Uma das alternativas para a recuperação de energia de resíduos é o tratamento anaeróbio de efluentes com produção de metano e hidrogênio, utilizando-se reatores anaeróbios. Dentre as configurações possíveis de reatores, os descontínuos, como o ASBR e o AnSBBR, destacam-se ao permitem maior flexibilidade e estabilidade na operação, bem como maior controle dos efluentes do processo e menores tempos de partida. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de metano a partir da digestão anaeróbia do soro em condição termofílica, avaliando também a adequação ambiental deste resíduo. O soro de queijo é o maior subproduto da indústria de laticínios, sendo gerado na proporção de 90% do volume de leite utilizado, com concentração de matéria orgânica entre 2 e 80g DQO.L-1, dependendo do processo produtivo. O reator foi operado de forma a permitir avaliar a influência da carga orgânica aplicada (limite de estabilidade), da estratégia de alimentação (tempo de enchimento batelada ou batelada alimentada), e da relação entre tempo de ciclo e concentração afluente (flexibilidade operacional). O reator operou a 55ºC, com tempo de ciclo de 8 horas e velocidade de agitação (100 rpm), sendo o volume alimentado por ciclo de 1,0 litro, com 1,5 litros de volume residual. O reator teve um período inicial de adaptação de 29 dias. Após este período, estudou-se a influência do aumento da carga orgânica pelo aumento da carga orgânica volumétrica aplicada, variando de 6,20 a 30,34 gDQO.L-1.d-1. A condição com carga orgânica volumétrica aplicada de 19,20 gDQO.L-1.d-1 apresentou os melhores resultados globais, alcançando eficiência de remoção de matéria orgânica na forma de DQO de 85,8% e 99,6% de carboidratos. O rendimento de metano gerado em função da matéria orgânica consumida foi de 13,07 mmolCH4.gDQO-1, sendo a produção de biogás de 6506 mL-CNTP.ciclo-1, com fração molar de metano equivalente a 73,7%. A produtividade molar de metano alcançada nesta condição foi de 324,0 molCH4.m-3.d-1 . Percebeu-se que as maiores cargas aplicadas acarretaram em perda de eficiência e instabilidade no reator. O modelo cinético de todas as condições foi ajustado corretamente, indicando que a rota de produção de metano preferencial foi a hidrogenotrófica em todo o período de estudo, porém, a via acetoclástica também foi presenciada em todas as condições. A mudança de estratégia de alimentação de batelada (2% do ciclo) para batelada alimentada (50% do ciclo) não melhorou os resultados de eficiência, estabilidade e produção de metano no reator. Realizou-se também a estimativa da recuperação energética estimando a produção de um pequeno, médio e grande produtor de queijo. A condição V apresentou os melhores resultados, possibilitando a recuperação de 826,10 MWh por dia tratando o volume de soro gerado numa indústria de grande porte (1.000.000 kg.mês-1) enquanto a melhor condição global (VIII) apresentou recuperação de 548,40 MWh. / One of the alternatives to recover energy from waste treatment is by the anaerobic treatment of effluents using discontinuous reactor configuration, such as ASBR and AnSBBR, aiming to produce methane and hydrogen. This reactors configuration allows greater flexibility and stability in the operation, a better controlled process, as well as shorter start-up. The objective of this project was to evaluate the methane production from the anaerobic digestion of cheese whey under thermophilic conditions. Cheese whey is the largest by-product of the dairy industry, it is generated in a proportion of 90% of the milk volume, its organic matter concentration can vary between 2 and 80 g COD.L-1 depending on the process. The evaluation of the environmental suitability of this residue was also analyzed. The reactor was operated to determinate the influence of the applied organic load (stability limit), feeding strategy (filling time - batch or fed-batch), and the relationship between cycle time and affluent concentration (operational flexibility). The reactor was operated at 55 ºC, with cycle time of 8 hours and 100 rpm of agitation speed. The volume fed per cycle was 1.0 liter with 1.5 liters of residual volume. The reactor had an initial adaptation period of 29 days. After this period, the influence of the organic load by increasing the applied volumetric organic load, ranging from 6.20 to 30.34 gDQO.L-1.d-1, was studied. The condition with volumetric organic load of 19.20 gDQO.L-1.d-1 presented the best overall results, reaching organic matter removal efficiency in the form of COD of 85.8 ± 2.0% and 99.6 ± 0.2% for carbohydrates. The yield of methane generated by organic matter consumed was 13.07 mmolCH4.gDQO-1, within biogas production of 6506 ± 185 mL-CNTP.cycle-1, with a methane molar fraction equivalent to 73.68 ± 0,43%. This condition molar productivity of methane achieved 324.0 molCH4.m-3.d-1. It was noticed that the higher organic loads applied lead to loss of efficiency and instability of the reactor. The kinetic model of all conditions was correctly adjusted, indicating that the preferred methane production route was hydrogenotrophic throughout the study period, but the acetoclastic pathway was also observed in all conditions. Changing from batch feeding strategy (2% cycle) to fed batch (50% cycle) did not improved the efficiency, stability and methane production results in the reactor. The energy recovery was also estimated by estimating the production of a small, medium and large cheese producer. Condition V presented the best results, allowing the recovery of 826.10 MW per day by treating the volume of cheese whey generated in a large industry (1.000.000 kg.month-1), while the best overall condition (VIII) recovered 548.40 MW.

