6º Encontro Nacional de Tecnologia Química
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.
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