O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de produção contínua de hidrogênio, sob condições termofílicas (55ºC), a partir de diferentes concentrações de vinhaça de cana-de-açúcar em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) utilizando argila expandida como material suporte para adesão microbiana. Foram utilizados cinco reatores de idêntica configuração, denominados R5, R10, R15, R20 e R30, com variação na concentração afluente de 5000, 10.000, 15.000, 20.000 e de 30.000 mg DQO L-1, respectivamente (com cargas orgânicas volumétricas- TCO entre 15 e 720 kg DQO m-3 d-1). O tempo de detenção hidráulica (TDH) reduziu de 8, 6, 4, 2 e 1 h. Na estratégia de operação de um deles, (R5) investigou-se os efeitos da co-fermentação de porcentagens de glicose e de vinhaça no substrato de alimentação. Os outros quatro reatores foram operados mediante a adição de glicose como co-substrato ao afluente, apenas durante o período de partida operacional. Em todos os reatores, foi observado comportamento de elevação na produção volumétrica de H2 (PVH) a partir da diminuição do TDH. A máxima PVH obtida foi de de 1,96 L h-1 L-1 (R10; TDH de 1h; TCO de 240 kg DQO m-3 d-1). No entanto, verificou-se diminuição do rendimento de H2 (HY) e no conteúdo de H2 no biogás, com a aplicação dos TDH reduzidos, em todos os reatores, alcançando valor máximo de 4,62 mmol g DQOadicionada-1 no TDH de 8 h (R5) e 57.51% de H2 no TDH de 6 h (R20). O reator operado com a maior concentração de vinhaça (R30) apresentou menores valores de produção de H2, atribuídos aos compostos inibitórios (elevada concentração de ácidos voláteis no afluente - butírico e acético). As análises de clonagem e sequenciamento dos consórcios bacterianos termofílicos revelaram semelhanças (99%) com cepas produtoras de H2, como Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum e Megasphaera elsdenii. A capacidade de produzir H2, a distribuição dos ácidos e a estrutura da comunidade bacteriana foram fatores influenciados pelo aumento da concentração de vinhaça e das TCO aplicadas. / The present study aimed to evaluate the ability of continuous hydrogen production under thermophilic conditions (55 °C), from different sugar cane vinasse concentrations in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) using expanded clay as support material for microbial adhesion. Five reactors of identical configuration were used, denominated R5, R10, R15, R20 and R30, followed by influent variation concentration of 5000; 10,000; 15,000; 20,000 and 30,000 mg COD L-1, respectively (with organic loading rate- OLR varying from 15 to 720 kg COD m-3 d-1). The hydraulic retention time (HRT) decreases from 8, 6, 4, 2 and 1 h. The strategy applied to one of those (R5), investigated the co-fermentations effects across the application of different percentages of glucose and stillage in the fed substrate. The other four reactors were operated by adding glucose as co-substrate to the influent just during the start-up period. In all reactors, it was observed a volumetric H2 production (HPR) increase behavior from the HRT decrease. The maximum HPR obtained was 1.96 L h-1 L-1 (R10; HRT of 1h; OLR of 240 kg COD m-3 d-1). However, there was a decrease in H2 yield (HY) and H2 content in biogas, with the application of reduced HRT for all reactors, reaching maximum value of 4.62 mmol g CODadded-1 at HRT of 8 h (R5) and 57.51% of H2 at HRT of 6 h (R20). The reactor operated with the highest concentration of stillage (R30) showed lower values for H2 production, attributed to inhibitory compounds (high concentration of volatile acids in the affluent - butyric and acetic). The cloning and sequencing analyzes of the thermophilic bacterial consortium showed similarity (99%) with H2 producing strains, such as Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum and Megasphaera elsdenii. The ability to produce H2, the distribution of organic acids and the bacterial community structure analyzed in all reactors were factors influenced by the increasing stillage concentration and OLR applied.