Estudo da floculação de microalgas empregando floculantes naturais

Orientador : Prof. Dr. Rafael Bruno VieiraCoorientador : Prof. Dr. André Bellin MarianoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 18/03/2016Inclui referências : f.70-75Área de concentração: Desenvolvimento de processo químicoResumo: Este trabalho avaliou o uso de floculantes naturais (tanfloc, quitosana e amidos catiônicos de madioca) e mistura de floculantes inorgânicos (sulfato de ferro III, cloreto de ferro III, sulfato de alumínio e sulfato de ferro II) com tanfloc para recuperação de biomassa proveniente de fotobiorreatores tubulares de 10 m³ utilizando efluente de dejeto suíno como meio de cultura em condições ambientes de temperatura e luminosidade. Em todos os experimentos avaliou-se a eficiência de floculação através da densidade ótica do clarificado. Inicialmente foram feitos testes preliminares variando a concentração de quitosana em solução aquosa de ácido acético e na suspensão a ser floculada. Em seguida, foi realizado um planejamento fatorial para avaliar as variáveis significativas na resposta eficiência de floculação. As variáveis analisadas no planejamento fatorial foram: pH, velocidade de mistura (VM), tempo de mistura (TM), concentração de tanfloc (CT) e concentração de quitosana (CQ). Posteriormente, realizou-se um planejamento composto central para avaliar e otimizar os efeitos do pH, concentração de tanfloc (CT) e concentração de biomassa (CB) sobre a eficiência de floculação através da metodologia de superfície de resposta. Com os planejamentos fatorial e composto central pôde-se descartar as variáveis não significativas (VM e TM) e fixar valores otimizados para todas as variáveis envolvidas, respectivamente. Nos testes relacionados ao reuso do clarificado focou-se em analisar o crescimento do cultivo através da concentração de biomassa e concentração de células, uma vez que já se tinha conhecimento da eficiência dos floculantes utilizados (tanfloc e quitosana). Tais testes foram realizados em fotobiorreatores de 12 litros em condições ambientes de temperatura e luminosidade. Os resultados obtidos mostraram, que o meio recirculado após a floculação com tanfloc e quitosana, teve um efeito positivo sobre o crescimento da biomassa e produção lipídica e, portanto, foi possível constatar que o uso de meio reciclado é possível, pois a utilização de floculantes naturais não afetou a recuperação de lipídios das células. Finalmente, buscou-se comparar os custos do processamento da biomassa utilizando tanfloc e quitosana, e perante os resultados obtidos pôde-se perceber a capacidade do tanfloc em competir com a quitosana no que se diz respeito à floculação de microalgas. Os floculantes testados apresentaram custos de processamento bem próximos, fazendo com que a escolha por um deles seja baseada em outros fatores, tais como: a necessidade de reduzir o pH do meio antes da floculação, disponibilidade do floculante, etc. Palavras-chave: Amidos catiônicos de mandioca, floculantes inorgânicos, quitosana, reuso de clarificado, Scenedesmus sp., tanfloc.Abstract: This study evaluated the use of natural flocculants (tanfloc, chitosan and manioc cationic starches) and mixture of inorganic flocculants (iron III sulphate, iron III chloride, aluminum sulphate and iron II sulphate) with tanfloc for recovering biomass from 10 m³ tubular photobioreactors using swine effluent of waste water as culture medium at ambient conditions of temperature and light. In all experiments evaluated the flocculation efficiency by optical density of clarified. Initially, preliminary tests were made varying the concentration of chitosan in aqueous solution of acetic acid and the suspension to be flocculated. Next, it was performed a factorial design to evaluate the significant variables in the flocculation efficiency response. The variables analyzed in the factorial design were: pH, mixture speed (VM), mixing time (TM), concentration tanfloc (CT) and concentration of chitosan (CQ). Later, there was performed a central composite design to evaluate and optimize the effects of pH, concentration of tanfloc (CT) and biomass concentration (CB) on the flocculation efficiency by response surface methodology. With the factorial and the central composite design can put away the significant variables (VM e TM) and set optimized values for all the involved variables. In tests related to the water reuse focused on analyzing the growth of cultivation through biomass concentration and cell concentration, because it already had knowledge of flocculation efficiency of the used flocculants (tanfloc and chitosan). These tests were performed in 12 liters photobioreactors at ambient temperature and light. The results showed that the recycled medium after flocculation with tanfloc and chitosan had a positive effect on the growth of biomass and lipid production, and therefore it was found that the use of recycled medium is possible, since the use of natural flocculants didn't affect the recovery of lipids cells. Finally, it was compared the biomass processing costs using tanfloc and chitosan and in front of the results could be seen the tanfloc's ability to compete with chitosan as it relates to the flocculation of microalgae. The flocculants tested were very close processing costs and the choice for them to be based on other factors, such as: the need to reduce the pH of the medium before flocculation, flocculant availability, etc. Keywords: Chitosan, inorganic flocculants, manioc cationic starches, Scenedesmus sp., tanfloc, water reuse