Codigestão anaeróbia do glicerol bruto em resíduos orgânicos agroindustriais visando à geração de biogás
Carregando...
Data
2021-05-24
Autores
Orientador
Maintinguer, Sandra Imaculada 
Pires, Lorena Oliveira
Coorientador
Pós-graduação
Química - IQ
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Este trabalho teve como objetivo remover glicerol bruto proveniente da produção de biodiesel a partir da codigestão com vinhaça citrícola e obter ácidos graxos voláteis e álcoois, além de vetores energéticos como H2 e CH4. Para tanto, o trabalho foi executado em dois cenários distintos: reatores anaeróbios em batelada em escala de laboratório para biossistemasintegrados (1° estágio – fermentação, seguida do 2° estágio - metanogênese) e biossistema único com reator em escala aumentada para a metanogênese. Todos os reatores foram operados com concentrações crescentes de glicerol bruto e vinhaça citrícola. Para os biossistemas integrados foram avaliados dois inóculos no 1° estágio: inóculo I – consórcio anaeróbio fermentativo proveniente do lodo granular do reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) termofílico do tratamento de vinhaça da indústria sucroalcooleira, pré-tratado à quente e identificado em trabalhos anteriores como pertencente ao gênero Clostridum e inóculo II obtido do lodo granular do reator UASB mesofílico do tratamento de água residuária do abatedouro de aves. Foram realizados testes para a escolha do melhor pré-tratamento no inóculo II para a inibição da atividade metanogênica. Tanto para o 2° estágio dos biossistemas integrados quanto para o biossistema único foram utilizados o inóculo II sem pré-tratamento (in natura). A partir da escolha do melhor inóculo responsável pela maior geração de H2 nos biossitemas integrados foram realizados testes com difrentes gliceróis brutos em condições otimizadas. No 1° estágio, com o inóculo I, ocorreu o favorecimento da rota oxidativa nos ensaios com concentrações reduzidas de substratos (10 g DQO L-1 e 20 g DQO L-1 nos respectivos ensaios 1 e 2), gerando 4,48 mmol H2 L -1 e 22,71 mmol H2 L -1 nos ensaios 1 e 2, respectivamente. Contrariamente, a rota redutiva foi favorecida com a geração de 1,3-propanodiol (1,3-PD) nos ensaios com concentrações elevadas de substratos (30, 40 e 40 g DQO L-1 ensaios 3, 4 e 5, respectivamente) sendo gerados 702, 1916 e 113 mg L-1 de 1,3-PD nos respectivos ensaios 3, 4 e 5. Gerações elevadas de CH4 (229,08, 318,65, 275,87, 355,45 e 287,67 mmol CH4 L -1 para os respectivos ensaios 1’, 2’, 3’, 4’ e 5’) foram verificadas no 2º estágio tanto pela presença da codigestão quanto da manutenção dos gêneros de Methanosaeta e Methanosarcina identificados em análises metagenômicas. Em contrapartida, os controles apresentaram gerações reduzidas de CH4 (40,58, 35,89, 33,71 e 36,97 mmol CH4 L -1 para os respectivos controles 1’, 2’, 3’ e 4’), reforçando o benefício do efeito sinérgico quando em codigestão. O melhor pré-tratamento imposto no inóculo II foi o ataque ácido. Assim, no 1º estágio com o inóculo II pré-tratado, elevadas concentrações de ácido lático (1571, 2313, 3680 e 4768 mg L-1 , para os ensaios 6, 7, 8 e 9, respectivamente) se deveram à presença do gênero Pedioccoccus, identificado em análises metagenômicas. No 2° estágio foram obtidas gerações elevadas de CH4 na codigestão (259, 199 e 268 mmol CH4 L -1 para os ensaios 6’, 7’ e 8’, respectivamente). Nas condições otimizadas com o inóculo I foi verificado potencial mais elevado de geração de H2 para o glicerol pré-tratado e, portanto, livre de sabão. Os resultados observados neste trabalho reforçam que as variações da rota metabólica foram ocasionadas pelo tipo de inóculo e substratos, além de suas diferentes concentrações impostas. Os ensaios em escala aumentada, operados com base nas concentrações otimizadas de substratos dos ensaios prévios, além da adição de esgoto sanitário, apresentaram gerações elevadas de CH4 (2376, 1152, 2149, 2614, 768, 4755, 2394, 2530 e 1601 para os ensaios A à I, respectivamente). As informações obtidas com este estudo contribuirão para a aplicação da codigestão do glicerol bruto em projeções futuras, visando sua recuperação energética no abastecimento local de sua geração.
