Desenvolvimento do processo de produção de microalgas em fotobiorreator industrial usando efluente suíno biodigerido

Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho VargasCo-orientadora: Profª. Drª. Maria Cristina Borba BragaCo-orientador: Prof. Dr. André Bellin MarianoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 09/12/2010Inclui referênciasÁrea de concentração: Engenharia e ciência de materiaisResumo: Pelo aumento na poluição ambiental e a demanda por novas matrizes energéticas e produtos, as microalgas vêm recebendo atenção da comunidade científica devido as suas grandes potencialidades industriais. As microalgas desempenham um papel importante no tratamento de resíduos agroindustriais e domésticos, reduzindo suas cargas de nutrientes (nitrogênio e fósforo) e matéria orgânica. A produção de microalgas, otimização do processo de recuperação da biomassa, bem como a modelagem matemática da sua cinética de crescimento formam tripé indispensável para a redução de custos de produção de biomassa microalgal para fins energéticos. Portanto, o presente trabalho objetivou desenvolver um processo de produção de biomassa de microalgas em fotobiorreator tubular industrial, usando efluente suíno biodigerido, avaliar a eficiência de biorremediação do efluente suíno e investigar alternativas de separação e recuperação da biomassa via floculação com o agente floculante polimérico Tanfloc SG. Foram testadas seis condições de cultivo com a finalidade de se verificar a demanda de nutrientes e de matéria orgânica no metabolismo da microalga e assim comprovar as suas atividades mixotróficas e de biorremediação, o teste de floculação foi elaborado em jartest usando como parâmetros analíticos pH e concentração do floculante, o cultivo em escala industrial foi elaborado no fotobiorreator piloto. A biorremediação foi determinada por meio das análises de depuração da matéria orgânica e nutrientes pelas microalgas. Os resultados obtidos mostraram uma produção de biomassa em efluente suíno 2,4 vezes maior em relação ao cultivo com meio controle e os rendimentos em concentração celular foram 3 vezes superiores ao controle. Com base nos resultados obtidos foi possível confirmar o aumento da atividade metabólica da microalga, bem como o seu papel como poderosa ferramenta de biorremediação através da depuração de nutrientes acima de 40%, estas taxas de depuração estão em concordância com a legislação vigente para a disposição de efluentes nos corpos receptores. A floculação da biomassa com Tanfloc SG apresentou 96% de eficiência de remoção, dado similar ao uso da quitosana e sua implementação em larga escala se justifica por não ser tóxico e ser economicamente atrativo. Palavras chave: microalgas; efluente suíno biodigerido; biorremediação; floculação.Abstract: With increasing environmental pollution, demand for new energy matrixes and new products, the microalgae have been receiving special attention from the scientific community due to their great industrial potentialities and applications. They play an important role in the treatment of agro-industrial and household wastes, reducing the nutrient levels (nitrogen and phosphorus) and organic matter. The production and optimization of biomass recovery process, as well as mathematical modeling of the kinetic growth of the microalgae form an essential tripod to reduce the overall costs of the existing process which use the microalgae biomass for energetic purposes. By this way, the present study aimed to develop a production process of microalgae biomass in tubular photobioreactor fed with biodigested swine wastewater as a source of nutrients and organic matter, evaluate the bioremediation efficiency of swine wastewater during the process, as well as investigate a flocculation process using Tanfloc SG a polymeric agent. Six culture conditions of culturing were tested in order to verify the microalgae nutrients and organic matter uptake through metabolic activity and thus substantiating the mixotrophic and bioremediation activities, the flocculation test was carried out in jartest in which the pH and Tanfloc SG concentration were used as analytical parameters and the cultivation on industrial scale was developed in the pilot photobioreactor. Bioremediation has been determined through depuration analysis of organic matter and nutrients by microalgae. The results showed that the biomass production and cell number were, respectively, 2.4 and 3 times higher in biodigested swine wastewater culturing medium than in synthetic culturing medium (control). Based on the results we confirm the increased metabolic activity of microalgae, as well as its role as a powerful tool for bioremediation through nutrients depuration above 40%, these depurations rates are in accordance with current legislation of wastewater disposal in the receiving bodies. The biomass flocculation with Tanfloc SG showed 96% removal efficiency, as observed in the use of chitosan and its large-scale implementation is justified because it is non toxicity and being economically attractive. Key words: microalgae. swine wastewater. Bioremediation. Flocculatio