Produção de biomassa de microalgas cultivadas em esgoto sanitário biodigerido visando a produção de biodiesel

Orientador: Prof. Dr. André Bellin MarianoCo-orientadora: Profa. Dra. Maria Luiza F. RodriguesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 28/02/2014Inclui referênciasÁrea de concentração: Engenharia e ciência de materiaisResumo: As microalgas apresentam potencial como agente biorremediador de efluentes e com a possibilidade de geração de energia pelo aproveitamento de sua biomassa e óleo. O custo de produção das microalgas está principalmente relacionado ao meio de cultivo e aproveitamento da biomassa. Desta forma, o objetivo desse estudo foi utilizar esgoto sanitário como meio de cultivo para a produção de biomassa de microalga visando o tratamento desse efluente. O esgoto possui alto teor de material orgânico e é rico em compostos como o nitrogênio e o fósforo que são essências para o cultivo de microalgas. Os experimentos foram realizados em escala laboratorial (reator Erlenmeyer de 2 L) e em reatores airlifts (12 L) em diferentes etapas. Primeiramente foi realizado o cultivo em escala laboratorial para estabelecer a melhor diluição de esgoto em água. Nessa etapa foram testadas as concentrações de 10%, 15% e 25%. A diluição de 25% obteve a mesma produtividade do controle com uma densidade celular ao final do cultivo de 1573 ± 12 x104 cel.mL-1 e biomassa seca de 0,463 ± 0,02 g.L-1, em comparação ao controle, 1480 ± 160 x104 cel.mL-1 e 0,410 ± 0,04 g.L-1. A partir desse resultado, foi realizado o aumento de escala (reator airlift) e também a extrapolação da diluição, testando então 25%, 35% e 45% de esgoto sanitário. Nesse segundo experimento, a concentração de 35% obteve o melhor resultado com 3061 ± 668 x104 cel.mL-1 e 0,864 ± 0,04 g.L-1 de biomassa seca, enquanto o controle teve concentração final de 2737 ± 205 x104 cel.mL-1 e 0,717 ± 0,12 g.L-1. A capacidade de biorremediação foi determinada após a remoção das microalgas por floculação. Com esgoto sanitário na concentração de 35%, após 18 dias de cultivo ocorreu diminuição de 52% na Demanda Bioquímica de Oxigênio; 36% na Demanda Química de Oxigênio e 76% de nitrogênio amoniacal em relação à concentração no início do experimento. Esses resultados demonstram que o esgoto sanitário pode ser utilizado como meio alternativo para o crescimento de microalgas, e que essas ao crescerem promovem o tratamento do efluente.Abstract: Microalgae have potential as biorremediador agent and the possibility of power generation by making good use of its biomass and oil. The cost of production of microalgae is mainly related to the culture medium and utilization of biomass. Thus, the aim of this study was to use wastewater as a culture medium for biomass production and the wastewater treatment. The wastewater is high in organic matter and compounds such as nitrogen and phosphorous. This compounds are essential for the cultivation of microalgae. The experiments were performed on a laboratory scale (2 L erlenmeyer reactor) and airlifts reactors (12 L) at different stages. First cultivation was carried in laboratory scale to establish the best dilution. At this stage were tested at concentrations of 10%, 15% and 25%. The dilution of 25% achieved the same productivity to control with a cell density at the end of cultivation 1573 ± 12 x104 cel.mL-1 and dry biomass of 0.463 ± 0.02 g L-1, compared to the control, 1480 ± 160 x104 cel.mL-1 and 0.410 ± 0.04 g.L-1. From this result, we performed the scaling (airlift reactor) and also the extrapolation of dilution, then testing 25%, 35% and 45% of wastewater. In this second experiment, concentration of 35% achieved the best result with 3061 ± 668 x104 cel.mL-1 and 0.864 ± 0.04 g.L-1 dry biomass, while the control had a final concentration of 2737 ± 205 x104 cel.mL-1 and 0.717 ± 0.12 g.L-1. The bioremediation capacity was determined after the removal of microalgae by flocculation. With wastewater concentration of 35%, after 18 days of cultivation was 52% decrease in the Biochemical Oxygen Demand; 36% chemical oxygen demand and 76% of ammonia nitrogen concentration in relation to the beginning of the experiment. These results demonstrate that the wastewater can be used as an alternative medium for the growth of algae and the growth promote the treatment of effluent