Influência das mudanças do tempo de detenção hidráulica e da carga orgânica volumétrica na cofermentação de microalga com vinhaça e com glicerol

Abstract

A gestão integrada de resíduos da indústria de biodiesel (glicerol), etanol (vinhaça) e tratamento de efluentes (biomassa de microalgas) representa uma alternativa tecnológica para transformar resíduos em matéria-prima valiosa, que pode ser aproveitada nos setores energético e industrial. A fermentação desses resíduos tem alto potencial de geração de ácidos graxos voláteis (AGV) de forma mais ecoeficiente. Dessa forma, o presente estudo buscou elucidar os efeitos de estratégias operacionais, tempo de detenção hidráulico (TDH) e carga orgânica volumétrica (COV), no desempenho de fermentador de misturas binárias dos resíduos supracitados. O experimento ocorreu com a mistura biomassa de microalgas pré-tratada e vinhaça (BMPT+VIN) (fases I-A, I-B, I-C e I-D) e biomassa de microalgas pré-tratadas e glicerol (BMPT+ GLI) (fases II-A e II-B). O desempenho da fermentação acidogênica foi superior com TDH de 3 dias devido à alta cinética de hidrólise e conversão em AGV. A operação com TDH superior a 3 dias deu suporte a reações metanogênicas. A concentração de glicerol no afluente do reator impediu a análise da relação entre TDH e a fermentação do glicerol. O aumento da COV resultou em efeito positivo na fermentação acidogênica, elevando a concentração de AGV para 13,86 g AGVDQO.L-1 e o rendimento de conversão para aproximadamente 40%. O manejo da COV foi importante pois altas cargas orgânicas favoreceram a formação de AGV, inibindo a metanogênese. A máxima concentração de AGV (34,1 g AGVDQO.L-1) foi alcançada na fase I-D, com ORP de -310 mV. Nas outras estratégias, a fermentação ocorreu com valor de ORP entre -200 e -330 mV, o que proporcionou abundância HAc, HProp e HBut. A fermentação do glicerol ocorreu entre rotas metabólicas oxidativas e redutivas e maior equilíbrio do ORP (valores próximos a zero). A rota oxidativa foi favorecida pela presença da microalga pré-tratada, enquanto o glicerol suportou o metabolismo redutivo de microrganismos. O glicerol (GLI) foi consumido em cerca de 22%, aumentando a rota oxidativa em 12%, produzindo principalmente ácido acético (HAc), etanol, ácido succínico (HSuc) e ácido butírico (HBut). Na rota redutiva, a concentração de 1,3-propanodiol (1,3-PPD) aumentou em 10%. Verificou-se, portanto, que o processo de cofermentação controlada por TDH e COV tem um benefício estratégico na produção de AGV. A mistura com glicerol resultou em condições limitantes do desempenho do processo, porém observações importantes sobre as rotas metabólicas e o efeito da biomassa de microalga foram inferidos. A combinação mais eficiente para a produção de ácidos graxos voláteis (AGV), foi entre BMPT e VIN, no TDH de 3 dias, e COV 11,25 gDQO.L-1.d-1.