Physico-chemical treatment of vinasse by coagulation, flocculation and sedimentation and its utilization in the cultivation of microalgae Chlorella vulgaris

Dentre os resíduos da agroindústria brasileira, a vinhaça, efluente da produção de etanol, se destaca por ser produzida em grande volume e ser altamente poluente. Por apresentar elevada concentração de nutrientes, sua principal aplicação tem sido a fertirrigação da lavoura canavieira, prática que pode causar impactos adversos ao solo e recursos hídricos. Uma alternativa promissora é sua utilização como meio de cultura na produção de biomassa de microalgas, as quais produzem lipídios conversíveis a biodiesel, sendo necessária a redução da concentração de partículas causadoras de cor e turbidez, proporcionando melhoria das condições de entrada de luz nos fotobiorreatores. Nesse sentido, o presente trabalho propôs a utilização das técnicas de coagulação, floculação e sedimentação para a clarificação da vinhaça, visando sua adequação ao cultivo de microalgas. Na etapa I foram investigados os coagulantes cloreto férrico, sulfato de alumínio, hidróxido de cálcio, tanino e cinco polímeros sintéticos, em diferentes concentrações e faixas de pH, visando-se as maiores remoções de cor e turbidez. Nas dosagens empregadas, os coagulantes cloreto férrico e sulfato de alumínio não apresentaram desempenho satisfatório. Os melhores resultados foram obtidos com o uso do polímero catiônicoLAB TAE 409, o qual proporcionou reduções de 22% da cor e 78% da turbidez (com relação à vinhaça pré-centrifugada), mesmo em baixas dosagens (20 mg/L). Na etapa II foram realizados ensaios em jarteste, onde foram determinados a melhor temperatura (30ºC), a dosagem de polímero LAB TAE 409 (20 mg/L), o pH (~4,70, sem ajuste) e os parâmetros de mistura e sedimentação (TML = 5 min, GML = 60 s-1 e VSED = 1 cm/min), os quais proporcionam as maiores reduções de cor (76%) e turbidez (96%), com relação à vinhaça bruta. A partir do melhor tratamento definido na etapa II, a vinhaça foi empregada como meio para o cultivo da microalga Chlorella vulgaris (etapa III), conforme seguintes proporções: V1 (90% vinhaça tratada / 10% inóculo), V2 (45% vinhaça tratada / 45% água deionizada / 10% inóculo), V3 (5% vinhaça tratada / 85% água deionizada / 10% inóculo), comparados ao cultivo em meio padrão WC. Embora menores que os crescimentos (biomassa) obtidos no cultivo em meio padrão WC, os meios constituídos de vinhaça pré-tratada proporcionaram crescimento de Chlorella vulgaris, com velocidades específicas de crescimento próximas ao meio WC, indicando seu potencial uso na obtenção de biomassa dessa espécie de microalga.Among the brazilian agro-industrial residues, vinasse, effluent from ethanol production, stands out for being produced in large volume and can be highly pollutant. Presenting high concentration of nutrients, its main application has been the irrigation of sugarcane, a practice that may cause adverse impacts to soil and water resources. A promising alternative is to use the vinasse as the culture medium for microalgal biomass production, which produce lipids convertible to biodiesel. Therefore, it is required an adaptation to this type of cultivation, mainly, through the reduction of the concentration of particles that cause turbidity and color, providing improved lighting conditions in photobioreactors. In this way, this work proposed the use of the coagulation, flocculation and sedimentation techniques for clarifying vinasse, aiming the cultivation of microalgae. In step I were investigated the coagulants ferric chloride, aluminum sulfate, calcium hydroxide, tannin and five synthetic polymers, at different concentrations and pH ranges, aiming at the highest color and turbidity removal. In the dosages investigated, ferric chloride and aluminum sulfate did not show satisfactory performance. The best results were obtained with use of the cationic polymer LAB TAE 409, which provided a 22% reduction of color and 78% of turbidity (relative to vinasse pre-centrifuged), even at low dosages (20 mg/L). In step II, tests were carried out in jartest, which were determined the best temperature (30 ºC), the polymer LAB TAE 409 dosage (20 mg/L), pH (~ 4.70, without adjustment), and the mixing and sedimentation parameters (TML = 5 min, GML = 60 s-1 VSED = 1 cm/min), which provided the major reductions in color (76%) and turbidity (96%), relative to the raw vinasse. From the best treatment defined in step II, vinasse was used as medium for the cultivation of microalgae Chlorella vulgaris (stage III), according to the following proportions: V1 (90% treated vinasse / 10% inoculum), V2 (45% vinasse treated / deionized water 45% / 10% inoculum), V3 (5% vinasse treated / deionized water 85% / 10% inoculum), compared to standard WC medium. Although lower than the growths (biomass) obtained in culture using WC, the mediums with pretreated vinasse have provided the growth of Chlorella vulgaris, with specific growth rates near the WC medium, indicating its potential use for obtaining this microalgal biomass