Pós-tratamento de efluentes domésticos utilizando microalgas para remoção de nutrientes, matéria orgânica residual e produção lipídica

Autor: PAIVA, Marcella Vianna Cabral
Přispěvatelé: SANTOS, Maria de Lourdes Florencio dos
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFPE
Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
instacron:UFPE
Popis: A utilização de microalgas para o tratamento de águas residuárias e para geração de biomassa viável à produção de lipídios é uma opção atraente em termos de redução dos custos e para que o processo seja sustentável. Partindo dessa concepção, o efluente doméstico de três etapasda Estação de Tratamento de Esgoto- Centro, localizada na cidade de Petrolina-PE, foram utilizados para o cultivo de microalgas, a fim de avaliar o potencial para produção de lipídios e também a remoção de nutrientes e matéria orgânica residual presentes nesses efluentes. Foram realizados quatro experimentos independentes com três espécies de microalgas (Desmodesmus subspicatus, Scenedesmus obliquus e Chlorella vulgaris), avaliandodiferentes variáveis: I- inóculo inicialde microalgas em relação aoefluente, II- metabolismos autotrófico, heterotrófico e mixotrófico, III- diferentes etapas do tratamento da ETE Centro, IV-efluente com e sem filtração, V- efluente com e sem autoclavagem, VI- redução dos nutrientes ao longo do cultivo e VII- microalgas cultivadas de forma suspensa e imobilizada. Durante o experimento, foram avaliadas a densidade celular, taxa de crescimento, a remoção de DQO, NTK, NH4+ e P, conteúdo, percentual de óleo e quantificação de estéres metílicos de ácidos graxos (FAME´s). Houve avaliação comparativa através do teste não paramétrico de Kruskal-Wallise teste de Dunn. Na etapa 1 do estudo, o pré-tratamento do efluente com utilização de filtração não reduziu a população de microrganismos predadores e não gerou diferenças significativas quando comparado ao efluentesem filtração; a espécie D. subspicatus,nos cultivos autotróficos e mixotróficosapresentou valores mais elevados de densidade celular ( ≥ 107 cel/mL), quando comparados ao cultivo heterotrófico (106 cel/mL) e provavelmente a densidade mais baixa pode estar relacionada à falta de fonte de carbono orgânico, que não foi suprida pelos compostos existentes no efluente. Na etapa 2, a autoclavagem foi eficaz na redução microrganismos predadores, porém, eliminou também as bactérias heterotróficas, que demonstraram em alguns tratamentos, uma relação mutualística positiva, aumentando a densidade celular, taxa de crescimento e acúmulo de lipídios totais. Na etapa 3, foram avaliadas as densidades e taxas de crescimento das três espécies de microalgasde forma comparativa e a D. subspicatus e a C. vulgaris destacaram-se no acúmulo de lipídios totais apresentando valores superiores a 30%. Na 4 etapa, a imobilização das microalgas com alginato de cálcio não gerou maiores eficiências na remoção de nutrientes, matéria orgânica residual, como também não apresentou valores mais elevados de acúmulo lipídico, quando comparadas as algas suspensas. O óleo extraído dos cultivos autotrófico com células suspensas e imobilizadas foi caracterizado via CG-MS e os principais FAME´s encontrados foram C16:0-C18:0. Em relação às eficiências de remoções de DQO, NH4+, NTK e P, foram de modo geral elevadas, em todas as etapas, principalmente nos cultivos com metabolismos autotróficos e mixotróficos. Houve remoção total de NH4+, mesmo antes do 7º dia de cultivo e este estresse nutricional esteve correlacionado com maior acúmulo de lipídios por grama de biomassa. O metabolismo mixotrófico apresentou resultados bastante promissores, podendo ser uma alternativa para redução de custos em sistemas integrados de cultivo. The use of microalgae for wastewater treatment and viable biomass generation for lipid production is an attractive option in terms of cost reduction and for the process to be sustainable. From this conception, the three-stage domestic effluent from the Sewage Treatment Center-Center, located in the city of Petrolina-PE, were used for microalgae cultivation, in order to evaluate the potential for lipid production and also the removal of nutrients and residual organic matter present in these effluents. Four independent experiments were carried out with three microalgae species (Desmodesmus subspicatus, Scenedesmus obliquus and Chlorella vulgaris), evaluating different variables: I- initial inoculum of microalgae in relation to effluent, II- autotrophic, heterotrophic and myxotrophic metabolism, III- different stages treatment of the WWTP, IV-effluent with and without filtration, V- effluent with and without autoclaving, VI- reduction of nutrients throughout cultivation and VII- microalgae suspended and immobilized. During the experiment, cell density, growth rate, removal of COD, NTK, NH4+ and P, content, oil percentage and quantification of fatty acid methyl esters (FAME´s) were evaluated. There was comparative evaluation through the nonparametric Kruskal-Wallis test and Dunn's test. In step 1 of the study, the pretreatment of the effluent with filtration did not reduce the population of predatory microorganisms and did not generate significant differences when compared to the effluent without filtration; D. subspicatus species, in autotrophic and myxotrophic crops, presented higher cell density values (≥ 107 cell / mL) when compared to heterotrophic culture (106 cell / mL) and probably the lowest density may be related to lack of source organic carbon, which was not supplied by the existing compounds in the effluent. In step 2, autoclaving was effective in reducing predatory microorganisms, but also eliminated heterotrophic bacteria, which demonstrated in some treatments a positive mutualistic relationship, increasing cell density, growth rate and total lipid accumulation. In step 3, the densities and growth rates of the three microalgae species were compared comparatively and D. subspicatus and C. vulgaris stood out in the accumulation of total lipids with values above 30%. In the fourth step, the immobilization of microalgae with calcium alginate did not generate higher efficiencies in the removal of nutrients and residual organic matter, nor showed higher values of lipid accumulation when compared to suspended algae. The oil extracted from autotrophic cultures with suspended and immobilized cells was characterized via CG-MS and the main FAME´s found were C16: 0-C18: 0. Regarding the removal efficiencies of COD, NH4+, NTK and P, they were generally high in all stages, especially in cultures with autotrophic and myxotrophic metabolism. There was total removal of NH4+ even before the 7th day of cultivation and this nutritional stress was correlated with higher lipid accumulation per gram of biomass. Myxotrophic metabolism showed very promising results and may be an alternative for cost reduction in integrated cultivation systems.
Databáze: OpenAIRE
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