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Tipo: Dissertação
Título : Substituição gradativa de sacarose pela fração líquida de resíduos de frutas e verduras em reator anaeróbio de leito fluidificado
Título en inglés: Gradual replacement of sucrose with the liquid fraction of fruit and vegetable waste in an anaerobic fluidized bed reactor
Autor : Dias, Ulisses Vitório
Tutor: Santos, André Bezerra dos
Co-asesor: Leitão, Renato Carrhá
Palabras clave en portugués brasileño: Resíduos orgânicos;Bio-hidrogênio;Fermentação escura;Reatores químicos
Palabras clave en inglés: Organic wastes;Biohydrogen;Dark fermentation;Chemical reactors
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
Fecha de publicación : 2025
Citación : DIAS, Ulisses Vitório. Substituição gradativa de sacarose pela fração líquida de resíduos de frutas e verduras em reator anaeróbio de leito fluidificado. 2025. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universisdade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumen en portugués brasileño: A gestão adequada de resíduos de frutas e verduras (RFV) gerados em Centrais de Abastecimento de Alimentos (Ceasa) é um desafio ambiental e econômico. A fermentação escura (FE) surge como uma alternativa promissora para a valorização desses resíduos, convertendo-os em bio-hidrogênio e em ácidos orgânicos (AGVs). Entre os reatores utilizados, o reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) se destaca pela alta taxa de retenção de biomassa e capacidade de suportar elevadas cargas orgânicas. No entanto, a literatura carece de estudos sistemáticos sobre a adaptação e estabilidade de RALFs operando com substratos complexos como a fração líquida de resíduos de frutas e verduras (FLRFV). Diante disso, esta dissertação avaliou o desempenho de um RALF na produção de hidrogênio, submetido ao aumento progressivo da concentração de FLRFV (0 a 100%) no substrato, em substituição à sacarose, em condições mesofílicas (30 °C), com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 2 h, e carga orgânica volumétrica (COV) constante de 60 kg DQO m-3 reator d -1 , sem controle de pH. Na condição de 100% de sacarose, a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) e o rendimento (HY) foram de 4361 mL H2 L -1 reator d -1 e 2,6 mmol H2 g -1DQO aplicada, respectivamente. Com a substituição completa por FLRFV (100%), observou-se um declínio acentuado com a PHV e o HY atingindo apenas 261 mL H2 Lreator d -1 e 0,2 mmol H2 g -1DQO aplicada. Esta queda foi associada a uma mudança no perfil metabólico da comunidade microbiana, com acúmulo de ácido propiônico (APr) aliado a um pH consistentemente ácido (faixa de 4,0 e 4,3), que suprimiu as bactérias produtoras de H2 e desviou o fluxo de carbono para vias acidogênica consumidoras de H2 como a propionogênese e homoacetogênese. Contudo, a análise integrada com dados de literatura demonstrou que a natureza complexa da FLRFV não é um fator limitante absoluto. A operação do RALF com TDHs mais curtos (1 h) e COVs mais elevadas (240 kg DQO m-3 reator d -1 ) mostrou-se uma estratégia eficaz para reverter esse cenário, estabelecendo uma rota metabólica butírica e elevando a PVH em até 35 vezes. Portanto, a viabilidade da FLRFV para produção de bio-hidrogênio está intrinsecamente ligada a uma janela operacional ótima de TDH/COV, a qual exerce pressão seletiva favorável às bactérias hidrogenogênicas, superando a complexidade inicial do resíduo.
Abstract: Proper management of fruit and vegetable waste (FVW) generated in Food Supply Centers (Ceasa) is an environmental and economic challenge. Dark fermentation (DF) emerges as a promising alternative for the valorization of these wastes, converting them into bio-hydrogen and organic acids (FAs). Among the reactors used, the anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) stands out for its high biomass retention rate and capacity to support high organic loads. However, the literature lacks systematic studies on the adaptation and stability of AFBRs operating with complex substrates such as the liquid fraction of fruit and vegetable waste (LFVW). Given this, this dissertation evaluated the performance of a hydrocarbon-based reactor (RALF) in hydrogen production, subjected to a progressive increase in the concentration of volatile fatty acids (VFA) (0 to 100%) in the substrate, replacing sucrose, under mesophilic conditions (30 °C), with a hydraulic retention time (HRT) of 2 h, and a constant volumetric organic loading rate (LOR) of 60 kg COD m reactor -3 d -1 , without pH control. Under the 100% sucrose condition, the volumetric hydrogen production (HVP) and yield (YH) were 4361 mL H2 L reactor -1 d -1 and 2.6 mmol H2 g -1 COD applied, respectively. With complete replacement by VFA (100%), a sharp decline was observed, with HVP and YH reaching only 261 mL H2 L reactor -1 d -1 and 0.2 mmol H2 g -1 COD applied. This decrease was associated with a change in the metabolic profile of the microbial community, with an accumulation of propionic acid (APr) coupled with a consistently acidic pH (range of 4.0 and 4.3), which suppressed H2 producing bacteria and diverted carbon flow to acidogenic H2-consuming pathways such as propionogenesis and homoacetogenesis. However, integrated analysis with literature data demonstrated that the complex nature of FLRFV is not an absolute limiting factor. Operating the RALF with shorter HRTs (1 h) and higher VOCs (240 kg COD m reactor -3 d - 1 ) proved to be an effective strategy to reverse this scenario, establishing a butyric metabolic pathway and increasing PVH by up to 35 times. Therefore, the viability of FLRFV for bio-hydrogen production is intrinsically linked to an optimal operating window of HRT/VOC, which exerts selective pressure favorable to hydrogenogenic bacteria, overcoming the initial complexity of the residue.
Descripción en portugués brasileño : Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86193
ORCID del autor: https://orcid.org/0009-0004-3214-9819
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/5491078272805800
ORCID del tutor: https://orcid.org/0000-0002-3395-8878
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/3626519258208111
Lattes del co-asesor: http://lattes.cnpq.br/6670462096159133
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: DEHA - Dissertações defendidas na UFC

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