Estudo do crescimento e controle de biomassa na produção de biohidrogênio a partir da fermentação escura de vinhaça de cana-de-açúcar usando reatores contínuos de tubos múltiplos - Grangeiro, Luana Cardoso [UNESP] (2022)
Estudos mostram que a perda de desempenho em sistemas fermentativos após 20 dias de operação pode estar associada ao crescimento inadequado de microrganismos, resultando em excesso ou falta de biomassa nos reatores. O parâmetro que permite medir a relação alimento/microrganismo e consequentemente controlar a biomassa nos reatores é chamado de carga orgânica volumétrica específica (COVe). Desta forma, desenvolver um projeto de reator que permita o controle adequado da COVe pode ser um fator chave na produção de biohidrogênio (BioH2) a longo prazo. Neste contexto, os reatores contínuos de tubos múltiplos (RCTMs) tem se destacado como uma tecnologia promissora devido à sua estrutura fornecer uma região de tubos para fixação da biomassa microbiana, sem utilização de material suporte e ainda permitir a manutenção da COVe, por meio do descarte contínuo da biomassa. Nesta sequência, o objetivo desta pesquisa foi estudar RCTMs com 10 (RCTM10) e 18 (RCTM18) tubos no controle de processo em função da COVe. Na primeira etapa, o RCTM18 foi operado sob condição mesofílica de temperatura (25°C), inoculado por processo de autofermentação e alimentado com água residuária sintética, à base de sacarose como fonte de carbono. Os resultados mostraram que o RCTM18 apresentou o controle adequado de COVe (3,3 – 6,33 gDQOg-1SSV d-1), porém apresentou baixo rendimento médio de hidrogênio (0,043 ± 0,006 molH2.molCH-1), com uma produção volumétrica máxima igual a 415,1 ± 422,1 mLH2 L-1d-1, em faixa de operação de pH 4-5,5. Na segunda etapa, os RCTMs sob condições termofílicas de temperatura (55°C) foram inoculados por processo de autofermentação e alimentados com vinhaça de cana-de-açúcar, como fonte de carbono. O RCTM18 apresentou o melhor resultado no controle da COVe (2,0 - 8,0 gDQO.g-1SSV.d-1) em comparação com o RCTM10 (0,5 – 4,0 gDQO g-1SSV d-1), e semelhante a faixa ótima (2,0 - 7,0 gDQO.g-1SSV.d-1) encontrada na literatura. O RCTM18 (0,0006 ± 0,014 molH2.gDDQO-1) e o RCTM10 (0,0013 ± 0,003 molH2.gDQO-1) apresentaram rendimentos médios de hidrogênio quase nulos. Na terceira etapa, as biomassas acidogênicas dos RCTMs obtidas na operação contínua foram testadas em reatores em modo batelada, as quais produziram hidrogênio e ácidos orgânicos. A quarta e última etapa consistiu no estudo de biologia molecular para a quantificação de metabólitos e caracterização da microbiota, o qual apresentou valores de abundância relativa ao gênero Clostridium sensu stricto 7 (19,87%) no RCTM10 e Bacillus (18,32%) no RCTM18. Isto permitiu a discussão e fundamentação dos resultados desta pesquisa, verificando que os RCTMs se mostraram configurações com potencial para o controle da COVe em meio sintético e vinhaça de cana-de-açúcar, sem a necessidade de descarte de biomassa ou material suporte para adesão dos microrganismos.