Efeito hiperbárico na hidrólise enzimática das lamas primárias

Abstract

No decurso da procura activa pela rentabilidade de resíduos sólidos, provenientes das etapas de produção da indústria de pasta e papel, surge a perspectiva para a valorização energética da fracção celulósica de lamas primárias, para a produção de biocombustíveis de segunda geração. Com efeito, a partir deste trabalho pretendeu estudar-se o desempenho da hidrólise enzimática nas lamas primárias e, aplicando um pré-tratamento hiperbárico, averiguar a influência real do mesmo no desenrolar dos parâmetros em avaliação. Foi utilizada a endo celulase (EC 3.2.1.4) comercial de tipo 1,4-(1,3:1,4)-β-D-glucano 4-glucano-hidrolase produzida pelo fungo Tricoderma virido. Metodologicamente, este estudo foi efectuado em três etapas: a primeira correspondeu à caracterização global da matéria-prima; na segunda etapa submeteu-se a amostra a duas sequências de pré-tratamento de lavagens ácida (com ácido sulfúrico e ácido clorídrico), para avaliar o efeito nas propriedades químicas das lamas primárias; a terceira etapa foi caracterizada por sequências combinadas de pressão e tempo de pressurização da amostra que demonstrou melhores resultados na etapa anterior, portanto, dois ensaios a 400 MPa e um outro a 500 MPa, durante 15 minutos (na íntegra e outro por ciclos de 5) e 10 minutos, respectivamente. A amostra referente à lavagem com ácido clorídrico demonstrou os melhores resultados na caracterização química, sendo utilizada nos ensaios posteriores como a amostra referência de lamas primárias. A partir desta última etapa, inferiu-se acerca do efeito hiperbárico sobre a hidrólise enzimática, através da quantificação de açúcares redutores formados. Constatou-se que em todos os ensaios realizados, este efeito foi significativo e de elevada contribuição, traduzindo-se também num impacto positivo na velocidade e extensão da hidrólise. A sequência realizada a 400 MPa durante 15 minutos revelou os resultados mais promissores, registando-se uma melhoria na ordem de 43% no acréscimo da quantidade de açúcares redutores e um aumento na velocidade inicial de reacção em 25%, comparativamente ao estudo de amostras sem pressurização prévia.

During the active search for the profitability of solid waste from the production stages of pulp and paper, there is the prospect for energy recovery from the cellulosic fraction of primary sludge, in order to produce second generation biofuels. Indeed, this work intended to study the performance of the enzymatic hydrolysis in the primary sludge and, applying a high pressure pre-treatment, ascertain its real influence through the assessment of determined parameters. It was used a commercial endo cellulase enzyme (EC 3.2.1.4) of type 1,4-(1,3:1,4)-β-D-glucan 4-glucan hydrolase produced by the fungus Tricoderma virido. Attending to its methodology, this study was carried out through three major stages: the first one attended to an overall characterization of raw material; at a second stage, primary sludge was submitted throughout a two sequences of an acid pre- treatment wash (with sulphuric acid and chloridric acid), in order to assess its effect on chemical properties of primary sludge; the third and last stage was characterized by a combined sequences of pressure and pressurization time, that were applied to the sample which revealed the finest results during the previous stage. Those combined sequences involved two treatments at 400 MPa, during 15 minutes (one of them at cycles of 5 minutes each) and another treatment at 500 MPa, during 10 minutes. The sample submitted to acid chloridric wash showed better outcomes, referring to chemical characterization, so that it was distinguish as a reference sample of primary sludge, performing the subsequent study. The influence of high pressure treatment over enzymatic hydrolysis was evaluated by the amount of reducing sugars formed. It was able to verify in every trial that the quoted influence was decidedly effective, increasing the amount of reducing sugars formed and promoting an affirmative impact on reaction velocity as well as in its extension. The stage of treatment at 400 MPa during 15 minutes was considered as the preeminent one, regarding its results with an improvement of 43% related to the amount of reducing sugars formed, as well as an improvement of 25% of its initial velocity of reaction, in opposition to the sample without high pressure pre-treatment.