Culturas mistas de bactérias anaeróbias geradoras de H2 aplicadas no consumo de glicerol bruto gerado em usinas de biodiesel a partir de óleos residuais domésticos

O biodiesel é um biocombustível produzido principalmente através da reação de transesterificação, a partir de óleos ou gorduras e adição de um álcool e uma base forte como catalizador. Do total dessa reação, aproximadamente 10% é glicerol, que é separado da fração de ésteres resultantes (biodiesel). Quando utilizado na forma bruta (baixo grau de pureza) é uma matéria-prima barata e renovável, podendo ser utilizado como substrato na produção de energia limpa. Nesse sentido, o objetivo desse estudo foi avaliar a geração de H2 em reatores anaeróbios em batelada utilizando glicerol bruto, além de caracterizar as culturas de bactérias anaeróbias presentes por técnicas de microbiologia clássica. O consórcio foi pré-tratado à quente a fim de inibir a geração de CH4. Os reatores foram operados com esgoto sanitário e glicerol bruto nas seguintes concentrações (g DQO L-1): 20, 40, 160, 240 e 320. A geração de H2 ocorreu em todos os reatores, no entanto, para cargas orgânicas mais elevadas foram observadas gerações reduzidas de H2. Não foi detectada a presença CH4 nos reatores. Foi verificada a presença de colônias bactérias pertencentes aos gêneros de Lactobacillus sp.  e Clostridium sp. PALAVRAS-CHAVE: hidrogênio; consórcio bacteriano; óleo residual doméstico; processos fermentativos.

Produção de hidrogênio em reator anaeróbio de fluxo contínuo utilizando glicerol bruto oriundo da produção de biodiesel

O esgotamento das reservas de petróleo e a crescente preocupação com as mudanças climáticas têm acelerado novas pesquisas para obtenção de energias renováveis. A produção de biogás através da digestão anaeróbia vem se mostrando uma ótima opção, não só para produção de energia, como também para manejo adequado de resíduos orgânicos. O biodiesel teve sua produção aumentada em diversos países por ser um combustível renovável e biodegradável. Entretanto, é largamente obtido da transesterificação de óleos vegetais e animais, onde seu rendimento é 9 litros de biodiesel para 1 litro de glicerol.  O glicerol bruto possui grau reduzido de pureza, se tornando uma matéria-prima barata com potencial para produção de energia renovável, principalmente gás hidrogênio (H2) e metano (CH4). Nesse sentido, os objetivos deste estudo foram: operar um reator horizontal de leito fixo (RAHLF), com alimentação contínua e determinar a partida do mesmo na produção de H2 a partir de glicerol bruto residual de biodiesel, co-digerido em esgoto sanitário nas fases de: partida, ensaio 1 e ensaio 2. Durante a fase de partida e Ensaio 1, o afluente foi constituído de 99% esgoto 1% glicerol bruto (v/v) e 1,5% de glicerol bruto no Ensaio 2. Na partida e ensaio 1 foram verificadas médias de produção de 1 mol H2 m3 d-1 e 3,2 mols H2 m3 d-1, respectivamente. A maior produção diária atingida foi 11,34 mols H2 m3 d-1 no Ensaio 2 com geração média de ácidos graxos voláteis (AGV) de 3414,0 mg L-1. Tais resultados foram promissores e novos avanços com proporções mais elevadas do glicerol bruto e agentes tamponantes poderão evitar grandes variações de pH, viabilizando assim gerações mais elevadas e mais estáveis de H2, em reatores contínuos.Palavras-chave: Biogás. Esgoto Sanitário. Reator Contínuo.

O uso sustentável da água: a produção mais limpa em uma indústria têxtil do estado de São Paulo

A indústria têxtil utiliza recursos hídricos em seus processos produtivos, dentre eles, o tingimento é um dos responsáveis pelo excessivo consumo de água, energia e geração de águas residuais, e o não gerenciamento dessa atividade causa impactos ao meio ambiente. O crescimento da demanda de água nos últimos anos pela atividade têxtil, tem aumentado o seu consumo e, por consequência, as reservas hídricas indicam sinais de escassez, além da movimentação do ecossistema em direção ao estresse hídrico. Essa pesquisa abordou a discussão teórica em relação à utilização da água de forma sustentável em empresas do setor têxtil, especificamente na etapa de tingimento, e geração de efluentes, mencionando, ainda, a importância do uso e reúso desse recurso com o propósito de oferecer melhores estratégias de gerenciamento hídrico e alternativas de utilização da gestão da Produção mais Limpa. Verificou-se a implantação da ferramenta de gestão Produção mais Limpa na etapa de tingimento do denim e foram avaliadas possíveis alternativas de redução do consumo de água, energia e geração de águas residuais nas indústrias têxteis. A verificação foi a partir da gestão e controle da estação de tratamento de águas residuais e da CETESB com as práticas de produção mais limpa aplicadas ao setor de tingimento do denim, através da minimização do consumo de água, energia e matéria prima. Após a utilização da ferramenta de gestão Produção mais Limpa na empresa estudada, verificou-se uma redução de consumo de água de 21m3 para 16m3 uma redução de aproximadamente 23,8%.

