Minimização de emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) pelo sso de fotocatálise e biofixação por microalgas

Orientador: Profº. MSc. Mauricy KawanoCoorientadora: Profª. Dra. Regina Maria Matos JorgeDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente Urbano e Industrial em parceria com o SENAI-PR e a Universität Stuttgart, Alemanha. Defesa : Curitiba, 03/12/2018Inclui referências: p.92-100Resumo: O uso de microalgas para biofixacao de emissoes poluentes tem sido objeto de estudo de varios pesquisadores, principalmente em funcao da alta capacidade fotossintetica que estas possuem, contribuindo para fixacao de CO2. Porem, grande parte das emissoes provenientes da queima de combustiveis fosseis possuem, alem de CO2, outros poluentes como NOx, SOx e materiais particulados. Nesta pesquisa, a eficiencia de biofixacao de oxidos de nitrogenio (NOx) foi testada empregando cultivos de microalgas em fotobiorreatores (FBR's) utilizando uma corrente gasosa simulando concentracoes encontradas no lancamento de gases de combustao para a atmosfera. Contudo, sabe-se que o NO representa cerca de 95% das emissoes de NOx provenientes de processos que fazem a queima de combustiveis e que este mesmo NO e uma fonte pobre em nitrogenio para o cultivo de microalgas devido a sua baixa solubilidade em meio aquoso. Com isto em mente, atraves dos experimentos realizados, foi apresentado uma nova estrategia para aproveitamento do NO como materia-prima para a producao de microalgas combinando uma unidade de pretratamento fotocatalitico com os FBR's de microalgas. O acrescimo desta etapa propicia a transformacao de NO em NO2, aumentando a absorcao de NOx no meio de cultivo. Os experimentos foram divididos em 5 testes: T0 - selecao de uma especie de microalga adequada aos testes de eficiencia de biofixacao de NOx; T1 - tratamento controle com injecao de ar sintetico e CO2 a 5%; T2 - tratamento fazendo uso de NO como fonte de nitrogenio; T3 - tratamento fazendo uso de um pre-tratamento fotocatalitico para oxidar NO a NO2; T4 - tratamento fazendo uso de NO2 como fonte de nitrogenio. Os testes de eficiencia de biofixacao de NOx com a especie selecionada (Chlorella vulgaris) indicaram uma melhora na remocao deste poluente da corrente gasosa quando foi feito o uso de pre-tratamento fotocatalitico. Neste tratamento, o percentual de remocao alcancou os 68%, enquanto os testes com injecao direta de NO aos FBR's apresentaram uma remocao que nao ultrapossou os 14%. Os resultados tambem demonstraram que a produtividade de biomassa nao foi significativamente afetada. As diferencas encontradas em relacao a um cultivo convencional, deram-se principalmente em termos de crescimento celular. Em todos os testes que se fez o uso de injecao continua de NOx como unica fonte de nitrogenio, o desenvolvimento celular foi inibido quando comparado aos testes controle. Palavras-chave: Microalgas. Biofixacao. Emissoes Atmosfericas. Oxidos de Nitrogenio.Abstract: The use of microalgae for the biofixation of pollutant emissions has been object of study of several researchers, mainly due to their high photosynthetic capacity, which contributes to CO2 fixation. However, in most emissions from the burning of fossil fuels there are other pollutants, in addition to CO2, such as NOx, SOx and particulates. In this research, the efficiency of nitrogen oxides (NOx) biofixation was tested by growing microalgae cultures in phobioreactors (PBR's) and by applying a gas stream that simulated the concentrations found in the release of combustion gases into the atmosphere. However, it is known tha NO representes about 95% of the NOx emissions from the processes that burn fuels and that NO is a poor source of nitrogen for the growing of microalgae due to its low solubility in aqueous medium. With this in mind, through the experiments performed, a new strategy for the improvement of NO use as raw material for microalgae production was presented, by combining a photocatalytic pre-treatment unit with microalgae PBR's. The addition of this step provides the transformation of NO into NO2, increasing the NOx absorption in the cultivation medium. The experiments were divided in 5 tests: T0 - selection o fone microalgae species suitable for the NOx biofixation efficiency tests; T1 - the control treatment with synthetic air injection and CO2 at 5%; T2 - treatment using NO as a source of nitrogen; T3 - treatment using a photocatalytic pre-treatment to oxidize NO into NO2; T4 - treatment using NO2 as a source of nitrogen. The NOx biofixation efficiency tests with the selected species (Chlorella vulgaris) indicated na improvement in the removal of this pollutant from the gas stream when the photocatalytic pre-treatment was applied. In this treatment, the percentage of removal reached 68%, while the tests with direct injection of NO into the PBR's showed a removal that did not exceed 14%. The results also showed that the biomass productivity was not significantly affected. The main diferences found in relation to a conventional cultive were on cell growth. The cell growth was inhibited when compared to the control tests in all the tests made using continuous injection of NOx as the only source of nitrogen. Key-words: Microalgae. Biofixation. Atmospheric emissions. Nitrogen oxides