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de produção contínua de hidrogênio, sob condições termofílicas (55ºC), a partir de diferentes concentrações de vinhaça de cana-de-açúcar em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) utilizando argila expandida como material suporte para adesão microbiana. Foram utilizados cinco reatores de idêntica configuração, denominados R5, R10, R15, R20 e R30, com variação na concentração afluente de 5000, 10.000, 15.000, 20.000 e de 30.000 mg DQO L-1, respectivamente (com cargas orgânicas volumétricas- TCO entre 15 e 720 kg DQO m-3 d-1). O tempo de detenção hidráulica (TDH) reduziu de 8, 6, 4, 2 e 1 h. Na estratégia de operação de um deles, (R5) investigou-se os efeitos da co-fermentação de porcentagens de glicose e de vinhaça no substrato de alimentação. Os outros quatro reatores foram operados mediante a adição de glicose como co-substrato ao afluente, apenas durante o período de partida operacional. Em todos os reatores, foi observado comportamento de elevação na produção volumétrica de H2 (PVH) a partir da diminuição do TDH. A máxima PVH obtida foi de de 1,96 L h-1 L-1 (R10; TDH de 1h; TCO de 240 kg DQO m-3 d-1). No entanto, verificou-se diminuição do rendimento de H2 (HY) e no conteúdo de H2 no biogás, com a aplicação dos TDH reduzidos, em todos os reatores, alcançando valor máximo de 4,62 mmol g DQOadicionada-1 no TDH de 8 h (R5) e 57.51% de H2 no TDH de 6 h (R20). O reator operado com a maior concentração de vinhaça (R30) apresentou menores valores de produção de H2, atribuídos aos compostos inibitórios (elevada concentração de ácidos voláteis no afluente - butírico e acético). As análises de clonagem e sequenciamento dos consórcios bacterianos termofílicos revelaram semelhanças (99%) com cepas produtoras de H2, como Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum e Megasphaera elsdenii. A capacidade de produzir H2, a distribuição dos ácidos e a estrutura da comunidade bacteriana foram fatores influenciados pelo aumento da concentração de vinhaça e das TCO aplicadas. / The present study aimed to evaluate the ability of continuous hydrogen production under thermophilic conditions (55 °C), from different sugar cane vinasse concentrations in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) using expanded clay as support material for microbial adhesion. Five reactors of identical configuration were used, denominated R5, R10, R15, R20 and R30, followed by influent variation concentration of 5000; 10,000; 15,000; 20,000 and 30,000 mg COD L-1, respectively (with organic loading rate- OLR varying from 15 to 720 kg COD m-3 d-1). The hydraulic retention time (HRT) decreases from 8, 6, 4, 2 and 1 h. The strategy applied to one of those (R5), investigated the co-fermentations effects across the application of different percentages of glucose and stillage in the fed substrate. The other four reactors were operated by adding glucose as co-substrate to the influent just during the start-up period. In all reactors, it was observed a volumetric H2 production (HPR) increase behavior from the HRT decrease. The maximum HPR obtained was 1.96 L h-1 L-1 (R10; HRT of 1h; OLR of 240 kg COD m-3 d-1). However, there was a decrease in H2 yield (HY) and H2 content in biogas, with the application of reduced HRT for all reactors, reaching maximum value of 4.62 mmol g CODadded-1 at HRT of 8 h (R5) and 57.51% of H2 at HRT of 6 h (R20). The reactor operated with the highest concentration of stillage (R30) showed lower values for H2 production, attributed to inhibitory compounds (high concentration of volatile acids in the affluent - butyric and acetic). The cloning and sequencing analyzes of the thermophilic bacterial consortium showed similarity (99%) with H2 producing strains, such as Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum and Megasphaera elsdenii. The ability to produce H2, the distribution of organic acids and the bacterial community structure analyzed in all reactors were factors influenced by the increasing stillage concentration and OLR applied.