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Publicação
Mass Balance to the Production of Polyhydroxyalkanoates from Mixed Microbial cultures with Fruit Pulp
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Orientador(es)
Resumo(s)
Bioplastics, specially polyhydroxyalkanoates(PHA), represent one of the best alterna tives to plastics from non-renewable sources. The production of PHA, from mixed micro bial cultures with low-cost feedstocks, as in this dissertation fruit pulp requires a process
of three stages: treatment of the residues through anaerobic digestion which is used to
feed both the selection and accumulation reactor. The biomass PHA-accumulating selec tion reactor is carried out on a feast and famine regime with uncoupled feeding from nitro gen an carbon, leading to increased selective pressure, where a ratio of COD:N:P(100:6.5:1:)
is applied. The accumulation reactor is carried out on a fed-batch, and is inoculated from
the sequential batch reactor and therefore is capable of accumulating PHA.
All of the processes were followed along two months of operation, from the Up-flow
Anaerobic Sludge Blanket Reactor to the accumulation stage. In the first and second
reactors, no alterations were made, and they were just monitored to study its evolution.
In the accumulation reactor, 9 batches were made with and without nutrients, to opti mize the process productivity. The following ratios were applied COD:N:P (100:6.5:1;
100:3,25:0.5;100:0:), to induce just little growth they were applied only in the first pulse.
To understand how much fruit pulp is needed to produce 1 kg of PHA, mass balance
study’s were made, to describe the general productivity of the process. The mass balance
was made, while the acidogenic reactor had a high OLR, 16.09± gCODL−1d
−1, and a conversion rate of 77%, it was considered to be the normal value of the operation. To the
accumulation reactor, an average of every two batches where the same conditions were
applied was used. Concluding that to produce 1kg of biopolymer from fruit pulp, the
following quantities are needed: ACC-3/4 = 8011.6 gCOD; ACC(Nutri)-6/7 = 6906.8 gCOD, ACC(Nutri)-8/9 = 6142.6 gCOD.
Os bioplásticos nomeadamente os polihidroxialcanoatos, representam uma das melhores alternativas aos plásticos produzidos por fontes não renováveis. A produção de polihidroxialcanoatos (PHA), a partir de culturas microbianas mistas com feedstocks de baixos custo, como no caso desta tese a polpa de fruta, requer um processo com várias fazes que envolve desde: o tratamento dos resíduos de comida através da digestão anaeróbia, que serve para alimentar ambos tanto o reactor de seleção como o de acumulação. O reactor de seleção é onde a biomassa acumuladora de PHAs é selecionada, através de um regime de fome e fartura e com a alimentação de azoto desfasada do carbono de forma a aumentar a pressão selectiva. O reactor de acumulação funciona em modo fed-batch, onde a sua biomassa deriva do reactor de seleção e por isso produtora de PHAs. Todo o processo foi seguido ao longo dois meses, desde o reactor UASB (Reactor anaeróbio com fluxo ascendente e manta de lodo) passando pelo reactor de seleção até ao de acumulação. No primeiro e segundo reactor, não foram feitas alteraçãos ao processo apenas monotorizações de forma a acompanhar a sua evolução. No reactor de acumulação foram feitos ensaios, com e sem a adição de nutrientes de forma a optimizar a productividade do processo. Os seguintes rácios foram testados COD:N:P (100:6.5:1; 100:3,25:0.5;100:0:0), foram alimentados apenas no primeiro pulso. De forma a compreender, qual a quantidade de polpa de fruta utilizada para produzir 1 kg de bioplástico foram realizados ensaios de balanços de massa de forma a descrever o rendimento geral do processo. O balanço de massa foi feito enquanto o reactor acidogénico estava com a sua maior carga orgânica, cerca de 16.09± gCODL−1d −1 , e uma taxa de conversão de 77%. Este valor de conversão foi utilizado pois foi considerado o valor normal de operação. Para o reactor de acumulação a foi feita a média entre cada duas experiências realizadas para cada teste. Concluindo que para produzir 1 kg de biopolimero serão necessárias as seguintes quantidade de polpa de fruta: ACC-3/4 = 8011.6 gCOD; ACC(Nutri)-6/7 = 6906.8 gCOD, ACC(Nutri)-8/9 = 6142.6 gCOD.
Os bioplásticos nomeadamente os polihidroxialcanoatos, representam uma das melhores alternativas aos plásticos produzidos por fontes não renováveis. A produção de polihidroxialcanoatos (PHA), a partir de culturas microbianas mistas com feedstocks de baixos custo, como no caso desta tese a polpa de fruta, requer um processo com várias fazes que envolve desde: o tratamento dos resíduos de comida através da digestão anaeróbia, que serve para alimentar ambos tanto o reactor de seleção como o de acumulação. O reactor de seleção é onde a biomassa acumuladora de PHAs é selecionada, através de um regime de fome e fartura e com a alimentação de azoto desfasada do carbono de forma a aumentar a pressão selectiva. O reactor de acumulação funciona em modo fed-batch, onde a sua biomassa deriva do reactor de seleção e por isso produtora de PHAs. Todo o processo foi seguido ao longo dois meses, desde o reactor UASB (Reactor anaeróbio com fluxo ascendente e manta de lodo) passando pelo reactor de seleção até ao de acumulação. No primeiro e segundo reactor, não foram feitas alteraçãos ao processo apenas monotorizações de forma a acompanhar a sua evolução. No reactor de acumulação foram feitos ensaios, com e sem a adição de nutrientes de forma a optimizar a productividade do processo. Os seguintes rácios foram testados COD:N:P (100:6.5:1; 100:3,25:0.5;100:0:0), foram alimentados apenas no primeiro pulso. De forma a compreender, qual a quantidade de polpa de fruta utilizada para produzir 1 kg de bioplástico foram realizados ensaios de balanços de massa de forma a descrever o rendimento geral do processo. O balanço de massa foi feito enquanto o reactor acidogénico estava com a sua maior carga orgânica, cerca de 16.09± gCODL−1d −1 , e uma taxa de conversão de 77%. Este valor de conversão foi utilizado pois foi considerado o valor normal de operação. Para o reactor de acumulação a foi feita a média entre cada duas experiências realizadas para cada teste. Concluindo que para produzir 1 kg de biopolimero serão necessárias as seguintes quantidade de polpa de fruta: ACC-3/4 = 8011.6 gCOD; ACC(Nutri)-6/7 = 6906.8 gCOD, ACC(Nutri)-8/9 = 6142.6 gCOD.
Descrição
Palavras-chave
Volatile Fatty Acids Mixed Microbial Cultures Low Cost Feedstock Polyhy-droxyalkanoates Fruit pulp Ratio COD:N:P