Biohydrogen production in anaerobic fluidized bed reactors: Effect of support material and hydraulic retention time

This study evaluated two different support materials (polystyrene and expanded clay) for biohydrogen production in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) treating synthetic wastewater containing glucose (4000 mg L(-1)). The AFBRs contained either polystyrene (R1) or expanded clay (R2) as support materials were inoculated with thermally pre-treated anaerobic sludge and operated at a temperature of 30 degrees C and a pH of approximately 5.5. The AFBRs were operated with a range of hydraulic retention times (HRTs) between 1 and 8 h. For R1 with an HRT of 2 h, the maximum hydrogen yield (HY) was 1.90 mol H(2) mol(-1) glucose, with 0.805 mg of biomass (as total volatile solids, or TVS) attached to each g of polystyrene. For R2 operated at an HRT of 2 h, the maximum HY was 2.59 mol H(2) moll glucose, with 1.100 mg of attached biomass (as TVS) g(-1) expanded clay. The highest hydrogen production rates (HPR) were 0.95 and 1.21 L h(-1) L(-1) for R1 and R2, respectively, using an HRT of 1 h. The H(2) content increased from 16-47% for R1 and from 22-51% for R2. No methane was detected in the biogas produced throughout the period of AFBR operation. These results show that the values of HY, HPR, H(2) content, and g of attached biomass g(-1) support material were all higher for AFBRs containing expanded clay than for reactors containing polystyrene. (C) 2010 Professor T. Nejat Veziroglu. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Long-term stability of hydrogen and organic acids production in an anaerobic fluidized-bed reactor using heat treated anaerobic sludge inoculum

This study evaluates the stability of hydrogen and organic acids production in an anaerobic fluidized-bed reactor (AFBR) that contains expanded clay (2.8-3.35 mm in diameter) as a support medium and is operated on a long-term basis. The reactor was inoculated with thermally pre-treated anaerobic sludge and operated with decreasing hydraulic retention time (HRT), from 8 h to 1 h, at a controlled temperature of 30 degrees C and a pH of about 3.8. Glucose (2000 mg L(-1)) was used as the substrate, generating conversion rates of 92-98%. Decreasing the HRT from 8 h to 1 h led to an increase in average hydrogen-production rates, with a maximum value of 1.28 L h(-1) L(-1) for an HRT of 1 h. In general, hydrogen yield production increased as HRT decreased, reaching 2.29 mol of H(2)/mol glucose at an HRT of 2 h and yielding a maximum hydrogen content of 37% in the biogas. No methane was detected in the biogas throughout the period of operation. The main soluble metabolites (SMP) were acetic acid (46.94-53.84% of SMP) and butyric acid (34.51-42.16% of SMP), with less than 15.49% ethanol. The steady performance of the AFBR may be attributed to adequate thermal treatment of the inoculum, the selection of a suitable support medium for microbial adhesion, and the choice of satisfactory environmental conditions imposed on the system. The results show that stable hydrogen production and organic acids production were maintained in the AFBR over a period of 178 days. (C) 2009 International Association for Hydrogen Energy. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Anaerobic fluidized bed reactor with expanded clay as support for hydrogen production through dark fermentation of glucose

This study evaluated hydrogen production in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) fed with glucose-based synthetic wastewater. Particles of expanded clay (2.8-3.35 mm) were used as a support material for biomass immobilization. The reactor was operated with hydraulic retention times (HRT) ranging from 8 to 1 h. The hydrogen yield production increased from 1.41 to 2.49 mol H(2) Mol(-1) glucose as HRT decreased from 8 to 2 h. However, when HRT was 1 h, there was a slight decrease to 2.41 mol H(2) Mol(-1) glucose. The biogas produced was composed of H(2) and CO(2), and the H(2) content increased from 8% to 35% as HRT decreased. The major soluble metabolites during H(2) fermentation were acetic acid (HAc) and butyric acid (HBu), accounting for 36.1-53.3% and 37.7-44.9% of total soluble metabolites, respectively. Overall, the results demonstrate the potential of using expanded clay as support material for hydrogen production in AFBRs. (c) 2008 International Association for Hydrogen Energy. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Particle-Image Velocimetry Study of a Pediatric Ventricular Assist Device

Particle-image velocimetry (PIV) was used to visualize the flow within an optically transparent pediatric ventricular assist device (PVAD) under development in our laboratory The device studied is a diaphragm type pulsatile pump with an ejection volume of 30 ml per beating cycle intended for temporary cardiac assistance as a bridge to transplantation or recovery in children. Of particular interest was the identification of flow patterns, including regions of stagnation and/or strong turbulence that often promote thrombus formation and hemolysis, which can degrade the usefulness of such devices. For this purpose, phase-locked PIV measurements were performed in planes parallel to the diaphram that drives the flow in the device. The test fluid was seeded with 10 Am polystyrene spheres, and the motion of these particles was used to determine the instantaneous flow velocity distribution in the illumination plane. These measurements revealed that flow velocities up to 1.0 m/s can occur within the PVAD. Phase-averaged velocity fields revealed the fixed vortices that drive the bulk flow within the device, though significant cycle-to-cycle variability was also quite apparent in the instantaneous velocity distributions, most notably during the filling phase. This cycle-to-cycle variability can generate strong turbulence that may contribute to greater hemolysis. Stagnation regions have also been observed between the input and output branches of the prototype, which can increase the likelihood of thrombus formation. [DOI: 10.1115/1.4001252]

