Produção de biohidrogênio em reatores anaeróbios a partir de águas residuárias: compreendendo o papel do leito fixo e sua influência na microbiota acidogênica

Autor(es)

Matheus Neves de Araujo

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2022-01-12

Membros da banca

Marcelo Zaiat; Guilherme Peixoto; Valeria Reginatto Spiller

• Orientador: Marcelo Zaiat

Resumo

A busca por fontes alternativas de combustíveis visando substituir as matrizes energéticas não renováveis é um tópico altamente relevante e amplamente abordado em pesquisas científicas recentes. A produção biológica de hidrogênio (biohidrogênio-bioH2) a partir de águas residuárias via processos fermentativos é considerada uma estratégia promissora para substituir as matrizes fósseis nas próximas décadas, além de consistir em um carreador energético renovável capaz de amenizar o aquecimento global. Por mais que a capacidade dos processos fermentativos voltados para a produção de hidrogênio a partir de resíduos orgânicos esteja amplamente relatada na literatura científica, é possível acessar lacunas relacionadas à dinâmica de crescimento e retenção de biomassa em reatores de leito fixo, os quais são fatores fundamentais para o sucesso ou falha do processo. Estudos recentes revelaram lacunas relacionadas à finalidade do leito em reatores de filme-fixo e sua influência na produção de hidrogênio via processos fermentativos, dado o papel pivotante da porção basal do reator na conversão de substrato fresco e no estabelecimento de rotas metabólicas precursoras de bioH2. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência de diferentes arranjos de imobilização de células (bem como sua ausência) na retenção e lavagem da biomassa e seus efeitos na evolução do bioH2 e nos perfis metabólicos de um reator anaeróbio tubular (AnTR, o qual não inclui material de suporte), um reator anaeróbio de leito-fixo estruturado (AnSTBR, que inclui material de suporte disposto em um padrão ordenado) e um reator anaeróbio de leito-fixo empacotado (AnPBR, o qual considerou material suporte disposto em um padrão desordenado) operados em condições operacionais equivalentes na câmara de alimentação. A maior produção de bioH2 foi alcançada no AnSTBR (743,25 mL-H2 L-1 d-1) em comparação com o AnPBR (662,04 mL-H2 L-1 d-1) e o AnTR (586,22 mLH2 L-1 d-1). No caso do AnSTBR, ocorreu um consumo maciço de carboidratos na câmara de alimentação e no início da zona de leito, ambos compreendendo uma intensa atividade metabólica em comparação com as regiões superiores. Por outro lado, esse padrão foi restrito à câmara de alimentação do AnPBR, enquanto uma fonte alternativa de atividade láctica ocorreu na zona do leito. De modo geral, a presença de material suporte na zona do leito demonstrou ser imperativa para garantir uma retenção adequada de biomassa em termos quanti-qualitativos em oposição à ausência de leito fixo, influenciando a distribuição de biomassa, a conversão específica de substrato, a produção de bioH2 e as rotas metabólicas estabelecidas. (AU)

• Processo FAPESP: 19/11012-6 - Produção de biohidrogênio em reator anaeróbio de leito estruturado a partir de águas residuárias: compreendendo o papel do leito fixo e sua influência na microbiota acidogênica
• Beneficiário: Matheus Neves de Araujo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado