O presente estudo avaliou o efeito do TDH (tempo de detenção hidráulica) (24 a 1 h) na produção de H2 em reator anaeróbio de leito granular expandido (Expanded Granular Slugde Bed) (ESGB) sob condições mesofílicas (30 ± 2 °C), com cultura mista e a partir do caldo de cana nas concentrações: 5, 10 e 15 g L-1, nos reatores EGSB5, EGSB10 e EGSB15, respectivamente. Foram atingidos valores máximos de produção volumétrica de H2 (PVH) ao decrescer o TDH para: 1 h no EGSB5 (6,96 L d-1 L-1); 1 h no EGSB10 (19,14 L d-1 L-1); e 2 h no EGSB15 (52,40 L d-1 L-1). Os resultados corroboram a afirmação de que reatores de alta taxa como o EGSB suportam aplicação de cargas mais elevadas, visto que o rendimento de H2 (Hydrogen Yield) (HY) máximo (0,73 mol H2 mol-1 hexose) foi observado no EGSB15 para a taxa de carregamento orgânico (TCO) igual a 182,9 kgcarboidrato m-3 d-1. Os HY visualizados no presente estudo foram inferiores aos observados nos estudos em que utilizaram culturas puras, isto pode ocorrer devido ao fato de que o tratamento térmico não é capaz de selecionar apenas culturas produtoras de H2. Foram identificados os possíveis consumos de H2 em consequência à homoacetogênese, com percentuais máximos de ácido acético (HAc) de 59,0 %, 50,0 % e 25,0 % em relação aos demais metabólitos produzidos nos EGSB5, EGSB10 e EGSB15, respectivamente. Devido à provável ocorrência de homoacetogênese o H2 detectado não pode ser inteiramente atribuído a presença de HAc, atribui-se então a produção de H2 à rota de produção de ácido butírico (HBu). Coincidentemente com o HY máximo, as concentrações e percentuais de HBu foram de 1,95 g L-1 e 44,0 % para o EGSB10 no TDH de 4 h, e de 4,07 g L-1 e 43,0 % para o EGSB15 no TDH de 2 h. De modo geral, a redução do TDH de 24 a 1 h melhorou a produtividade de H2. Observou-se devido à elevada PVH, que o caldo de cana pode ser uma alternativa viável para a produção de H2 em larga escala. / The present study evaluated HRT (hydrualic retention time) (24 to 1 h) effect on H2 production in anaerobic expanded granular sludge bed reactor (ESGB) under mesophilic conditions (30 ± 2°C), with mixed culture and sugarcane juice concentration of 5, 10 and 15 g L-1 in EGSB5, EGSB10 and EGSB15, respectively. Maximum hydrogen production rates (HPR) were visualized by decreasing TDH to: 1 h in EGSB5 (6.96 L d-1 L-1); 1 h at EGSB10 (19.14 L d-1 L-1); and 2 h in EGSB15 (52.40 L d-1 L-1). Results attest that high rate reactors such as EGSB support higher loads application, since maximum hydrogen yield (HY) was observed in EGSB15 for the highest organic loading rate (OLR) applied (0.73 mol H2 mol-1 hexose in OLR 182.9 kgcarboidrato m-3 d-1). HY visualized in present study were lower than those observed in studies using pure cultures, this may occur due to heat treatment is not able to select only H2 producing cultures. Possible H2 intakes were observed as a consequence of homoacetogenesis, with maximum acetic acid (HAc) 59.0%, 50.0% and 25.0% for EGSB5, EGSB10 and EGSB15, respectively. Due to probable occurrence of homoacetogenesis the H2 production can\'t be entirely attributed to HAc, then H2 production is attributed to butyric acid (HBu) route. Coincidentally with maximum HY, the HBu concentrations and percentages were 1.95 g L-1 and 44.0% for the EGSB10 in TDH 4 h, 4.07 g L-1 and 43.0% for EGSB15 in TDH 2 h. Overall, the TDH reduction from 24 to 1 h improved H2 productivity. Due to high HPR observed the sugarcane juice can be a feasible alternative for H2 production on large scale.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6370_1.pdf: 1998130 bytes, checksum: f558390d5c648c3f6fb0146dfeeef5d9 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Nas atividades agroindustriais, a geração de resíduos mostra-se bastante expressiva, entre as quais se destacam os matadouros. Em Pernambuco, essas atividades contribuem de maneira significativa para a crescente poluição dos corpos receptores, uma vez que tecnologias de tratamento de seus despejos, mesmo existentes, são pouco empregadas. O presente trabalho avalia os principais aspectos dos matadouros de bovinos da Região Metropolitana do Recife, e estuda a tratabilidade das águas residuárias geradas no matadouro municipal de Jaboatão dos Guararapes, através de caracterizações físico-químicas e da utilização da tecnologia anaeróbia, empregando