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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2005.tde-18122006-122449
Documento
Autor
Nome completo
José Alberto Corrêa Leite
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2005
Orientador
Banca examinadora
Zaiat, Marcelo (Presidente)
Araujo, Maria Lucia Gonsales da Costa
Badino Junior, Alberto Colli
Campos, Jose Roberto
Foresti, Eugenio
Título em português
Produção de ácidos graxos voláteis por fermentação acidogênica em reator anaeróbio de leito fixo e extração em resina de troca iônica e com solvente orgânico
Palavras-chave em português
AGVs
aplicação do projeto
extração
fermantação ácida
reator anaeróbio
resina troca iônica
solvente orgânico
suporte argila expandida
Resumo em português
Nesse trabalho utilizou-se o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) para produção de ácidos graxos voláteis (AGVs). O reator, com volume total de 2,38 litros, foi preenchido com partículas de argila expandida e alimentado com substrato sintético à base de glicose. Com concentração de glicose de 2000 mg/L, sem adição de alcalinizante e com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 2 horas, houve produção de ácidos acético, butírico e propiônico. Com a variação do (TDH) de 2 horas para 0,5 hora, em condições idênticas, houve redução da produção do ácido butírico. Na segunda condição testada, em que a concentração da glicose foi 4000 mg/L, a concentração dos três ácidos aumentou, além de ser produzido o ácido capróico. Nas três últimas experimentações, com a glicose a 2000 mg/L e alcalinizada com bicarbonato de sódio, nas concentrações de 0,1000 e 2000 mg/L e TDH em 0,5 hora, as produções do ácido acético e propiônico aumentaram, enquanto que houve diminuição da produção dos ácidos butírico e capróico. A extração dos AGVs foi realizada em coluna de 320 mL de leito, com resina de troca iônica Dowex Marathon A - tipo aniônica base forte de amina quaternária em gel de divinil benzeno-estireno como matriz. O primeiro sistema extratante testado, foi com a resina condicionada na forma 'CL POT. -' e a eluição foi feita com solução de 'NA''CL' em várias concentrações. Os percolados apresentaram alto teor de cloreto, inconveniente para as recuperações dos AGVs ou para o seu descarte no ambiente. O sistema testado com a resina condicionada na forma 'OH POT.-' e a eluição com solução de 'NA''OH', em pH 13,5, demonstrou ser viável para a extração e concentração dos AGVs, com os fatores de concentração acima de 25, além de 80% do volume do percolado da fixação ser adequado para a devolução ao ambiente. No último teste o sistema utilizado foi o mesmo, com a alimentação apresentando a relação AVTs : sulfato de 1:1,27 e procurou-se fixar a máxima quantidade de AVTs. A eluição foi com solução de 'NA''OH' em três diferentes valores de pH: 12, 12,5 e 13. A presença do sulfato, nessa relação, dificultou a fixação dos AVs e, na eluição, competiu com os AVs, resultando em baixos fatores de concentração entre 2 e 3. Um volume de 47% do percolado da fixação e outro, de 29% da eluição, apresentou qualidade para o descarte. Na extração com solvente foram testados dois extratantes, a Alamina 336 (tri-octil/decil amina) e a Alamina 304-1 (tri-n-dodecilamina). O melhor sistema extratante, de solução de AVs impurificada com alto teor de sulfato, foi com a Alamina 336 condicionada com ácido nítrico. Entretanto, o consumo do ácido é alto o suficiente para inviabilizar economicamente a extração. Extração em sistema com baixo teor em sulfato e pH igual a 4,0 demonstrou ser técnicamente viável. Todavia, os valores da DQO residual nos refinados aquosos de todos os sistemas impossibilitam a devolução direta ao ambiente.
Título em inglês
Volatile fatty acids production by acidogenic fermentation in an anaerobic immobilized biomass reactor and extraction with ionic change resin and organic solvent
Palavras-chave em inglês
acidogenic fermentation
AGVs
anaerobe reactor
expanded argil support
extraction
ionic change resin
organic solvent
project application
Resumo em inglês
This work used the horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor in order to produce volatile fatty acids (VFAs). The reactor, filled up with expanded clay particles, had a total volume of 2,38 liters and was fed with glucose based synthetic substrate. Production of acetic, butyric, and propionic acids occurred at an influent glucose concentration of 2000 mg/L without any addition of buffer agent and at a hydraulic retention time (HRT) of 2 hours. A reduction in butyric acid production occurred with the decrease of the HRT from 2 to 0,5 hours, with the reactor operating in identical conditions. In a second test condition, where the influent glucose concentration was increased to 4000 mg/L, the production of the three acids increased, beside the production of caproic acid. In the last three experiments, with influent glucose concentration at 2000 mg/L and buffered with sodium bicarbonate at concentrations of 0,1000 e 2000 mg/L and HRT of 0,5 hours, the production of acetic and propionic acids increased, whereas the production of butyric and caproic acids decreased. VFA extraction was accomplished in a 320 mL bed containing the ionic exchange resin Dowex Marathon A - strong base anionic type of quaternary amine in gel of benzene-styrene divinyl as matrix. The first extractant system was tested with the resin conditioned as 'C L POT.-' and the elution was done with a solution of 'NA''CL' at different concentrations. The percolates presented high chloride concentration, which is inconvenient for the recovery of VFA or their release to the environment. On the other hand, the system with resin conditioned as 'OH POT.-' and the elution with a solution of 'NA''OH' at pH 13,5 showed to be a viable option for the extraction and concentration of VFA with concentration factors above 25. In addition, the 80% of the volume of the fixation percolate is suitable for the devolution into the environment. The same system was used in the last test, however with the feeding at total volatile acids (TVA): sulfate ratios of 1:1,27 trying to fix the maximal amount of TVAs. The elution was done with 'NA''OH' at three different pH values: 12, 12,5 and 13. The presence of sulfate at this ration hampered the fixation of the volatile acids (VA) and during the elution competed with the VA, resulting in low concentration factors between 2 and 3. The volume of 47% of the fixation percolate and the volume of 29% of the elution presented good quality for discharge. Two extractants were tested in the extraction tests with solvents: Alamine 336 (tri-octyl/decyl amine) and the Alamine 304-1 (tri-n-dodecylamine). The best extractant system for the VA contaminated with high concentrations of sulfate was the Alamine 336 conditioned with nitric acid. The consumption of acid, however, was high enough to make the extraction economically unfeasible. On the other hand, extractions in systems with low sulfate concentrations and pH of 4 showed to be technically feasible, even though the residual chemical oxygen demand (COD) in the aqueous refined of all systems was too high for their direct devolution to the environment.
 
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Data de Publicação
2006-12-20
 
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