THERMOPHILIC BIOMETHANE PRODUCTION BY VINASSE IN AN AnSBBR: START-UP STRATEGY AND PERFORMANCE OPTIMIZATION

Abstract

Thermophilic anaerobic digestion treatment of industrial wastewater generated at high temperatures can be used as an alternative for environmental pollution control and bioenergy production. Therefore, this study investigated thermophilic anaerobic reactors containing immobilized biomass (AnSBBR) to treat vinasse for methane production, in batch and fed-batch mode, in a three-step approach. In Step I (batch), the biomass was properly adapted to the thermophilic condition (55 °C) with a feed containing vinasse plus molasses as a cosubstrate. In Step II (batch), the applied volumetric organic load (AVOL) was increased and resulted in a methane molar productivity of 304 molCH 4 .m-3 .d-1 at an AVOL of 25.9 gCOD.L-1 .d-1 and a yield of methane per removed organic matter near 331 NmL-CH 4 .gCOD-1. In Step III, a fed-batch strategy was employed at an AVOL of 25.1 gCOD.L-1 .d-1 and achieved an optimum methane productivity of 352 molCH 4 .m-3 .d-1 with COD and carbohydrate removal efficiencies of approximately 80 % and 90%, respectively. A kinetic model fitted to the experimental data allowed better understanding of the anaerobic metabolic reactions. Finally, the results obtained demonstrated that a thermophilic AnSBBR is an efficient technological alternative for methane production through vinasse digestion.

Co-digestão de vinhaça e glicerina em reatores anaeróbios de leito fluidificado

“…Portanto, a reposição da biomassa acidogênica quando na lavagem do reator em aplicação de TDH reduzido tem velocidade aproximadamente 20 vezes superior à reposição da biomassa metanogênica, o que pode levar ao acúmulo de AGVs no reator. Neste caso, a fermentação primária da vinhaça em reator acidogênico pode ocorrer em TDHs tão baixos quanto 2 e 1 h (SANTOS et al, 2014b;REIS et al, 2015;REGO et al, 2020;BERNAL;DE a 96 horas (SOSA-VILLALOBOS et al, 2018;DE ALBUQUERQUE et al, 2019;CAILLET;ADELARD, 2021).…”

“…De fato, Bezerra et al (2011) observaram redução da eficiência de remoção de matéria orgânica de 91% para 47,2% em mono-digestão de glicerol em AnSBBR acompanhada pelo aumento da concentração e AGV para 729 mg HAc L -1 ao incrementar a TCO de 1,5 para 6 kg DQO m -3 d -1 . Em contrapartida, de Albuquerque et al (2019) também utilizaram AnSBBR para mono-digestão de vinhaça e observaram concentração de AGV igual a 92 mg HAc L -1 em 6 kg DQO m -3 d -1 , inferior ao acúmulo observado em mono-digestão de glicerol (BEZERRA et al, 2011).A possibilidade de aplicação de TCOs mais elevadas na digestão de vinhaça(DE ALBUQUERQUE et al, 2019;RAMOS et al, 2021) vem do fato de que este é um composto misto de açúcares biodegradáveis e outros compostos com degradação mais lenta. O HLa presente na vinhaça, por exemplo, necessita de 8 h a mais para ser degradado do que o acetato(PAUDEL et al, 2017).…”

“…O acúmulo dos HAc (53%) e HPr (22%), a redução da eficiência de remoção de matéria orgânica de 70% para 51%, e o aumento da relação AI/AP de 0,38 para 0,87 foram relatados por Siqueira, Damiano e Silva(2013) como consequência do aumento da TCO de 3,33 para 26,19 kg DQO m -3 d -1 na digestão de vinhaça em RALF mesofílico. Ainda assim, a concentração de AGV na co-digestão de vinhaça e glicerol em 20 kg DQO m -3 d -1364 mg HAc L -1 ) foi inferior as observadas em mono-digestão termofílica de vinhaça em RALF (6299 mg HAc L -1 )(RAMOS et al, 2021) e AnSBBR (1526 mg HAc L -1 )(DE ALBUQUERQUE et al, 2019).Apesar da redução da eficiência de remoção de matéria orgânica no RALF-MT em 20 kg DQO m -3 d -1 e da detecção de HAc e HPr em TCO superiores a 10 kg DQO m -3 d -1 , foi observada alcalinidade à bicarbonato no efluente de 2274 mg CaCO3 L -1 , superior à alcalinidade afluente (964 mg CaCO3 L -1 ). O oposto foi verificado por T.B.…”

Produção de metano em AnSBBR termofílico a partir da codigestão de glicerina, soro de queijo e vinhaça de cana-de-açúcar

“…Além disso, a partir das análises morfológicas microbianas foi possível identificar eventuais mudanças nas comunidades.Neste trabalho foi realizada a codigestão combinando dois tipos distintos de efluentes da Subprojeto C -glicerina e vinhaça de cana-de-açúcar. Para cada subprojeto, foi necessário uma etapa de adaptação da biomassa para a temperatura de 55 °C, visto que esta era armazenada na geladeira a 4 °C, seguindo o que foi proposto porAlbuquerque et al (2019a).anterior, permanecendo constantes a proporção de substratos (Etapa I), o tempo de ciclo (8h) e a temperatura (55 °C);  Etapa IV -Temperatura: com os melhores resultados obtidos nas etapas anteriores, foi estudada a influência da temperatura. Nesta etapa o reator foi operado alterando a Subprojeto B, foi realizando apenas a variação para 50 °C.Em relação ao Subprojeto C, em que foi realizada a codigestão de glicerina e vinhaça de cana-de-açúcar, a etapa de adaptação foi realizada conforme apresentado na Tabela 4.5.…”