ABSTRACT Fixed-bed reactors have been considered promise alternatives for hydrogen production due to their simple construction and increase in the biomass retention. The purpose of this study was to investigate the biological production of hydrogen in anaerobic fixed-bed reactors with cassava starch wastewater used as substrate. Different support materials and arrangements of fixed-bed were used to evaluate the biological production of hydrogen in anaerobic continuous fixed-bed reactors, with cassava starch wastewater as substrate - recycled low-density polyethylene scraps, in packed bed (R1), recycled low-density polyethylene cylinders, in ordained bed (R3) and bamboo stems, in vertical arrangement (R2 and R4). In R1 the initial pH was adjusted for 6.0, with hydraulic retention time (HRT) of 4 h and organic loading rate (OLR) of 9.5 g.L−1.d−1. In R2 the initial pH was maintained in 4.5, with HRT of 4 h and OLR of 9.5 g.L−1.d−1. R3 and R4 were operated with initial pH of 4.5, HRT of 4 h and OLR of 13.5 g.L−1.d−1. The volumetric hydrogen production (VHPR) was favored by lower OLR applied, evenin different pH ranges (6.0 and 4.5). VHPR values of 229 mL H2.L−1.d−1and 248 mL H2.L−1.d−1 were obtained in R1 and R2, respectively. Both in the bamboo stems bed as in the polyethylene cylinders bed, the increase of OLR and the reduction of the initial pH resulted in a diminishing of VHPR to 175 mL H2.d−1.L−1 (R3) and 145 m LH2 .d−1.L−1 (R4). Higher concentrations of butanol (821.32 and 1,529.22 mg.L−1) and ethanol (915.41 and 924.41 mg.L−1) were verified in the reactors with bamboo stems. In R4, the increase of OLR and the reduction of the initial pH contributed to the increase of butanol concentration in 1.8 times, diminishing the VHPR in 41.68%, yield in 63.95% and H2 in 37.6%, and indicating that the effect of pH is more pronounced with the increase of OLR, leading to the solventogenesis.

Buscando aliar o tratamento de resíduos à produção de energia limpa e renovável, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção biológica de hidrogênio a partir da água residuária da indústria de fécula de mandioca, gerada durante os processos de extração e de purificação do amido. O experimento foi conduzido em um reator anaeróbio de leito fixo, contínuo, de 3 L de volume útil, em que o meio suporte consistiu em hastes de bambu. O sistema foi operado a 36 º C, pH inicial 6,0 e sob variações de carregamento orgânico. A maior taxa de produção de hidrogênio de 1,1 L d-1 L-1 foi obtida com aplicação da taxa de carregamento orgânico de 35 g L-1d-1, em termos de açúcares totais, e tempo de detenção hidráulica de 3 h, com predomínio dos ácidos butírico e acético como produtos finais da fermentação. As baixas relações C/N contribuíram com o crescimento excessivo da biomassa, ocasionando redução de até 35% na produção de hidrogênio, baixos percentuais de H2 e elevadas concentrações de CO2 no biogás.

Attempting to associate waste treatment to the production of clean and renewable energy, this research sought to evaluate the biological production of hydrogen using wastewater from the cassava starch treatment industry, generated during the processes of extraction and purification of starch. This experiment was carried out in a continuous anaerobic reactor with a working volume of 3L, with bamboo stems as the support medium. The system was operated at a temperature of 36°C, an initial pH of 6.0 and under variations of organic load. The highest rate of hydrogen production, of 1.1 L.d-1.L-1, was obtained with application of an organic loading rate of 35 g.L-1.d-1, in terms of total sugar content and hydraulic retention time of 3h, with a prevalence of butyric and acetic acids as final products of the fermentation process. Low C/N ratios contributed to the excessive growth of the biomass, causing a reduction of up to 35% in hydrogen production, low percentages of H2 and high concentrations of CO2in the biogas.

A utilização de reatores anaeróbios com meio suporte no tratamento de efluentes líquidos, provenientes das fecularias de mandioca, tem-se apresentado como uma opção viável, uma vez que possibilita a aplicação de cargas orgânicas elevadas e uma redução considerável do TDH necessário para o tratamento. O objetivo do trabalho consistiu no estudo do processo de biodigestão, em dois reatores anaeróbios, com meio suporte de bambu, no tratamento de efluente de fecularia de mandioca, por meio da avaliação do desempenho dos mesmos. Foram utilizados dois reatores com relações diâmetro:comprimento 1:6 e 1:3. As cargas orgânicas aplicadas aos sistemas foram 0,519; 1,156; 1,471; 3,049; 4,347; 4,708 e 5,601 g.L-1d-1. Com relação à eficiência de remoção de DQO, ST e STV, não foram obtidas diferenças estatísticas entre os reatores. Os dois sistemas avaliados apresentaram comportamento estável em relação à AV/AT (acidez volátil/alcalinidade total) para todas as cargas submetidas. Os reatores apresentaram tendência à manutenção da produção de biogás em função da DQO consumida, para as três últimas cargas orgânicas aplicadas, indicando uma capacidade de suportar cargas orgânicas mais elevadas.

The use of anaerobic reactors with media support in the treatment of wastewater from the cassava starch industry has emerged as a viable option because it allows the application of high organic loads and a significant reduction of the HDT needed for the treatment. This research aimed at studying the process of biodigestion in two anaerobic reactors with bamboo support, in the treatment of effluent of cassava starch, by evaluating their performance. The two reactors used present the following diameter: length ratio, 1:6 and 1:3. The organic loads applied to the systems were 0.519, 1.156, 1.471, 3.049, 4.347, 4.708 and 5.601g.L-1.d-1. Regarding the efficiency of removal of COD, TS and TVS, no statistically significant differences were obtained between the reactors. The two systems evaluated showed a stable behavior with respect to the VA/TA (volatile acidity/total alkalinity) for all submitted loads. The reactors tended to the maintenance of biogas production as a function of consumed COD for the last three organic loads applied, indicating an ability to withstand higher organic loads.

O Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel introduziu o biodiesel na matriz energética brasileira, trazendo a perspectiva de aumento da oferta de glicerina, coproduto gerado na proporção de 10 kg para cada 100 L de biodiesel. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a adição de glicerina bruta na digestão anaeróbia de efluente de indústria de fécula de mandioca (manipueira), em reator de fluxo semicontínuo horizontal de uma fase, em escala de laboratório. Foi utilizado um reator com volume útil de 8,77 L, meio suporte em eletroduto corrugado de policloreto de vinila (PVC), temperatura de 261 ºC, alimentado com manipueira e glicerina, aplicando-se tempos de detenção hidráulica de 4 e 5, dias e cargas orgânicas volumétricas crescentes de 3,05; 9,32; 14,83 e 13,59 g COD L-1 d-1, obtidas com a adição de glicerina aos níveis de 0; 2; 3 e 2% (v/v), respectivamente. As eficiências de remoção média de ST e STV foram decrescendo a partir da adição de glicerina à manipueira, com médias de 81,19 a 55,58 % para ST e 90,21 a 61,45% para STV. A adição de glicerina em 2% aumentou a produção de biogás em relação ao tratamento-controle, chegando a 1,979 L L-1 d-1. A produção de biogás em função da DQO consumida foi maior para o tratamento-controle que, para os tratamentos com adição de glicerina, indica menor conversão da matéria orgânica em biogás.

The Brazil's Biodiesel Production and Use Program introduces biodiesel in the Brazilian energy matrix, bringing along the perspective of a growth of the glycerin offer, co-product generated in the proportion of 10 kg for each 100 L of biodiesel. The aim of this study was to evaluate the addition of crude glycerin in the anaerobic digestion of cassava starch industry effluent (cassava wastewater), in a horizontal semi-continuous flow reactor of one phase in laboratory scale. It was used a reactor with a 8.77 L of useful volume, a medium support for corrugated conduit of polyvinyl chloride (PVC), temperature of 261 ºC, fed with cassava wastewater and glycerin, with hydraulic detention times of 4 and 5 days and increasing volumetric organic load of 3.05; 9.32; 14.83 and 13.59 g COD L-1 d-1, obtained with the addition of glycerin at 0; 2; 3 and 2% (v/v), respectively. The average removal efficiencies of TS and TVS were decreasing from the addition of glycerin to the cassava wastewater, averaging 81.19 to 55.58% for TS and 90.21 to 61.45% for TVS. The addition of glycerin at 2% increased the biogas production compared to the control treatment, reaching 1.979 L L-1 d-1. The biogas production as a function of the consumed COD was higher for the control treatment than for the treatments with addition of glycerin, which indicates lower conversion of organic matter into biogas.

O presente artigo mostra um estudo sobre a produção de biogás a partir de manipueira, considerando o volume de um reator de fluxo tubular horizontal de fase única. O objetivo do trabalho foi avaliar a produção de biogás aumentando-se as cargas orgânicas e os volumes de alimentação, o que resultou em redução do tempo de retenção hidráulica (TRH). O reator foi alimentado continuamente, com cargas orgânicas de 1,18; 1,28; 1,57 e 2,68 g DQO L-1rd-1 (gramas de demanda química de oxigênio por litro de reator por dia) em TRHs de 15; 13,0; 8,3; 6,6 dias, respectivamente. As produções de biogás foram de 0,52; 0,41; 0,65 e 0,63 L L-1rd-1, destacando-se que o primeiro TRH avaliado foi o de 13 dias, seguido de 8,3; 6,6 e 15 dias. Do estudo, concluiu-se que, com a diminuição do TRH, ocorre maior produção de biogás por volume de reator. Consequentemente, através da utilização do TRH adequado, pode-se aproveitar melhor o volume do reator, fato que resultará em economia na implantação da tecnologia em indústrias processadoras de mandioca.

This article presents a study on biogas production from wastewater cassava considering the volume of a one-phase horizontal tubular flow reactor. The objective was to evaluate the biogas production, enlarging the organic loadings and feeding volums, resulting in minor hydraulic retention times (HRT). The reactor was continuously fed with organic charges corresponding to 1.18; 1.28; 1.57 and 2.68 g COD L-1r d-1 (grams of oxygen chemical demand per liter of reactor per day), resulting in hydraulic retention times 15; 13; 8.3 and 6.6 days. The correspondent specific biogas productions were, respectively, 0.52; 0.41; 0.65 and 0.63 L L-1rd-1 , emphasizing that the 13-day was the first HRT rated, followed by 8.3, 6.6 and 15 days. It was concluded that with the HRT decrease occurred larger biogas production per reactor volume. Therefore, with the correct selection for HRT, it is possible to make the best of the reactor volume, resulting in economy at the technology implantation in cassava starch industries.