃteis, sendo o dejeto de suÃno o que apresentou os melhores resultados e por isso foi utilizado nas fermentaÃÃes posteriores. AlÃm do parÃmetro de produÃÃo de AGVs tambÃm foram monitorados o comportamento do pH, acidez e alcalinidade em todos os experimentos. Em fermentaÃÃes realizadas com a manipueira como substrato, testaram-se diferentes concentraÃÃes de glicose como principal fonte de carbono (1, 2, 5 e 9 g/L) e observou-se que a concentraÃÃo de 2 g/L de glicose produziu cerca de 2,5 g/L de AGVs, expressos como Ãcido acÃtico, em 36h e com pH 5,0, sendo esta a concentraÃÃo de glicose utilizada nos experimentos posteriores. Diferentes nÃveis de alcalinidade e temperatura foram testados atravÃs de planejamentos experimentais em que a melhor condiÃÃo observada foi em 30ÂC com 3 g/L de bicarbonato de sÃdio, obtendo-se 3,4 g/L de AGVs em 45h. A partir dessas condiÃÃes validou-se o modelo para produÃÃo de AGVs realizando fermentaÃÃes em triplicata e avaliando quanto à repetibilidade do processo. Verificaram-se variaÃÃes mÃnimas entre as rÃplicas, avaliadas pelo baixo desvio padrÃo relativo (DPR) obtido pela mÃdia dos resultados. A maior produÃÃo de Ãcidos graxos volÃteis neste experimento foi obtida em 45h com mÃdia de 3,4 g/L de AGVs, DPR de 1,4% e pH em 5,6. A demanda quÃmica de oxigÃnio (DQO) e a quantidade de cianeto analisadas na manipueira eram de 8865 mg/L de O2 e 1,9 mg/L, respectivamente, entre outras caracterÃsticas fÃsico-quÃmicas determinadas. ApÃs o processo de fermentaÃÃo anaerÃbia obteve-se reduÃÃo de 21,6% da quantidade de DQO e 12,9% da quantidade de cianeto, indicando que a produÃÃo de AGVs, alÃm de agregar valor a manipueira, contribui na reduÃÃo de contaminantes importantes.The cultivation of cassava extends throughout Brazil because of its excellent adaptation to different soils and climatic conditions. Our country occupies the second position at the worldwide ranking in cultivating this plant (15% of the world production). The industrial processing of cassava generates a liquid waste, the so called manipueira, considered as a pollutant due to the high organic load and it contains a cyanogenic glycoside, which can be hydrolyzed to cyanide. One way to minimize environmental impacts and to aggregate value to the effluent is its use in the production of volatile fatty acids (VFA) via anaerobic fermentation, which was the main goal of this study, performed using manipueira as a substrate and inoculum of swine dejection. The fermentation process during the production of VFA is characterized as a result of the activity of acidogenic bacteria, by the pH decrease and increased hydrolysis and acidification of the organic matter. Inoculum of swine and of bovine dejections were tested in synthetic medium at 30ÂC and initial pH of 7.0, to define the most appropriate inoculum for the production of volatile fatty acids, swine dejection presented the best results and was used in posterior fermentations. Besides the parameter of VFA production, the behavior of pH, alkalinity and acidity were as well monitored in all experiments. In the fermentation performed with manipueira as a substrate, glucose was used as the main carbon source and different concentrations were tested (1, 2, 5 and 9 g/L) and it was observed that the concentration of 2 g/L of glucose produced about 2.5 g/L of VFA, expressed as acetic acid, after 36h and at pH 5.0, this concentration of glucose was used in further experiments. The alkalinity and temperature levels were tested by experimental design, in which at 30ÂC with 3 g/L of sodium bicarbonate better conditions were observed, resulting in the production of 3.4 g/L of VFA in 45h. On the basis of these conditions, the model for the production of VFAs was validated by performing fermentations in triplicate and evaluating the reproducibility of the process. There were minor variations between replicates, as assessed by the low relative standard deviation (RSD) from the mean value of the results. The highest production of volatile fatty acids in this experiment was obtained at 45h with an average of VFAs production of 3.4 g/L, with RSD of 1.4% and pH 5.6. The chemical oxygen demand (COD) and the amount of cyanide in manipueira were analyzed being 8865 mg/L of O2 and 1.9 mg/L, respectively, among other physical and chemical characteristics that were determined. After the anaerobic fermentation process, a reduction of 21.6% of COD amount and 12.9% of cyanide amount were obtained, indicating that the production of VFAs not only aggregates value to the manipueira but also contributes to the reduction of important contaminants

Topics: FermentaÃÃo anaerÃbia, Ãcidos graxos volÃteis, Manipueira, Planejamento experimental, Anaerobic fermentation, Volatile fatty acids, Manipueira, Experimental design, PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA, Reatores anaerÃbios, Residuo industrial, PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Parana
Year: 2011
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.BDTD_UNIOESTE:oai:unioeste.br:742
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