Valorização energética dos resíduos do processamento da mandioca em sistema anaeróbio operado em duas fases com imobilização celular em material lignocelulósico
Data
2022-04-11
Autores
Bolonhesi, Isabela Bruna de Tavares Machado
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Resumo
Esse estudo teve como objetivo avaliar a digestão anaeróbia em duas fases da água residuária de fecularia de mandioca (ARFM) em reatores anaeróbios operados em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada (AnSBBR) na rama de mandioca. Para favorecer a adesão dos microrganismos, a rama de mandioca foi submetida à hidrólise ácida e a vapor. O pré-tratamento por hidrólise ácida foi selecionado para a preparação da rama na imobilização celular dos reatores acidogênico e metanogênico. No reator acidogênico, alimentado com a ARFM (concentração afluente fixa em 5gCarb L-1), foram avaliadas duas condições operacionais, nas quais foram contemplados o aumento da carga orgânica volumétrica (COV, de 11 para 15 gCarb L-1d-1) atrelado à diminuição do tempo de ciclo (TC, de 4 para 3 h). O reator metanogênico foi alimentado com o efluente do reator acidogênico (concentração afluente fixa em 5gDQO L-1). Seu desempenho foi avaliado em função do aumento da COV (4; 8; 12; 16 gDQO L-1d-1) com a redução do TC (24; 12; 8 e 6 h). Para otimizar a produção de metano, adicionalmente, foram realizados testes em bateladas considerando a adição de diferentes concentrações de biocarvão (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 e 6,0 g L-1). A dosagem que apresentou o melhor resultado, em termos de produção de metano, foi posteriormente adicionada ao reator metanogênico. Nessa etapa, o comportamento do AnSBBR metanogênico foi novamente avaliado quanto ao aumento da COV (8; 12; 16 gDQO L-1d-1) e a diminuição do TC (12; 8 e 6 h). Verificou-se que o tratamento das ramas de mandioca via hidrólise ácida apresentou as melhores eficiências de conversão da estrutura lignocelulósica em celulose (50%) e conversão de carboidratos (97%), sendo utilizada na imobilização celular dos reatores acidogênico e metanogênico. O reator acidogênico apresentou produção volumétrica de hidrogênio e rendimento máximos de 1,48 LH2 L- 1d-1 e 1,98 molH2 kg- 1Carb (COV 15 gCarb L-1d-1 e TC de 3 h), com predominância de microrganismos produtores de hidrogênio, como os gêneros Clostridium e Hydrogenispora. No reator metanogênico operado sem adição de biocarvão, a maior produção volumétrica (3,74±0,72 LCH4 L-1d-1) e rendimento de metano (0,270±0,05 LCH4 gDQO-1) foram obtidos para a maior COV (16 g L-1d-1) e menor TC (6 h) testados. No entanto, o aumento da COV de 4 para 16 gDQO L - 1d-1 e a diminuição do TC de 24 para 6 h reduziram a eficiência de remoção de matéria orgânica de 99% para 67%. Entre os testes com diferentes dosagens de biocarvão, a adição de 2 g L-1 apresentou o melhor resultado em termos de produção de metano (1,33 LCH4 L- 1d- 1) e eficiência de remoção de matéria orgânica (96%), sendo essa a dosagem posteriormente aplicada ao reator metanogênico. Nos ensaios conduzidos com biocarvão no AnSBBR metanogênico, houve aumento médio de 26% na produção volumétrica (4,06 LCH4 L- 1d- 1) e no rendimento de metano (0,301 LCH4 gDQO-1). Além disso, os resultados indicam que a adição desse material ao reator metanogênico pode enriquecer a digestão anaeróbia com microrganismos eletroativos, como os gêneros Anaerolinea, Syntrophomonas, Pseudomonas e Sedimentibacter em conjunto com as arqueas Methanosaeta e Methanosarcina, possibilitando eficiências de remoção de matéria orgânica elevadas (85%) em todas as condições operacionais testadas. Nas melhores condições operacionais avaliadas, o sistema em duas fases proveu produção de hidrogênio e metano em um tempo total de operação de 9 h (3h para o reator acidogênico e 6 h para o reator metanogênico). Dessa forma, constatou-se que as estratégias de separação da digestão anaeróbia em duas fases, imobilização celular na rama de mandioca e sua utilização como cosubstrato, bem como a adição de biocarvão ao reator metanogênico, proporcionaram o aproveitamento energético dos resíduos de processamento da mandioca, com produção de energia de até 159,12 kJ L-1d-1.
Descrição
Palavras-chave
Hidrólise, Rama de mandioca, Resíduos agroindustriais, Fermentação, Codigestão anaeróbia, Biocarvão, Águas residuais - Fécula de mandioca, Resíduos orgânicos, Digestão anaeróbica