Uma das alternativas para a recuperação de energia de resíduos é o tratamento anaeróbio de efluentes com produção de metano e hidrogênio, utilizando-se reatores anaeróbios. Dentre as configurações possíveis de reatores, os descontínuos, como o ASBR e o AnSBBR, destacam-se ao permitem maior flexibilidade e estabilidade na operação, bem como maior controle dos efluentes do processo e menores tempos de partida. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de metano a partir da digestão anaeróbia do soro em condição termofílica, avaliando também a adequação ambiental deste resíduo. O soro de queijo é o maior subproduto da indústria de laticínios, sendo gerado na proporção de 90% do volume de leite utilizado, com concentração de matéria orgânica entre 2 e 80g DQO.L-1, dependendo do processo produtivo. O reator foi operado de forma a permitir avaliar a influência da carga orgânica aplicada (limite de estabilidade), da estratégia de alimentação (tempo de enchimento batelada ou batelada alimentada), e da relação entre tempo de ciclo e concentração afluente (flexibilidade operacional). O reator operou a 55ºC, com tempo de ciclo de 8 horas e velocidade de agitação (100 rpm), sendo o volume alimentado por ciclo de 1,0 litro, com 1,5 litros de volume residual. O reator teve um período inicial de adaptação de 29 dias. Após este período, estudou-se a influência do aumento da carga orgânica pelo aumento da carga orgânica volumétrica aplicada, variando de 6,20 a 30,34 gDQO.L-1.d-1. A condição com carga orgânica volumétrica aplicada de 19,20 gDQO.L-1.d-1 apresentou os melhores resultados globais, alcançando eficiência de remoção de matéria orgânica na forma de DQO de 85,8% e 99,6% de carboidratos. O rendimento de metano gerado em função da matéria orgânica consumida foi de 13,07 mmolCH4.gDQO-1, sendo a produção de biogás de 6506 mL-CNTP.ciclo-1, com fração molar de metano equivalente a 73,7%. A produtividade molar de metano alcançada nesta condição foi de 324,0 molCH4.m-3.d-1 . Percebeu-se que as maiores cargas aplicadas acarretaram em perda de eficiência e instabilidade no reator. O modelo cinético de todas as condições foi ajustado corretamente, indicando que a rota de produção de metano preferencial foi a hidrogenotrófica em todo o período de estudo, porém, a via acetoclástica também foi presenciada em todas as condições. A mudança de estratégia de alimentação de batelada (2% do ciclo) para batelada alimentada (50% do ciclo) não melhorou os resultados de eficiência, estabilidade e produção de metano no reator. Realizou-se também a estimativa da recuperação energética estimando a produção de um pequeno, médio e grande produtor de queijo. A condição V apresentou os melhores resultados, possibilitando a recuperação de 826,10 MWh por dia tratando o volume de soro gerado numa indústria de grande porte (1.000.000 kg.mês-1) enquanto a melhor condição global (VIII) apresentou recuperação de 548,40 MWh. / One of the alternatives to recover energy from waste treatment is by the anaerobic treatment of effluents using discontinuous reactor configuration, such as ASBR and AnSBBR, aiming to produce methane and hydrogen. This reactors configuration allows greater flexibility and stability in the operation, a better controlled process, as well as shorter start-up. The objective of this project was to evaluate the methane production from the anaerobic digestion of cheese whey under thermophilic conditions. Cheese whey is the largest by-product of the dairy industry, it is generated in a proportion of 90% of the milk volume, its organic matter concentration can vary between 2 and 80 g COD.L-1 depending on the process. The evaluation of the environmental suitability of this residue was also analyzed. The reactor was operated to determinate the influence of the applied organic load (stability limit), feeding strategy (filling time - batch or fed-batch), and the relationship between cycle time and affluent concentration (operational flexibility). The reactor was operated at 55 ºC, with cycle time of 8 hours and 100 rpm of agitation speed. The volume fed per cycle was 1.0 liter with 1.5 liters of residual volume. The reactor had an initial adaptation period of 29 days. After this period, the influence of the organic load by increasing the applied volumetric organic load, ranging from 6.20 to 30.34 gDQO.L-1.d-1, was studied. The condition with volumetric organic load of 19.20 gDQO.L-1.d-1 presented the best overall results, reaching organic matter removal efficiency in the form of COD of 85.8 ± 2.0% and 99.6 ± 0.2% for carbohydrates. The yield of methane generated by organic matter consumed was 13.07 mmolCH4.gDQO-1, within biogas production of 6506 ± 185 mL-CNTP.cycle-1, with a methane molar fraction equivalent to 73.68 ± 0,43%. This condition molar productivity of methane achieved 324.0 molCH4.m-3.d-1. It was noticed that the higher organic loads applied lead to loss of efficiency and instability of the reactor. The kinetic model of all conditions was correctly adjusted, indicating that the preferred methane production route was hydrogenotrophic throughout the study period, but the acetoclastic pathway was also observed in all conditions. Changing from batch feeding strategy (2% cycle) to fed batch (50% cycle) did not improved the efficiency, stability and methane production results in the reactor. The energy recovery was also estimated by estimating the production of a small, medium and large cheese producer. Condition V presented the best results, allowing the recovery of 826.10 MW per day by treating the volume of cheese whey generated in a large industry (1.000.000 kg.month-1), while the best overall condition (VIII) recovered 548.40 MW.

