A digestão anaeróbia tem se apresentado como um processo de grande interesse sob a ótica da potencial produção de energia renovável (H2 e CH4), considerando-se a ampla variedade de compostos orgânicos que podem ser utilizados. Neste estudo desejou-se avançar na compreensão do sistema de reatores anaeróbios de duas fases (acidogênico seguido de metanogênico) operados em condições termofílicas (55°C), alimentados com melaço da cana-de-açúcar, subproduto da indústria sucroalcooleira. Os experimentos foram conduzidos em reatores anaeróbios de leito fixo estruturado com fluxo ascendente e o melaço foi diluído com água de abastecimento, para adequação da concentração aos processos de tratamento de águas residuárias. Na 1ª Etapa dois reatores acidogênicos foram operados em paralelo para avaliar diferentes formas de inoculação e meios suportes, a fim de manter a produção continua e estável de hidrogênio. Para isso foram aplicadas diferentes cargas orgânicas (2,5, 5 e 10 gDQO.L-1) que resultam em COV de 30, 60 e 120 g.DQO.Lreator1.dia-1, com TDH fixo de 2 horas. A expressão do gene hidrogenase foi detectado em ambos os reatores, mas em maior proporção no reator inoculado com lodo de reator UASB e usando como material suporte a espuma de poliuretano. Sequencialmente a este reator, foi acoplado um reator metanogênico, alimentado com efluente do reator acidogênico, estabilizado nas condições apresentadas, e operado com COV crescentes de 1, 2, 5, 7, 14, 17 e 26,5 gDQO.Lreator-1.dia-1 e consequente diminuição do TDH de 240, 96, 48, 32, 24, 16 e 12 horas. O reator acidogênico na 2ª etapa foi operado por 417 dias consecutivos e COV de 120 g.DQO.Lreator1.dia-1, produzindo hidrogênio continuamente, alcançado valores de produção bruta de H2 de 7,60 LH2.dia-1. O reator metanogênico foi operado por 251 dias consecutivos, produzindo metano e alcançado valores de produção bruta de CH4 de 5,90 LCH4.dia-1. A eficiência de remoção de DQO do sistema de reatores foi de aproximadamente 90%, com contribuição aproximadamente de 10% para o reator acidogênico e contribuição aproximadamente de 80% para o reator metanogênico. O reator acidogênico alcançou rendimento de produção de hidrogênio por kg de melaço aplicado de 392 LH2.kgmelaço-1 e o reator metanogênico de 387 LCH4.kgmelaço-1. Para finalidade de comparações e aplicabilidade, o ganho energético global do sistema de reatores de duas fases foi de aproximadamente 5,7 kWh.kgmelaço-1 (1,4 kWh.kgmelaço-1 para o reator acidogênico e 4,3 kWh.kgmelaço-1 para o reator metanogênico). A produção continua de H2 obtida neste estudo está relacionada à associação das vias dos ácidos produtores de hidrogênio já consolidados pela literatura pertinente (acético e butírico) e pela produção de hidrogênio pela rota do ácido lático, devido a associação entre as comunidades de microrganismos estabelecidas no reator. O sequenciamento massivo MiSeq mostrou a seleção de diversos gêneros de microrganismos com redundância funcional e pertencentes principalmente aos Filos Firmicutes, Proteobacteria e Thermotogae, tais como Clostridium sensu stricto, Thermohydrogenium, Thermoanaerobacterium e Cellulosibacter (Firmicutes); Pseudomonas, Enterobacter, Shewanella e Petrobacter (Proteobacteria) e Fervidobacterium (Thermotogae). Microrganismos produtores de ácido lático também foram selecionados tais como: Lactobacillus, Leuconostoc, Sporolactobacillus e Trichococcus. Dos pontos de vista científico e tecnológico este estudo deu mais um passo para a compreensão dos bioprocessos envolvidos nos sistemas anaeróbios em dois estágios produzindo H2 e CH4 continuamente por longo período de tempo. / Anaerobic digestion has shown as an interesting process for renewable energy production (H2 and CH4), for a wide variety of organic compounds (carbon source). This study aimed to advance the understanding of a two-stage process anaerobic system (acidogenic bioreactor followed by methanogenic bioreactor) under thermophilic condition (55°C) fed with molasses, a sugarcane industry by-product. The experiments were conducted at up-flow structured bed reactors and sugarcane molasses was diluted with tap