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a produção de hidrogênio a partir de diferentes concentrações de vinhaça de cana-de-açúcar a 370°C e 55°C. Além disso, os consórcios microbianos mesófilo e termófilo utilizados nos ensaios em reatores em batelada foram caracterizados por meio da técnica de clonagem e sequenciamento do gene RNAr 16S visando conhecer a diversidade de bactérias. Os ensaios de produção de hidrogênio foram realizados após o enriquecimento dos consócios microbianos a partir de lodo de reator UASB em condição mesófila e termófila utilizando vinhaça como fonte de carbono. Todos os ensaios foram realizados em triplicata de reatores em batelada com aproximadamente 2, 5, 7 e 12 g DQO/L de vinhaça, sendo monitorada a produção de hidrogênio, ácidos orgânicos e solventes, além de carboidratos totais solúveis. O potencial de produção de hidrogênio foi maior para concentrações crescentes de vinhaça; ou seja, de 4,3 para 28,4 mmol \'H IND.2\' nos ensaios a 37°C. Para os ensaios termófilos esses valores foram bastante similares entre si, variando de 5 a 6,7 mmol \'H IND.2\'. Em relação ao rendimento de produção de \'H IND.2\', observou-se que não ocorreu variação com aumento da concentração de substrato para os ensaios mesófilos (10 mmol \'H IND.2\'/g carboidratos totais), todavia, para os ensaios termófilos o rendimento diminuiu com o aumento da concentração de vinhaça, ou seja, de 21,7 (2 g DQO/L) para 3,2 mmol \'H IND.2\'/g carboidratos totais (12 g DQO/L). Nos ensaios mesófilos, obteve-se degradação acima de 79% do substrato orgânico, enquanto para os ensaios termófilos esse valor variou de 36 a 6 %. Os metabólitos gerados foram ácido acético e butírico nos ensaios mesófilos e, somente ácido butírico nos ensaios termófilos. Clones provenientes do consórcio mesófilo foram similares a microrganismos das famílias Clostridiaceae (75%) e Ruminococcaceae (22%). Em contrapartida, no consórcio termófilo, 96% dos clones foram filogeneticamente relacionados a Thermoanaerobacterium. As cepas microbianas isoladas (CA e C1) apresentaram rendimento de produção de hidrogênio de 10 e 1,1 mmol \'H IND.2\'/g glicose, respectivamente. CA e C1 foram similares (100%) a Clostridium acetobutylicum e Clostridium carboxidivorans. / The present study aimed to evaluate the production of hydrogen from different concentrations of sugar cane vinasse at 37°C and 55°C. Moreover, the mesophilic and thermophilic microbial consortia used in the hydrogen production tests were characterized by cloning and sequencing techniques to know its microbial diversity. Hydrogen production tests were carried out after the microbial enrichment from a UASB granular sludge at a temperature of 37°C and 55°C using vinasse as sole carbon source. All assays were performed in triplicate of batch reactors with about 2, 5, 7 and 12 g COD/L of vinasse. During the assays \'H IND.2\', solvents and organic acids production as well as the soluble carbohydrates were measured. Potentials of hydrogen production increased with the increasing concentration of substrate in the mesophilic tests (4.3 to 28.4 mmol \'H IND.2\'). However, for the thermophilic tests, the hydrogen production potentials were very similar among them, ranging from 5 to 6.7 mmol \'H IND.2\'. For the mesophilic tests, the hydrogen yields did not change with increasing the vinasse concentration for the (values around 10 mmol \'H IND.2\'/g carbohydrates), however, for the thermophilic tests the hydrogen yields decreased with the increase of vinasse concentration, the yield ranged from 21.7 (2 g COD/L) to 3.2 mmol \'H IND.2\'/g carbohydrate (12 g COD/L). The efficiency of substrate degradation was higher for mesophilic tests, and its minor value was 79%. For the thermophilic tests, the substrate consumption was lower, and the values ranged from 36 to 61%. The metabolites generated were acetic and butyric acids for tests at 37°C and butyric acids for the tests at 55°C. The mesophilic clones were similar to the family Clostridiaceae (75%) and Ruminococcaceae (22%). In contrast, the thermophilic consortium presented 96% of clones related to Thermoanaerobacterium. Isolated bacterial strains (CA and C1) showed hydrogen yields of 10 and 1.1 mmol \'H IND.2\'/g glucose, respectively. CA and C1 were similar to Clostridium acetobutylicum (100%) and Clostridium carboxidivorans (100%).

