Valorização da co-digestão anaeróbia de resíduos sólidos e águas residuárias do processamento de citros: perspectivas para obtenção de biocombustíveis e compostos de interesse biotecnológico

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Rocha, Danilo Henrique Donato
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: ácidos orgânicos; anaerobic co-digestion; biocombustíveis; biofuels; circular economy; codigestão anaeróbia; economia circular; hidrogênio; hydrogen; leach bed reactor; metano; methane; organic acids; phase separation; reator de leito lixiviado; separação de fases
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-26092023-104729/

A digestão anaeróbia é uma alternativa promissora para valorização de resíduos sólidos e águas residuárias oriundos da agroindústria de processamento de citros, possibilitando a recuperação energética através da obtenção de biocombustíveis, tais como hidrogênio e metano. A estratégia de co-digestão destes substratos é uma proposta para impulsionar a logística sustentável para o tratamento destes resíduos, e ampliar o potencial de viabilidade técnico-econômica. Entretanto, ainda há uma necessidade por alternativas para superar limitações identificadas, e aspectos que precisam ser melhor elucidados, tais como parâmetros operacionais, configurações de sistema, necessidade de suplementação com nutrientes ou alcalinizantes, e outros. Neste estudo, propõe-se a co-digestão de resíduos sólidos (casca e bagaço) e águas residuárias da agroindústria de citros em uma abordagem de separação de fases, e por meio de ensaios em reatores em batelada obter e avaliar a efetividade de inóculo autóctone fermentativo, identificar variáveis mais significativas para o processo, avaliar estratégias para conduzir a fermentação e a metanogênese de forma eficiente e estável, e otimizar condições operacionais que potencializem a produção de hidrogênio e metano. A perspectiva de um sistema contínuo é proposto com a aplicação da configuração de reator de leito lixiviado, sendo investigados parâmetros operacionais que possibilitem maximizar a degradação dos resíduos sólidos e a recuperação energética. Foi obtido inóculo autóctone pela autofermentação dos resíduos, sendo sua comunidade microbiana caracterizada pela abundância dos gêneros Olsenella, Prevotella, Lactobacillus e Bifidobacterium, entretanto sua aplicação nos ensaios não possibilitou atingir elevada produção de H2, sendo o maior potencial de produção de 142.5 mL.L-1, e taxa máxima de produção de 29.8 mL.h-1. Avaliando a suplementação do processo com 2,0 g.L-1 de alcalinizantes observou-se aumento no potencial de produção de hidrogênio de 30,2% com a utilização de bicarbonato de sódio e 176,8% com carbonato de cálcio, em comparação ao ensaio controle. A condição otimizada de produção de H2 obtida foi de 21,4 gSTV.L-1 de RSL (resíduos sólidos de citros), 3,4 gDQO.L-1 de ARL (água residuária processamento de citros), e 4,5 g.L-1 de CaCO3, decorrendo em um valor de 0,53 para razão gCaCO3/gCarboidratos, resultando na produção de 1249,0 mL H2.L-1. Para o ensaio da condição otimizada de H2 observou-se abundância relativa de 95% para Clostridium Sensu Stricto 1 sendo inferida que a via metabólica Clostridial foi predominante, com produção máxima de 2230,8 mg.L-1 de HBu e 1213,6 mg.L-1 de HAc. Para o segundo estágio do processo não foi identificada inibição pela alta concentração de substrato, nem pela presença de limoneno (1,5 a 5,0 mg.L-1), de forma que menor diluição do conteúdo do reator fermentativo resultou em maior produção acumulada de metano. A condição otimizada para produção de metano foi com 99,3% de CRF (conteúdo do reator fermentativo) e 0,58 gNaCHO3.g-1DQO, atingindo 6549,7 mLCH4.L-1, possibilitando remoção de matéria orgânica de 87,1%. Na avaliação do reator de leito lixiviado observou-se redução significativa do conteúdo de RSL do leito fixo do reator, com 79,3% de remoção de sólidos. Máxima produção volumétrica de hidrogênio foi observada em TDH de 12h na fase IV (1609,9 mLH2.d-1), todavia máximo rendimento de hidrogênio foi obtido em TDH de 24h (104,9 mLH2.g-1CHO). Os principais metabólitos solúveis observados foram os ácidos caproico, butírico e acético, e etanol, sendo Lactobacillus, Caproicoproducens, Bifidobacterium, Olsenella e Solobacterium os microrganismos identificados em maior abundância. Verificou-se, portanto, que as perspectivas para a valorização dos resíduos da agroindústria de processamento de citros por meio da co-digestão anaeróbia são positivas, de forma que os resultados obtidos contribuem no desenvolvimento de um modelo de economia circular para a cadeia produtiva de processamento de citros.