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Previous issue date: 2011-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The cultivation of cassava extends throughout Brazil because of its excellent adaptation to different soils and climatic conditions. Our country occupies the second position at the worldwide ranking in cultivating this plant (15% of the world production). The industrial processing of cassava generates a liquid waste, the so called manipueira, considered as a pollutant due to the high organic load and it contains a cyanogenic glycoside, which can be hydrolyzed to cyanide. One way to minimize environmental impacts and to aggregate value to the effluent is its use in the production of volatile fatty acids (VFA) via anaerobic fermentation, which was the main goal of this study, performed using manipueira as a substrate and inoculum of swine dejection. The fermentation process during the production of VFA is characterized as a result of the activity of acidogenic bacteria, by the pH decrease and increased hydrolysis and acidification of the organic matter. Inoculum of swine and of bovine dejections were tested in synthetic medium at 30°C and initial pH of 7.0, to define the most appropriate inoculum for the production of volatile fatty acids, swine dejection presented the best results and was used in posterior fermentations. Besides the parameter of VFA production, the behavior of pH, alkalinity and acidity were as well monitored in all experiments. In the fermentation performed with manipueira as a substrate, glucose was used as the main carbon source and different concentrations were tested (1, 2, 5 and 9 g/L) and it was observed that the concentration of 2 g/L of glucose produced about 2.5 g/L of VFA, expressed as acetic acid, after 36h and at pH 5.0, this concentration of glucose was used in further experiments. The alkalinity and temperature levels were tested by experimental design, in which at 30°C with 3 g/L of sodium bicarbonate better conditions were observed, resulting in the production of 3.4 g/L of VFA in 45h. On the basis of these conditions, the model for the production of VFAs was validated by performing fermentations in triplicate and evaluating the reproducibility of the process. There were minor variations between replicates, as assessed by the low relative standard deviation (RSD) from the mean value of the results. The highest production of volatile fatty acids in this experiment was obtained at 45h with an average of VFAs production of 3.4 g/L, with RSD of 1.4% and pH 5.6. The chemical oxygen demand (COD) and the amount of cyanide in manipueira were analyzed being 8865 mg/L of O2 and 1.9 mg/L, respectively, among other physical and chemical characteristics that were determined. After the anaerobic fermentation process, a reduction of 21.6% of COD amount and 12.9% of cyanide amount were obtained, indicating that the production of VFAs not only aggregates value to the manipueira but also contributes to the reduction of important contaminants. / O cultivo da mandioca se estende por todo o Brasil, dada à fácil adaptação aos diferentes tipos de solos e condições climáticas. Nosso país ocupa o segundo lugar no cultivo dessa planta (15% da produção mundial). O processamento industrial da mandioca gera a manipueira como resíduo líquido, considerado poluente devido à alta carga orgânica e por conter um glicosídeo cianogênico que é hidrolisável a cianeto. Uma das maneiras de minimizar os impactos ambientais e agregar valor ao efluente é a sua utilização na produção de ácidos graxos voláteis (AGVs) via fermentação anaeróbia, objetivo principal deste trabalho, o qual foi realizado utilizando a manipueira como substrato e inóculo de dejeto suíno. O processo fermentativo na produção dos AGVs caracteriza-se, como resultado da atividade das bactérias acidogênicas, pela diminuição do pH e aumento da hidrólise e acidificação da matéria orgânica. Foram testados em meio sintético, à temperatura de 30 ºC e pH inicial de 7,0, inóculos de dejetos de suínos e bovinos para definir o melhor inóculo na produção dos ácidos graxos voláteis, sendo o dejeto de suíno o que apresentou os melhores resultados e por isso foi utilizado nas fermentações posteriores. Além do parâmetro de produção de AGVs também foram monitorados o comportamento do pH, acidez e alcalinidade em todos os experimentos. Em fermentações realizadas com a manipueira como substrato, testaram-se diferentes concentrações de glicose como principal fonte de carbono (1, 2, 5 e 9 g/L) e observou-se que a concentração de 2 g/L de glicose produziu cerca de 2,5 g/L de AGVs, expressos como ácido acético, em 36h e com pH 5,0, sendo esta a concentração de glicose utilizada nos experimentos posteriores. Diferentes níveis de alcalinidade e temperatura foram testados através de planejamentos experimentais em que a melhor condição observada foi em 30ºC com 3 g/L de bicarbonato de sódio, obtendo-se 3,4 g/L de AGVs em 45h. A partir dessas condições validou-se o modelo para produção de AGVs realizando fermentações em triplicata e avaliando quanto à repetibilidade do processo. Verificaram-se variações mínimas entre as réplicas, avaliadas pelo baixo desvio padrão relativo (DPR) obtido pela média dos resultados. A maior produção de ácidos graxos voláteis neste experimento foi obtida em 45h com média de 3,4 g/L de AGVs, DPR de 1,4% e pH em 5,6. A demanda química de oxigênio (DQO) e a quantidade de cianeto analisadas na manipueira eram de 8865 mg/L de O2 e 1,9 mg/L, respectivamente, entre outras características físico-químicas determinadas. Após o processo de fermentação anaeróbia obteve-se redução de 21,6% da quantidade de DQO e 12,9% da quantidade de cianeto, indicando que a produção de AGVs, além de agregar valor a manipueira, contribui na redução de contaminantes importantes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/1903 |
| Date | 24 February 2011 |
| Creators | Giongo, Citieli |
| Contributors | Hasan, Salah Din Mahmud, Fiorese, Mônica Lady, Stremel, Dile Pontarolo, Klen, Márcia Regina Fagundes |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Parana, Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia Química, UNIOESTE, BR, Desenvolvimento de Processos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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