RESUMO Nos últimos anos há um interesse crescente no uso de diversos resíduos agroindustriais. No Brasil, as indústrias de alimentos acumulam uma enorme quantidade de resíduos, principalmente as de processamento de frutos cítricos.Entre as possibilidades de valorização destes resíduos, a digestão anaeróbia é uma alternativa promissora na geração de energia renovável e controle da poluição. Nesse sentido, esse estudo avaliou a digestão anaeróbia de água residuária citrícola, visando à produção biológica de hidrogênio a partir de três inóculos: (1) Clostridium Acetobutylicum ATCC 824,(2) Clostridium Beijerinckii ATCC 10132 e (3) consórcio anaeróbio obtido da água residuária citrícola. O experimento foi realizado em 51h, em triplicatas de reatores anaeróbios em batelada, alimentados com 2 fontes distintas de carbono: glicose (10,7 g DQO L-1) e água residuária citrícola (10,0 g DQO L-1), headspace preenchido com N2 (99,99%), pH inicial 7,0 e mantidos a 37°C, sob modo estático. Nos reatores alimentados com glicose foram verificados geração de hidrogênio apenas com os inóculos 1 e 2, que foram, respectivamente, de 36,8 mmol L-1 e 64,1 mmol L-1. Nos reatores operados com água residuária citrícola foram obtidos 21,2; 15,7 e; 37,6 mmol H2 L-1 com os inóculos 1; 2 e 3, respectivamente. Além disso, foram verificadas gerações expressivas de etanol para todos os inóculos testados nos reatores alimentados com glicose. Na caracterização do consórcio anaeróbio citrícola foi verificado predomínio de bacilos Gram + e quantificados os gêneros de bactérias anaeróbias geradoras de H2 (UFC mL-1): Clostridium sp. (3x105), Bacteroides sp. (4x105), Lactobacillus sp. (4x105), Streptococcus sp. (5x104), e Veillonella sp. (3x105), revelando diversidade elevada de bactérias anaeróbias produtoras de hidrogênio presentes na água residuária agroindustrial. Tais resultados ressaltam que a geração de hidrogênio pode ocorrer em vias metabólicas distintas com consequente favorecimento na geração de biocombustíveis como etanol ou butanol.

ABSTRACT In recent years there has been a growing interest in the use of various agro-industrial wastes. In Brazil, the food industries accumulate an enormous amount of waste, especially those that process citrus fruits. Among the possibilities for valuing these residues, anaerobic digestion is a promising alternative in the generation of renewable energy and pollution control. In this sense, this study evaluated the anaerobic digestion of citrus wastewater, aiming at the biological production of hydrogen from three inocula: (1) Clostridium Acetobutylicum ATCC 824, (2) Clostridium Beijerinckii ATCC 10132 and (3) anaerobic consortium obtained from citrus wastewater. The experiment was carried out in 51h, in triplicates of anaerobic batch reactors, fed with 2 different carbon sources: glucose (10.7 g COD L-1) and citrus wastewater (10.0 g COD L-1), headspace filled with N2 (99.99%), initial pH 7.0 and maintained at 37 ° C, under static mode. In the reactors fed with glucose, hydrogen generation was verified only with the inocula 1 and 2, which were, respectively, 36.8 mmol L-1 and 64.1 mmol L-1. In the reactors operated with citrus wastewater, were obtained 21.2; 15.7 e; 37.6 mmol H2 L-1 with inocula 1; 2 and 3, respectively. In addition, expressive generations of ethanol were verified for all inocula tested in the reactors fed with glucose. In the characterization of the citrus anaerobic consortium, a predominance of Gram + bacilli was verified and the genera of anaerobic H2-generating bacteria (UFC mL-1) were quantified: Clostridium sp. (3x105), Bacteroides sp. (4x105), Lactobacillus sp. (4x105), Streptococcus sp. (5x104), and Veillonella sp. (3x105), revealing a high diversity of anaerobic hydrogen-producing bacteria present in agro-industrial wastewater. Such results emphasize that the generation of hydrogen can occur in different metabolic pathways with consequent favor in the generation of biofuels such as ethanol or butanol.

RESUMO O esgotamento das reservas de petróleo e a crescente preocupação com as mudanças climáticas têm acelerado novas pesquisas para obtenção de energias renováveis. A produção de biogás através da digestão anaeróbia vem se mostrando uma ótima opção, não só para produção de energia, como também para manejo adequado de resíduos orgânicos. O biodiesel teve sua produção aumentada em diversos países por ser um combustível renovável e biodegradável. Entretanto, é largamente obtido da transesterificação de óleos vegetais e animais, onde seu rendimento é 9 litros de biodiesel para 1 litro de glicerol. O glicerol bruto possui grau reduzido de pureza, se tornando uma matéria-prima barata com potencial para produção de energia renovável, principalmente gás hidrogênio (H2) e metano (CH4). Nesse sentido, os objetivos deste estudo foram: operar um reator horizontal de leito fixo (RAHLF), com alimentação contínua e determinar a partida do mesmo na produção de H2 a partir de glicerol bruto residual de biodiesel, co-digerido em esgoto sanitário nas fases de: partida, ensaio 1 e ensaio 2. Durante a fase de partida e Ensaio 1, o afluente foi constituído de 99% esgoto 1% glicerol bruto (v/v) e 1,5% de glicerol bruto no Ensaio 2. Na partida e ensaio 1 foram verificadas médias de produção de 1 mol H2 m3 d-1 e 3,2 mols H2 m3 d-1, respectivamente. A maior produção diária atingida foi 11,34 mols H2 m3 d-1 no Ensaio 2 com geração média de ácidos graxos voláteis (AGV) de 3414,0 mg L-1. Tais resultados foram promissores e novos avanços com proporções mais elevadas do glicerol bruto e agentes tamponantes poderão evitar grandes variações de pH, viabilizando assim gerações mais elevadas e mais estáveis de H2, em reatores contínuos.

