Produção de biohidrogênio a partir de soro de leite em AnSBBR com recirculação da fase líquida

O presente estudo investigou a aplicação de dois tipos de AnSBBR (reatores anaeróbio com biofilme e operados em batelada e batelada alimentada sequenciais: com recirculação da fase líquida e com agitação) para produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética (a base de soro de leite e lactose, respectivamente). O AnSBBR com recirculação da fase líquida, que foi o estudo principal do presente trabalho, apresentou problemas na produção de hidrogênio utilizando soro de leite como substrato. Algumas alternativas, como adaptação da biomassa com substratos puros de degradação mais fácil, controle do pH em valores muito baixos e diferentes formas de inoculação foram testadas, entretanto, sem obtenção de sucesso. A solução do problema foi obtida ao refrigerar o meio de alimentação a 4ºC para evitar a fermentação no frasco de armazenamento, retirar a ureia e a suplementação de nutrientes, e realizar lavagens periódicas do material suporte para retirada de parte da biomassa. Dessa forma eliminaram-se indícios de produção de H2S por possível ação de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e atingiu-se uma produção estável de hidrogênio sem, entretanto, eliminar completamento o metano, que foi produzido em baixas concentrações. Depois de atingida a estabilidade, investigou-se a influência da concentração afluente de substrato, do tempo de enchimento e da temperatura na produção de biohidrogênio no AnSBBR com recirculação da fase líquida tratando soro de leite. O estudo da concentração afluente apresentou um ponto ótimo para a concentração de 5400 mgDQO.L-1, atingindo valores de 0,80 mol H2.mol-1 lactose e de 660 mL H2.L-1.d-1. O estudo do tempo de enchimento apresentou resultados similares para as condições analisadas. Com relação à temperatura, os melhores resultados foram obtidos com a temperatura mais baixa testada de 15ºC (1,12 mol H2.mol lactose-1 e 1080 mL H2.L-1.d-1), sendo que na temperatura mais alta testada (45°C) não ocorreu produção de hidrogênio. Para o AnSBBR com agitação mecânica, que foi um estudado complementar realizado pelo fato da lactose ser o principal complemento do soro de leite, o desempenho do biorreator foi avaliado de acordo com influência conjunta do tempo de ciclo (tC – 2, 3 e 4 h), da concentração afluente (CSTA – 3600-5400 mgDQO.L-1) e da carga orgânica volumétrica aplicada (COAV – 9,3, 12,3, 13,9, 18,5 e 27,8 mgDQO.L-1.d-1). Foram obtidos excelentes resultados: consumos de carboidratos (lactose), com valores médios sempre acima de 90% e uma produção estável de biohidrogênio em todas as condições estudadas, com metano em baixas concentrações apenas na condição de maior COAV. A diminuição do tC apresentou tendência clara de melhora sobre o RMCRC,n (rendimento molar entre hidrogênio produzido e carboidrato removido) apenas para as condições com menor concentração CSTA, havendo uma relação direta entre CSTA, e RMCRC,n em todos os valores de tC, exceto para o tempo de ciclo de 3 h, exatamente onde ocorreu produção de metano. O melhor valor de RMCRC,n obtido na operação com lactose (1,65 mol H2.mol Carboidrato-1) foi superior aos obtidos em outros trabalhos utilizando a mesma configuração de reator e sacarose como substrato. As análises filogenéticas mostraram que a maioria dos clones analisados foi semelhante à Clostridium. Além destes, clones filogeneticamente semelhantes com a Família Lactobacilaceae, especificamente Lactobacillus rhamnosus foram observados em menor porcentagem no reator, assim como clones com sequências semelhantes a Acetobacter indonesiensis.