Resumo (inglês)
This study aimed to remove crude glycerol from the production of biodiesel from co-digestion with citrus vinasse and to obtain volatile fatty acids and alcohols, in addition to energy vectors such as H2 and CH4. For this purpose, the study was carried out in two different scenarios: anaerobic batch reactors on a laboratory scale for integrated biosystems (1st stage - fermentation, followed by the 2nd stage - methanogenesis) and single biosystem with increased scale reactor for methanogenesis. All reactors were operated with increasing concentrations of crude glycerol and citrus vinasse. For the integrated biosystems, two inocula were evaluated in the 1st stage: inoculum I - anaerobic fermentation consortium from the granular sludge of the UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) thermophilic reactor from the vinasse treatment of the sugar and alcohol industry, hot pre-treated and identified in works previous as belonging to the genus Clostridum and inoculum II obtained from the granular sludge of the mesophilic UASB reactor from the poultry slaughterhouse wastewater treatment. Assays were carried out to choose the best pre-treatment for inoculum II to inhibit methanogenic activity. Both for the 2nd stage of the integrated biosystems and for the single biosystem, inoculum II was used without pre-treatment (in natura). From the choice of the best inoculum responsible for the greatest generation of H2 in the integrated biosystems, assays were carried out with different crude glycerols under optimized conditions. In the 1st stage, with inoculum I, the oxidative path was favored in the assays with reduced concentrations of substrates (10 g COD L-1 and 20 g COD L-1 in the respective assays 1 and 2), generating 4.48 mmol H2 L -1 and 22.71 mmol H2 L - 1 in the assays 1 and 2, respectively. Conversely, the reductive route was favored with the generation of 1,3-propanediol (1,3-PD) in assays with high concentrations of substrates (30, 40 and 40 g COD L-1 for assays 3, 4 and 5, respectively) 702, 1916 and 113 mg L-1 of 1,3-PD were generated in the respective assays 3, 4 and 5. High CH4 generations (229.08, 318.65, 275.87, 355.45 and 287.67 mmol CH4 L -1 for the respective assays 1 ', 2', 3 ', 4' and 5 ') were verified in the 2nd stage both by the presence of co-digestion and the maintenance of the genera of Methanosaeta and Methanosarcina identified by metagenomic analyzes. In contrast, the controls showed reduced generations of CH4 (40.58, 35.89, 33.71 and 36.97 mmol CH4 L -1 for the respective controls 1 ', 2', 3 'and 4'), reinforcing the benefit of the synergistic effect when co-digesting. The best pre-treatment imposed on inoculum II was the acid attack. Thus, in the 1st stage with pretreated inoculum II, high concentrations of lactic acid (1571, 2313, 3680 and 4768 mg L-1 , for assays 6, 7, 8 and 9, respectively) were due to the presence of the genus Pedioccoccus, identified in metagenomic analyses. In the 2nd stage, high generations of CH4 were obtained in co-digestion (259, 199 and 268 mmol CH4 L -1 for assays 6 ', 7' and 8 ', respectively). In the conditions optimized with inoculum I, a higher potential for H2 generation was verified for pre-treated glycerol and, therefore, free of soap. The results observed in this study reinforce that the variations in the metabolic route were caused by the type of inoculum and substrates, in addition to their different concentrations imposed. The scaled-up assays operated based on the optimized concentrations of substrates from the previous assays, in addition to the addition of sanitary sewage, showed high generations of CH4 (2376, 1152, 2149, 2614, 768, 4755, 2394, 2530 and 1601 for the assays A to I, respectively). The information obtained from this study will contribute to the application of crude glycerol co-digestion in future projections, aiming at its energy recovery in the local supply of its generation.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português