Este trabalho apresenta uma avaliação da produção de metano em um reator anaeróbio operado em batelada sequencial com biomassa imobilizada em suporte inerte (AnSBBR) pela codigestão de vinhaça de cana-de-açúcar e soro de queijo em condições mesofílicas. A avaliação é realizada com base na influência da variação dos aspectos operacionais de estratégia de alimentação (batelada ou batelada alimentada), interação entre tempo de ciclo (8, 6 ou 4 h) e concentração afluente (5000, 3750 ou 2500 mgDQO.L-1), carga orgânica volumétrica aplicada (5, 7,5, 10 ou 15 gDQO.L-1.d-1) e temperatura (25, 30 e 35ºC) sobre a estabilidade e desempenho do sistema. O AnSBBR com recirculação da fase líquida e volume reacional de 3,0 L foi operado por 186 dias, sendo o afluente para todos os ensaios composto por 75 % vinhaça e 25 % soro (massa/volume) e suplementado com bicarbonato de sódio. Nas condições operadas, o sistema demonstrou flexibilidade quanto à estratégia de alimentação, porém a redução do tempo de ciclo e da concentração afluente, para a mesma carga, resultou em menores produções de metano. Por outro lado, o aumento da carga orgânica, até o valor de 15 gDQO.L-1.d-1, favoreceu o processo, aumentando o rendimento de metano por DQO removida e a produtividade. A redução da temperatura de 30 para 25 ºC resultou na queda do desempenho, porém às temperaturas de 30 e 35 ºC foram obtidos resultados similares. O melhor desempenho foi alcançado a uma carga aplicada de 15,27 gDQO.L-1.d-1, tempo de ciclo de 8 horas, operação em batelada alimentada e temperatura de 30 ºC. Nessas condições, o sistema atingiu remoção de DQO solúvel de 88,8 %, produtividade de metano de 208,5 molCH4.m-3.d-1 (equivalente a 4672 CNTP-mLCH4.L-1.d-1), rendimento de metano por DQO removida de 15,76 mmolCH4.gDQO-1 e composição de metano de 72% no biogás. O ajuste do modelo cinético demonstrou preferência pela rota hidrogenotrófica na metanogênese em todos os ensaios. Na aproximação em escala plena para o cenário de usina de etanol de cana-de-açúcar com produção de etanol de 150.896 m3.ano-1 foi estimada uma geração de energia de 25.544 MWh.mês-1. / This paper presents an assessment of the methane production in an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (AnSBBR) by co-digestion of sugarcane vinasse and cheese whey at mesophilic conditions. The assessment is based on the influence of modifying the operational aspects of feed strategy (batch or fed-batch), interaction between cycle time (8, 6 or 4 h) and influent concentration (5000, 3750 or 2500 mgCOD.L-1), applied volumetric organic load (5, 7.5, 10 or 15 gCOD.L-1.d-1) and temperature (25, 30 and 35 ºC) over the system stability and performance. The AnSBBR with recirculation of the liquid phase and 3.0 L of liquid medium was operated for 186 days, with influent composition for all assays of 75 % vinasse and 25 % whey (mass/volume), also supplemented with sodium bicarbonate. At the operated conditions, the system showed flexibility with regards to the feed strategy, but the reduction of cycle time and influent concentration, for the same organic load, resulted in lower methane productions. On the other hand, increasing organic load, to the value of 15 gCOD.L-1.d-1, favored the process, increasing methane yield and productivity. Temperature reduction from 30 to 25 ºC resulted in performance loss, although at 30 and 35ºC it was achieved similar results. The best performance was achieved at an applied organic load of 15.27 gCOD.L-1.d-1, cycle time of 8 hours, fed batch operation and temperature of 30 ºC. The system achieved soluble COD removal efficiency of 88.8 %, methane productivity of 208.5 gCOD.L-1.d-1 (equal to 4672 STP-mLCH4.L-1.d-1), methane yield per removed organic matter of 15.76 mmolCH4.gCOD-1 and methane composition of 72% of the biogas. The kinetic model fit showed preference for the hydrogenotrophic route in the methanogenesis. At the full scale approximation considering a scenario with a sugarcane ethanol plant with ethanol production of 150,896 m3.year-1 it was estimated an energy production of 25,544 MWh.month-1.