um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), instalado em uma estação piloto montada no próprio matadouro, e monitorado durante 460 dias. O monitoramento foi efetuado em 5 fases distintas, onde foram observadas as eficiências de tratamento do reator em estudo, em função dos efeitos de diferentes valores de velocidade ascensional, variando o tempo de detenção hidráulica (TDH) e recirculação do efluente. Nas fases propostas, foram obtidas eficiências de remoção média de DQO bruta na ordem de 76%, para uma velocidade média ascensional entre 0,08 e 0,50 m/h, com um TDH de 25 horas e carga orgânica volumétrica (COV) de 3,64 kg DQO/m3.d; 63% para uma velocidade ascensional entre 0,50 e 1,00 m/h, TDH de 22 horas e COV de 4,26 kg DQO/m3.d; 52% para uma velocidade ascensional entre 0,50 e 1,00 m/h, TDH de 12 horas e COV de 4,74 kg DQO/m3.d. Durante a última fase com a redução do TDH para 6 horas, o reator atingiu a menor média de eficiência com o valor de 33%, para uma velocidade ascensional variando entre 0,50 e 1,00 m/h e COV de 7,45 kg DQO/m3.d. Durante esta última fase foi realizado um estudo de pós-tratamento, utilizando um reator de leito de lodo granular expandido (EGSB), onde foi verificado um ganho na eficiência de remoção de DQO bruta do sistema global (UASB + EGSB), da ordem de 20%, considerando que nesta fase, foram aplicados valores de carga orgânica volumétrica de até 31,3 kg DQO/m3.d

A produção de hidrogênio e intermediários químicos por processo fermentativo é uma linha de pesquisa atual e que pode representar uma alternativa ao setor sucroenergético de melhoria na eficiência produtiva e energética dos processos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tempo de detenção hidráulica (TDH) na produção de hidrogênio e metabólitos solúveis a partir de três reatores anaeróbios de leito granular expandido (EGSB) mesofílicos (30°C) independentes (EGSB-10, EGSB-20 e EGSB-30), operando em diferentes concentrações afluentes (10, 20 e 30 g DQO L-1, respectivamente) e submetidos a tempos de detenção hidráulica de 24, 16, 8, 4, 2 e 1 h. No EGSB-10 o processo fermentativo não foi direcionado à produção de hidrogênio, sendo gerados, no entanto, compostos de interesse comercial (ácidos acético e propiônico) como metabólitos principais. O HAc produzido pela via homoacetogênica foi quantificado entre 29 e 41,3% do HAc total produzido no reator, justificando a ausência de hidrogênio nesse reator. No EGSB-20 a produção de hidrogênio ocorreu somente no TDH de 1 h (480 kg DQO m-3 d-1), sendo a PVH igual a 4,36 ± 1,68 L d-1 L-1 e o HY 0,34 ± 0,05 mmol H2 g-1 DQO. Já o EGSB-30 apresentou produção de hidrogênio nos TDH de 2 e 1 h, sendo a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) máxima obtida no TDH de 1 h (8,77 ± 1,46 L d-1 L-1) e o maior rendimento de hidrogênio (HY) obtido no TDH de 2 h (0,33 ± 0,08 mmol H2 g-1 DQO). Em ambos os reatores (EGSB-20 e EGSB-30) a produção de hidrogênio foi favorecida pela elevação nas concentrações dos ácidos butírico e lático. A geração de ácido lático foi sugerida como fonte alternativa de carbono nesses reatores em condição de menor disponibilidade de carboidrato aos microrganismos, sendo, no entanto, uma via de baixo rendimento, o que justifica os valores reduzidos de HY. Os resultados obtidos evidenciaram a possibilidade de produção de hidrogênio e metabólitos solúveis por processo fermentativo a partir da vinhaça de cana-de-açúcar em reatores EGSB. / Hydrogen and chemical intermediates production by fermentative process is a current research line and may present an alternative to the sugarcane industry to improve the productivity and energy efficiency of the process. Moreover, this study aimed to evaluate the effect of hydraulic retention time (HRT) over the production of soluble metabolites in three independent mesophilic (30°C) expanded granular sludge bed (EGSB) reactors named EGSB-10, EGSB-20 and EGSB-30. These EGSB reactors were operated at different feed concentrations (10, 20 and 30 g DQO L-1) and hydraulic retention times of 24, 16, 8, 4, 2 e 1 h. In EGSB-10 the fermentation process was not directed towards hydrogen production. However, compounds of commercial interest (acetic and propionic acids) were produced as main metabolites. The acetic acid produced by the homoacetogenic pathway was quantified around 29 and 41.3% of total acetic acid, corroborating with the