A carregar...
Publicação
Pilot-Scale Production of PHA from Apple Pulp Waste: Impact of Purge Timing and Feeding Strategy
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.21 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bioplastics produced by microorganisms, with proper-
ties similar to those of conventional plastics, but with less environmental impact. Their inno-
vative production uses mixed microbial cultures (MMCs) fed with waste, divided into three
stages: (i) acidogenesis of the substrate, (ii) microbial selection in a sequencing batch reactor
(SBR) under conditions of feast/famine, and (iii) accumulation in a reactor, where high PHA
contents are achieved. This last stage is an obstacle due to high carbon requirements and costs.
The objective of this work was to develop strategies to maximize productivity and polymer
content, reducing or avoiding accumulation. Two approaches were tested: purging the SBR
after feast to obtain biomass richer in PHA or purging after feast with doubling of the organic
load, comparing them to the traditional strategy of purging after famine.
The first strategy proved the most effective, it increased biomass productivity (1.66 ± 0.02
vs. 1.3 ± 0.1 g-Xa/(L·d) in the traditional strategy), global PHA productivity (1.47 ± 0.2 vs. 1.18
± 0.01 g-PHA/(L·d)), and global yield (0.30 vs. 0.19 g-CODPHA/g-CODFPs). This allowed the SBR
to be purged with biomass richer in PHA without compromising biomass productivity, lead-
ing to a more efficient process.
In contrast, the two-pulse feast strategy required substantially higher carbon input in the
SBR to increase PHA content. Although biomass productivity increased (2.09 ± 0.04 g-Xa/(L·d)),
global yield decreased (0.21 g-CODPHA/g-CODFPs), since the additional carbon consumed for
biomass growth did not compensate for the benefits of reducing the need for an accumulation
reactor.
In conclusion, the purging after feast strategy constitutes a more sustainable and cost-effec-
tive alternative to the conventional process, reducing carbon consumption and minimizing the
need for a separate accumulation stage.
Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são bioplásticos produzidos por microrganismos, com propriedades semelhantes às dos plásticos convencionais, mas menor impacto ambiental. A sua produção inovadora usa culturas microbianas mistas (MMCs) alimentadas com resíduos, dividindo-se em três etapas: (i) acidogénese do substrato, (ii) seleção microbiana num sequen- cing batch reactor (SBR) sob condições de abundância/escassez e (iii) acumulação num reator, onde se atingem altos teores de PHA. Esta última etapa constitui um entrave devido à elevada exigência de carbono e custos. O objetivo deste trabalho foi desenvolver estratégias para ma- ximizar produtividade e teor de polímero, reduzindo ou evitando a acumulação. Foram testa- das duas abordagens: purgar o SBR após a abundância para obter biomassa mais rica em PHA ou purgar após abundância com duplicação da carga orgânica, comparando-as à estratégia tradicional de purgar após a escassez. A primeira estratégia provou ser a mais eficaz, aumentando a produtividade da bio- massa (1.66 ± 0.02 vs. 1.3 ± 0.1 g-Xa/(L·d) na estratégia tradicional), a produtividade global de PHA (1.47 ± 0.2 vs. 1.18 ± 0.01 g-PHA/(L·d)) e o rendimento global (0.30 vs. 0.19 g-CODPHA/g- CODFPs). Isto permitiu purgar o SBR com biomassa mais rica em PHA sem comprometer a produtividade da biomassa, levando a um processo mais eficiente. Em contrapartida, a estratégia de dois pulsos exigiu uma entrada substancialmente maior de carbono no SBR para aumentar o teor de PHA. Embora a produtividade da biomassa tenha aumentado (2.09 ± 0.04 g-Xa/(L·d)), o rendimento global diminuiu (0.21 g-CODPHA/g- CODFPs), uma vez que o carbono adicional consumido para o crescimento da biomassa não compensou os benefícios da redução da necessidade de um reator de acumulação. Em conclusão, a estratégia de purga após a abundância constitui uma alternativa mais sustentável e económica ao processo convencional, reduzindo o consumo de carbono e mini- mizando a necessidade de uma fase de acumulação separada.
Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são bioplásticos produzidos por microrganismos, com propriedades semelhantes às dos plásticos convencionais, mas menor impacto ambiental. A sua produção inovadora usa culturas microbianas mistas (MMCs) alimentadas com resíduos, dividindo-se em três etapas: (i) acidogénese do substrato, (ii) seleção microbiana num sequen- cing batch reactor (SBR) sob condições de abundância/escassez e (iii) acumulação num reator, onde se atingem altos teores de PHA. Esta última etapa constitui um entrave devido à elevada exigência de carbono e custos. O objetivo deste trabalho foi desenvolver estratégias para ma- ximizar produtividade e teor de polímero, reduzindo ou evitando a acumulação. Foram testa- das duas abordagens: purgar o SBR após a abundância para obter biomassa mais rica em PHA ou purgar após abundância com duplicação da carga orgânica, comparando-as à estratégia tradicional de purgar após a escassez. A primeira estratégia provou ser a mais eficaz, aumentando a produtividade da bio- massa (1.66 ± 0.02 vs. 1.3 ± 0.1 g-Xa/(L·d) na estratégia tradicional), a produtividade global de PHA (1.47 ± 0.2 vs. 1.18 ± 0.01 g-PHA/(L·d)) e o rendimento global (0.30 vs. 0.19 g-CODPHA/g- CODFPs). Isto permitiu purgar o SBR com biomassa mais rica em PHA sem comprometer a produtividade da biomassa, levando a um processo mais eficiente. Em contrapartida, a estratégia de dois pulsos exigiu uma entrada substancialmente maior de carbono no SBR para aumentar o teor de PHA. Embora a produtividade da biomassa tenha aumentado (2.09 ± 0.04 g-Xa/(L·d)), o rendimento global diminuiu (0.21 g-CODPHA/g- CODFPs), uma vez que o carbono adicional consumido para o crescimento da biomassa não compensou os benefícios da redução da necessidade de um reator de acumulação. Em conclusão, a estratégia de purga após a abundância constitui uma alternativa mais sustentável e económica ao processo convencional, reduzindo o consumo de carbono e mini- mizando a necessidade de uma fase de acumulação separada.
Descrição
Palavras-chave
polyhydroxyalkanoates (PHA) Mixed Microbial Cultures (MMCs) purging strategy feeding strategy performance optimization