Um reator anaeróbio com biomassa imobilizada operado em bateladas sequenciais com recirculação da fase liquida (AnSBBR) foi aplicado à produção de biohidrogênio. Foram tratados 1.9 L de meio por ciclo, analisando a influência da variação da carga orgânica volumétrica (COAV) através da variação da concentração do afluente sintético a base de sacarose. A concentração afluente variou entre 3600 e 5400 mgDQO/L e os tempos de ciclo de 4, 3 e 2 horas obtendo, dessa maneira, as cargas orgânicas volumétricas de 9, 12, 13,5, 18 e 27 gDQO/L. O sistema foi inoculado com lodo proveniente de um UASB aplicado ao tratamento de águas residuárias de abatedouro de aves. Foram utilizados diferentes indicadores de rendimento para averiguar a estabilidade e o efeito da carga orgânica aplicada ao sistema sobre a produção de biohidrogênio. Os indicadores utilizados tiveram como base a quantidade de mols de \'H IND.2\' produzidos por dia em relação à massa de sólidos voláteis no interior do reator e às cargas orgânicas aplica e removida, tanto em termos de matéria orgânica (DQO) quanto de carboidratos (sacarose) aplicados. Os resultados mostraram estabilidade do sistema na produção de biohidrogênio e consumo de substrato. Em todas condições experimentais, em termos de cargas orgânicas aplicada e removida obteve-se comportamento análogo com uma redução deste indicador em função do aumento da carga orgânica. O melhor rendimento obtido foi de 4,16 mol-\'H IND.2\'/kg-SAC.d para a carga orgânica de 9 gDQO/L.d (concentração afluente de 3600 mgDQO/L e tempo de ciclo de 4 h), sendo a composição de \'H IND.2\' no biogás de 36% (64% de \'CO IND.2\' e 0% de \'CH IND.4\'). Os compostos metabólitos presentes de modo mais significativo foram o etanol, ácido acético e ácido butírico. A morfologia da microbiologia no interior do reator não apresentou variações significativas entre as diferentes condições experimentais, sendo composta por bacilos, endósporos e filamentos. / A reactor with immobilized biomass anaerobic sequencing batch operated with recirculation of the liquid phase (AnSBBR) was applied to the production of biohydrogen. The influence of the applied volumetric organic load was studied by varying the concentration of influent 3600 e 5400 mgDQO/L and cycle times of 4, 3 and 2 hours getting this way, the volumetric organic loads of 9, 12, 13.5, 18 and 27 gDQO/L. The system was inoculated with sludge from a UASB applied to the treatment of wastewater from poultry slaughterhouse. Different performance indicators were used to ascertain the stability and the effect of the organic load applied to the system on the production of biohydrogen. The indicators used were based on the number of moles of \'H IND.2\' produced per day on the mass of volatile solids inside the reactor and the organic loads applied and removed, both in terms of organic matter (COD) and carbohydrate (sucrose) applied. The results showed system stability in the production of bio-hydrogen and substrate consumption. In all experimental conditions in terms of organic loads applied and removed analogous behavior was obtained a reduction of the indicator as a function of the increase in organic load. The best yield was 4.16 mol-\'H IND.2\'/kg-SAC.d for the organic load of 9 gDQO/L.d (influent concentration of 3600 mgDQO/L and time cycle of 4 h), and the composition of \'H IND.2\' in the biogas 36% (64% 0% \'CO IND.2\' and \'CH IND.4\'). The compounds metabolites present more significantly were ethanol, acetic acid and butyric acid. The morphology of microbiology within the reactor showed no significant variations between different experimental conditions, consisting of bacilli, and filaments endospores.