Cardiac troponin T as a biochemical marker of cardiac dysfunction and ductus venosus Doppler velocimetry

Objectives: The aim of this study was to determine the correlation between ductus venosus (DV) Doppler velocimetry and fetal cardiac troponin T (cTnT). Study design: Between March 2007 and March 2008, 89 high-risk pregnancies were prospectively studied. All patients delivered by cesarean section and the Doppler exams were performed on the same day. Multiple regression included the following variables: maternial age, parity, hypertension, diabetes, gestational age at delivery, umbilical artery (UA) S/D ratio, diagnosis of absent or reversed end-diastolic flow velocity (AREDV) in the UA, middle cerebral artery (MCA) pulsatility index (131), and DV pulsatility index for veins (PIV). Immediately after delivery, UA blood samples were obtained for the measurement of pH and cTnT levels. Statistical analysis included the Kruskal-Wallis test and multiple regressions. Results: The results showed a cTnT concentration at birth >0.05 ng/ml in nine (81.8%) of AREDV cases, a proportion significantly higher than that observed in normal UA S/D ratio and UA S/D ratio >p95 with positive diastolic blood flow (7.7 and 23.1%, respectively, p < 0.001). A positive correlation Was found between abnormal DV-PIV and elevated cTnT levels in the UA. Multiple regression identified DV-PIV and a diagnosis of AREDV as independent factors associated with abnormal fetal cTnT levels (p < 0.0001, F(2.86) = 63.5, R = 0.7722). Conclusion: DV-PIV was significantly correlated with fetal cTnT concentrations at delivery. AREDV and abnormal DV flow represent severe cardiac compromise, with increased systemic venous pressure, and a rise in right ventricular afterload, demonstrated by myocardial damage and elevated fetal cTnT. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Fetal hemodynamic changes following maternal betamethasone administration in pregnancies with fetal growth restriction and absent end-diastolic flow in the umbilical artery

Objectives. To examine the effects of betamethasone administration on umbilical artery (UA), middle cerebral artery (MCA) and ductus venosus (DV) Doppler flow. Design. Longitudinal prospective study. Setting: Fetal Surveillance Unit, Department of Obstetrics and Gynecology, University of Sao Paulo, Sao Paulo, Brazil. Population. Thirty-two singleton pregnancies complicated by fetal growth restriction with absent end-diastolic flow in the UA. Methods. Pulsatility index (PI) of the UA, MCA and DV was measured from 26 to 34 weeks prior to and within 24 or 48 hours after starting betamethasone treatment course. Analysis of variance for repeated measures was used to determine the changes in the fetal hemodynamic Doppler flow following maternal corticosteroid administration. Main outcome measures. Improvement of UA-PI within 24 hours and DV-PIV (venous pulsatility) within 48 hours from the first betamethasone dose. Results. Mean gestational age at delivery was 29.3 (1.8) weeks and birthweight was 806.6 (228.2) g. A reduction in the UA-PI was observed in 29 (90.6%) cases, with return of end-diastolic flow in 22 (68.7%). The mean UA-PI were 2.84 (0.52) before corticosteroid administration, 2.07 (0.56) within 24 hours and 2.42 (0.75) after 48 hours, with a significant difference along the evaluations (p0.001). No significant changes in the MCA Doppler were observed. DV-PIV decreased from 1.06 (0.23) prior corticosteroids administration to 0.73 (0.16) within 24 hours and 0.70 (0.19) after 48 hours (p0.001). Conclusions. There was reduction in the umbilical artery and in the DV pulsatility indices within 24 hours from betamethasone administration that was maintained up to 48 hours.

LONGITUDINAL REFERENCE VALUES FOR DUCTUS VENOSUS DOPPLER IN LOW-RISK PREGNANCIES

The aim of this study was to establish normal ranges of blood flow velocities and indices in the fetal ductus venosus (DV) during the second half of normal pregnancy. A Doppler study of 60 healthy pregnant women without fetal pathologies was performed during the second half of pregnancy. The peak systolic velocity (PSV), peak diastolic velocity (PDV), maximum velocity during atrial contraction (VAC), peak systolic velocity/maximum velocity during atrial contraction (S/A ratio), pulsatility index for the vein (PIV), preload index (PLI) and velocity index for the vein (VIV) were calculated from the DV at 4-week intervals. A significant increase in PSV, PDV and VAC was observed from the 20-23(6/7) to the 28-31(6/7) weeks, with stabilization of values until the end of the pregnancy. On the other hand, the study showed a significant decrease for the S/A ratio, PIV, PLI and VIV from the 20-23(6/7) to the 28-31(6/7) weeks and remaining stable from then until term. (E-mail:dralemar@uol.com.br) (C) 2010 World Federation for Ultrasound in Medicine & Biology.