water, to adjust the concentration to the wastewater treatment. At first stage two acidogenic reactors were operated in parallel to evaluate different source of inocula and support bed, to obtain continuous and stable hydrogen production. It was applied 2.5, 5 and 10 gCOD.L-1 resulting in OLR of 30, 60 and 120 g.COD.Lreactor-1.day-1, with HRT fixed at 2 hours of hydrogenase gene was detected in both reactors but with higher number of copies of the gene in the reactor that showed higher hydrogen production: the reactor sed with sludge of UASB reactor and using polyurethane foam as support material. To this reactor was coupled a methanogenic reactor fed with effluent from acidogenic reactor and operated with increasing OLR (1, 2, 5, 7, 14, 17 e 26,5 gCOD.Lreactor-1.day-1) decreasing the HRT (240, 96, 48, 32, 24, 16 and 12 hours). The acidogenic reactor was operated during 471 days with OLR of 120 g.COD.Lreactor-1.day-1, with HRT fixed at 2 hours, with continuous hydrogen production with a gross production of 7.60 LH2.day-1. The methanogenic reactor was operated for 251 days, with continuous methane production of up to 5.90LCH4.day-1. The COD removal efficiency using the two-stage system was approximately 90% , with 10% contribution by the acidogenic reactor and 80% contribution by the methanogenic reactor. The acidogenic reactor achieved hydrogen yield per kg of applied molasses equal to 392 LH2.kgmolases-1. The methanogenic reactor achieved methane yield per kg of applied molasses equal to 387 LCH4.kgmolasses-1. For comparison and applicability purposes, the overall energy yield using the two stage reactor system was approximately 5.7 kWh.kgmolasses-1 (Acidogenic reactor 1.4 kWh.kgmolasses-1 and Methanogenic reactor 4.3 kWh.kgmolasses-1). The continuous production of H2 obtained in this study is related to the association of the hydrogen producer acids pathway established by the relevant literature (acetic and butyric) and the hydrogen production by the lactic acid pathway due to the microorganisms association established in the reactor. Metagenomic analysis by MiSeq Plataform revealed that hydrogen production was due the selection of microorganisms with functional redundancy mainly of Phyla Firmicutes, Proteobacteria and Thermotogae, such as Clostridium sensu stricto, Thermohydrogenium, Thermoanaerobacterium, Cellulosibacter (Firmicutes); Pseudomonas, Enterobacter, Shewanella and Petrobacter (Proteobacteria) and Fervidobacterium (Thermotogae). Genera of acid latic producers, such as Lactobacillus, Leuconostoc, Sporolactobacillus and Trichococcus, were also selected. From the scientific and technological point of view this study has taken another step towards the understanding of bioprocesses involving two stage anaerobic systems for a long term continuous production of H2 and CH4.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:32:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Lara Cristine Gomes Ferreira.pdf: 3398874 bytes, checksum: eca827e932ec567a736addd2fdf5a3cb (MD5) Previous issue date: 2010-03-30 / The national and international demand for ethanol has grown in recent years, due mainly to search for new energy sources and cheaper. In this context, Brazil has been increasing and is currently the largest producer of ethanol (from cane sugar) the world. In recent expansion of sugar cane, the state of Goiás is configured in an area favorable for growing cane, is the geoenvironmental characteristics and / or existing infrastructure and cheaper land, compared to southeastern Brazil. In some regions of São Paulo stand out in sugar cane production and sugar and alcohol projects implementation, the micro Ceres is the center of the Goiás region with increased production of cane sugar and quantity of plants in operation and in the process of implementation / registration, are eleven to total. These plants socio-economically streamline the region's economy moving, creating new jobs and bringing new relations between the enterprise and the residents, merchants / service providers and farmers (landowners). However, these complex developments in a series of negative effects