Este trabalho apresenta a avaliação da estabilidade e da eficiência de dois reatores anaeróbios operados em batelada seqüencial no tratamento de água residuária que simula o efluente de indústria de produtos de higiene pessoal, sendo um com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (AnSBBR) e recirculação da fase líquida, e outro com biomassa granular autoimobilizada (AnSBR) e agitação mecânica. O AnSBBR foi operado em batelada e em batelada alimentada, seguida de batelada, com tempo de ciclo (tc) de 8 h e carga orgânica volumétrica aplicada (COVA) de 0,9 e 1,5 gDQO/L.d, tratando 2,5 L de meio líquido por ciclo. Os valores de eficiência de remoção de matéria orgânica de amostras filtradas do efluente ficaram abaixo de 71% nas condições operadas em batelada, e acima de 74% nas condições operadas em batelada alimentada, seguida de batelada. Por outro lado, o AnSBR foi operado em batelada, com tc de 8, 12 e 24 h e COVA de 0,75, 0,50 e 0,25 gDQO/L.d, tratando 2,0 L de meio líquido por ciclo. O aumento de tc resultou em ganho de eficiência nas condições de mesma COVA, chegando a 77% para tc de 24 h, contra 69% para tc de 8 h. Porém, houve queda de eficiência nas condições em que a COVA foi reduzida em função do aumento de tc. / This study presents the evaluation of stability and efficiency of two anaerobic sequencing batch reactors for wastewater treatment simulating the effluent from industry of personal care products, one containing immobilized biomass on polyurethane foam (AnSBBR) and external circulation of the liquid phase, and the other with self-immobilized granulated biomass (AnSBR) and mechanical agitation. The AnSBBR was operated in batch and fed batch/batch modes, with cycle time (tc) of 8 h and applied organic loading rates (COVA) of 0.9 and 1.5 gDQO/L.d, treating 2.5 L of liquid medium per cycle. The values of organic matter removal efficiency for filtered samples of effluent were below 71% in batch operations, and over 74% in fed-batch/batch operations. On the other hand, the AnSBR was operated in batch, with tc of 8, 12 and 24 h and COVA of 0.75, 0.50 and 0.25 gDQO/L.d, treating 2.0 L of liquid medium per cycle. The increase of tc resulted in higher values of efficiency for conditions with the same COVA, reaching 77% for a 24-h cycle against 69% for an 8-h cycle. However, there was an efficiency drop at the conditions in which COVA was reduced due to an increase of tc.

Este trabalho apresenta a avaliação da estabilidade e da eficiência de dois reatores anaeróbios operados em batelada seqüencial no tratamento de água residuária que simula o efluente de indústria de produtos de higiene pessoal, sendo um com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (AnSBBR) e recirculação da fase líquida, e outro com biomassa granular autoimobilizada (AnSBR) e agitação mecânica. O AnSBBR foi operado em batelada e em batelada alimentada, seguida de batelada, com tempo de ciclo (tc) de 8 h e carga orgânica volumétrica aplicada (COVA) de 0,9 e 1,5 gDQO/L.d, tratando 2,5 L de meio líquido por ciclo. Os valores de eficiência de remoção de matéria orgânica de amostras filtradas do efluente ficaram abaixo de 71% nas condições operadas em batelada, e acima de 74% nas condições operadas em batelada alimentada, seguida de batelada. Por outro lado, o AnSBR foi operado em batelada, com tc de 8, 12 e 24 h e COVA de 0,75, 0,50 e 0,25 gDQO/L.d, tratando 2,0 L de meio líquido por ciclo. O aumento de tc resultou em ganho de eficiência nas condições de mesma COVA, chegando a 77% para tc de 24 h, contra 69% para tc de 8 h. Porém, houve queda de eficiência nas condições em que a COVA foi reduzida em função do aumento de tc. / This study presents the evaluation of stability and efficiency of two anaerobic sequencing batch reactors for wastewater treatment simulating the effluent from industry of personal care products, one containing immobilized biomass on polyurethane foam (AnSBBR) and external circulation of the liquid phase, and the other with self-immobilized granulated biomass (AnSBR) and mechanical agitation. The AnSBBR was operated in batch and fed batch/batch modes, with cycle time (tc) of 8 h and applied organic loading rates (COVA) of 0.9 and 1.5 gDQO/L.d, treating 2.5 L of liquid medium per cycle. The values of organic matter removal efficiency for filtered samples of effluent were below 71% in batch operations, and over 74% in fed-batch/batch operations. On the other hand, the AnSBR was operated in batch, with tc of 8, 12 and 24 h and COVA of 0.75, 0.50 and 0.25 gDQO/L.d, treating 2.0 L of liquid medium per cycle. The increase of tc resulted in higher values of efficiency for conditions with the same COVA, reaching 77% for a 24-h cycle against 69% for an 8-h cycle. However, there was an efficiency drop at the conditions in which COVA was reduced due to an increase of tc.

