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.

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.

Este estudo investigou a aplicação de um reator anaeróbio operado em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada (AnSBBR) com agitação na produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética a base de sacarose, sendo o desempenho do biorreator avaliado de acordo com a influência conjunta do tempo de alimentação, do tempo de ciclo, da concentração afluente e da carga orgânica volumétrica aplicada (COVAS). O biorreator, com capacidade útil de 5,6 L, foi dividido em 3 partes: volume de meio tratado por ciclo de 1,5 L, volume residual de meio de 2,0 L e volume de suporte inerte com biomassa de 2,1 L. Foram aplicadas 6 condições experimentais de COVAS de 9,0 a 27,0 gDQO.L-1.d-1, combinado diferentes concentrações afluentes (3500 e 5400 mgDQO.L-1), tempos de ciclo (4, 3 e 2h), sendo tempo de enchimento do reator (tC) correspondente a 50% ao tempo de ciclo. Os resultados mostraram que o aumento COVAS contribuiu para a queda no consumo de sacarose de 99% para 86% e para o aumento do rendimento molar por carga removida (RMCRC,n) de 1,02 molH2.molSAC-1 na COVAS de 9,0 gDQO.L-1.d-1 até atingir o valor máximo de 1,48 molH2.molSAC-1 na COVAS de 18,0 gDQO.L-1.d-1 com queda a partir desse ponto. O aumento da COVAS resultou no aumento da produtividade molar volumétrica (PrM) de 24,5 para 81,2 molH2.m-3.d-1. A maior produtividade molar específica (PrME) obtida foi de 8,71 molH2.kgSVT-1.d-1 para a COVAS de 18,0 gDQO.L-1.d-1. A diminuição do tempo de ciclo resultou na diminuição do consumo de sacarose e no aumento da PrM. Foi verificado também que a diminuição do tC de 4h para 3h contribuiu para o aumento da PrME. O aumento da concentração afluente resultou na diminuição do consumo de sacarose apenas na faixa de 2h, no aumento do RMCRC,n e da PrM em todas as faixas de tC, e no aumento da PrME nas faixas de 4h e 3h. A estratégia de alimentação mostrou ser um parâmetro operacional de grande importância, sendo o aumento do tempo de enchimento responsável pelo aumento do consumo de sacarose, da PrM, da PrME e do RMCRC,n para todas as COAVS investigadas. Em todas as condições, houve o predomínio do ácido acético seguido pelo etanol, ácido butírico e propiônico. / This study investigated the feasibility of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation on biohydrogen production treating synthetic wastewater from sucrose, the performance of the bioreactor was evaluated according the combined influence of fill time, cycle period, influent concentration and applied organic loading rate (COAVS) . The bioreactor, with working volume of 5,6L, was divided in 3 parts: 1,5L of fed volume per cycle, 2,0L of residual medium and 2,1L of inert support and biomass. The reactor was operated under six operating conditions with different COAVS ranging from 9,0 to 27,0 gCOD.L-1.d-1, obtained by the combination of different influent concentrations (3500 e 5400 mgCOD.L-1), cycle periods (4, 3 e 2h) and fill time corresponding to 50% of cycle period. The results showed that increasing COAVS resulted in lesser sucrose removal from 99% to 86% and improved yield per removed loading rate (RMCRC,n) of 1,02 molH2.molSUC-1 in COAVS of 9,0 gCOD.L-1.d-1 to maximum value of 1,48 molH2.molSUC-1 in COAVS of 18,0 gCOD.L-1.d-1 decreasing after that. Increasing COAVS improved molar productivity (PrM) from 24,5 to 81,2 molH2.m-3.d-1. The higher specific molar productivity (PrME) obtained was 8,71 molH2.kgTVS-1.d-1 in COAVS of 18,0 gCOD.L-1.d-1. Decreasing cycle period resulted in less sucrose consumption and increased PrM. It was observed that decreasing cycle period of 4h to 3h improved PrME. Increasing influent concentration resulted in less sucrose degradation only on range of 2h, in an increase of RMCRC,n and in an increase of PrM in all ranges of tC, and increased PrME on ranges of 4h and 3h. In all operational conditions, the main intermediate metabolic was acetic acid followed by ethanol, butyric and propionic acids. The feeding strategy had a great effective on hydrogen production, longer fill times resulted in better sucrose removal, PrM, PrME and RMCRC,n for all COAVS investigated.

