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Tipo do documento: Dissertação
Title: Produção de biohidrogênio com água residuária de fecularia de mandioca em reator contínuo de tubos múltiplos
Other Titles: Biohydrogen production from cassava processing wastewater in continuous multiple tubes reactor
Autor: Souza, Willyan Goergen de 
Primeiro orientador: Gomes, Simone Damasceno
Primeiro membro da banca: Gomes, Simone Damasceno
Segundo membro da banca: Fuess, Lucas Tadeu
Terceiro membro da banca: Tavares, Maria Hermínia Ferreira
Resumo: Muitos estudos que visam à produção de hidrogênio por fermentação escura encontram dificuldades na manutenção da estabilidade e continuidade ao longo do tempo. A falta de controle adequado da biomassa no sistema é apontada como uma das principais causas dessa instabilidade e descontinuidade. O equilíbrio da relação alimento/microrganismo pode ser melhor evidenciado pelo parâmetro COVe (carga orgânica volumétrica específica). A configuração do modelo do reator contínuo de tubos múltiplos (RCTM) baseia-se na premissa do controle desse parâmetro por meio do descarte facilitado e sucessivo da biomassa de idade mais avançada. Essa renovação dos microrganismos do sistema favorece a produção do hidrogênio. Porém, em alguns testes iniciais, a retenção de biomassa nas paredes dos tubos não foi suficiente para garantir a continuidade da produção. Para contornar esse problema, em estudo recente, foram aplicadas ranhuras internas nos tubos, o que melhorou, consideravelmente, os resultados. Contudo, mais testes com efluentes reais necessitam ser conduzidos para verificar o comportamento da produção de biohidrogênio nesse modelo de reator. Este trabalho buscou comparar duas fontes de inóculo (lodo anaeróbio termicamente tratado e água residuária sintética autofermentada) no RCTM, alimentado com água residuária de fecularia de mandioca (ARFM). Além do mais, testaram-se duas configurações construtivas (12 e 16 tubos), totalizando 3 ensaios: R1 (12 tubos – autofermentação); R2 (12 tubos – lodo anaeróbio); e R3 (16 tubos – lodo anaeróbio). O TDH utilizado foi 4 h com pH inicial ajustado para 6,0 e temperatura mantida constante em 25ºC. O reator R1 cessou a produção de biogás com 14 dias de alimentação com ARFM. O reator R2 apresentou produção volumétrica de hidrogênio média de 0,14 e máxima de 0,56 LH2.L-1 REATOR.d-1 e rendimento médio de 0,12 e máximo de 0,55 molH2.mol-1 CARB. Apesar de se manter em operação por 121 dias, apresentou grande instabilidade durante todo o período, mantendo melhores valores de produção de hidrogênio por até 70 dias. O reator R3 se manteve em operação por 62 dias, período que resultou em produção volumétrica de hidrogênio média de 0,07 e máxima de 0,18 LH2.L-1 REATOR.d-1 e o rendimento médio foi 0,03 com valor máximo de 0,11 molH2.mol-1 CARB. Esse reator demorou aproximadamente 20 dias para iniciar a produção de biogás. As eficiências de conversão de carboidratos dos três reatores apresentaram médias próximas a 80%. As análises da COVe indicaram acúmulo excessivo de biomassa, o que pode ter prejudicado a produção de biohidrogênio. Lotes de ARFM com altas concentrações de matéria orgânica influenciaram negativamente os rendimentos de hidrogênio. O inóculo lodo anaeróbio termicamente tratado se mostrou mais eficiente para ser submetido a águas residuárias reais. A configuração de 16 tubos não teve distribuição eficiente do fluxo de alimentação. Apesar das dificuldades operacionais encontradas, com este estudo, foi possível alcançar progresso na continuidade da produção de biohidrogênio, a partir de águas residuárias reais, com a utilização do sistema RCTM.
Abstract: Many studies on hydrogen production by dark fermentation encounter difficulties in maintaining stability and continuity over time. The lack of a proper biomass control in the system is pointed out as one of the main causes of this instability and discontinuity. The balance of food/microorganism ratio can be better evidenced by the SOLR (specific organic loading rate). The configuration of the continuous multiple tube reactor (CMTR) is based on the premise of controlling this parameter through the facilitated and successive disposal of older biomass. The renewal of the microorganisms in the system is favorable for hydrogen production. However, in some initial tests, the retention of biomass in the walls of the tubes was not sufficient to guarantee the continuity of production. In a recent study, internal grooves were applied to the tubes to overcome this problem, considerably improving the results. However, more tests with real effluents are necessary to verify the behavior of biohydrogen production in this reactor model. This work compared two inoculum sources (thermally treated anaerobic sludge and self-fermented synthetic wastewater) fed with cassava processing wastewater (CPWW) in the CMTR. In addition, two constructive configurations (12 and 16 tubes) were tested, totaling 3 assays: R1 (12 tubes - self-fermented); R2 (12 tubes - anaerobic sludge); and R3 (16 tubes - anaerobic sludge). The HRT was set to 4 h with an initial pH adjusted to 6.0 and temperature kept constant at 25ºC. The assay R1 stopped the biogas production with 14 days of CPWW feeding. Assay R2 presented an average VHPR of 0.14 and a maximum of 0.56 LH2.L-1 REACTOR.d-1 and an average HY of 0.12 and a maximum of 0.55 molH2.mol-1 CARB. Despite remaining in operation for 121 days, it showed high instability throughout the period, maintaining better production rates for up to 70 days. Assay R3 remained in operation for 62 days, period that resulted in an average PVH of 0.07 and a maximum of 0.18 LH2.L-1 REACTOR.d-1 and the average HY was 0.03 with a maximum value of 0.11 molH2.mol-1 CARB. This reactor took up to 20 days to start producing biogas. The efficiency of carbohydrate conversion of the three reactors showed averages close to 80%. SOLR analyzes indicated excessive biomass accumulation, which may have impaired the biohydrogen production. Samples of CPWW with a high organic load negatively influenced hydrogen yield. The thermally treated anaerobic sludge inoculum showed to be more efficient to be submitted to real wastewaters. The 16-tube configuration did not have an efficient distribution of the feed flow. Despite the operational difficulties, it was possible to achieve progress in the continued production of biohydrogen from real wastewater using the CMTR system.
Keywords: Fermentação escura
Biogás
Efluente agroindustrial
Dark fermentation
Biogas
Agroindustrial effluent
CNPq areas: CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Campun: Cascavel
Citation: SOUZA, Willyan Goergen de. Produção de biohidrogênio com água residuária de fecularia de mandioca em reator contínuo de tubos múltiplos. 2020. 124 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel - PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/5142
Issue Date: 20-Aug-2020
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Agrícola (CVL)

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