Realizado em Maceió/AL, de 28 a 30 de Agosto de 2013.
ISBN: 978-85-85905-04-0
TÍTULO: ESTUDO DO pH PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DO TRATAMENTO ANAERÓBIO DA MANIPUEIRA
AUTORES: Cardoso, P.H.G. (UFAL) ; Vilela, L.M.B. (UFAL) ; Amorim, E.L.C. (UFAL)
RESUMO: A presente pesquisa objetivou estudar a melhor condição operacional em relação ao
fator pH em Reator Anaeróbio de Leito Fluidificado (RALF) para uma maior produção
biológica de hidrogênio a partir da água residuária do processamento da mandioca
(a manipueira) acrescida de suplementos. O reator utilizado, em escala de
laboratório, altura de 190 cm e volume total 4192 cm3. Utilizou-se como material
suporte a argila expandida.Para a partida reacional utilizou-se o resíduo de uma
suinocultura. Avaliou-se diferentes valores de pH. Sendo eles: 4,9 - 5,0 - 5,1 -
5,2 e 5,3. De acordo com os resultados verificados pode dizer que a realização do
experimento foi hábil para a produção de biohidrogênio, observando um pH ótimo de
4,9 com uma produção volumétrica verificada de 0,7 L/h/L.
PALAVRAS CHAVES: biohidrogenio; reator anaeróbio; manipueira
INTRODUÇÃO: Enfatiza-se a produção fermentativa de hidrogênio, sendo tecnicamente mais
simples, contudo é um processo complexo e influenciado por diversos fatores,
tais como: potencial hidrogeniônico (pH), substrato, tempo de detenção
hidráulica (TDH), temperatura, material suporte e método de tratamento do
inóculo (WANG & WAN, 2009).
O pH é um parâmetro fundamental em reatores anaeróbios, podendo influenciar na
velocidade de produção de hidrogênio e inibir a ação de microrganismos
hidrogenotróficos que atuam como reguladores da pressão parcial do H2 no
sistema. Influencia nas atividades de bactérias produtoras de hidrogênio, e a
produção de hidrogênio fermentativo, porque pode afetar a atividade da
hidrogenase, bem como a via de metabolismo. Por isso a escolha do pH deve
envolver dois aspectos, o pH da água residuária a ser tratada e o pH que leva
as melhores condições para a produção de hidrogênio (FERNANDES, 2008; BARROS et
al., 2010; WANG & WAN, 2009; LUO et al. 2010b; AMORIM et al., 2010; INFANTES et
al. 2011).
De acordo com Cappelletti et al. (2011), em seu estudo sobre o efeito da
concentração de substrato inicial sobre consumo de DQO, pH e produção de H2
durante a fermentação da manipueira, relatou que os seus resultados obtidos
demonstraram que as águas residuárias do processamento de mandioca, um efluente
altamente poluente, pode ser empregada com sucesso como substrato para a
produção de H2.
Neste contexto, a presente pesquisa estudou a melhor condição operacional em
relação ao fator potencial hidrogeniônico (pH) em Reator Anaeróbio de Leito
Fluidificado (RALF) para uma maior produção biológica de hidrogênio a partir da
água residuária do processamento da mandioca (a manipueira) acrescida de
suplementos.
MATERIAL E MÉTODOS: O RALF utilizado foi em acrílico transparente com uma espessura de 5 mm, altura
de 190 cm e 5,3 cm de diâmetro interno. O volume total do reator é de 4192 cm3
(AMORIM, 2009). O reator foi acoplado a duas bombas (uma de alimentação e outra
de recirculação).
Para a partida do reatou utilizou-se o resíduo líquido de suinocultura; o mesmo
passou por um tratamento térmico para que houvesse uma seleção de microrganismos
(AMORIM , 2012; MAINTINGUER et al., 2008).
Utilizou-se a temperatura ambiente para a operação do reator (25 a 30 °C) e o
Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) aplicado foi de 2h (AMORIM , 2012). A argila
expandida foi escolhida para ser o material suporte para adesão de
microrganismos no reator - diâmetro de 2,8 à 3,35 mm (AMORIM, 2009; AMORIM,
2012). Utilizou-se a manipueira como substrato real para produção de hidrogênio
(AMORIM, 2012), a mesma foi suplementada de acordo com Amorim (2012). Adotou-se
uma Demanda Química de Oxigênio (DQO) teórica inicial de 4000 mg.L-1 (AMORIM,
2012). Para esse estudo foram avaliados diferentes valores de pH. Sendo eles:
4,9 - 5,0 - 5,1 - 5,2 e 5,3.
As amostras da manipueira foram coletadas em dois pontos do RALF, na entrada
(afluente) e na saída (efluente) para a realização das análises físico-químicas.
A frequência das análises foi de três vezes por semana, exceto o hidrogênio, pH
e vazão que necessitaram de verificações diárias, com a finalidade de
monitoramento para o desenvolvimento eficiente do processo de produção de H2.
As análises realizadas foram as seguintes: pH, Vazão, temperatura, alcalinidade,
DQO, carboidratos e ácidos voláteis totais. O método seguido foi o mesmo que
Amorim (2012) utilizou. A produção volumétrica de hidrogênio foi verificada de
acordo com a metodologia utilizada no trabalho de Amorim (2012).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Verificou-se eficiência média de conversão de DQO de 18,53%. Isto mostra que o
RALF desempenhou de forma confiável a fase acidogênica da digestão anaeróbia na
qual ocorre a produção de ácidos e consequentemente a produção de hidrogênio.