absence of hydrogen in this reactor. In EGSB-20 hydrogen production occurred only in HRT of 1 h. The hydrogen production rate (HPR) in this reactor was 4.36 ± 1.68 L d-1 L-1 and hydrogen yield (HY) was 0.34 ±0.05 mmol H2 g-1 COD. EGSB-30 presented hydrogen production in HRT of 2 and 1 h, with maximum HPR obtained in the HRT of 1 h (8.77 ± 1.46 L d-1 L-1). The highest HY was achieved in HRT of 2 h (0.33 ± 0.08 mmol H2 g-1 COD). In both rectors (EGSB-20 and EGSB-30), hydrogen production was favored by the increase of butyric and lactic acid concentrations. Lactic acid generation in the hydrogen production stages suggested the occurrence of an alternative carbon source in systems operated with carbohydrate limitation to the microorganisms. However, lactic acid generation is a metabolic route of low yield. As a consequence, HY was low in the evaluated experimental conditions. The production results evidenced the possibility of hydrogen and soluble metabolites production by fermentative process of sugarcane vinasse in EGSB reactors.

O Alquilbenzeno Linear Sulfonado (LAS) é um surfactante aniônico considerado prioridade de risco ambiental entre os contaminantes emergentes atuais. Estudos anteriores reportaram a degradação anaeróbia de LAS por co-digestão da água residuária de lavanderia comercial e co-substratos sintéticos (extrato de levedura e etanol), em reatores em escala de bancada. Todavia, na literatura ainda são limitados os estudos envolvendo co-substratos economicamente viáveis, como o esgoto doméstico. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de remoção do LAS, de água residuária de lavanderia comercial em co-digestão com esgoto doméstico. O reator de leito granular expandido (EGSB) escala piloto de 62,0 L foi operado em condição mesofílica, em TDH de 40 h, por 480 dias. O reator foi inoculado com 12,0 L de lodo proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Na primeira etapa, de adaptação, com duração de 60 dias, o reator foi alimentado apenas com esgoto doméstico. Em seguida, o reator foi alimentado com água residuária de lavanderia comercial diluída em esgoto doméstico para obtenção de concentrações de LAS afluente de 5 ± 4; 19 ± 10 e 36 ± 19 mg L-1, nas etapas II, III e IV, respectivamente. Nestas etapas o reator foi monitorado por 60, 270 e 90 dias. Verificou-se diminuição da eficiência de remoção de matéria orgânica de 73 ± 23 % na etapa de adaptação, para 61 ± 25%, 50 ± 15% e 44 ± 15%, respectivamente, para as etapas II, III e IV. Assim como, verificou-se diminuição da eficiência de remoção do LAS de 73 ± 31% para 55 ± 29% e 32 ± 17% nas três últimas etapas. Verificou-se aumento significativo de sulfeto da etapa II para a etapa III e IV, respectivamente de 8 ± 2 mg L-1 para 29 ± 12 mg L-1 e 31 ± 5 mg L-1, respectivamente. Foi realizada a caracterização taxonômica da biomassa do leito do lodo do reator EGSB ao final de cada etapa experimental, sendo identificadas bactérias semelhantes a Bellinea (domínio Bacteria) e Methanosaeta (domínio Archaea), as quais foram as de maior abundância relativa ao longo de toda operação. A tecnologia empregada para remoção do surfactante foi adequada para concentrações afluente de até 20 mgLAS L-1. Aclimatação da biomassa microbiana foi observada, após longo período e exposição aos compostos recalcitrantes da água residuária de lavanderia. / Classified as an emergent contaminant, Alkylbenzene Linear Sulfonate (LAS) is an anionic surfactant of high priority given its environmental risk. Previous studies reported LAS anaerobic degradation from laundry wastewater in co-digestion with synthetic substrates (such as methanol, ethanol and yeast extract). However, studies with more economic viable substrates as domestic sewage still lacking. This study assessed LAS removal from laundry wastewater diluted in domestic sewage, using an Expanded Bed Granular Sludge (EGSB) pilot scale reactor. The reactor was kept in mesophilic temperature, with 62,0 L total volume and it was operated with a hydraulic retention time (HRT) of 40 h. The inoculum was 12,0 L of sludge from an UASB used on a poultry slaughterhouse wastewater treatment plant. On the first stage, of adaptation, the reactor was fed only with domestic sewage for 60 days. Then, commercial laundry wastewater was diluted in domestic sewage to obtain LAS affluent concentrations of 5 ± 4; 19 ± 10 and 36 ± 19 