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a produção de hidrogênio a partir de diferentes concentrações de vinhaça de cana-de-açúcar a 370°C e 55°C. Além disso, os consórcios microbianos mesófilo e termófilo utilizados nos ensaios em reatores em batelada foram caracterizados por meio da técnica de clonagem e sequenciamento do gene RNAr 16S visando conhecer a diversidade de bactérias. Os ensaios de produção de hidrogênio foram realizados após o enriquecimento dos consócios microbianos a partir de lodo de reator UASB em condição mesófila e termófila utilizando vinhaça como fonte de carbono. Todos os ensaios foram realizados em triplicata de reatores em batelada com aproximadamente 2, 5, 7 e 12 g DQO/L de vinhaça, sendo monitorada a produção de hidrogênio, ácidos orgânicos e solventes, além de carboidratos totais solúveis. O potencial de produção de hidrogênio foi maior para concentrações crescentes de vinhaça; ou seja, de 4,3 para 28,4 mmol \'H IND.2\' nos ensaios a 37°C. Para os ensaios termófilos esses valores foram bastante similares entre si, variando de 5 a 6,7 mmol \'H IND.2\'. Em relação ao rendimento de produção de \'H IND.2\', observou-se que não ocorreu variação com aumento da concentração de substrato para os ensaios mesófilos (10 mmol \'H IND.2\'/g carboidratos totais), todavia, para os ensaios termófilos o rendimento diminuiu com o aumento da concentração de vinhaça, ou seja, de 21,7 (2 g DQO/L) para 3,2 mmol \'H IND.2\'/g carboidratos totais (12 g DQO/L). Nos ensaios mesófilos, obteve-se degradação acima de 79% do substrato orgânico, enquanto para os ensaios termófilos esse valor variou de 36 a 6 %. Os metabólitos gerados foram ácido acético e butírico nos ensaios mesófilos e, somente ácido butírico nos ensaios termófilos. Clones provenientes do consórcio mesófilo foram similares a microrganismos das famílias Clostridiaceae (75%) e Ruminococcaceae (22%). Em contrapartida, no consórcio termófilo, 96% dos clones foram filogeneticamente relacionados a Thermoanaerobacterium. As cepas microbianas isoladas (CA e C1) apresentaram rendimento de produção de hidrogênio de 10 e 1,1 mmol \'H IND.2\'/g glicose, respectivamente. CA e C1 foram similares (100%) a Clostridium acetobutylicum e Clostridium carboxidivorans. / The present study aimed to evaluate the production of hydrogen from different concentrations of sugar cane vinasse at 37°C and 55°C. Moreover, the mesophilic and thermophilic microbial consortia used in the hydrogen production tests were characterized by cloning and sequencing techniques to know its microbial diversity. Hydrogen production tests were carried out after the microbial enrichment from a UASB granular sludge at a temperature of 37°C and 55°C using vinasse as sole carbon source. All assays were performed in triplicate of batch reactors with about 2, 5, 7 and 12 g COD/L of vinasse. During the assays \'H IND.2\', solvents and organic acids production as well as the soluble carbohydrates were measured. Potentials of hydrogen production increased with the increasing concentration of substrate in the mesophilic tests (4.3 to 28.4 mmol \'H IND.2\'). However, for the thermophilic tests, the hydrogen production potentials were very similar among them, ranging from 5 to 6.7 mmol \'H IND.2\'. For the mesophilic tests, the hydrogen yields did not change with increasing the vinasse concentration for the (values around 10 mmol \'H IND.2\'/g carbohydrates), however, for the thermophilic tests the hydrogen yields decreased with the increase of vinasse concentration, the yield ranged from 21.7 (2 g COD/L) to 3.2 mmol \'H IND.2\'/g carbohydrate (12 g COD/L). The efficiency of substrate degradation was higher for mesophilic tests, and its minor value was 79%. For the thermophilic tests, the substrate consumption was lower, and the values ranged from 36 to 61%. The metabolites generated were acetic and butyric acids for tests at 37°C and butyric acids for the tests at 55°C. The mesophilic clones were similar to the family Clostridiaceae (75%) and Ruminococcaceae (22%). In contrast, the thermophilic consortium presented 96% of clones related to Thermoanaerobacterium. Isolated bacterial strains (CA and C1) showed hydrogen yields of 10 and 1.1 mmol \'H IND.2\'/g glucose, respectively. CA and C1 were similar to Clostridium acetobutylicum (100%) and Clostridium carboxidivorans (100%).