Co-digestão anaeróbia de glicerol bruto e esgoto sanitário em reatores anaeróbios de leito fluidificado visando a produção de hidrogênio e metano

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Amui, Mariana Miziara
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: AFBR; biogas production; domestic sewage; esgoto doméstico; fermentation processes; glicerina; glycerin; processos fermentativos; produção de biogás; RALF
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-26102023-115141/

A questão da energia limpa e renovável tem sido estimulada a partir da crescente preocupação com a utilização de combustíveis fósseis em grande escala. É neste contexto em que se inserem os avanços em estudos e tecnologias em busca de energia limpa e biocombustíveis como biodiesel e biogás. O glicerol bruto, subproduto gerado no processo de produção do biodiesel, e potencial passivo ambiental excedente, possui elevada concentração de matéria orgânica, alto teor de carbono e poder de digestibilidade. Tais características fazem desse substrato um potencial gerador de biogás, podendo ser utilizado em associação a outros substratos durante a digestão anaeróbia. Posto isso, o presente trabalho visa associar o uso do glicerol bruto ao esgoto sanitário, de modo a avaliar a eficiência na produção de hidrogênio (H2) e metano (CH4), a partir da codigestão em Reatores Anaeróbios de Leito Fluidificado (RALF). Com esse objetivo, o presente estudo utilizou três reatores, confeccionados em acrílico, submetidos a condições mesofílicas (30 ± 2 ºC). Os reatores foram operados continuamente, sendo um deles metanogênico de fase única (controle) (RALF-CM), enquanto os demais funcionaram em duas fases, sendo um reator acidogênico (RALF-A) e um sequencial metanogênico (RALF-SM). O RALF-CM foi submetido a diversas taxas de carregamento orgânico (TCO), a partir da variação dos tempos de detenção hidráulica (TDH) de 8, 12, 16 e 24 h, e das concentrações de 1,0, 1,5 e 3,0 g DQO.L-1, as quais foram aplicadas progressivamente. O RALF-A, por sua vez, operou com TDH fixo em 2 h, mas com progressão de concentração de DQO de 1,0 a 3,0 g DQO.L-1. O RALF-SM foi alimentado a partir do efluente acidogênico, e teve variações de TDH de 6, 12 e 18 h. Em todos os casos, a concentração de esgoto se manteve fixa em 500 mg DQO.L-1, enquanto a solução de glicerol sofreu as variações de concentração de DQO. O RALF-CM obteve rendimento máximo de CH4 (169,3 mL CH4.kg-1 DQOrem) na TCO de 4,5 g DQO.L-1.d-1 (1,5 g DQO.L-1 e TDH 8 h) e produtividade volumétrica de metano (PVM) máxima de 30,5 mL CH4.L-1.h-1. O RALF-A obteve rendimento máximo de H2 (1,5 mmol H2.g-1 DQOadd) e produtividade volumétrica de hidrogênio (PVH) (31,2 mL H2.L-1.h-1) na concentração de 1,5 g DQO.L-1. Como consequência da etapa acidogênica, o RALF-SM apresentou máximo rendimento de CH4 (213 mL CH4.g-1 DQOrem) e máxima PVM (28,8 mL CH4.L-1.h-1). Quanto ao potencial energético, o RALF-CM produziu 45,84 kJ.d-1 em sua melhor fase, enquanto o RALF-A produziu 14,17 kJ.d-1 e o RALF-SM produziu 34,14 kJ.d-1 em sequência. No reator acidogênico, além da produção de hidrogênio foi detectada a produção de etanol, com valor máximo de 456 mg.L-1. Em ambos os casos, com o aumento da concentração de DQO para 3,0 g DQO.L-1, os reatores passaram a ter seus resultados reduzidos, chegando a zero no caso do RALF-CM. As análises de sequenciamento do gene 16 sRNA e do perfil metabólico indicaram genes do metabolismo de metano e vias de fixação do carbono e glicólise em maiores proporções nos RALF-CM e RALF-SM, enquanto os genes do metabolismo de ácidos graxos e biossíntese de ácidos graxos instaurados foram inferidas majoritariamente no RALF-A.