Atributos físicos de um Latossolo Vermelho correlacionados linear e espacialmente com a consorciação de guandu com milheto

O sistema cultivo mínimo, por possibilitar pouca movimentação de solo, menor número de operações agrícolas sem incorporação dos resíduos vegetais, apresenta vantagens em razão do menor custo de preparo e da redução das perdas de solo e água. No ano agrícola de 2006/2007, na Fazenda de Ensino e Pesquisa da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, SP, Brasil - FEIS/UNESP, situada nas condições do Cerrado Brasileiro, objetivou-se analisar a produtividade de massa de matéria seca da consorciação de forragem (guandu+milheto) (MSF), em função de atributos físicos do solo, tais como resistência à penetração (RP), umidade gravimétrica (UG), umidade volumétrica (UV) e densidade do solo (DS) nas profundidades de 0,0-0,10 m; 0,10-0,20 m e 0,20-0,30 m. Para tanto, foi instalado um ensaio, contendo 117 pontos amostrais, em um Latossolo Vermelho distroférrico, sob pivô central, numa área experimental de 1600 m² sob cultivo mínimo. A análise estatística constou de análise descritiva inicial dos atributos e análise das correlações lineares simples entre eles, e, finalmente, de análise geoestatística. Do ponto de vista da correlação espacial, o atributo que mais bem explica a produtividade de massa de matéria seca da consorciação é a densidade do solo na camada de 0,20-0,30 m, com uma correlação inversa, indicando que as espécies se desenvolvem bem em solos adensados.

Correlação entre produção de feijão e atributos físicos de um Latossolo em Mato Grosso do Sul

No Brasil, a cultura do feijoeiro é uma das mais representativas explorações agrícolas, não só pela área de cultivo, como também pelo valor econômico de sua produção. No ano agrícola de 2006/07, no município de Selvíria (MS), foi analisada a produtividade de grãos do feijoeiro, em função de alguns atributos físicos de um Latossolo Vermelho distroférrico, em sistema de cultivo mínimo e irrigado com pivô central. Este trabalho objetivou avaliar, dentre os atributos físicos do solo, sob cultivo mínimo, aqueles que melhor expliquem, pela correlação de Pearson e espacialmente, a variabilidade da produtividade de grãos de feijão. Para tanto, foi instalada uma malha geoestatística, para a coleta de dados do solo e da planta, com 117 pontos amostrais, numa área de 2025 m² e declive homogêneo de 0,055 m m-1, 5%. Os resultados mostraram que houve baixa produtividade de grãos do feijoeiro, ocorrida provavelmente por causa de uma menor densidade de plantas que esse sistema proporcionou. Dessa forma, para o sistema de cultivo mínimo do solo, a produtividade de feijão pôde ser explicada, em função da porosidade total e da densidade do solo.

Estoque e frações de carbono orgânico e fertilidade de solo sob floresta, agricultura e pecuária

O entendimento dos fenômenos de trocas de carbono entre solo, água e atmosfera é fundamental para o manejo e a conservação de ecossistemas naturais e agrários. Os objetivos deste trabalho foram determinar os estoques de carbono orgânico, as suas frações e a fertilidade do solo sob os manejos florestal (mata remanescente), integrando agricultura e florestas (eucalipto e cutieira) e em monoculturas agrícola (sob pivô central) e pastoril (braquiária), na Bacia do Rio Paraopeba, em Florestal-MG, visando a propor indicadores para a avaliação de manejo e conservação do solo. As amostras de solo foram coletadas em remanescente de mata nativa (Mata), em área agrícola cultivada sob irrigação de pivô central (Pivô) e em áreas de cultivo de Corymbia citriodora (Corymbia citriodora (Hook.) K.D. Hill & L.A.S. Johnson) (Eucalipto), Joannesia princeps Vell. (Cutieira) e Brachiaria decumbens Stapf (Pasto), nas profundidades de 0 a 20 e 20 a 40 cm. Os resultados indicaram que as estimativas dos estoques e de estabilidade do carbono orgânico aumentaram com a fertilidade do solo. Os sistemas florestais, principalmente a Mata, acompanhada pelos sistemas de manejo do solo integrando florestas à pastagem, em comparação com o cultivo contínuo ou a monocultura de pastagem, apresentaram estoques de carbono maiores, mais estáveis e menos solúveis, com formas mais aromáticas e hidrofóbicas (maior relação AH/AF), indicando menor potencial de lixiviação de carbono para o sistema aquático adjacente.

Efeitos tridimensionais no escoamento em torno de cilindros confinados

Mestrado em Engenharia Química

Estudo da reciclagem do banho de caleiro de pele caprina

Mestrado em Engenharia Química

Avaliação técnica e econômica de um biodigestor de fluxo tubular: estudo de caso do modelo implantado na etec "orlando quagliato" em Santa Cruz do Rio Pardo, SP

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.