Um reator anaeróbio com biomassa imobilizada operado em bateladas sequenciais com recirculação da fase liquida (AnSBBR) foi aplicado à produção de biohidrogênio. Foram tratados 1.9 L de meio por ciclo, analisando a influência da variação da carga orgânica volumétrica (COAV) através da variação da concentração do afluente sintético a base de sacarose. A concentração afluente variou entre 3600 e 5400 mgDQO/L e os tempos de ciclo de 4, 3 e 2 horas obtendo, dessa maneira, as cargas orgânicas volumétricas de 9, 12, 13,5, 18 e 27 gDQO/L. O sistema foi inoculado com lodo proveniente de um UASB aplicado ao tratamento de águas residuárias de abatedouro de aves. Foram utilizados diferentes indicadores de rendimento para averiguar a estabilidade e o efeito da carga orgânica aplicada ao sistema sobre a produção de biohidrogênio. Os indicadores utilizados tiveram como base a quantidade de mols de \'H IND.2\' produzidos por dia em relação à massa de sólidos voláteis no interior do reator e às cargas orgânicas aplica e removida, tanto em termos de matéria orgânica (DQO) quanto de carboidratos (sacarose) aplicados. Os resultados mostraram estabilidade do sistema na produção de biohidrogênio e consumo de substrato. Em todas condições experimentais, em termos de cargas orgânicas aplicada e removida obteve-se comportamento análogo com uma redução deste indicador em função do aumento da carga orgânica. O melhor rendimento obtido foi de 4,16 mol-\'H IND.2\'/kg-SAC.d para a carga orgânica de 9 gDQO/L.d (concentração afluente de 3600 mgDQO/L e tempo de ciclo de 4 h), sendo a composição de \'H IND.2\' no biogás de 36% (64% de \'CO IND.2\' e 0% de \'CH IND.4\'). Os compostos metabólitos presentes de modo mais significativo foram o etanol, ácido acético e ácido butírico. A morfologia da microbiologia no interior do reator não apresentou variações significativas entre as diferentes condições experimentais, sendo composta por bacilos, endósporos e filamentos. / A reactor with immobilized biomass anaerobic sequencing batch operated with recirculation of the liquid phase (AnSBBR) was applied to the production of biohydrogen. The influence of the applied volumetric organic load was studied by varying the concentration of influent 3600 e 5400 mgDQO/L and cycle times of 4, 3 and 2 hours getting this way, the volumetric organic loads of 9, 12, 13.5, 18 and 27 gDQO/L. The system was inoculated with sludge from a UASB applied to the treatment of wastewater from poultry slaughterhouse. Different performance indicators were used to ascertain the stability and the effect of the organic load applied to the system on the production of biohydrogen. The indicators used were based on the number of moles of \'H IND.2\' produced per day on the mass of volatile solids inside the reactor and the organic loads applied and removed, both in terms of organic matter (COD) and carbohydrate (sucrose) applied. The results showed system stability in the production of bio-hydrogen and substrate consumption. In all experimental conditions in terms of organic loads applied and removed analogous behavior was obtained a reduction of the indicator as a function of the increase in organic load. The best yield was 4.16 mol-\'H IND.2\'/kg-SAC.d for the organic load of 9 gDQO/L.d (influent concentration of 3600 mgDQO/L and time cycle of 4 h), and the composition of \'H IND.2\' in the biogas 36% (64% 0% \'CO IND.2\' and \'CH IND.4\'). The compounds metabolites present more significantly were ethanol, acetic acid and butyric acid. The morphology of microbiology within the reactor showed no significant variations between different experimental conditions, consisting of bacilli, and filaments endospores.

Esse trabalho avaliou a aplicação do reator anaeróbio operado em batelada e batelada alimentada sequenciais com agitação mecânica e biomassa imobilizada (AnSBBR) à produção de biometano pelo tratamento de vinhaça. As variáveis de interesse foram a carga orgânica volumétrica aplicada, a estratégia de alimentação e a temperatura. O volume de meio líquido do reator foi de 3 L e o volume tratado de 1 L por ciclo, com residual de 2 L. O tempo de ciclo foi de 8 h, com tempos de enchimento de 10 min para batelada e 240 min para batelada alimentada. Após a Condição Preliminar, realizaram-se as Condições 01 a 08 em batelada (30°C), a Condição 09 em batelada alimentada (30°C) e a Condição 10 em batelada (45°C). Para o aumento da carga orgânica de 1,0 até 10,0 gDQO.L-1.d-1 houve aumento na produtividade de metano, sendo o máximo valor molar atingido de 123,4 molCH4.m-3.d-1 e volumétrico de 2767 mL-CNTPCH4.L-1.d-1. Quanto ao rendimento entre metano produzido e matéria orgânica consumida, o valor máximo foi de 13,8 mmolCH4.gDQO-1 (88% do teórico), com carga orgânica de 7,50 gDQO.L-1.d-1. Para batelada alimentada, o rendimento e a produtividade foram menores (PrM = 102,5 molCH4.m-3.d-1, PrV = 2296,9 mL-CNTPCH4.L-1.d-1 e YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gDQO-1, 76% do rendimento teórico), como também a 45°C (PrM = 35 molCH4.m-3.d-1 e YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gDQO-1). Os parâmetros do modelo cinético de primeira ordem, de modo geral, apresentaram tendência de aumento com a carga e, para batelada alimentada, os valores foram próximos à batelada. A distribuição de ácidos voláteis nas condições em