mg L-1, on stages II, III and IV, respectively. These stages lasted for 60, 270 and 90 days. The increase of commercial laundry wastewater proportion on fed resulted in lower organic matter removal efficiencies. These parameter decreased from 73 ± 23% on adaptation, to 61 ± 25%, 50 ± 15% and 39 ± 23% on following stages. As well as LAS removal efficiencies that dropped from 73 ± 31% to 55 ± 29% and 44 ± 15 % on three last stages. Sulphide production enhanced from stage II (8 ± 2 mg L-1) to stage III (29 ± 12 mg L-1) and remained 31 ± 5 mg L-1 on stage IV. Taxonomic characterization of granular sludge biomass in the end of each stage was performed and genders similar to Bellinea (Bacteria domain) and Methanosaeta (Archae domain) were the ones with higher relative abundance in all stages. The technology applied was suitable for anaerobic surfactant removal with LAS affluent concentration of 20 mg L-1. Acclimation of microbial biomass was observed after long exposure of microbial community to recalcitrant compounds from laundry wastewater.

O Alquilbenzeno Linear Sulfonado (LAS) é um surfactante aniônico considerado prioridade de risco ambiental entre os contaminantes emergentes atuais. Estudos anteriores reportaram a degradação anaeróbia de LAS por co-digestão da água residuária de lavanderia comercial e co-substratos sintéticos (extrato de levedura e etanol), em reatores em escala de bancada. Todavia, na literatura ainda são limitados os estudos envolvendo co-substratos economicamente viáveis, como o esgoto doméstico. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de remoção do LAS, de água residuária de lavanderia comercial em co-digestão com esgoto doméstico. O reator de leito granular expandido (EGSB) escala piloto de 62,0 L foi operado em condição mesofílica, em TDH de 40 h, por 480 dias. O reator foi inoculado com 12,0 L de lodo proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Na primeira etapa, de adaptação, com duração de 60 dias, o reator foi alimentado apenas com esgoto doméstico. Em seguida, o reator foi alimentado com água residuária de lavanderia comercial diluída em esgoto doméstico para obtenção de concentrações de LAS afluente de 5 ± 4; 19 ± 10 e 36 ± 19 mg L-1, nas etapas II, III e IV, respectivamente. Nestas etapas o reator foi monitorado por 60, 270 e 90 dias. Verificou-se diminuição da eficiência de remoção de matéria orgânica de 73 ± 23 % na etapa de adaptação, para 61 ± 25%, 50 ± 15% e 44 ± 15%, respectivamente, para as etapas II, III e IV. Assim como, verificou-se diminuição da eficiência de remoção do LAS de 73 ± 31% para 55 ± 29% e 32 ± 17% nas três últimas etapas. Verificou-se aumento significativo de sulfeto da etapa II para a etapa III e IV, respectivamente de 8 ± 2 mg L-1 para 29 ± 12 mg L-1 e 31 ± 5 mg L-1, respectivamente. Foi realizada a caracterização taxonômica da biomassa do leito do lodo do reator EGSB ao final de cada etapa experimental, sendo identificadas bactérias semelhantes a Bellinea (domínio Bacteria) e Methanosaeta (domínio Archaea), as quais foram as de maior abundância relativa ao longo de toda operação. A tecnologia empregada para remoção do surfactante foi adequada para concentrações afluente de até 20 mgLAS L-1. Aclimatação da biomassa microbiana foi observada, após longo período e exposição aos compostos recalcitrantes da água residuária de lavanderia. / Classified as an emergent contaminant, Alkylbenzene Linear Sulfonate (LAS) is an anionic surfactant of high priority given its environmental risk. Previous studies reported LAS anaerobic degradation from laundry wastewater in co-digestion with synthetic substrates (such as methanol, ethanol and yeast extract). However, studies with more economic viable substrates as domestic sewage still lacking. This study assessed LAS removal from laundry wastewater diluted in domestic sewage, using an Expanded Bed Granular Sludge (EGSB) pilot scale reactor. The reactor was kept in mesophilic temperature, with 62,0 L total volume and it was operated with a hydraulic retention time (HRT) of 40 h. The inoculum was 12,0 L of sludge from an UASB used on a poultry slaughterhouse wastewater treatment plant. On the first stage, of adaptation, the reactor was fed only with domestic sewage for 60 days. Then, commercial laundry wastewater was diluted in domestic sewage to obtain LAS affluent concentrations of 5 ± 4; 19 ± 