Aplicação da água residuária do processamento da mandioca como substrato para a produção de hidrogênio por processo fermentativo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2009.O hidrogênio tem se apresentado como um combustível energético alternativo aos combustíveis fósseis, pois sua combustão produz principalmente H2O. Este gás pode ser produzido biologicamente, através da fermentação de carboidratos (fonte renovável de carbono). A produção biológica de hidrogênio (biohidrogênio) somente se torna economicamente competitiva, se as fontes de carbono utilizadas forem de baixo custo, como os resíduos da agroindústria. Assim, este trabalho visou estabelecer condições para a produção de hidrogênio por fermentação em reator anaeróbio de batelada seqüencial (RABS), utilizando como substrato água residuária do processamento da mandioca. Foi utilizado um biorreator com volume útil de 2 litros, utilizando-se como inóculo, cultura mista (lodo) de tratamento anaeróbio de efluentes da suinocultura. As cargas de DQO aplicadas ao biorreator variaram de 2352 a 3202 mg/L., sendo o TRH mantido em 2 dias ao longo do período de operação. A temperatura do sistema foi mantida em 35°C. O experimento foi dividido em 4 etapas. Nas etapas 1 e 2 foi utilizada a manipueira como substrato, sem suplementação de nutrientes, nas etapas 3 e 4 foi feita suplementação de nutrientes à manipueira. A etapa 1, os primeiros 46 dias de funcionamento do sistema, foi o período de adaptação, pois o sistema apresentou oscilação no consumo de DQO. Entre os dias 47 e 65 o biorreator se estabilizou, caracterizando a etapa 2. Nesse período foi produzido um volume médio de biogás diário de 470 mL. A composição do biogás no reator foi determinada por cromatografia gasosa. Os resultados experimentais revelaram que 51,5 % do biogás era constituído por hidrogênio e 48,5 % por metano. Neste mesmo período, os cálculos teóricos de produção dos gases, resultaram em uma composição de 52 % de metano e 48 % de hidrogênio, demonstrando que os cálculos teóricos podem ser utilizados para estimar a composição do biogás. A partir do 71º até o 85° dia, estabeleceu-se a etapa 3, pela alimentação do reator com manipueira suplementada. Nesse período, foi produzido diariamente 480 mL de biogás, que, de acordo com os cálculos teóricos era composto por 81 % de metano e 19 % de hidrogênio. O rendimento teórico da produção de hidrogênio foi de 1,82 mol de H2/mol de glicose, na etapa 2 e 0,007 mol de H2/mol de glicose na etapa 3, Estes resultados demonstraram que a suplementação nutricional, nas condições utilizadas no experimento, favoreceram outras vias fermentativas. Na etapa 4, ao final da operação do reator foi observada uma redução na produção do biogás, que parece estar relacionada com a presença de bactérias láticas. Os resultados obtidos revelaram que foi possível produzir hidrogênio por fermentação, utilizando a água residuária do processamento da mandioca como substrato

Pretreatment on anaerobic sludge for enhancement of biohydrogen production from cassava processing wastewater

Methods for the enrichment of an anaerobic sludge with H2-producing bacteria have been compared by using cassava processing wastewater as substrate.The sludge was submitted to three different pretreatments: 1) heat pretreatment by boiling at 98 °C for 15 min., 2) heat pretreatment followed by sludge washout in a Continuous Stirring Tank Reactor (CSTR) operated at a dilution rate (D) of 0.021 h-1, and 3) sludge washout as the sole enrichment method. The pretreated sludge and the sludge without pretreatment (control) were employed in the seeding of 4 batch bioreactors, in order to verify the volume and composition of the generated biogas. Maximum H2 production rates (Rm) from the pretreated sludges, were estimated by the modified Gompertz model. Compared to the control, H2 production was ca. 4 times higher for the sludge submitted to the heat pretreatment only and for the sludge subjected to heat pretreatment combined with washout, and 10 times higher for washout. These findings demonstrated that the use of sludge washout as the sole sludge pretreatment method was the most effective in terms of H2 production, as compared to the heat and to the combined heat and washout pretreatments.Methods for the enrichment of an anaerobic sludge with H2-producing bacteria have been compared by using cassava processing wastewater as substrate. The sludge was submitted to three different pretreatments: 1) heat pretreatment by boiling at 98°C for 15 min., 2) heat pretreatment followed by sludge washout in a Continuous Stirring Tank Reactor (CSTR) operated at a dilution rate (D) of 0.021 h-1, and 3) sludge washout as the sole enrichment method. The pretreated sludge and the sludge without pretreatment (control) were employed in the seeding of 4 batch bioreactors, in order to verify the volume and composition of the generated biogas. Maximum H2 production rates (Rm) from the pretreated sludges were estimated by the modified Gompertz model. Compared to the control, H2 production was ca. 4 times higher for the sludge submitted to the heat pretreatment only and for the sludge subjected to heat pretreatment combined with washout, and 10 times higher for washout. These findings demonstrated that the use of sludge washout as the sole sludge pretreatment method was the most effective in terms of H2 production, as compared to the heat and to the combined heat and washout pretreatments