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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2008.tde-28012009-140751
Document
Author
Full name
Bruna Soares Fernandes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Zaiat, Marcelo (President)
Bevilaqua, Juliana Vaz
Foresti, Eugenio
Silva, Maria Bernadete Amancio Varesche
Vidal, Liliana Margarida Borzacconi
Title in Portuguese
Produção de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fixo
Keywords in Portuguese
Águas residuárias
Hidrogênio
Inóculos
Material suporte
Reator anaeróbio
Abstract in Portuguese
O hidrogênio é estudado como alternativa ao uso de combustíveis fósseis para geração de energia, uma vez que é um combustível renovável, apresenta alta concentração de energia por unidade de massa e não gera gases causadores do efeito estufa. Entre os processos de produção de hidrogênio destaca-se o processo fermentativo, pois é um processo de baixo custo quando comparado com outros processos e possibilita unir tratamento de efluente e geração de energia. Neste sentido, este trabalho teve como proposta estudar parâmetros envolvidos no processo de produção fermentativo do 'H IND.2'. O trabalho envolveu três etapas. Na primeira etapa, foi estudada a produção de hidrogênio a partir de sacarose empregando reatores anaeróbios de leito fixo de fluxo ascendente. Na primeira fase, comparou-se o desempenho de diferentes matérias suportes (argila, carvão vegetal e polietileno) e tempos de detenção hidráulica (TDH) (0,5 e 2h). Na segunda fase, testaram-se diferentes porosidades (50, 75 e 91%) do leito de polietileno TDH de 0,5 h. Os resultados mostraram que TDHs menores e maiores porosidades promovem maiores e contínuas produções de 'H IND.2'. Na segunda fase, avaliou-se a produção de 'H IND.2' a partir de quatro inóculos: metanogênico tratamento termicamente e três provenientes de biomassa aderidas aos materiais suportes empregados na primeira etapa. Todos inóculos produziram 'H IND.2'. Na terceira etapa, avaliou-se a viabilidade de produzir 'H IND.2' a partir de diferentes águas residuárias (sacarose, esgoto sanitário, vinhaça e glicerina). Houve conversão de hidrogênio a partir de todas as águas residuárias e a vinhaça mostrou ser o efluente mais promissor para esta finalidade. As análises biológicas mostraram baixa diversidade de fungos e bactérias, porém todos associados com o processo de formação de 'H IND.2'. A varredura dos parâmetros estudados neste trabalho proporcionou o entendimento do processo, assim como, o mapeamento das variáveis adequadas para o projeto e viabilidade da aplicação de reatores desenvolvidos para geração de hidrogênio.
Title in English
Hydrogen production using up-flow anaerobic packed bed reactor
Keywords in English
Hydrogen
Inoculum
Support material
Up-flow anaerobic packed bed reactor
Wastewater
Abstract in English
The hydrogen obtained by fermentative production is studied as an alternative process to provide energy instead of fossil fuel application. Moreover, hydrogen is a renewable fuel, has high energy content per unit weight (122 kJ/g), generates clean energy without pollution and produces no greenhouse gases. The fermentative process has low cost when it is compared with traditional process and photosynthetic process, because hydrogen can be produced from wastewater by anaerobic treatment process. For that reason, the aim of this research was to study some parameters involved in the hydrogen production by fermentative process. Three steps were developed. In the first step, it was studied the hydrogen production from sucrose using up-flow anaerobic packed-bed reactor, this step was divide in two phases. In the first phase three support materials (clay beads, vegetal coal and polyethylene) and two hydraulic retention times (0.5 and 2 h) were tested. In the second phase three porosities (50, 75 and 91%) of polyethylene bed were tested. The results demonstrated that the low HRT and high porosities provided high hydrogen production, although, the support materials did not show significant difference in the hydrogen production and in the biomass developed. In the second phase, four inocula were used in order to produce hydrogen: thermal pre-treated methanogenic sludge; and the others three came from the reactors used in the first phase. All inocula were able to produce hydrogen. In the third step hydrogen production was obtained from three wastewaters (domestic wastewater, vinasse and glycerol) and a control (sucrose) in batch reactors. The wastewaters and control produced hydrogen and the vinasse showed the highest production. This research makes available the comprehension on the influence of the different parameters in processes projected for hydrogen production and it makes viable to apply in full-scale.
 
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Publishing Date
2009-04-23
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • FERNANDES, B S, et al. Potential to Produce Biohydrogen from Various Wastewaters [doi:10.1016/j.esd.2010.03.004]. Energy Sustainable Development [online], 2010, vol. 14, p. 143-148.
  • FERNANDES, B. S., et al. The Effect of Biomass Immobilization Support Material and Bed Porosity on Hydrogen Production in an Upflow Anaerobic Packed-Bed Bioreactor [doi:10.1007/s12010-013-0262-7]. Applied Biochemistry and Biotechnology [online], 2013, vol. 170, p. 1348-1366.
  • FERNANDES, B S, et al. Produção de Hidrogênio a Partir de Águas Residuárias de Diferentes Origens. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, ILha de Páscoa, 2008. Memorias., 2008.
  • SAAVEDRA, N K, et al. Microrganismos Responsáveis pela Produção de Hidrogênio em Reator Anaeróbio de Leito Fixo. In XVII Simpósio Nacional de Bioprocessos - SINAFERM, Natal, RN, 2009. Anais., 2009.
  • ETCHEBEHERE, C, et al. Producción de Biohidrógeno a Partir de Aguas Residuales para ser Utilizado como Fuente Alternativa de Energía. In . Biocombustível para o Mercosul. Organizador. Brasília : UNESCO, 2008{Volume}, p. 77-102.http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-28012009-140751/
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