Estratégias de alcalinização no processamento acidogênico da vinhaça de cana-de-açúcar: desempenho do sistema e influência na produção de biogás

• Main Author: Rogeri, Renan Coghi
• Publication Date: 2021
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-10112021-094234/
• topic: acidogenic-sulfidogenic process; alkalinizing potential; AnSTBR; AnSTBR; digestão anaeróbia com separação de fases; energy recovery; methane and bioH2 production; potencial de alcalinização; processo acidogênico-sulfetogênico; produção de metano e bioH2; recuperação energética; sugarcane vinasse; two-phase anaerobic digestion; vinhaça de cana-de-açúcar

A digestão anaeróbia da vinhaça de cana-de-açúcar em duas fases (acidogênica e metanogênica) tem se apresentado promissora no contexto de potencialização da produção bioenergética ao proporcionar condições de crescimento especificas e adequadas para os distintos grupos microbianos. Ademais, a fase acidogênica é caracterizada pela sua versatilidade (remoção de compostos sulfurosos, produção de bioH2 e metabólitos solúveis) em função do pH operacional onde diferentes estratégias de alcalinização induzem a distintas rotas metabólicas. Por outro lado, em alguns casos a fase ácida pode reduzir o potencial de recuperação energética proveniente do processo metanogênico aumentando o potencial de competição e inibição do efluente acidificado. A vinhaça de cana-de-açúcar é caracterizada pela presença de sulfato (SO42-) proveniente de especificidades do processo produtivo do etanol e, como parte da matéria orgânica é removida na primeira fase, a relação DQO/SO42- torna-se mais crítica. Adicionalmente, o processo de remoção do H2S do biogás (dessulfurização) e os custos operacionais vinculados à alcalinização dos biorreatores representam as principais barreiras econômicas para viabilização em escala real. O processo acidogênico-sulfetogênico, por sua vez, apresenta potencial para superar as referidas limitações através da remoção dos compostos sulfurosos (SO42- e H2S), tal característica reduz ou até mesmo elimina a contaminação do biogás metanogênico. Adicionalmente, a maioria das vias sulfetogênicas de conversão de compostos orgânicos possuem capacidade para geração de bicarbonato (HCO3-) e, ainda, apresentam potencial de neutralizante do meio ao consumir os íons H+ na produção de sulfeto. Nesse contexto, o presente estudo busca avaliar o potencial de alcalinização proporcionado pelo processo acidogênico-sulfetogênico e o impacto da adição de alcalinizante e/ou neutralizante no desempenho de ambas as etapas. Sendo assim, a fase experimental foi dividida em duas etapas: a primeira consistiu na operação paralela e contínua de 3 reatores (AnSTBR) por 60 dias, sob uma Carga Orgânica Volumétrica de 75 kg-DQO m-3 d-1. O desempenho sulfetogênico (R1: pH > 6 &#8211; NaOH + NaHCO3); a produção de bioH2 (R2: pH > 5 &#8211; NaOH); a produção de ácido lático (HLa) e outros metabólitos solúveis (R3: pH < 5 &#8211; sem alcalinizante) foram avaliados. Posteriormente, investigou-se o impacto de cada condição na produção de metano (CH4), o potencial de alcalinização proporcionado pela sulfetogênese na fase ácida, o consumo de matéria orgânica e as características composicionais do biogás produzido através de reatores metanogênicos em batelada. As especificidades do efluente acidificado e de alcalinização da fase metanogênica (com ou sem NaHCO3) impactaram os parâmetros cinéticos, o rendimento de CH4 e o poder calorífico do biogás produzido. Por fim, uma análise do potencial global de recuperação energética (PGRE) e os custos operacionais vinculados à alcalinização de cada condição foram realizados. Apesar do processo acidogênico-sulfetogênico não ter apresentado o melhor desempenho energético para o sistema, o potencial de alcalinização proporcionado e a consequente redução dos custos operacionais justificam sua adoção em estudos futuros. Utilizando o processo como fonte biológica de bicarbonato e/ou agente neutralizante para garantir maior viabilidade econômica em sistemas de duas fases no processamento da vinhaça de cana-de-açúcar.