Study of acidogenic fermentation conditions for VFAs production

Abstract

The acidogenic fermentation is the second phase of anaerobic digestion. Volatile fatty acids (VFAs) are the main products of acidogenic fermentation and can act as substrates for hydrogen or polyhydroxyalkanoates (PHA) production. In this work, mixed microbial cultures (MMC) collected in a wastewater treatment plants were used for acidogenic fermentation of hardwood spent sulphite liquor (HSSL), a by-product of paper and pulp industry, in a continuously stirred tank reactor (CSTR), and cheese whey permeate (CWP) in a sequential batch reactor (SBR) in non-sterile conditions. In HSSL fermentation, HRT of 1.6 and 2 days were tested with a feeding concentration of 15 g COD/L. pH was left uncontrolled, but was stable around 5.0 ± 0.24 due to the buffer effect of HSSL. The highest conversion of 10 %, with 68% of sugars, and degree of acidification of 10 % were obtained at HRT 2 days and OLR of 7.7 g COD/(L·d). By using CWP a high conversion of acidogenic fermentation (> 80 %) was achieved, even at a pH below the optimal value (4.5). pH and HRT influenced sugars to VFA conversion and the profile of products. Conversion improved with pH and HRT and ethanol-type and propionic-type fermentation were identified at different pHs. Finally from the conditions tested for acidogenic fermentation of CWP, pH 4.5, HRT 24 h and 30 ºC led to the reduction of base consumption at high conversion.

A fermentação acidogénica é a segunda fase da digestão anaeróbica. Ácidos gordos voláteis (AOVs) são os principais produtos da fermentação acidogénica e podem servir como substratos na produção de hidrogénio ou polihidroxialcanoatos (PHA). Neste trabalho, culturas microbianas mistas (MMC) recolhidas numa estação de tratamento de águas residuais foram usadas para acidificar alguns componentes do licor de cozimento ao sulfito ácido (HSSL), um subproduto da indústria papeleira, num reator contínuo perfeitamente agitado (CSTR), e permeado de soro de queijo (CWP) num reator descontínuo sequencial (SBR), em condições não estéreis. Na fermentação acidogénica do HSSL, foi testado o efeito de HRTs de 1,6 e 2 dias com uma alimentação de 15 g COD/L, com 22 % de glucose e xilose. O pH não foi controlado, mas manteve-se estável em cerca de 5,0 ± 0,24 devido ao efeito tampão do HSSL. A maior conversão e grau de acidificação obtidos foram ambos de 10% com uma HRT de 2 dias e OLR de 7,7 g de COD/(L·d). O consumo de açúcares foi de 68 %. Na fermentação de CWP foi atingida uma conversão elevada (> 80%), mesmo com pH controlado a um valor inferior ao ótimo (4,5). O pH e o HRT influenciaram a conversão de açúcares em VFA e o perfil de produtos. A conversão melhorou com o pH e a HRT e fermentação do tipo etanólico e propiónico foram identificadas a pHs diferentes. Verificou-se que o conjunto de condições testadas que conduziu a uma redução do consumo de base, com elevada conversão, foi pH 4,5, HRT 24 h e 30 ºC.