Digestão anaeróbia de efluente da produção de óleo bruto por liquefação hidrotermal de cianobactérias

• Processo: 17/12486-6
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Vigência: 01 de setembro de 2017 - 30 de abril de 2020
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Giovana Tommaso
• Beneficiário: Giovana Tommaso
• Instituição Sede: Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos (FZEA). Universidade de São Paulo (USP). Pirassununga , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Maria Bernadete Amâncio Varesche ; Rogers Ribeiro
• Auxílios(s) vinculado(s): 19/08736-2 - Integrando a liquefação hidrotermal e a digestão anaeróbia para produção de energia e conservação de recursos hídricos na cadeia de produção de alimentos, AP.R SPRINT
• Assunto(s): Tratamento de águas residuárias Leito fixo Reatores anaeróbios Digestão anaeróbia Liquefação hidrotérmica Bioenergia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: digestão aneróbia | efluentes tóxicos | reator anaeróbio horizontal de leito fixo - RAHLF | tratamento anaeróbio de efluentes | digestão anaeróbia

Resumo

A liquefação hidrotermal é uma tecnologia emergente para a conversão de biomassa úmida em biocombustíveis, mais especificamente óleo bruto (biocrude oil - BCO). Dada sua composição e eficiência de crescimento, algas e cianobactérias são excelente possibilidade de matéria prima. Na produção de BCO, também é gerada grande quantidade de água residuária (post hidrothermal liquefaction wastewatwer - PHWW), rica em nutrientes e matéria orgânica, todavia com potencial tóxico elevado. A digestão anaeróbia da PHWW é possível, porém, em sistemas descontínuos, elevados tempos de residência e altas taxas de diluição são necessários. O principal gargalo para implantação em larga escala de processos de liquefação hidrotermal visando produção de BCO é o tratamento contínuo e o reúso desse tipo de efluente. O reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) tem sido pesquisado nos últimos 20 anos, se mostrando eficiente particularmente para a degradação de efluentes tóxicos. O objetivo dessa proposta é avaliar o processo de degradação de efluente de liquefação hidrotermal em RAHLF inoculado com biomassa bioestimulada e aclimatada, imobilizada em espuma de poliuretano. A bioestimulação será realizada em reatores operados em bateladas sequenciais alimentados substrato à base de ácido acético, propiônico, butírico e metanol. Esta etapa objetiva o desenvolvimento de microrganismos acetogênicos e metanogênicos capazes de atuar em ambientes com elevadas concentrações desses ácidos e abeis na degradação do valerato, passo previamente identificado como limitante do processo. Os microrganismos serão posteriormente aclimatados ao efluente também em regime de bateladas sequenciais. As eficiências dos processos de bioestimulação e de aclimatação serão avaliadas através de inferência de parâmetros cinéticos da produção de metano, análises de biologia molecular e testes de atividade metanogênica específica. Parâmetros cinéticos da degradação de matéria orgânica também serão inferidos com microrganismos imobilizados em espuma de poliuretano e os intermediários da digestão anaeróbia serão identificados de maneira que seja possível a modelagem matemática do processo. Para a modelagem, duas abordagens serão utilizadas: i) estudo e compreensão do modelo da digestão anaeróbia nº 1 (ADM1) da International Water Association (IWA), transpondo a sua notação matricial para equações bioquímicas e físico-químicas na plataforma EMSO - "Environment for Modeling, Simulation, and Optimization" e ii) modelagem simplificada utilizando reações em série e paralelo com dois produtos intermediários através da ferramenta solver do Excel®. A presente proposta trata-se de continuação de projeto de pós-doutorado desenvolvido pela proponente, com bolsa FAPESP, sob supervisão do Prof. Yuanhui Zhang (docente da Universidade de Illinois - UIUC e da China Agricultural University - CAU). Durante o desenvolvimento daquele projeto, se comprovou a possibilidade de aplicação da digestão anaeróbia na estabilização de efluentes de liquefação hidrotermal. Com o desenvolvimento deste projeto pretende-se solidificar parceria já existente entre os pesquisadores da Universidade de São Paulo e os pesquisadores da UIUC e da CAU, contribuindo para o aumento de escala de processos de liquefação hidrotermal convertendo cianobactérias a BCO, uma vez que experiências com o tratamento anaeróbio contínuo desse efluente não foram relatadas em literatura. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DIAS, M. E.; OLIVEIRA, G. H. D.; COUTO, P. T.; DUSSAN, K. J.; ZAIAT, M.; RIBEIRO, R.; STABLEIN, M. J.; WATSON, J. T.; ZHANG, Y.; TOMMASO, G.. Anaerobic digestion of hydrothermal liquefaction wastewater from spent coffee grounds. BIOMASS & BIOENERGY, v. 148, MAY 2021. (15/06246-7, 17/12486-6, 16/21529-8, 18/16268-6)

BUENO, BEATRIZ EGERLAND; SOARES, LAIS AMERICO; QUISPE-ARPASI, DIANA; SAKAMOTO, ISABEL KIMIKO; ZHANG, YUANHUI; AMANCIO VARESCHE, MARIA BERNADETE; RIBEIRO, ROGERS; TOMMASO, GIOVANA. Anaerobic digestion of aqueous phase from hydrothermal liquefaction of Spirulina using biostimulated sludge. Bioresource Technology, v. 312, SEP 2020. (17/12486-6)

BUENO, BEATRIZ EGERLAND; QUISPE-ARPASI, DIANA; SOARES, LAIS AMERICO; SAKAMOTO, ISABEL KIMIKO; AMANCIO VARESCHE, MARIA BERNADETE; RIBEIRO, ROGERS; TOMMASO, GIOVANA. Continuous Anaerobic Treatment of the Aqueous Phase of Hydrothermal Liquefaction from Spirulina Using a Horizontal-Flow Anaerobic Immobilized Biomass (HAIB) Reactor. WATER AIR AND SOIL POLLUTION, v. 232, n. 3, FEB 26 2021. (17/12486-6)