The use of the carbon/nitrogen ratio and specific organic loading rate as tools for improving biohydrogen production in fixed-bed reactors

Abstract

HighlightsThe effects of the carbon/nitrogen ratios of 40, 90, 140, and 190 on hydrogen production are evaluated by varying the nitrogen source in an upflow fixed-bed anaerobic reactor.An optimal C/N ratio of 137 to produce 3.5 mol H2 mol−1 sucrose is estimated by a mathematical approximation.Continuous decreases in the specific organic loading rate as a function of time seemed to be responsible for the instability of the system.A microbial biology analysis identified hydrogen-producing and -consuming microorganisms from natural inoculum.

Hydrogen Production and Performance of Anaerobic Fixed-Bed Reactors Using Three Support Arrangements From Cassava Starch Wastewater

“…Volatile organic acids concentrations were measured using a high performance liquid chromatograph (HPLC Shimadzu Prominence) equipped with an Aminex ® HPX-87H column according to PENTEADO et al (2013). The composition of the biogas (carbon dioxide, hydrogen and methane) was determined by gas chromatography (GC 2010 Shimadzu) with a Carboxen ® 1010 Plot capillary column according to ANZOLA-ROJAS et al (2015). The volume of biogas produced was quantified based on the methodology of CAPPELLETTI et al (2011).…”

Biodigestão anaeróbia termofílica de vinhaça em sistemas combinados do tipo acidogênico-metanogênico para potencialização da recuperação de bioenergia em biorrefinarias de cana-de-açúcar de primeira geração

“…Novamente utilizando-se o trabalho de Ferraz Jr. et al (2016) A literatura apresenta poucos relatos baseados na aplicação da biodigestão em duas fases no tratamento de vinhaças de cana-de-açúcar, podendo-se destacar três casos. Além do trabalho de Ferraz Jr. et al (2016), conforme previamente apresentado, Seth et al (1995) e Goyal et al (1996) reatores operados em fase única foi baseada na aplicação de TDHs na faixa de 2 a 10 dias (Bories et al, 1988;Shrihari e Tare, 1989;Rintala, 1991;Souza et al, 1992 (Hallenbeck, 2009;Hafez et al, 2010;Karthic e Shiny, 2012;Show et al, 2012;Pawar e van Niel, 2013;Anzola-Rojas et al, 2015). Embora tais características confiram grande potencialidade ao emprego do H 2 como combustível alternativo, deve-se ressaltar algumas limitações observadas na sua obtenção.…”

“…Baseando-se as rotas de conversão da matéria orgânica no processo anaeróbio completo (Figura 2, p.x), o acúmulo de H 2 no meio surge de um desequilíbrio entre as populações acidogênicas e metanogênicas no reator, propiciado pelo controle de diversos parâmetros operacionais: pH, TDH, relação carbono/nitrogênio (C/N), tipo de inóculo (cultura mista ou pura) e de pré-tratamento aplicado, condições de temperatura, tipo de material suporte (para o caso de reatores de leito fixo), tipo de configuração do reator, dentre outros (Antonopoulou et al, 2010;Fernandes et al, 2013;Penteado et al, 2013;Anzola-Rojas et al, 2015;Gomes S.D. et al, 2015).…”

“…A produção de H 2 ocorre principalmente a partir da fermentação de carboidratos, fato que pode explicar o grande número de trabalhos na literatura avaliando sistemas acidogênicos alimentados com efluentes sintéticos à base de sacarose e glicose (Leite et al, 2008;Shida et al, 2009;Infantes et al, 2011;Fontes Lima e Zaiat, 2012;Fernandes et al, 2013;Fontes Lima et al, 2013;Anzola-Rojas et al, 2015e 2016Gomes S;Braga et al, 2016). Há também um número crescente de estudos a partir de águas residuárias complexas, buscando-se definir as melhores condições e o potencial destas para recuperação de energia via BioH 2 .…”

“…Diversos trabalhos baseados no emprego de sistemas acidogênicos contínuos com células imobilizadas relatam considerável instabilidade operacional Penteado et al, 2013;Anzola-Rojas et al, 2015;Ferraz Jr. et al, 2015a), de modo que a produção de H 2 atinge um pico no período inicial da operação e, no decorrer desta, chega a níveis-traço e, frequentemente, cessa. Vários são os fatores potencialmente associados à ocorrência de instabilidades na produção de H 2 em reatores de leito fixo, tendo em vista condições operacionais inadequadas, tais como: acúmulo excessivo de biomassa nos reatores (Hafez et al, 2010;Peixoto et al, 2011;Anzola-Rojas et al, 2015), estabelecimento de condições inadequadas de pH (Antonopoulou et al, 2010;Infantes et al, 2011;Dareioti et al, 2014) e aplicação de sub-ou sobrecargas orgânicas (Searmsirimongkol et al, 2011;Ferraz Jr. et al, 2014b).…”