batelada e batelada alimentada foi principalmente entre ácidos acético, propiônico e butírico e a 45°C predominou o ácido propiônico. A vinhaça mostrou potencial de aproveitamento energético até a carga de 10,0 gDQO.L-1.d-1 e concentração de 10000 mgDQO.L-1, valor próximo de um terço da concentração in natura. / This study assessed the feasibility of an anaerobic sequencing batch and fed-batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation treating vinasse for biomethane production. Applied volumetric organic load, feed strategy and temperature were the variables of interest. The liquid medium in the reactor was 3 L, and the treated volume was 1 L per cicle, with a residual of 2 L. Time cycle length was 8 h, with feeding time of 10 min for batch and 240 min for fed-batch. After the Preliminary Condition, Conditions 01 to 08 in batch (30°C), Condition 09 in fed-batch (30°C) and Condition 10 in batch (45°C) were carried. For the increase of organic load from 1,0 to 10,0 gCOD.L-1.d-1 a rise in methane productivity was observed. Maximum reached molar productivity was 123,4 molCH4.m-3.d-1, being 2767 mL-STPCH4.L-1.d-1 in volume. In regard to the yield of produced methane by consumed organic matter, the maximum was 13,8 mmolCH4.gCOD-1 (88% of the theoretical value), with applied volumetric organic load of 7,50 gCOD.L-1.d-1. Methane yield and productivity were lower in fed-batch than in batch operation (MPr = 102,5 molCH4.m-3.d-1, VPr = 2296,9 mL-STPCH4.L-1.d-1 and YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gCOD-1, 76% of the theoretical), as well as for 45°C (MPr = 35 molCH4.m-3.d-1 and YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gCOD-1). In general, parameters of the kinetic first-order model presented a tendency of increase with organic load and, for the fed-batch operation, values were similar to batch. The volatile acids distribution in batch and fed-batch conditions were mainly of acetic, propionic and butiric acids and for the temperature of 45°C propionic acid prevail. Vinasse showed to have an energy profit potential for applied organic loads until 10,0 gDQO.L-1.d-1 and concentration until 10000 mgCOD.L-1, which is approximately one third of the in natura concentration.

A presente pesquisa teve como proposta avaliar o reator anaeróbio, operado de forma descontínua ou descontínua alimentada, contendo biomassa imobilizada em suporte inerte e com recirculação da fase líquida (AnSBBR) aplicado à produção de biohidrogênio a partir da codigestão de glicerina (efluente da produção de biodiesel) e soro de leite (efluente da produção de laticínios). A estabilidade, os índices de desempenho (referentes à produtividade e rendimento molar do hidrogênio) e o fator de conversão (entre biogás produzido e matéria orgânica consumida) foram analisados em função da composição afluente (porcentagem de cada substrato alimentado ao sistema), da variação da carga orgânica, do tempo de enchimento e da temperatura (20, 25, 30 e 35ºC). Os ensaios foram realizados em diferentes proporções dos substratos utilizando-se variadas cargas orgânicas volumétricas (10,3; 17,1 e 24,0 gDQO.L-1.d-1), as quais foram modificadas em função: (i) da concentração afluente (3, 5 e 7 gDQO.L-1) e (ii) do tempo de ciclo (4, 3 e 2 h, ou seja, 6, 8 e 12 ciclos diários). Também foram realizados ensaios para a produção de biometano a partir da codigestão proposta nesta pesquisa (com COAV de 7,6 gDQO.L-1.d-1) em diferentes proporções de mistura. Para a produção de biometano, a condição com 75% de soro e 25% de glicerina (base DQO) obteve os melhores resultados: produtividade molar de 101,8 molCH4.m-3.d-1 e rendimento por carga aplicada de 13,3 molCH4.kgDQO-1; o que representa um aumento de produtividade de cerca de 9% e 30% quando comparado com a digestão anaeróbia de soro e glicerina puros, respectivamente. A produção de metano no melhor ensaio aconteceu predominantemente pela rota hidrogenotrófica. Para a produção de biohidrogênio, a maior produtividade e rendimento do reator foram obtidas no ensaio operado com razão de mistura de 75% soro e 25% glicerina, com 7 gDQO.L-1 de concentração afluente, tempo de ciclo de 3 h e tempo de enchimento de 1,5 h (modo batelada alimentada - COAV de 23,9 kgDQO.m-3.d-1), a 30°C: foi obtida uma produtividade molar de 129,0 molH2.m-3.d-1 e rendimento de 5,4 molH2.kgDQO-1. Esses resultados representam um aumento de produtividade de 145% em relação a mono-digestão do soro na condição inicial, o que indica o benefício significativo da adição de glicerina ao afluente, provavelmente devido à sua capacidade tamponante, e a otimização das condições operacionais. A adição de glicerina e o aumento da COAV balancearam as rotas de produção de hidrogênio, sendo produzido de forma mais equilibrada pelas vias do ácido acético, butírico e valérico. A caracterização do consórcio microbiano desse ensaio indicou que a comunidade microbiana presente no AnSBBR foi dominada por Ethanoligenens e Megasphaera. / The current research evaluated an anaerobic reactor, operated in batch or fed-batch mode, containing immobilized biomass in inert support and with recirculation of the liquid phase (AnSBBR), applied to the production of biohydrogen co-digesting glycerin (effluent from biodiesel production process) and whey (effluent from dairy industry). Stability, performance (regarding