Thermophilic two-phase anaerobic digestion using an innovative fixed-bed reactor for enhanced organic matter removal and bioenergy recovery from sugarcane vinasse

Autor(es)

Fuess, Lucas Tadeu ; Mazine Kiyuna, Luma Sayuri ; Nunes Ferraz Junior, Antonio Djalma ; Persinoti, Gabriela Felix ; Squina, Fabio Marcio ; Garcia, Marcelo Loureiro ; Zaiat, Marcelo

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: APPLIED ENERGY; v. 189, p. 480-491, MAR 1 2017.
• Citações Web of Science: 43

Resumo

This study considered the application of anaerobic digestion (AD) with phase separation combined with the use of an anaerobic structured-bed reactor (ASTBR) as the methanogenic phase for the treatment of sugarcane vinasse, a high-strength wastewater resulting from ethanol production. Two combined thermophilic acidogenic-methanogenic systems formed by one single acidogenic reactor followed by two methanogenic reactors operated in parallel were compared, namely, a conventional UASB reactor and an upflow ASTBR reactor. Increasing organic loading rate (OLR) conditions (15-30 kg COD m(-3) d(-1)) were applied to the methanogenic reactors. The results highlighted the feasibility of applying the ASTBR to vinasse, indicating a global COD removal higher than 80%. The ASTBR exhibited a stable long-term operation (240 days), even for OLR values as high as 30 kg COD m(-3) d(-1). The application of similar conditions to the UASB reactor indicated severe performance losses, leading to the accumulation of acids for every increase in the OLR. An energetic potential of 181.5 MJ for each cubic meter of vinasse was estimated from both hydrogen and methane. The provision of bicarbonate alkalinity proved to be a key factor in obtaining stable performance, offsetting the limitations of relatively low hydraulic retention times (<24 h). (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved. (AU)

• Processo FAPESP: 09/15984-0 - Produção de bioenergia no tratamento de águas residuárias e adequação ambiental dos efluentes e resíduos gerados
• Beneficiário: Marcelo Zaiat
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 12/15606-9 - Biodigestão anaeróbia termofílica de vinhaça em sistemas combinados do tipo acidogênico-metanogênico para potencialização da recuperação de bioenergia em biorrefinarias de cana-de-açúcar de primeira geração
• Beneficiário: Lucas Tadeu Fuess
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 15/21650-9 - Metagenômica aplicada ao desenvolvimento de biocombustíveis e ao desenvolvimento sustentável das biorrefinarias baseadas na cana-de-açúcar
• Beneficiário: Antônio Djalma Nunes Ferraz Júnior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 13/15665-8 - Estrutura e dinâmica funcional da comunidade microbiana de digestores anaeróbios, aplicados à recuperação de energia e adequação ambiental de resíduos gerados no processo produtivo do bioetanol de 1ª e 2ª geração
• Beneficiário: Antônio Djalma Nunes Ferraz Júnior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado