Influence of C/N and C/P ratio in hydrogen production in anaerobic fluidized bed reactor

O objetivo deste estudo foi avaliar a influência da relação carbono/nitrogênio (C/N) e carbono/fósforo (C/P) na produção de hidrogênio (H2) em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF), contendo pneu triturado como material suporte para adesão microbiana. Foi utilizado substrato sintético contendo glicose (5.000 mg L-1) como fonte de carbono, com pH efluente de ±3,7. Foram operados quatro reatores com relações C/N=100 em R1, C/N=150 em R2, C/N=200 em R3 e C/N=250 em R4, sob condições mesofílicas. Os reatores foram operados por 18 meses e o experimento foi dividido em três fases: na 1º Fase a relação C/P foi mantida no valor de 300 e o tempo de detenção hidráulica (TDH) foi variado em 8, 6, 4, 2 e 1 h; na 2º Fase, o TDH foi mantido em 2 h e a relação C/P foi variada nos valores de 300, 500, 700, 900 e 1100; e na 3º Fase, o TDH foi mantido em 8 h e a relação C/P variada novamente nos valores de 300, 500, 700, 900 e 1100. Os maiores valores de produção volumétrica de hidrogênio (PVH) foram obtidos no R3 (C/N=200), TDH de 2 h e relação C/P=700 (0,70 L.h-1.L-1) e estiveram relacionados às rotas fermentativas de produção de etanol e ácido acético. Os maiores valores de rendimento de hidrogênio (YH) foram obtidos no TDH de 8 h, R3 (C/N=200) e relação C/P=300 (1,758 mol H2.mol glicose-1) e estiveram relacionados às rotas de produção de etanol, ácido butírico e ácido acético. O maior valor de rendimento de etanol (YEtOH) do estudo (1,8 mol EtOH. mol glicose-1) foi obtido na 2ª fase. A partir de análises de DGGE maior similaridade foi encontrada entre C/P=700 e C/P=900 para R1 (87%), R2 (97%) e R3 (92%) na 2ª fase. Por meio de afiliação filogenética do gene rRNA 16S de amostras das etapas de maior produção de H2 foram obtidos clones relacionados a espécie produtora de H2 e etanol Ethanoligenens sp. seguida da espécie produtora de ácido lático Lactobacillus sp. e da espécie produtora de ácido acético e butírico Clostridium sp..The aim of this study was to evaluate the influence of the carbon/nitrogen (C/N) and carbon/phosphorus (C/P) ratio in hydrogen (H2) production in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) containing grounded tire as support material for microbial adhesion. Synthetic substrate containing glucose (5,000 mg L-1) was used as the carbon source, and the effluent pH remained ±3.7. Four reactors were operated with C/N=100 (R1), C/N=150 (R2), C/N=200 (R3) and C/N=250 (R4), under mesophilic conditions. The reactors were operated for 18 months and the experiment was divided into three phases: in the 1st Phase, the C/P ratio was maintained at the value of 300 and hydraulic retention time (HRT) was varied in 8, 6, 4, 2 and 1 h; in the 2nd phase, the HRT was kept at 2 h and the C/P ratio was varied in 300, 500, 700, 900 and 1100; and in the 3rd Phase, the HRT was kept at 8 h and C/P ratio varied in the values of 300, 500, 700, 900 and 1100. The highest values of hydrogen production (HPR) were obtained in R3 (C/N=200), HRT of 2 h and C/P=700 (0.70 L.h-1.L-1) and they were related to fermentative pathways of ethanol and acetic acid production. The highest values of hydrogen yield (HY) were obtained in HRT of 8 h, R3 (C/N=200) and C/P=300 (1.758 mol H2.mol glucose-1) and they were related to fermentative pathways of ethanol, butyric and acetic acid production. The highest value of ethanol yield (EtOHY) (1.8 mol EtOH. mol glucose-1) was obtained in the 2nd Phase. By means of DGGE analyses was found highest similarity between C/P=700 and C/P=900 for R1 (87%), R2 (97%) and R3 (92%) in the 2nd Phase. Through phylogenetic affiliation of the 16S rRNA gene taken from samples of stages of highest H2 production it were obtained clones of hydrogen and ethanol producing specie related to Ethanoligenens sp., followed by the lactic acid bacteria Lactobacillus sp. and of the acetic and butyric acid producing Clostridium sp.