Valorização de óleos industriais através do processo de acidificação

Abstract

Os problemas associados ao desenvolvimento industrial têm levado a comunidade científica a investigar e desenvolver novas fontes alternativas de energia e em produtos e materiais derivados de recursos renováveis, que possam gradualmente substituir os derivados da petroquímica, contribuindo assim para o desenvolvimento sustentável da humanidade. A digestão anaeróbia é um processo biológico que envolve a degradação e a estabilização de materiais orgânicos, sob condições anaeróbias, por uma comunidade complexa de microrganismos e que leva à formação de biogás. A acidificação anaeróbia é uma etapa do processo de digestão anaeróbia que é responsável pela obtenção de subprodutos altamente valorizáveis, ácidos orgânicos voláteis (AOVs). O trabalho realizado teve como intuito avaliar a aplicabilidade de um processo biológico acidogénico como um processo de valorização de óleos industriais usados. Este tratamento teve como objetivo a avaliação do processo em termos da produção de ácidos orgânicos voláteis que são matéria-prima para a produção de com valor (CH4, PHAs, H2). Neste sentido foram realizados 3 conjuntos de ensaios para que fossem avaliadas as condições ótimas para a produção de AOVs a partir de óleos industriais usados. Montou-se uma instalação experimental constituída por 4 reatores descontínuos que operam num banho térmico à temperatura de 37ºC. Os reatores foram submetidos a diferentes razões F/M e alcalinidades, parâmetros que influenciam a produção e a composição de AOVs. Para as condições testadas verificou-se que alcalinidades e cargas orgânicas elevadas favorecem a produção total de AOVs. Com razão F/M=4 g CQO/g SSV e alcalinidade=2 g CaCO3/L, a produção máxima de AOVs é de 1400 mg CQO/L. Houve a formação de vários ácidos maioritariamente o ácido n-capróico. Situação excecional ocorreu nas alcalinidades de 0,5 e 1,7 g CaCO3/L, onde o ácido predominante é o ácido i-valérico. O grau de acidificação mais elevado (55%) ocorreu no reator com razão F/M=2,5 g CQO/g SSV e alcalinidade=2 g CaCO3/L, evidenciando que a conversão do substrato em AOVs não acontece de forma mais eficaz com uma maior quantidade de substrato disponível. Com razões F/M mais elevadas (2,5; 3 e 4 g CQO/g SSV) e alcalinidade também elevada (2 g CaCO3/L), verifica-se uma maior percentagem de acidificação (55-33%) e uma menor percentagem de metanização (7- 10%) o que comprova existir inibição da fase metanogénica. O pH dos reatores variou entre 6,8 e 7,8 para a maioria dos reatores, podendo concluir-se que o pH nesta gama não influencia a produção de AOVs. Uma exceção é o reator com alcalinidade 0,5 g CaCO3/L, onde variou de 5,5 a 6,2. Os resultados obtidos neste estudo são indicadores de que a utilização do processo de acidificação anaeróbia como valorização de óleos industriais tem potencial. No entanto deve haver uma otimização do processo de modo a maximizar o tipo e a quantidade dos AOVs produzidos.

The problems that involves the industrial development have led the scientific community to investigate and extend new alternative energy sources, as well as products and materials derived from renewable resources, which could replace petrochemical derivatives, contributing this way to sustainable development of humanity. Anaerobic digestion is a biological process that involves degradation and stabilization of organic materials, under anaerobic conditions, by a complex community of microorganisms leading to the biogas formation. Anaerobic acidification is a stage of anaerobic digestion process, which is responsible for getting sub products overvalue, volatile fatty acids (VFAs). The target of this work was evaluate the applicability of anaerobic acidogenic process like a recovery process of used industrial oils. The main purpose was the production of volatile fatty acids by an available process. These volatile fatty acids are the major raw material in biopolymer production (PHAs). Three sets of experiments were executed to found the optimal conditions for VFAs production. The experiments had 4 reactors operating in a thermal bath of 37ºC. The reactors were subject to different ratios F/M and alkalinities, those parameters influence the VFAs production. For tested conditions, was verified that high alkalinities and organic loadings favor VFAs production. With ratio F/M of 4 g COD/g VSS and alkalinity 2g CaCO3/L, the maximum production of AOVs is 1400 mg CQO/L. There was acid formation, with n-caproic acid as major component. Exceptional situation has occurred in the alkalinities of 0,5 e 1,7 g CaCO3/L, where i-valeric acid is predominant. The highest acidification rate (55%) occurred in the reactor with ratio F/M of 2,5 g COD/g VSS and alkalinity of 2 g CaCO3/L. This indicates that conversion of substrate to VFAs doesn’t happen more effectively with a larger amount of substrate available. With ratios F/M higher (2,5, 3 and 4 g COD/g VSS) and also high alkalinity (2 g CaCO3/L), there is a higher percentage of acidification (55-35%) and a lower methanisation percentage (less than 11%) which proves inhibition of the methanogenic phase. The reactors pH range between 6,8 and 7,8, the unusual was the reactor with alkalinity 0,5 g CaCO3/L and pH range between 5,68 and 6,12. The reactors pH did not influence significantly the VFAs production. The results obtained in this study indicate that the use of anaerobic acidification process of used industrial oils has potential. However, there should be an optimization of this process in order to maximize the type and quantity of volatile fatty acids produced.