Análise dos parâmetros que interferem no metabolismo da microbiota anaeróbia e anóxica na remoção de bifenilas policloradas

A elevada concentração de cloro das bifenilas policloradas provoca alta toxicidade do composto, o qual dificulta sua biodegradação. A contaminação de PCB no Brasil foi confirmada em estudo realizado na Bahia de Santos-São Vicente (São Paulo), o qual revelou a necessidade de um plano de ação para o controle e remoção de PCB no Brasil. Pretendeu-se assim, na realização da presente pesquisa, verificar quatro hipóteses: (1) A técnica de Microextração em fase sólida é uma metodologia eficaz para avaliação de bifenilas policloradas de amostras de reatores; (2) A condição fermentativa-metanogênica abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo; (3) A condição desnitrificante abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo e (4) A remoção de PCB, bem como, a composição microbiana é distinta em cada condição metabólica. Para tanto, reatores em batelada foram montados separadamente com biomassa anaeróbia proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de avicultura e biomassa de sistemas de lodos ativados de tratamento de esgoto sanitário. Os reatores operados em condição mesófila foram alimentados com meio sintético, co-substratos, sendo etanol (457 mg.L-1) e formiato de sódio (680 mg.L-1) para os reatores anaeróbios, e somente etanol (598 mg.L-1) para os reatores anóxicos, além de PCB padrão Sigma (congêneres PCBs 10, 28, 52, 153, 138 e 180) em diferentes concentrações, dependendo do objetivo do ensaio. A aplicação do método de extração por SPME com análise em cromatógrafo gasoso com detector por captura de elétrons foi adequada para a determinação dos seis congêneres de PCB. Obteve-se ampla faixa de linearidade, seletividade frente aos vários interferentes, além da robustez do método, utilidade e confiabilidade na identificação e quantificação específica dos seis congêneres de PCB. A Hipótese 1 foi aceita; ou seja, por meio da aplicação da metodologia SPME foi possível quantificar os PCB nos reatores em batelada. Apesar de ter sido comprovada a inibição metanogênica na presença de PCB, com IC50 de 0,03 mg.Lbiomassas em cada condição. Assim, a Hipótese 4 foi aceita; ou seja, por meio de ensaios em batelada foi comprovada maior eficiência de remoção sob condição anaeróbia e distinta composição microbiana em cada condição.

Utilização de metanol, etanol e metano como doadores de elétrons para a desnitrificação

Esta tese apresenta e discute os dados obtidos a partir de trabalho experimental projetado para avaliar comparativamente o desempenho de reatores desnitrificantes em batelada, tendo etanol, metanol e gás metano como doadores de elétrons. Os experimentos foram realizados em reatores em escala de bancada. Os ensaios com gás metano objetivaram verificar a efetividade deste sub-produto de reatores anaeróbios em substituir os doadores exógenos de elétrons comumente utilizados, tais como metanol e etanol. Para alcançar o objetivo principal deste trabalho, os parâmetros cinéticos de desnitrificação, para os doadores de elétrons ensaiados, foram determinados nas diferentes condições operacionais. Além disso, as alterações ocorridas na população microbiana, ao longo do período experimental, foram avaliadas em relação à diversidade microbiana, por meio de análises microscópicas (óptica, de fluorescência e eletrônica de varredura) e da técnica de Biologia Molecular de PCR/DGGE. A completa desnitrificação foi alcançada para todos os compostos testados, e o etanol foi o doador de elétrons mais eficiente para a desnitrificação. A melhor razão carbono-nitrogênio para a desnitrificação foi igual a 1,0. Contudo, este parâmetro foi encontrado ser inadequado para utilização no processo de desnitrificação, uma vez que não expressa a capacidade real do composto usado em doar elétrons. A desnitrificação com metano ocorreu tanto na presença como na ausência de oxigênio, embora a baixas velocidades quando comparado com os outros compostos. No entanto, a configuração do reator utilizado neste estudo não foi adequada para promover a efetiva dissolução do gás metano na fase líquida. Por essa razão, sugere-se o desenvolvimento de configurações de reatores apropriadas para minimizar as resistências à transferência de massa da fase gasosa para a líquida e também desta para a biomassa.

Anaerobic Digestion Project Working Guide: A Case Study Analysis and Procedural Summary of Anaerobic Digester Projects for the United States Agricultural Sector

Renewable energy such as biomass has given markets, including dairy farms, an effective approach to reducing the costs of sustaining a profitable business. Anaerobic digestion systems offer dairy farms a very effective way to reduce manure odor, comply with soil and water pollution regulations, manufacture compost for general market sales, produce irrigation capacity and generate on-site electricity as well as the ability to sell excess electricity back to the local utilities. This project defines anaerobic digestion technologies and practices, analyzes case studies and presents a step-by-step anaerobic digestion project startup checklist. The result is an anaerobic digestion project working guide that acts as a tool to aid dairy farmers in their own potential anaerobic digestion project.

Thermal Runaway in Tubular Reactor Systems with n-th Order Kinetics

This paper addresses the problem of predicting the critical parameters that characterize thermal runaway in a tubular reactor with wall cooling, introducing a new view of the n-th order kinetics reactions. The paper describes the trajectories of the system in the temperature-(concentration)n plane, and deduces the conditions for the thermal risk.

Semivolatile and Volatile Compound Evolution during Pyrolysis and Combustion of Colombian Coffee Husk

Thermal characterization of coffee husk (Coffea arabica) from Colombian coffee has been studied. Different products, mostly volatile and semivolatile compounds, were analyzed, paying special attention to 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) classified by the United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA) as priority pollutants, frequently used for checking toxicity in environmental samples. A fixed amount of raw material was exposed to different excess air ratios (λ = 0–2.33) and nominal temperature of 1123 K in a horizontal quartz reactor. The results show that coffee husk is a promising biomass for energetic exploitation with reduced formation of PAHs in a low air excess ratio. This implies reduction of carcinogenic potential in the limited presence of oxygen, demonstrated by calculating the carcinogenic potential (KE) for each experimental condition. Most volatile and semivolatile compounds followed different trends, with the oxygen presence prevailing their decomposition with increasing the air excess ratio.

Development of a Mechanism and Process to Continuously Produce Spherical, Torrefied Biomass

Thesis (Master, Mechanical and Materials Engineering) -- Queen's University, 2016-06-17 02:15:25.215

Proceedings of the second Joint USAEC-EURATOM Two-Phase Flow Meeting. Held at USAEC, Germantown, Maryland, April 29, 30, and May 1, 1964.

At head of title: United States Atomic Energy Commission - USAEC. European Atomic Energy Community - EURATOM.

An integrated biomass energy system for Illinois agriculture : final report /

"Contract FY 81-8/AE-8."

Microscale structure and function of anaerobic-aerobic granules containing glycogen accumulating organisms

The spatial arrangement and metabolic activity of 'Candidatus Competibacter phosphatis' was investigated in granular sludge from an anaerobic-aerobic sequencing batch reactor enriched for glycogen-accumulating organisms. In this process, the electron donor (acetate) and the electron acceptor (oxygen) were supplied sequentially in each phase. The organism, identified by fluorescence in situ hybridisation, was present throughout the granules; however, metabolic activity was limited to a 100-mum-thick layer immediately below the surface of the granules. To investigate the cause of this, oxygen microsensors and a novel microscale biosensor for volatile fatty acids were used in conjunction with chemical staining for intracellular storage polymers. It was found that the limited distribution of activity was caused by mass transport limitation of oxygen into the granules during the aerobic phase. (C) 2003 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Determination of external and internal mass transfer limitation in nitrifying microbial aggregates

In this article we present a study of the effects of external and internal mass transfer limitation of oxygen in a nitrifying system. The oxygen uptake rates (OUR) were measured on both a macro-scale with a respirometric reactor using off-gas analysis (Titrimetric and Off-Gas Analysis (TOGA) sensor) and on a micro-scale with microsensors. These two methods provide independent, accurate measurements of the reaction rates and concentration profiles around and in the granules. The TOGA sensor and micro-sensor measurements showed a significant external mass transfer effect at low dissolved oxygen (DO) concentrations in the bulk liquid while it was insignificant at higher DO concentrations. The oxygen distribution with anaerobic or anoxic conditions in the center clearly shows major mass transfer limitation in the aggregate interior. The large drop in DO concentration of 22 - 80% between the bulk liquid and aggregate surface demonstrates that the external mass transfer resistance is also highly important. The maximum OUR even for floccular biomass was only attained at much higher DO concentrations ( approximate to 8 mg/L) than typically used in such systems. For granules, the DO required for maximal activity was estimated to be > 20mg/L, clearly indicating the effects of the major external and internal mass transfer limitations on the overall biomass activity. Smaller aggregates had a larger volumetric OUR indicating that the granules may have a lower activity in the interior part of the aggregate. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.