such as seasonality in employment generation due to the inter-harvest period, the precariousness of work, especially related to cutting and manual harvesting of sugar cane, also found in plants as most of the micro-Ceres, the system of concessions, which often "force" the owner to lease their land for plants (as the production of sugarcane as a monoculture, it requires a large amount of land for cultivation, as plants have little land is necessary to lease land from other owners, putting together various properties, are small, medium and / or large), the owner if it is a small owner does not have much booty for the payment relates to the size of the land, in addition to expropriation and consequent rural exodus, which in this case is very common. This study aimed to contribute to the theme of expansion of the sugar industry and its dynamics and impacts associated, especially in the cities of Ceres microregion plants that have deployed, but realizing that this dynamic goes through the fronts of those municipalities, host plants, and end up involving municipalities neighbors, then tried to understand the issues proposed using the regional level. It is understood the relevance of this theme, considering the importance to continue this study to other regions and municipalities of Goiás, especially in this time of growing sugarcane for the state, as each place has its own dynamics and therefore different impacts could arise. / A demanda nacional e internacional por etanol cresceu muito nos últimos anos, devido principalmente a busca por novas fontes de energia renováveis e mais baratas. Neste contexto, o Brasil vem se destacando, sendo atualmente o maior produtor de etanol (de cana-de-açúcar) do mundo. Nessa recente expansão canavieira, o Estado de Goiás configura-se em área favorável ao cultivo de cana, seja pelas caracteristicas geoambientais e/ou infraestrutura existente e terras mais baratas, se comparado a região sudeste brasileira. Em Goiás algumas regiões se destacam na produção canavieira e implantação de empreendimentos sucroalcooleiros; a microrregião Ceres é a região do centro goiano com maior produção de cana-de-açúcar e quantidade de usinas em funcionamento e em processo de implantação/cadastro, são onze ao total. Essas usinas dinamizam sócio-economicamente essa região movimentando a economia, gerando novos empregos e trazendo novas relações entre o empreendimento e os moradores, os comerciantes/prestadores de serviço e produtores rurais (proprietários de terras). Contudo, esses complexos empreendimentos trazem uma série de impactos negativos, como a sazonalidade na geração de empregos, devido ao período da entressafra; a precarização do trabalho, sobretudo, relacionado ao corte e colheita manual da cana, ainda verificado como maioria nas usinas da microrregião Ceres; ao sistema de arrendamentos de terras, que muitas vezes força o proprietário a arrendar suas terras para as usinas (já que a produção canavieira, como uma monocultura, necessita de uma grande extensão de terras para o cultivo, como as usinas possuem poucas terras próprias é preciso arrendá-las de outros proprietários, aglutinando várias propriedades, sejam pequenas, médias e/ou grandes), o arrendador se for um pequeno proprietário não terá muitos ganhos, pois o pagamento está ligado ao tamanho das terras, além da expropriação e consequente êxodo rural, que nesse caso é muito comum. Este trabalho buscou contribuir com a temática de expansão do setor sucroalcooleiro e suas dinâmicas e impactos relacionados, principalmente, nos municípios da microrregião Ceres que possuem usinas implantadas, porém entendendo que esta dinâmica perpassa as fronterias desses municípios, sede das usinas, e acabam envolvendo municípios vizinhos, tentou-se então, compreender a problemática proposta utilizando-se do recorte regional. Entende-se a relevância dessa temática, considerando a importancia de continuar este estudo a outros municípios e regiões de Goiás, sobretudo, neste momento de expansão sucroalcooleira para o Estado, já que cada lugar possui sua própria dinâmica e consequentemente diferentes impactos poderão surgir.