Verificou-se média de 2877,62 mg/L do substrato consumido(carboidratos)e
eficiência média de remoção de 74,99%. A produção volumétrica de hidrogênio
obteve valor mínimo foi de 0,16 L/dia/L no pH efluente de 5,3 e o máximo foi de
0,79 L/dia/L no pH efluente de 4,9. A média da produção volumétrica foi de 0,51
L/dia/L, considerando toda a fase analisada. Amorim (2012) verificou média de
produção volumétrica de 0,7 L/dia/L nas mesmas condições operacionais do estudo
atual.De acordo com o exposto, pode-se dizer que no pH igual a 4,9 e 5,0 foram
os que mais produziram hidrogênio, levando-se em conta a medição volumétrica
para cada litro útil de reator. Provavelmente, as rotas fermentativas que
prevaleceram nestes valores de pH foram a rota do ácido acético e a do ácido
butírico, que são rotas indicadoras para uma maior produção de hidrogênio.
Possivelmente, pelo valor verificado dos ácidos voláteis totais, a rota que se
adequou ao pH 4,9 foi a do ácido acético, considerando a produção de hidrogênio
máxima de 4 mol H2/mol glicose que esta rota pode atingir. Já a rota do ácido
butírico adequou-se mais ao pH 5,0 justificado pelo valor verificado dos ácidos
voláteis totais que foi menor, comparado ao valor verificado da amostra do
efluente com pH 4,9.
Pode-se dizer que de acordo com as análises dos ácidos voláteis totais,
acredita-se que nas fases com os pHs efluentes de valor 5,2 e 5,3 predominou a
rota do acido propiônico, pois houve uma alta produção de ácidos voláteis
totais, contudo não houve uma produção significativa de hidrogênio.
CONCLUSÕES: O procedimento de inoculação do RALF foi eficiente, provavelmente pela realização
do tratamento térmico do inóculo, tendo como consequência a remoção adequada de
DQO na fase acidogênica e pelo valor verificado do substrato consumido.
A realização do experimento foi hábil para a produção de biohidrogênio, observando
um pH ótimo de 4,9 com uma produção volumétrica verificada foi de 0,79 litros de
hidrogênio por hora por litro útil de reator. A rota fermentativa do ácido acético
foi a que provavelmente predominou neste valor de pH justificado pelo valor
observado dos ácidos voláteis totais.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AMORIM, E.L.C. Efeito da concentração de glicose e da alcalinidade na produção de hidrogênio em reator aneróbio de leito fluidificado. 2009. 163 f. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento) – Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Hidráulica e Saneamento, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009.
AMORIM, N.C.S. Produção de hidrogênio a partir da manipueira em reator anaeróbio de leito fluidificado. 2012. 107 f. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos e Saneamento) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2012.
AMORIM, N.C.S.; ALVES, I.; MARTINS, J. S.; CAVALCANTE, J.S.; AMORIM, E.L.C. Produção de hidrogênio a partir da manipueira em reator anaeróbio de leito fluidificado. In: V CONGRESSO DE ENGENHARIA, CIÊNCIA E TECNOLOGIA. Anais… Maceió-AL, 2011.
BARROS, A.R.; AMORIM, E.L.C.; REIAS, C.M.; SHIDA, G.M.; SILVA, E.L. Biohydrogen production in anaerobic fluidized bed reactors: Effect of support material and hydaulic retention time. International Journal of Hydrogen Energy, 35: p. 3379-3388, 2010.
CAPPELLETTI, B. M; REGINATTO, V.; AMANTE, E. R.; ANTÔNIO, R. V. Fermentative production of hydrogen from cassava processing wastewater by Clostridium acetobutylicum. Renewable Energy. V. 36, p. 3367-3372, 2011.
FERNANDES, B. S. Produção de Hidrogênio em Reator Anaeróbio de Leito Fixo. 2008. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Hidráulica e Saneamento, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2008.
INFANTES, D.; CAMPO, A. GONZÁLEZ del.; VILLASEÑOR, J.; FERNÁNDEZ, F.J. Influence of pH, temperature and volatile fatty acids on hydrogen production by acidogenic fermentation. International Journal of Hydrogen Energy. v. 36, p. 5595-5601, 2011.
LAMAISON, F.C. Aplicação da água residuária do processamento da mandioca como substrato para a produção de hidrogênio por processo fermentativo. 2009. 83 f. Dissertação (Mestrado) – Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009.
LUO, G.; XIE, L.; ZHONGHAI, Z.; ZHOU, Q.; JING-YUAN, W. Fermentative hydrogen production from cassava stillage by mixed anaerobic microflora: Effects of temperature an pH. Apllied Energy, v. 87: 3710-3717, 2010.
MAINTINGUER, S.I.; FERNANDES, B.S.; DUARTE, I.C.S.; SAAVEDRA, N.C.; ADORNO, M.A.T.; VARESCHE, M.B. Fermentative Hydrogen Production by Microbial Consortium. International Journal of Hydrogen Energy, v. 33, p. 4309 - 4317, 2008.
PEIXOTO, G. Produção de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fixo e fluxo ascendente a partir de água residuária de indústria de refrigerantes. 2008. 107 f. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2008.
REIS, C. M. Efeito da Velocidade Ascensional na Produção de hidrogênio em Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado. 2010. 112 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, Departamento de Engenharia Química, 2010.
WANG, J.; WAN, W. Factors influencing fermentative hydrogen production: A review. Int J Hydrogen Energy., v. 34, p. 799-811, 2009.