ABSTRACT The depletion of oil reserves and the growing concern about climate change have accelerated new research to obtain renewable energy. The production of biogas through anaerobic digestion has proved to be a great option, not only for energy production, but also for the proper management of organic waste. Biodiesel had its production increased in several countries as it is a renewable and biodegradable fuel; moreover, it does not require major modifications for its use in diesel engines. However, it is largely obtained from the transesterification of vegetable oils and animal fat, where its yield is 9 volumes of biodiesel to 1 volume of glycerol. The crude glycerol has a low degree of purity, becoming an inexpensive raw material with the potential to produce renewable energy, mainly hydrogen gas (H2) and methane (CH4). In this sense, the objectives of this study were: to operate a horizontal anaerobic reactor with fixed bed (HARFB), with continuous feeding and to determine its start in the production of H2 from residual biodiesel glycerol co-digested in sanitary sewage in the phases from: Startup, Test 1 and Test 2. During the Startup and Test 1 assay, the affluent was constituted by 99% sewage 1% crude glycerol (v/v) and 1.5% crude glycerol in Test 2. At Startup and Test 1, production averages of 1 mol H2 m3 d-1 and 3.2 moles H2 m3 d-1 were verified, respectively. The highest daily production achieved was 11.34 moles H2 m3 d-1 in Test 2 with an average generation of volatile fatty acids (VFA) of 3414.0 mg L-1. Such results were promising and new advances with higher proportions of crude glycerol and buffering agents could avoid large pH variations, thus enabling higher and more stable generations of H2 in continuous reactors.

RESUMO A produção de biodiesel tem crescido e ganhado destaque no cenário energético mundial. Com isso, seu principal coproduto, o glicerol bruto (GB), tem acompanhado esse aumento, ocasionando a formação de grandes estoques deste resíduo. Uma alternativa promissora para a sua redução consiste na utilização por processos biológicos anaeróbios visando à produção de biogás, tanto hidrogênio (H2) quanto metano (CH4). Sabe-se que a eficiência dessa bioconversão aumenta por meio da codigestão com outros resíduos orgânicos. Assim, o objetivo deste estudo consistiu na codigestão do GB, proveniente da produção de biodiesel a partir de óleos residuais domésticos, com vinhaça citrícola (VC), em dois estágios sequenciais. No 1º estágio (Ensaio 1), o reator anaeróbio foi operado em batelada, alimentado com 5 g DQO L-1 GB e 5 g DQO L-1 VC, na presença de cultura mista pertencente ao gênero Clostridium sp., a 37 °C, pH 5,5, headspace com N2, gerando 4,48 mmol H2 L-1 em 112 h de experimento, sendo consumidos 93,19 % de GB e 74,00 % de glicose. Um ensaio controle (Controle 1) foi montado com apenas 5 g DQO L-1 GB, não sendo verificada produção de H2. O efluente gerado no Ensaio 1 (200 mL) foi usado como substrato no 2º estágio (Ensaio 2) por um inóculo in natura identificado por consórcio de bactérias anaeróbias fermentativas e archaeas metanogênicas, no reator anaeróbio metanogênico (500 mL), headspace com N2, pH 7,0, a 37 °C, gerando 229,08 mmol CH4 L-1 em 624 h de operação. Além disso, 87,34 % da DQO e 93,75 % do metanol proveniente do GB foram consumidos. O efluente gerado pelo Controle 1 produziu apenas 40,58 mmol CH4 L-1 (Controle 2). Dessa forma, constatou-se que a codigestão elevou a geração de biogás, com consumos de resíduos orgânicos e tóxicos presentes no GB por meio dos sistemas integrados.

ABSTRACT The biodiesel production has grown and it gained prominence in the global energy scenario. As a result, its main co-product, crude glycerol (CG), has accompanied this increase, causing the formation of large stocks of this residue. A promising alternative for its reduction is the use by anaerobic biological processes aiming at the biogas production, as hydrogen (H2) as methane (CH4). It is known that the efficiency of this bioconversion increases through co-digestion with other organic waste. Thus, the objective of this study consisted in the co-digestion of CG, from the biodiesel production through waste cooking oils, with citrus vinasse (CV), in two sequential stages. In the 1st stage (Assay 1), the anaerobic reactor was operated in batch, fed with 5 g COD L-1 CG and 5 g COD L-1 CV, in the presence of a mixed culture belonging to the genus Clostridium sp., at 37 °C, pH 5.5, headspace with N2, generating 4.48 mmol H2 L-1 in 112 h of experiment, being consumed 93.19 % of CG and 74.00 % of glucose. A control assay (Control 1) was assembled with only 5 g COD L-1 CG, without H2 production. The effluent generated in Assay 1 (200 mL) was used as a substrate in the 2nd stage (Assay 2) by an inoculum in natura identified by a consortium of anaerobic bacteria and methanogenic archaea, in the anaerobic methanogenic reactor (500 mL), headspace with N2, pH 7.0, at 37 °C, generating 229.08 mmol CH4 L-1 in 624 h of operation. In addition, 87.34 % of COD and 93.75 % of methanol from CG were consumed. The effluent generated by Control 1 produced only 40.58 mmol CH4 L-1 (Control 2). Thus, it was found that co-digestion increased the biogas generation, with consumption of organic and toxic waste present in CG through integrated systems.