Este estudo investigou a aplicação de um reator anaeróbio operado em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada (AnSBBR) com agitação na produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética a base de sacarose, sendo o desempenho do biorreator avaliado de acordo com a influência conjunta do tempo de alimentação, do tempo de ciclo, da concentração afluente e da carga orgânica volumétrica aplicada (COVAS). O biorreator, com capacidade útil de 5,6 L, foi dividido em 3 partes: volume de meio tratado por ciclo de 1,5 L, volume residual de meio de 2,0 L e volume de suporte inerte com biomassa de 2,1 L. Foram aplicadas 6 condições experimentais de COVAS de 9,0 a 27,0 gDQO.L-1.d-1, combinado diferentes concentrações afluentes (3500 e 5400 mgDQO.L-1), tempos de ciclo (4, 3 e 2h), sendo tempo de enchimento do reator (tC) correspondente a 50% ao tempo de ciclo. Os resultados mostraram que o aumento COVAS contribuiu para a queda no consumo de sacarose de 99% para 86% e para o aumento do rendimento molar por carga removida (RMCRC,n) de 1,02 molH2.molSAC-1 na COVAS de 9,0 gDQO.L-1.d-1 até atingir o valor máximo de 1,48 molH2.molSAC-1 na COVAS de 18,0 gDQO.L-1.d-1 com queda a partir desse ponto. O aumento da COVAS resultou no aumento da produtividade molar volumétrica (PrM) de 24,5 para 81,2 molH2.m-3.d-1. A maior produtividade molar específica (PrME) obtida foi de 8,71 molH2.kgSVT-1.d-1 para a COVAS de 18,0 gDQO.L-1.d-1. A diminuição do tempo de ciclo resultou na diminuição do consumo de sacarose e no aumento da PrM. Foi verificado também que a diminuição do tC de 4h para 3h contribuiu para o aumento da PrME. O aumento da concentração afluente resultou na diminuição do consumo de sacarose apenas na faixa de 2h, no aumento do RMCRC,n e da PrM em todas as faixas de tC, e no aumento da PrME nas faixas de 4h e 3h. A estratégia de alimentação mostrou ser um parâmetro operacional de grande importância, sendo o aumento do tempo de enchimento responsável pelo aumento do consumo de sacarose, da PrM, da PrME e do RMCRC,n para todas as COAVS investigadas. Em todas as condições, houve o predomínio do ácido acético seguido pelo etanol, ácido butírico e propiônico. / This study investigated the feasibility of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation on biohydrogen production treating synthetic wastewater from sucrose, the performance of the bioreactor was evaluated according the combined influence of fill time, cycle period, influent concentration and applied organic loading rate (COAVS) . The bioreactor, with working volume of 5,6L, was divided in 3 parts: 1,5L of fed volume per cycle, 2,0L of residual medium and 2,1L of inert support and biomass. The reactor was operated under six operating conditions with different COAVS ranging from 9,0 to 27,0 gCOD.L-1.d-1, obtained by the combination of different influent concentrations (3500 e 5400 mgCOD.L-1), cycle periods (4, 3 e 2h) and fill time corresponding to 50% of cycle period. The results showed that increasing COAVS resulted in lesser sucrose removal from 99% to 86% and improved yield per removed loading rate (RMCRC,n) of 1,02 molH2.molSUC-1 in COAVS of 9,0 gCOD.L-1.d-1 to maximum value of 1,48 molH2.molSUC-1 in COAVS of 18,0 gCOD.L-1.d-1 decreasing after that. Increasing COAVS improved molar productivity (PrM) from 24,5 to 81,2 molH2.m-3.d-1. The higher specific molar productivity (PrME) obtained was 8,71 molH2.kgTVS-1.d-1 in COAVS of 18,0 gCOD.L-1.d-1. Decreasing cycle period resulted in less sucrose consumption and increased PrM. It was observed that decreasing cycle period of 4h to 3h improved PrME. Increasing influent concentration resulted in less sucrose degradation only on range of 2h, in an increase of RMCRC,n and in an increase of PrM in all ranges of tC, and increased PrME on ranges of 4h and 3h. In all operational conditions, the main intermediate metabolic was acetic acid followed by ethanol, butyric and propionic acids. The feeding strategy had a great effective on hydrogen production, longer fill times resulted in better sucrose removal, PrM, PrME and RMCRC,n for all COAVS investigated.