Performance evaluation and phylogenetic characterization of anaerobic fluidized bed reactors using ground tire and pet as support materials for biohydrogen production

AbstractThis study evaluated two different support materials (ground tire and polyethylene terephthalate [PET]) for biohydrogen production in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) treating synthetic wastewater containing glucose (4000mgL−1). The AFBR, which contained either ground tire (R1) or PET (R2) as support materials, were inoculated with thermally pretreated anaerobic sludge and operated at a temperature of 30°C. The AFBR were operated with a range of hydraulic retention times (HRT) between 1 and 8h. The reactor R1 operating with a HRT of 2h showed better performance than reactor R2, reaching a maximum hydrogen yield of 2.25molH2mol−1 glucose with 1.3mg of biomass (as the total volatile solids) attached to each gram of ground tire. Subsequent 16S rRNA gene sequencing and phylogenetic analysis of particle samples revealed that reactor R1 favored the presence of hydrogen-producing bacteria such as Clostridium, Bacillus, and Enterobacter

DEGRADAÇÃO ANAERÓBIA DE FENOL EM REATORES EM BATELADA SOB CONDIÇÕES FERMENTATIVAS

The goal of this research was to assess phenol degradation on different nutritional conditions. The reactors were carried out in a batch fed with phenol, sulfate and yeast extract, at 30+1oC, under 150 rpm agitation. The reactors fed with phenol (240 mg.l-1) and yeast extract obtained 100% degradation efficiency in 11 days. The reactors fed with phenol (234 mg.l-1), sulfate (162.5 mg.l-1) and yeast extract; and phenol (256 mg.l-1), sulfate (500 mg.l-1) and yeast extract obtained degradation efficiency of 98.8% and 99.3%, respectively, in 17 days. Such efficiencies were obtained by the addition of yeast extract in the reactors, in the beginning of the essays. The analyzes of Molecular Biology had confirmed that the present bacterial community in inoculum remained in the reactors, although to have been operated under distinct nutritional conditions. These conditions had propitiated the permanence of bacterial populations capable to degrade phenol; to leaven phenol and to use sulfate as aceptor electron end.O objetivo dessa pesquisa foi avaliar a potencialidade do inóculo na degradação de fenol sob diferentes condições nutricionais. Os reatores foram alimentados em batelada com fenol, sulfato e extrato de levedura, a 30+1oC, sob agitação de 150 rpm. Os resultados das eficiências de remoção de fenol demonstraram que não houve diferença significativa entre as condições impostas no experimento. As análises do DGGE confirmaram que a comunidade microbiana presente no inóculo permaneceu nos reatores, apesar de terem sido operados sob condições distintas. Essas condições propiciaram a permanência de populações microbianas capazes de degradar fenol

Biossistemas integrados na codigestão do glicerol bruto em resíduos agroindustriais para a geração de H2 e CH4

A produção de biodiesel tem crescido e ganhado destaque no cenário energético mundial. Com isso, seu principal coproduto, o glicerol bruto (GB), tem acompanhado esse aumento, ocasionando a formação de grandes estoques deste resíduo. Uma alternativa promissora para a sua redução consiste na utilização por processos biológicos anaeróbios visando à produção de biogás, tanto hidrogênio (H2) quanto metano (CH4). Sabe-se que a eficiência dessa bioconversão aumenta por meio da codigestão com outros resíduos orgânicos. Assim, o objetivo deste estudo consistiu na codigestão do GB, proveniente da produção de biodiesel a partir de óleos residuais domésticos, com vinhaça citrícola (VC), em dois estágios sequenciais. No 1º estágio (Ensaio 1), o reator anaeróbio foi operado em batelada, alimentado com 5 g DQO L-1 GB e 5 g DQO L-1 VC, na presença de cultura mista pertencente ao gênero Clostridium sp., a 37 °C, pH 5,5, headspace com N2, gerando 4,48 mmol H2 L-1 em 112 h de experimento, sendo consumidos 93,19 % de GB e 74,00 % de glicose. Um ensaio controle (Controle 1) foi montado com apenas 5 g DQO L-1 GB, não sendo verificada produção de H2. O efluente gerado no Ensaio 1 (200 mL) foi usado como substrato no 2º estágio (Ensaio 2) por um inóculo in natura identificado por consórcio de bactérias anaeróbias fermentativas e archaeas metanogênicas, no reator anaeróbio metanogênico (500 mL), headspace com N2, pH 7,0, a 37 °C, gerando 229,08 mmol CH4 L-1 em 624 h de operação. Além disso, 87,34 % da DQO e 93,75 % do metanol proveniente do GB foram consumidos.  O efluente gerado pelo Controle 1 produziu apenas 40,58 mmol CH4 L-1 (Controle 2). Dessa forma, constatou-se que a codigestão elevou a geração de biogás, com consumos de resíduos orgânicos e tóxicos presentes no GB por meio dos sistemas integrados.Palavras-chave: Biodiesel. Digestão anaeróbia. Hidrogênio. Metano.