productivity and molar hydrogen yield) and conversion factor (between biogas produced and organic matter consumed) were analyzed according to the percentage of each substrate fed to the system, organic loading rate, filling time and temperature (20, 25, 30 and 35ºC). Assays were carried out using different substrates proportions and organic loading rates (10.3; 17.1 and 24.0 gCOD.L-1.d-1), which have been modified in function of: (i) influent concentration (3, 5 and 7 gCOD.L-1) and (ii) cycle length (4, 3 and 2 h, i.e. 6, 8 and 12 cycles daily). Assays were also carried out aiming for biomethane production using the proposed co-digestion (with AVOL of 7.6 gDQO.L-1.d-1) with different proportions of substrate mixture. For biomethane production, the assay conducted with 75% whey and 25% glycerin (COD basis) obtained the best results: molar productivity of 101.8 molCH4.m-3.d-1 and yield per applied load of 13.3 molCH4. kgCOD-1; which is an increase in productivity of about 9% and 30% when compared with the anaerobic mono-digestion of whey and glycerin, respectively. Methane production in this assay came mainly from the hydrogenotrophic route. For biohydrogen production, the highest productivity and yield were achieved in the assay operated with 75% whey and 25% glycerin, with 7 gCOD.L-1 of influent concentration, 3 h of cycle time and filling time of 1.5 h (fed batch mode - AVOL of 23.9 kgCOD.m-3.d-1), at 30°C: a molar productivity of 129.0 molH2.m-3.d-1 and yield of 5.4 molH2.kgCOD-1 were obtained. These results represent a productivity increase of 145% in relation to whey mono-digestion at its initial condition, which indicates the significant benefit of glycerin addition to the influent, probably due to its buffering capacity, and improvement of operational conditions. The addition of glycerin and the increase in AVOL balanced the hydrogen production routes, since hydrogen was produced similarly by the acetic, butyric and valeric acid routes. The characterization of the microbial consortium of this assay indicated that the microbial community present in the AnSBBR was dominated by Ethanoligenens and Megasphaera.

Este estudo investigou a aplicação de um AnSBBR operado de forma descontínua e/ou descontínua alimentada com agitação mecânica, no processo de produção de hidrogênio a partir da codigestão de vinhaça e melaço. O desempenho do processo foi avaliado em função da eficiência de remoção da matéria orgânica, da estabilidade, e dos índices de desempenho referentes à produtividade e ao rendimento molar do hidrogênio e à composição do biogás gerado. Foram avaliadas a influência dos seguintes parâmetros: composição (codigestão com sacarose ou melaço) e concentração afluente, tempo de ciclo, suplementação de micronutrientes (completa/parcial/ausência), tipo de alimentação (batelada/batelada alimentada) e a necessidade do tratamento do inóculo. O sistema estudado se mostrou estável e a codigestão da vinhaça e melaço viável para produção de hidrogênio. Os melhores resultados foram obtidos na condição em que o reator foi operado em batelada (tempo de alimentação 5% do tempo de ciclo), afluente com concentração 6000 mgDQO.L-1 e composição 67% vinhaça e 33% melaço, tempo de ciclo de 3 horas, ausência da suplementação de micronutrientes e foi realizado tratamento térmico do inóculo. Nesta condição a produtividade molar foi de 13,5 mol H2.m-3.d-1 e metano não foi produzido. As demais condições mostraram que o aumento da porcentagem de vinhaça no afluente e a operação em batelada alimentada prejudicaram a produção de hidrogênio. O aumento da concentração da matéria orgânica do afluente, a diminuição do tempo de ciclo, a ausência da suplementação de micronutrientes e a realização do tratamento térmico do inóculo favoreceram a produtividade e rendimento molares de hidrogênio. / A mechanically stirred anaerobic batch and/or fed-batch reactor, containing biomass immobilized on inert support (AnSBBR) was investigated as to its ability to produce hydrogen from the co-digestion of vinasse and molasses. Process performance was assessed in terms of organic matter removal efficiency, stability, and of performance indicators related to hydrogen productivity and molar yield and to composition of the generated biogas. The effects of the following parameters have been assessed: influent composition and concentration (co-digestion with sucrose or molasses), cycle length, micronutrient supplementation (complete/partial/absence), feeding strategy (batch or fed-batch) and need for pre-treatment of the inoculum. The system showed to be stable and the co-digestion of vinasse and molasses showed to be feasible. The best results were obtained at the following conditions: 3-h cycle sequencing batch (feed time equaled 5% of cycle length), influent concentration of 6000 mgCOD.L-1 containing 67% vinasse and 33% molasses, preheating of the inoculum, and with no micronutrient supplementation. At this condition, the molar yield was 13.5 mol H2.m-3.d-1, and no methane was produced. The remaining conditions showed that increase in vinasse content in the influent and fed-batch operation were detrimental to system performance. The increase in organic matter concentration, reduction in cycle length, no micronutrient supplementation and inoculum preheating favored productivity and molar hydrogen yield.