Avaliação da produção de biohidrogênio e ácidos orgânicos em reatores acidogênicos a partir de soro de queijo e vinhaça de cana-de-açúcar sem ajuste de pH e de água residuária rica em proteínas gerada em indústria de processamento de atum

Autor(es)

Jaqueline Cardoso Ribeiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2022-07-08

Membros da banca

Marcelo Zaiat; Bruna Soares Fernandes; Bruna de Souza Moraes; Rogers Ribeiro; Gustavo Henrique Ribeiro da Silva

• Orientador: Marcelo Zaiat

Resumo

Neste trabalho, avaliou-se a produção de biohidrogênio (bioH2), ácidos orgânicos (AO) e solventes, por fermentação escura a partir de três resíduos agroindustriais: o soro de queijo, a vinhaça de cana-de-açúcar e a água residuária do cozimento de atum em conserva. No primeiro estudo, foram utilizados reatores UASB - Upflow Anaerobic Sludge Blanket (reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo) e de leito fixo estruturado (LE) sem ajuste de pH para o processamento do soro, em condição mesofílica. Este primeiro estudo foi dividido em 3 etapas. A etapa 1 foi conduzida como um experimento controle com substrato constituído de sacarose e apresentou um rendimento médio de H2 (HY) respectivo de 1,9 ± 1,9 e 1,1 ± 0,7 mol H2 mol-1 sacaroseconsumida para o reator UASB e LE. A etapa 2 foi realizada com soro como substrato e não houve produção de bioH2, porém uma alta concentração máxima de ácido láctico foi obtida (9,6 g L-1). A etapa 3 foi operada com uma estratégia de adaptação da biomassa alimentando inicialmente os reatores com sacarose e substituindo-a gradativamente por soro, e trouxe melhores resultados de bioH2 em comparação à etapa 2. Valores acima de 50% nas concentrações de H2 no biogás foram obtidos para o UASB ao longo de toda a etapa, no entanto, a produção de bioH2 a longo prazo não pôde ser alcançada. No próximo estudo, dois reatores UASB, em condição mesofílica (30°C) (U30) e termofílica (55°C) (U55) foram operados com vinhaça sem ajuste de pH e a mesma estratégia de adaptação da biomassa com sacarose e introdução gradativa do substrato foi utilizada. A produção de bioH2 foi viável apenas com sacarose e pH abaixo de 3,0, com valores médios respectivos de 1,5 ± 0,7 e 1,5 ± 1,1 mol H2 mol-1 sacaroseconsumida para o U30 e U55, os quais cessaram com a substituição da sacarose pela vinhaça. Quando o soro e a vinhaça eram os únicos substratos, as bactérias não produtoras de hidrogênio substituíram as hidrogenogênicas encontradas com sacarose, conforme o valor de pH nos reatores aumentou naturalmente. Resultados promissores de produção de AO e solventes foram obtidos com vinhaça, com um rendimento médio de 376 ± 52 e 248 ± 122 mg DQOAO g-1 DQOtent para os reatores U30 e U55, respectivamente. No último estudo, um reator contínuo de mistura alimentado com água residuária de cozimento de atum em conserva foi avaliado. Foram obtidos resultados extremamente satisfatórios de conversão do substrato a AO com um grau máximo de acidificação de 73%. No entanto, não foi possível a obtenção de uma alta seletividade de produtos. A composição do substrato se mostrou tão importante quanto o pH, pois alguns aminoácidos (AA) podem ter diferentes produtos de degradação dependendo das condições operacionais ou das interações com outros AA, dificultando a obtenção de alta seletividade no processo. Os três substratos avaliados neste estudo mostraram um grande potencial para a produção de AO por fermentação escura e vale destacar que resultados extremamente promissores foram obtidos mesmo nas etapas sem ajuste de pH. (AU)

• Processo FAPESP: 17/06940-6 - Avaliação de reatores anaeróbios acidogênicos e metanogênicos no tratamento de vinhaça e soro de queijo sem alcalinazação
• Beneficiário: Jaqueline Cardoso Ribeiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado