Métodos de enriquecimento de cultura mista utilizada no tratamento de vinhaça para a produção biológica de hidrogênio

Abstract

O processo biológico de produção de H2 via fermentação é tido como promissor, pois possibilita produzir H2 a partir de águas residuárias domésticas ou industriais. O objetivo deste trabalho foi estudar métodos de pré-tratamentode uma cultura mista anaeróbia, utilizada no tratamento de vinhaça, visando a seleção e o enriquecimento em microrganismos produtores de H2, avaliando o efeito dos pré-tratamentos sobre a comunidade microbiana.Foram realizados os seguintes pré-tratamentos: 1) Tratamento térmico a 100°C por 15 min; 2) Tratamento térmico a 100°C por 60 min; 3) Tratamento térmico a 80°C por 15 min; 4) Tratamento térmico a 80°C por 60 min; 5) Tratamento ácido (pH 3/24 h); 6) Tratamento combinado (pH 3 e fervura por 30 min); 7 e 8) Lavagem seletiva do lodo em biorreator contínuo, operado a 50°C com TRH de 12 h e 6 h. A produção de hidrogênio pelos lodos pré-tratados foi verificada em ensaios em batelada a 50°C durante, aproximadamente, 24 h. Os tratamentos produziram 109, 71, 154, 139, 117, 72, 0,6 e 0,75 mL, respectivamente e o controle (sem tratamento) 31 mL de hidrogênio. Analisou-se a comunidade microbiana dos lodos pré-tratados através de análise de DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) e sequenciamento (Ion Torrent personal genome machine). Os pré-tratamentos térmico a 80°C por 15 min e o ácido pH 3 por 24 h foram considerados os mais apropriados para o enriquecimento do lodo proveniente de um sistema de tratamento de vinhaça rica em bactérias produtoras de H2. Então, foi feito um estudo para encontrar a melhor relação S0/X0 para produção de H2desses dois tratamentos. A melhor relação S0/X0encontrada foi 2,0. Os lodos tratados térmicamente e tratado com ácido foram utilizados como inóculo de biorreatores operados em batelada alimentada por 36 dias e com S0/X0de 2,0, para verificar o comportamento da produção de H2 em longo prazo. Nos 36 dias de operação foi analisada a produção de H2e a comunidade microbiana inicial e final dos biorreatores através de análise de DGGE e sequenciamento. O tratamento com ácido foi o tratamento que teve melhor resultado na produção de hidrogênio em 36 dias.E o gênero mais frequente encontrado no lodo tratado com ácido foi o Thermoanaerobacterium spp., conhecida na iteratura como produtora de hidrogênio.<br>

Abstract: The biological process of H2 production via fermentation is seen as promising because it enables to produce H2 from domestic or industrial wastewater. The objective of this work was to study methods of pretreatment of mixed anaerobic culture used in the treatment of vinasse in order to select and enrich for microorganisms that produce H2, evaluating the effect of pre-treatments on the microbial community. The following pretreatments were carried out: 1) Heat treatment at 100 °C for 15 min 2) Heat treatment at 100 °C for 60 min; 3) Heat treatment at 80 °C for 15 min; 4) Heat treatment at 80 °C for 60 min; 5) acid treatment (pH 3/24 h); 6) Combined treatment (pH 3, and boiling for 30 min); 7 and 8) Dry selective sludge bioreactor continuously operated at 50 °C with HRT of 6 h and 12 h. Hydrogen production by pre-treated sludge was observed in batch tests at 50 °C for approximately 24 h. The treatment produced 109, 71, 154, 139, 117, 72, 0.6 and 0.75 mL, respectively and control (untreated) 31 mL of hydrogen. We analyzed the microbial community of the pretreated sludge through analysis of DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) and sequencing (Ion Torrent Personal Genome Machine). The thermal pre-treatment at 80 °C for 15 min and the acid pH 3 for 24 h were considered the most appropriate for the enrichment of the sludge from a treatment system for producing bacteria vinasse rich H2. So a study was done to find the best S0/X0 ratio for H2 production of these two treatments. The best S0/X0 ratio found was 2.0. The heat treated sludge and treated with acid was used as inoculum bioreactor operated in batch fed for 36 days with S0/X0 2.0, to verify the behavior of H2 production in the long term. In the 36 days of operation was analyzed to produce H2 and the initial end of bioreactors and microbial community analysis using DGGE and sequencing. The acid treatment was the treatment I had better result in hydrogen production in 36 days. And the most common genus found in sludge treated with acid was Thermoanaerobacterium sp. Known as the iteratura hydrogen producer.