Aplicação de resíduo da agroindústria citrícola para a produção de hidrogênio utilizando culturas puras e mistas

Nos últimos anos há um interesse crescente no uso de diversos resíduos agroindustriais. No Brasil, as indústrias de alimentos acumulam uma enorme quantidade de resíduos, principalmente as de processamento de frutos cítricos. Entre as possibilidades de valorização destes resíduos, a digestão anaeróbia é uma alternativa promissora na geração de energia renovável e controle da poluição. Nesse sentido, esse estudo avaliou a digestão anaeróbia de água residuária citrícola, visando à produção biológica de hidrogênio a partir de três inóculos: (1) Clostridium Acetobutylicum ATCC 824, (2) Clostridium Beijerinckii ATCC 10132 e (3) consórcio anaeróbio obtido da água residuária citrícola. O experimento foi realizado em 51h, em triplicatas de reatores anaeróbios em batelada, alimentados com 2 fontes distintas de carbono: glicose (10,7 g DQO L-1) e água residuária citrícola (10,0 g DQO L-1), headspace preenchido com N2 (99,99%), pH inicial 7,0 e mantidos a 37°C, sob modo estático. Nos reatores alimentados com glicose foram verificados geração de hidrogênio apenas com os inóculos 1 e 2, que foram, respectivamente, de 36,8 mmol L-1 e 64,1 mmol L-1. Nos reatores operados com água residuária citrícola foram obtidos 21,2; 15,7 e; 37,6 mmol H2 L-1 com os inóculos 1; 2 e 3, respectivamente. Além disso, foram verificadas gerações expressivas de etanol para todos os inóculos testados nos reatores alimentados com glicose. Na caracterização do consórcio anaeróbio citrícola foi verificado predomínio de bacilos Gram + e quantificados os gêneros de bactérias anaeróbias geradoras de H2 (UFC mL1): Clostridium sp. (3x105), Bacteroides sp. (4x105), Lactobacillus sp. (4x105), Streptococcus sp. (5x104), e Veillonella sp. (3x105), revelando diversidade elevada de bactérias anaeróbias produtoras de hidrogênio presentes na água residuária agroindustrial. Tais resultados ressaltam que a geração de hidrogênio pode ocorrer em vias metabólicas distintas com consequente favorecimento na geração de biocombustíveis como etanol ou butanol.Palavras-chave: Águas Residuárias. Citricultura. Fermentação. Clostridium

Performance and composition of bacterial communities in anaerobic fluidized bed reactors for hydrogen production: Effects of organic loading rate and alkalinity

This study evaluated the effects of the organic loading rate (OLR) and pH buffer addition on hydrogen production in two anaerobic fluidized bed reactors (AFBRs) operated simultaneously. The AFBRs were fed with glucose, and expanded clay was used as support material. The reactors were operated at a temperature of 30 degrees C, without the addition of a buffer (AFBR1) and with the addition of a pH buffer (AFBR2, sodium bicarbonate) for OLRs ranging from 19.0 to 140.6 kg COD m(-3) d(-1) (COD: chemical oxygen demand). The maximum hydrogen yields for AFBR1 and AFBR2 were 2.45 and 1.90 mol H-2 mol(-1) glucose (OLR of 84.3 kg COD m(-3) d(-1)), respectively. The highest hydrogen production rates were 0.95 and 0.76 L h(-1) L-1 for AFBR1 and AFBR2 (OLR of 140.6 kg COD m(-3) d(-1)), respectively. The operating conditions in AFBR1 favored the presence of such bacteria as Clostridium, while the bacteria in AFBR2 included Clostridium, Enterobacter, Klebsiella, Veillonellaceae, Chryseobacterium, Sporolactobacillus, and Burkholderiaceae. Copyright (C) 2012, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.CNPqCNPqCAPESCAPESFAPESPFAPES

