Fermentação acidogénica para produção de substratos de biopolímeros

Abstract

A temática deste trabalho está associada à dependência actual de combustíveis fósseis para a produção de plásticos, à falta de locais para a sua deposição e às crescentes preocupações ambientais relativas a plásticos não-degradáveis, que têm resultado na investigação e desenvolvimento de materiais biopoliméricos amigos do ambiente. Com este trabalho impõem-se também a questão da problemática ambiental da deposição de matéria orgânica em aterro, que actualmente é proibida pela Directiva Aterros. O principal objectivo deste trabalho foi a optimização da fermentação acidogénica de um efluente de lamas gordas de uma indústria de lacticínios. Possibilitando que este tipo de efluentes, que constituem fontes de poluição, seja aproveitado como matéria-prima, especialmente na produção de biopolímeros. Neste sentido os produtos de acidogénese, designadamente, os ácidos orgânicos voláteis (AOV's) são ilustrados como substratos para a produção de polihidroxialcanoatos (PHAs). Neste sentido foram montados dois reactores acidogénicos descontínuos, sendo uma deles alcalino (R1) e o outro (R2) apresentava um pH igual ao das lamas gordas utilizadas, pH≈5. Ambos os reactores foram submetidos a uma matriz experimental de cargas orgânicas crescentes de 5 gCQO/L a 30 gCQO/L, numa temperatura mesofílica (37ºC). Outros dois reactores foram também operados com as mesmas condições mas para uma temperatura termofílica (55ºC), sendo submetidos apenas a duas cargas orgânicas (10 gCQO/L e 30 gCQO/L). A carga orgânica é uma condição operacional que se reflecte na produção de ácidos orgânicos voláteis (AOV's). Para a temperatura mesofílica verifica-se um aumento da produção de AOV's, com o aumento de carga, apresentando a carga de 5 gCQO/L uma concentração total de AOV's de 300 mgAc/L e a carga de 30 gCQO/L uma concentração de 5300 mgAc/L. Em contrapartida para a temperatura termofílica a produção de AOV's não varia significativamente com o aumento de carga de 10 gCQO/L para 30 gCQO/L, apresentando uma concentração total de AOV's de 1000 mgAc/L em ambas as cargas orgânicas. A influência da temperatura reflecte-se na composição dos AOV's presentes ao longo da fermentação acidogénica, apresentando ambas as temperaturas o ácido acético e o propiónico como AOV's predominantes. O aumento da temperatura de 37ºC para 55ºC favorece a presença do ácido isovalérico e n-butírico. O efeito da alcalinidade denota-se com o aumento da produção de AOV's para a temperatura de 37ºC, evidenciando-se para a carga de 30 gCQO/L. Para a temperatura de 55ºC não é observado o efeito da alcalinidade para ambas as cargas orgânicas aplicadas. Estes resultados são indicadores de que a fermentação acidogénica de lamas gordas de uma indústria de lacticínios, apresentam potencialidades para a formação de substratos para a produção de biopolímeros, devendo no futuro ser mais bem estudadas.

ABSTRACT: The theme of this thesis is associated with the current dependence on fossil fuel for plastic production, the lack of places for its deposition and the growing environmental worries about non-degradable plastics which has resulted in investigation and development of environmental friendly biopolymerics. This essay also imposes the environmental question of the deposition of organic substance in sanitary landfill, which nowadays is forbidden by the Landfill Directive. The main objective of this essay was to optimize the acidogenic fermentation of a fatty sludge belonging to a dairy industry, making sure that this type of effluents, that are a pollution source, are used as raw material, especially in the biopolymers production. In this sense the acidogenesis products, specially the volatile fatty acids (VFA's), are illustrated as substrates for the production of polyhydroxyalkanoates (PHAs). For such an evaluation two discontinuous acidogenic reactors, one alkaline (R1) and another (R2) with pH the same as the fatty sludge used pH≈5 were assembled,. Both reactors were submitted to an, experimental design of organic loading rate, increasing from 5 gCOD/L to 30 gCOD/L, in a mesophilic range (37˚C). Other two reactors were also operated under the same conditions but for a thermophilic range (55˚C), being just submitted to two organic loadings (10 gCOD/L and 30 gCOD/L). The organic load is an operational condition that reflects itself on the production of volatile fatty acids (VFA's). At the mesophilic temperature an increasing of the VFA's production occurs, with the increasing of organic loading, the load 5 gCOD/L presenting a total concentration of VFA's of 300 mgAc/L and the load 30 gCOD/L presenting a concentration of 5300 mgAc/L. However for the thermophilic temperature the VFA's production does not significantly change with the organic loading increase from 10 gCOD/L to 30 gCOD/L. The influence of temperature shows in the VFA's composition, throughout the acidogenic fermentation, showing both temperatures acetic acid and propionic acid as predominant VFA's. The increase of temperature form 37 º C to 55 ° C promote the presence of butyric acid and valeric acid. The Alkalinity effect shows with the increase of the VFA's production at 37˚C, and enhances with the load of 30 gCOD/L. For the thermophilic temperature the effect of alkalinity is not observed in both organic loading rate. As an conclusion, these results point out that acidogenic fermentation of fatty sludge belonging to a dairy industry, has potential for substrates formation to the production of biopolymers and should be more and better explored in the future.