Potencial de utilização de vinhaça como meio para o cultivo da microalga Chlorella vulgaris : aspectos toxicológicos e microbiológicos

Autor: Bonini, Monica de Albuquerque
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCARUniversidade Federal de São CarlosUFSCAR.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Microalgae have been cultivated worldwide to obtain biomass for various applications. Nonetheless the production costs of microalgae is still high due to factors such as photobioreactors, water and nutrients to grow the organisms. In recent years the use of wastewaters of several origins for microalgal cultures have been studied. However wastewater generally are more complex than synthetic microalgae culture media. Their characteristics can vary over time and have associated microorganisms such as bacteria, fungi and yeasts. Vinasse is a wastewater generated in large volumes by the ethanol industry of Brazil and it is rich in nutrients and organic materials. The use of this effluent to support microalgae growth can reduce the microalgae production costs at the same time that it decreases the contaminant potential of the effluent through the incorporation of nutrients into biomass. The aim of this research was to evaluate the potential of the use of sugarcane vinasse as culture medium for the growth of the freshwater microalgae Chlorella vulgaris. C. vulgaris is a robust species commonly used in the treatment of effluents. Laboratory tests were initially conducted with two distinct vinasses, a conventional and an originating from a agroecological processing, at different concentrations. Based on these results the conventional vinasse was selected for more detailed studies that aimed at treating the vinasse in defined procedures known as Toxicity Identification Evaluation (TIE). Through such procedure, we attempted to answer why it is so difficult to grow microalgae in sugarcane vinasse and how could the microalgal production be increased in such a complex residue. The results showed that pH adjustment resulted in the highest Chlorella vulgaris biomass in vinasse, whereas the addition of EDTA, sodium thiosulfate and XAD-8 resin to remove specific compounds from the wastewater limited the microalgal final yield. The growth of C. vulgaris was higher at intermediate treated vinasse concentrations (30 - 70%). This demonstrated the possibility of using of this residue as a medium for microalgal cultivation. Once selected the ideal condition for C. vulgaris cultivation (30% vinasse and TIE pH=3.0), there was a screening of the microorganisms present in the vinasse and in non axenic cultures of microalgae after its inoculation with C. vulgaris. The microrganisms were isolated and characterized for indole acetic acid (IAA) production, nitrogen fixation and inorganic phosphate solubilization. The presence of heterotrophic microorganisms in the vinasse did not affect the microalgal production. We obtained promising results about future applications of these microorganisms as growth promoters in microalgal cultures. The biomass produced showed protein productivity of 15.57 mg L-1 day-1 and a decrease of nitrogen, sulfate, biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) contents in comparison with the initial vinasse was obtained. The results suggest the possibility of using vinasse as a medium for the cultivation of C. vulgaris, with decrease of the potential contaminant of the effluent and increase of biomass production when compared to synthetic culture medium.
Microalgas têm sido cultivadas no mundo todo visando obter biomassa para as mais diversas aplicações. No entanto, seu custo de produção é elevado, pois além de demandarem elevada quantidade de água, exigem nutrientes minerais para que possam crescer satisfatoriamente. A utilização de águas residuárias para cultivos microalgais tem merecido destaque uma vez que, simultaneamente à possibilidade de se reduzir os custos de produção algal, é possível reduzir o potencial eutrofizante e contaminante dos efluentes através da incorporação de nutrientes ali presentes à biomassa microalgal. No entanto, efluentes apresentam maior complexidade do que meios de cultura sintéticos, com características variáveis ao longo do tempo e maior presença de micro-organismos associados como bactérias, fungos e leveduras. O Brasil é o maior produtor mundial de etanol de cana-de-açúcar e a vinhaça é o principal subproduto dessa produção, sendo gerada na proporção de 10 - 12 L vinhaça/L etanol. A presença de nutrientes minerais na vinhaça indica seu uso como adubo vegetal, quer seja para microalgas, quer para vegetais vasculares. Entretanto, cultivar microalgas em vinhaça é ainda um desafio. Se, por um lado, em cultivos fotoautotróficos a coloração escura do efluente pode ser limitante, em cultivos heterotróficos a presença de contaminantes biológicos pode levar à competição por recursos e comprometer a qualidade da biomassa final. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de utilização de vinhaça de cana-de-açúcar como meio para o cultivo da microalga Chlorella vulgaris, uma espécie robusta usualmente empregada em tratamento de águas residuárias. Buscou-se desvendar qual constituinte da vinhaça a torna tão problemática aos cultivos microalgais e analisar as possibilidades de cultivo fotoautotrófico objetivando, sempre, maior rendimento de biomassa. Ensaios laboratoriais foram conduzidos inicialmente com duas vinhaças, uma convencional e uma oriunda de um processamento agroecológico, utilizando diferentes concentrações para o cultivo microalgal. Com base nesses resultados, selecionou-se a vinhaça convencional para intensificação dos estudos referentes à toxicidade deste efluente. Ensaios envolvendo avaliação e identificação da toxicidade (TIE) foram conduzidos através de uma série de manipulações físico-químicas da vinhaça, com objetivo de alterar a biodisponibilidade de determinados compostos e, consequentemente, aumentar a produção microalgal. Os resultados mostraram que, dentre os tratamentos, o ajuste de pH foi o principal responsável pelo maior crescimento de Clorella vulgaris quando cultivada em vinhaça, enquanto a adição de EDTA, tiossulfato de sódio e resina XAD-8 ao efluente limitou o crescimento microalgal. O crescimento de C. vulgaris foi maior em concentrações intermediárias de vinhaça (30 – 70%), demonstrando a possibilidade de utilização deste resíduo como meio para o cultivo microalgal. Selecionada a condição ideal de cultivo para C. vulgaris, realizou-se um rastreamento dos microorganismos presentes na vinhaça e nas culturas não axênicas da microalga, com isolamento e caracterização dos mesmos no tocante à produção de ácido indolacético (AIA), fixação de nitrogênio e solubilização de fosfato inorgânico. A presença de micro-organismos heterotróficos na vinhaça não comprometeu o crescimento microalgal e os resultados mostraram-se promissores quanto ao uso dos micro-organismos isolados como promotores de crescimento em cultivos microalgais. A biomassa produzida apresentou produtividade protéica de 15,57 mg L-1 dia-1, com diminuição dos teores de nitrogênio, sulfato, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT) em relação à vinhaça inicial. Os resultados sugerem a possibilidade de uso de vinhaça como meio para o cultivo de C. vulgaris, com redução do potencial contaminante do efluente e aumento da biomassa produzida em relação ao meio de cultura sintético.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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