Anaerobic degradation of phenol in different nutritional conditions

A tecnologia anaeróbia tem sido utilizada com sucesso no tratamento de água residuária contendo compostos fenólicos. Recentes pesquisas incluem tais compostos entre aqueles que podem ser degradados através desse processo. O objetivo desse trabalho foi avaliar a degradação do fenol em diferentes condições nutricionais, com ênfase na redução do sulfato. Os experimentos foram realizados com meio de cultura específico para esses microrganismos anaeróbios. Foram realizados ensaios de degradação em reatores em batelada alimentados nas seguintes condições: (1) fenol e sulfato, a diferentes concentrações, com inóculo previamente enriquecido; (2) fenol, sulfato e co-substratos e; (3) fenol, sulfato e extrato de levedura. Todos os ensaios foram realizados em temperatura de 30 graus Celsius, sob agitação de 150 rpm. Foi avaliado o consumo de fenol e sulfato e, produção de metano, em função do tempo, para diferentes concentrações iniciais de fenol e sulfato. Nos ensaios com reatores alimentados com fenol (329,3 mg/l); fenol (307,3 mg/l) e sulfato (160 mg/l); fenol (322.3 mg/l), sulfato (160 mg/l) e lactato (478,16 mg/l); fenol (332,1 mg/l), sulfato (150 mg/l) e etanol (129,76 mg/l), a remoção foi de, respectivamente, 99,8%, 98,2%, 98,8% e 98,8%. Os reatores alimentados com fenol (239,7 mg/l) obtiveram 100% de eficiência na degradação em apenas 11 dias e, os reatores alimentados com fenol (234,3 mg/l) e sulfato (162,5 mg/l) e fenol (256,0 mg/l) e sulfato (500 mg/l) tiveram eficiências de degradação de, respectivamente, 98,8% e 99,3% com 17 dias de operação. Tais eficiências foram obtidas pelo acréscimo de extrato de levedura nos reatores, no início dos ensaios. A caracterização morfológica foi realizada através de microscopia óptica. A diversidade microbiana referente aos Domínios Bacteria e Archaea, além do grupo de bactérias redutoras de sulfato foi avaliada através da técnica de PCR DGGE, onde foram observadas alterações nas populações microbianas, em função das condições nutricionais. Para o Domínio Archaea não foram observadas diferenças nos ensaios realizados. Para o Domínio Bacteria e Grupo das BRS essas diferenças foram, mais facilmente, percebidas com relação ao inóculo e entre os diversos reatores. A alteração na diversidade microbiana pode ter sido decorrente da composição do meio que, nesse caso, foi específico para BRS e a composição do inóculo que continha parte previamente adaptada às BRS. Essas condições adequadas puderam propiciar surgimento e desenvolvimento de populações microbianas capazes de degradar fenol, utilizando sulfato.The anaerobic technology has been successfully used to treat wastewater containing phenolic compounds. Recent research includes such compounds among those that can be degraded through this process. The goal of this project was to assess phenol degradation in different nutritional conditions, focusing on sulfate reduction. The essays were carried out in a specific culture mean for these kinds of anaerobic microorganisms. Degradation essays were carried out in a batch reactor fed in the following ways: (1) phenol and sulfate, in different concentrations, with previously enriched inoculum; (2) phenol, sulfate and co-substrates and; (3) phenol, sulfate and yeast extract. All the essays were carried out at 30 Celsius degrees, under 150 rpm agitation. The consumption of phenol and sulfate and, methane production, in function of time, for different initial concentrations of phenol and sulfate was assessed. In the essays the reactors were fed with phenol (329.3 mg/l); phenol (307.3 mg/l) and sulfate (160 mg/l); phenol (322.3 mg/l), sulfate (160 mg/l) and lactate (478.16 mg/l); phenol (332.1 mg/l), sulfate (150 mg/l) and ethanol (129.76 mg/l), the removal was of, respectively, 99.8%, 98.2%, 98.8% and 98.8%. The reactors fed with phenol (239.7 mg/l) obtained 100% degradation efficiency in only 11 days. The reactors fed with phenol (234.3 mg/l) and sulfate (162.5 mg/l) and phenol (256.0 mg/l) and sulfate (500 mg/l) obtained degradation efficiency of 98.8% and 99.3%, respectively, in only 17 days of operation. Such efficiencies were obtained by the increase of yeast extract in the reactors, in the beginning of the essays. The morphological characterization was carried out by optical microscopy. The microbial diversity regarding the Bacteria and Archaea Domain, besides the sulfate reducing bacteria group was assessed through the PCR DGGE technique, where alterations were seen in the microbial population, due to nutritional conditions. For the Archaea Domain, no differences were seen in all the essays. For the Bacteria Domain and the SRB Group these differences were easily seen, noticed by the inoculum and the diverse reactors. The alteration in the microbial diversity might have occurred due to culture mean composition that, in this case, was specific for SRB and also due to inoculum composition that contained a part previously adapted to SRB. These adequate conditions could promote appearance and development of microbial population capable of degrading phenol, using sulfate