Influence of organic loading rate and fill time on biohydrogen production in an AnSBBR with agitation treating synthetic wastewater

Este estudo investigou a aplicação de um reator anaeróbio operado em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada (AnSBBR) com agitação na produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética a base de sacarose, sendo o desempenho do biorreator avaliado de acordo com a influência conjunta do tempo de alimentação, do tempo de ciclo, da concentração afluente e da carga orgânica volumétrica aplicada (COVAS). O biorreator, com capacidade útil de 5,6 L, foi dividido em 3 partes: volume de meio tratado por ciclo de 1,5 L, volume residual de meio de 2,0 L e volume de suporte inerte com biomassa de 2,1 L. Foram aplicadas 6 condições experimentais de COVAS de 9,0 a 27,0 gDQO.L-1.d-1, combinado diferentes concentrações afluentes (3500 e 5400 mgDQO.L-1), tempos de ciclo (4, 3 e 2h), sendo tempo de enchimento do reator (tC) correspondente a 50% ao tempo de ciclo. Os resultados mostraram que o aumento COVAS contribuiu para a queda no consumo de sacarose de 99% para 86% e para o aumento do rendimento molar por carga removida (RMCRC,n) de 1,02 molH2.molSAC-1 na COVAS de 9,0 gDQO.L-1.d-1 até atingir o valor máximo de 1,48 molH2.molSAC-1 na COVAS de 18,0 gDQO.L-1.d-1 com queda a partir desse ponto. O aumento da COVAS resultou no aumento da produtividade molar volumétrica (PrM) de 24,5 para 81,2 molH2.m-3.d-1. A maior produtividade molar específica (PrME) obtida foi de 8,71 molH2.kgSVT-1.d-1 para a COVAS de 18,0 gDQO.L-1.d-1. A diminuição do tempo de ciclo resultou na diminuição do consumo de sacarose e no aumento da PrM. Foi verificado também que a diminuição do tC de 4h para 3h contribuiu para o aumento da PrME. O aumento da concentração afluente resultou na diminuição do consumo de sacarose apenas na faixa de 2h, no aumento do RMCRC,n e da PrM em todas as faixas de tC, e no aumento da PrME nas faixas de 4h e 3h. A estratégia de alimentação mostrou ser um parâmetro operacional de grande importância, sendo o aumento do tempo de enchimento responsável pelo aumento do consumo de sacarose, da PrM, da PrME e do RMCRC,n para todas as COAVS investigadas. Em todas as condições, houve o predomínio do ácido acético seguido pelo etanol, ácido butírico e propiônico.This study investigated the feasibility of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation on biohydrogen production treating synthetic wastewater from sucrose, the performance of the bioreactor was evaluated according the combined influence of fill time, cycle period, influent concentration and applied organic loading rate (COAVS) . The bioreactor, with working volume of 5,6L, was divided in 3 parts: 1,5L of fed volume per cycle, 2,0L of residual medium and 2,1L of inert support and biomass. The reactor was operated under six operating conditions with different COAVS ranging from 9,0 to 27,0 gCOD.L-1.d-1, obtained by the combination of different influent concentrations (3500 e 5400 mgCOD.L-1), cycle periods (4, 3 e 2h) and fill time corresponding to 50% of cycle period. The results showed that increasing COAVS resulted in lesser sucrose removal from 99% to 86% and improved yield per removed loading rate (RMCRC,n) of 1,02 molH2.molSUC-1 in COAVS of 9,0 gCOD.L-1.d-1 to maximum value of 1,48 molH2.molSUC-1 in COAVS of 18,0 gCOD.L-1.d-1 decreasing after that. Increasing COAVS improved molar productivity (PrM) from 24,5 to 81,2 molH2.m-3.d-1. The higher specific molar productivity (PrME) obtained was 8,71 molH2.kgTVS-1.d-1 in COAVS of 18,0 gCOD.L-1.d-1. Decreasing cycle period resulted in less sucrose consumption and increased PrM. It was observed that decreasing cycle period of 4h to 3h improved PrME. Increasing influent concentration resulted in less sucrose degradation only on range of 2h, in an increase of RMCRC,n and in an increase of PrM in all ranges of tC, and increased PrME on ranges of 4h and 3h. In all operational conditions, the main intermediate metabolic was acetic acid followed by ethanol, butyric and propionic acids. The feeding strategy had a great effective on hydrogen production, longer fill times resulted in better sucrose removal, PrM, PrME and RMCRC,n for all COAVS investigated