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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2011.tde-11052011-091202
Document
Author
Full name
Daniel Moureira Fontes Lima
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2011
Supervisor
Committee
Zaiat, Marcelo (President)
Monteggia, Luiz Olinto
Rodrigues, José Alberto Domingues
Title in Portuguese
Influência da razão de recirculação na produção de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fixo
Keywords in Portuguese
Produção de hidrogênio
Reator anaeróbio de leito fixo
Recirculação
Sacarose
Abstract in Portuguese
A presente pesquisa avaliou diferentes razões de recirculação do meio líquido com a finalidade de identificar a melhor condição de mistura para uma produção elevada e contínua de hidrogênio em um reator anaeróbio de leito fixo com fluxo ascendente alimentado com um meio contendo sacarose como fonte de carbono e uréia como fonte de nitrogênio. Foi utilizado polietileno de baixa densidade como meio suporte para imobilização da biomassa. O experimento foi iniciado com ensaios hidrodinâmicos (pulso, utilizando dextran blue como traçador) que determinaram as seguintes razões de recirculação em relação à vazão de alimentação utilizadas: R = 0,25, 0,5, 1,0 e 2,0. O experimento foi realizado em duas etapas, nas quais foram operados dois reatores idênticos simultaneamente, testando-se duas razões de recirculação diferentes. A DQO da água residuária foi de 2000 mg/L. O tempo de detenção hidráulica teórico foi de 2 horas e a temperatura foi mantida em 25 graus Celsius. A remoção de sacarose apresentou valores médios de 67%, 79%, 71% e 70% para R = 0,25, 0,5, 1,0 e 2,0, respectivamente. Os valores médios de rendimento de hidrogênio foram 1,14 mol 'H IND.2'/mol sac, 1,43 mol 'H IND.2'/mol sac, 1,34 mol 'H IND.2'/mol sac e 0,86 mol 'H IND.2'/.mol sac e de produção volumétrica de hidrogênio foram 74,34 mL 'H IND.2'/(h.L), 124,78 mL 'H IND.2'/(h.L), 96,57 mL 'H IND.2'/(h.L) e 73,49 mL 'H IND.2'/(h.L) para as vazões de recirculação de 0,25, 0,5, 1,0 e 2,0, respectivamente. O biogás produzido foi composto de 'H IND.2', e 'CO IND.2', com valores percentuais médios para 'H IND.2', de 50%, 56%, 56% e 46% para R = 0,25, 0,5, 1,0 e 2,0, respectivamente. Não houve presença de metano em nenhuma fase de operação. Os principais produtos intermediários produzidos durante a produção de 'H IND.2', foram ácido acético, ácido butírico e etanol, de forma similar para todas as fases de recirculação. Analisando todos os parâmetros de operação, foi possível notar que a melhor vazão de recirculação obtida foi de R = 0,5. Ajustando os dados obtidos a uma função polinomial, porém, chegou-se a um ponto de ótimo em R = 0,6. Durante os experimentos observou-se uma queda na produção do biogás, provavelmente por atuação de microrganismos consumidores deste.
Title in English
Influence of recirculation rate in biohydrogen production in an anaerobic upflow fixed-bed reactor
Keywords in English
Anaerobic upflow fixed-bed reactor
Hydrogen production
Recirculation
Sucrose
Abstract in English
The present research evaluated different recirculation rates of the liquid medium for the purpose of identify the best mixture condition for a high and continuous hydrogen production in an anaerobic upflow fixed-bed reactor fed with a medium containing sucrose as carbon source and urea as nitrogen source. Low density polyethylene was used as medium for biomass immobilization. The experiment began with hydrodynamic tests (pulse, using dextran blue as tracer) which led to the following recirculation rates related with the feed flow rate used in this work: R = 0,25, 0,5, 1,0 and 2,0. The experiment was conducted in two stages, where two identical reactors were operated simultaneously, by testing two different recirculation rates. COD from wastewater was 2000 mg/L. The theoretical hydraulic retention time was 2 hours and the temperature was maintained at 25 Celsius degrees. The average values of sucrose consumption were 67%, 79%, 71% and 70% for R = 0,25, 0,5, 1,0 and 2,0, respectively. The average values of hydrogen yield were 1,14 mol 'H IND.2'/mol sac, 1,43 mol 'H IND.2'/mol sac, 1,34 mol 'H IND.2'/mol sac and 0,86 mol 'H IND.2'/mol sac and of hydrogen production rate were 74.34 mL 'H IND.2'/(h.L), 124.78 mL 'H IND.2'/(h.L), 96.57 mL 'H IND.2'/(h.L) and 73.49 mL 'H IND.2'/(h.L) for recirculation rates of 0.25, 0.5, 1.0 and 2.0, respectively. The biogas produced was composed by 'H IND.2', and 'CO IND.2', with average values for 'H IND.2', of 50%, 56%, 56% and 46% for R = 0,25, 0,5, 1,0 and 2,0, respectively. Methane was not detected. The main intermediate products produced during the hydrogen production were acetic acid, butyric acid and ethanol, similar in all stages of recirculation. Analyzing all operating parameters, it was identified that the better recirculation rate obtained during the experiments was R = 0.5. Adjusting all data obtained with a polynomial function, it was found an optimal recirculation rate of R = 0.6. During the experiments there was a drop in biogas production, probably by the activity of microrganisms consumers of this biogas.
 
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LIMADanielMF.pdf (1.79 Mbytes)
Publishing Date
2011-05-12
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • FONTES LIMA, DANIEL MOUREIRA, MOREIRA, WOJTYLA KMIECIK, and Zaiat, Marcelo. Comparison of the use of sucrose and glucose as a substrate for hydrogen production in an upflow anaerobic fixed-bed reactor [doi:10.1016/j.ijhydene.2013.09.003]. International Journal of Hydrogen Energy [online], 2013, vol. 38, p. 15074-15083.
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