10 and 36 ± 19 mg L-1, on stages II, III and IV, respectively. These stages lasted for 60, 270 and 90 days. The increase of commercial laundry wastewater proportion on fed resulted in lower organic matter removal efficiencies. These parameter decreased from 73 ± 23% on adaptation, to 61 ± 25%, 50 ± 15% and 39 ± 23% on following stages. As well as LAS removal efficiencies that dropped from 73 ± 31% to 55 ± 29% and 44 ± 15 % on three last stages. Sulphide production enhanced from stage II (8 ± 2 mg L-1) to stage III (29 ± 12 mg L-1) and remained 31 ± 5 mg L-1 on stage IV. Taxonomic characterization of granular sludge biomass in the end of each stage was performed and genders similar to Bellinea (Bacteria domain) and Methanosaeta (Archae domain) were the ones with higher relative abundance in all stages. The technology applied was suitable for anaerobic surfactant removal with LAS affluent concentration of 20 mg L-1. Acclimation of microbial biomass was observed after long exposure of microbial community to recalcitrant compounds from laundry wastewater.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6345.pdf: 6459574 bytes, checksum: 0efe347b5498f9533e1f1366f1759ad1 (MD5) Previous issue date: 2014-10-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / Anaerobic systems have been widely studied and used in treatment of wastewater from agriculture and others. Among the existing technologies, there are the EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) reactors, which have emerged as improvement of UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactors. It was sought to evaluate the performance of an EGSB reactor using synthetic swine wastewater as substrate, increasing the volumetric organic load (2, 4, 8, 10 and 15 kgCOD.m-3.d-1) and the upflow velocity (6 and 10 m.h-1). Efficiencies higher than 83% were obtained in removal of COD, however there was a buildup of volatile acids and a possible microbial imbalance after the application of the load 10 kgDQO.m-3.d-1. The reactor showed homogeneity in microorganisms along the reactor, with the presence of bacilli of different sizes, coccus, and similar to the genera Methanosaeta and Methanosarcina. It was developed a mathematical model aiming to study in more detail the hydrodynamics of EGSB, generally regarded as continuous complete mix reactors (CSTR). For that, it was used a phenomenological model based on the mass balance of the reactor, and after the adjustment to the experimental data, it was observed that the EGSB reactor can be worked as a series of five continuous complete mix reactors (CSTR), three in the tube region and two in the separator region with kinetic intrinsic rate at approximately 7,5.10-5 L.mgSSV-1.h-1 and kinetic rate constant decreasing with increase in organic load. / Sistemas anaeróbios vêm sendo muito estudados e utilizados no tratamento de efluentes agroindústrias, entre outros. Dentre as tecnologias existentes, têm-se os reatores EGSB (Expanded Granular Sludge Bed), que surgiram como aperfeiçoamento dos reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Buscou-se avaliar o desempenho de um reator EGSB utilizando água residuária sintética de suinocultura como substrato, aumentando a carga orgânica volumétrica (2, 4, 8, 10 e 15 kgDQO.m-3.d-1) e a velocidade ascensional (6 e 10 m.h-1). Foram obtidas eficiências superiores a 83% na remoção de DQO, porém ocorreu acúmulo de ácidos voláteis, e provável desequilíbrio microbiano após aplicação da carga de 10 kgDQO.m-3.d-1. O reator apresentou certa homogeneidade nos microrganismos presentes ao longo do reator, com presença de bacilos de diferentes dimensões, cocos, e microrganismos semelhantes aos gêneros Methanosaeta e Methanosarcina. Desenvolveu-se um modelo matemático buscando estudar de maneira mais detalhada a hidrodinâmica do EGSB, geralmente considerados como reatores contínuos de mistura completa (CSTR). Para isto, utilizou-se um modelo fenomenológico, baseado no balanço de massa do reator, e após ajuste aos dados experimentais, observou-se que o reator EGSB pode ser trabalhado como uma série de cinco reatores contínuos de mistura completa (CSTR), sendo três na região do tubo do EGSB e dois na região do separador, com constante cinética intrínseca de aproximadamente 7,5.10-5 L.mgSSV-1.h-1 e com constante cinética aparente diminuindo com o aumento da carga orgânica.