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Remoção de nutrientes de efluente suinícola acoplado à purificação de biogás por microalgas nativas de Scenedesmus e Chlorella

Resumo: O desenvolvimento de microalgas em águas residuais durante a ficorremediação oferece uma maneira barata de cultivo ao mesmo tempo em que reduz os custos com o tratamento e gera biomassa de alto valor agregado. A produtividade das microalgas, bem como a velocidade de consumo dos nutrientes, é limitada à quantidade de CO2 atmosférico (0,04% v/v), necessário para a fotossíntese. No cenário da suinocultura, o CO2 pode ser obtido diretamente de biodigestores, sendo que o biogás produzido nestes dispositivos é normalmente composto por 55-75% de CH4, 20-40% de CO2 e 1000-5000 ppmv de H2S. O biogás pode ser fornecido às microalgas durante a ficorremediação do efluente suinícola. Este trabalho avaliou os efeitos do biogás derivado dos efluentes da suinocultura sobre a velocidade de crescimento de um consórcio de microalgas nativas Chlorella spp. e Scenedesmus spp. em um fotobiorreator em escala laboratorial. Utilizando fotoperíodos de 12 e de 24 horas luz por dia, e biogás ou ar atmosférico como fonte de CO2, foram investigados os efeitos no crescimento do consórcio algal, com relação à remoção de N e P do digestato suinícola diluído e o efeito de purificação no biogás (remoção de CO2 e H2S). Os resultados mostram que a melhor condição foi a do fotoperíodo de 24 horas luz por dia com a utilização de biogás, apresentando crescimento microalgal de 141,8 ± 3,5 mg L-1 d-1, velocidade de remoção de N e de P de 21,2 ± 1,2 e 3,5 ± 2,5 mg L-1 d-1, respectivamente, e velocidade de remoção de CO2 de 219 ± 4,8 mg L-1 d-1. O pH das condições utilizando biogás foi controlado, apresentando variação de 6,2 à 8,8, e quando utilizou-se ar atmosférico, a variação foi de 8 à 11,6, assim, a utilização de biogás promoveu também a diminuição da concentração de amônia livre. O fósforo presente no efluente foi consumido rapidamente no início dos testes, contudo, este nutriente não foi limitante no crescimento das microalgas. O H2S presente no biogás foi efetivamente removido (>99%), entretanto, houve perdas de CH4 de até 18% v/v do biogás purificado e produção de O2 de até 25% v/v. A adição de acetato de sódio no meio de cultura controlou a dessorção de O2 ao biogás. Assim fica comprovado a melhoria do processo de ficorremediação do efluente suinícola utilizando o biogás como fonte de CO2 ocorrendo simultaneamente à purificação do biogás.

Introdução: As algas são uma fonte de biomassa atraente em virtude de alguns benefícios particulares, tais como: potencial para produção de biocombustíveis, composição de produtos alimentícios, composição de produtos fármacos, produção de vitaminas, etc. Além disso, as microalgas não competem com as culturas agrícolas para produção de alimentos, pois podem ser cultivadas em terras não aráveis, além de terem rápido crescimento e rendimento por unidade de área (ZENG et al., 2015; KUMAR et al., 2010). Podem ser produzidas pela utilização dos nutrientes presentes em águas residuárias (CHEAH et al, 2014; CHIU et al, 2015; MEZZARI et al, 2013), além de possuírem elevada velocidade de fixação de CO2 (10 a 50 vezes maior do que as plantas terrestres) de distintas fontes, como gases de combustão. A suinocultura representa uma atividade geradora de efluentes, os quais podem ser utilizados como meio de cultura para produção de microalgas. Estes efluentes são potencialmente poluidores, podendo causar eutrofização e contaminação dos solos, em virtude de elevadas concentrações de matéria orgânica e nutrientes, além de patógenos (FAO, 2005). Contudo, no cenário de produção de microalgas, a utilização desses efluentes como meio de cultura tem sido bastante pesquisada e tem demonstrado ser vantajosa, pois é uma maneira eficaz de cultivo que pode reduzir os custos operacionais e de infraestrutura para produção de biomassa, além de promover a remoção dos poluentes presentes (ficorremediação) (CANTRELL et al., 2008; CAI et al., 2013; HU et al., 2012; MEDEIROS et al., 2015; CHIU et al, 2015). Além disso, a utilização de efluentes para cultivo de microalgas contém alguns benefícios intrínsecos devido à capacidade das microalgas crescerem em conjunto com outros microrganismos (como bactérias) sem necessidade de esterilização do efluente (RAWAT et al., 2011). Desta forma, pode ocorrer simbiose entre microalgas e bactérias em virtude da oxigenação fotossintética promovida pelas microalgas e consequente utilização pelas bactérias heterotróficas para degradação de material orgânico, liberando CO2 às microalgas (OSWALD e GOTAAS, 1957). As condições ambientais de cultivo como luz, disponibilidade de CO2, temperatura e agitação, afetam diretamente a produtividade das microalgas e consequentemente as velocidades de consumo de nutrientes (KUMAR et al., 2010). Em específico, a disponibilidade de CO2 é bastante relevante, uma vez que os níveis de CO2 atmosférico são baixos (0,04% v/v) para suportar elevadas taxas de fotossíntese (ABEDINI-NAJAFABADI et al., 2015; CHENG et al., 2015). À vista disso, o uso de fonte externa de CO2 tem sido demonstrado promissor para incrementar a produção de microalgas e também a ficorremediação, sendo que fontes ricas em CO2 (exemplo gases de combustão) podem estar disponíveis a baixos custos ou até mesmo trazerem vantagens econômicas, dependendo da distância da fonte (SWARNALATHA et al., 2015; TONGPRAWHAN et al., 2014; ZHOU et al., 2014). A biodigestão anaeróbia é um método bastante disseminado para promover a estabilização dos dejetos suínos. Este tratamento gera o digestato (com elevadas concentrações de nitrogênio e fósforo) como efluente final e o biogás, o qual contém elevadas concentrações de CH4 (55-70%) e de CO2 (30-40%), além de contaminantes como o H2S (até 1%) (APPELS et al, 2008). Neste sentido, a produção de microalgas a partir de digestato suinícola pode ser beneficiada pela utilização da elevada concentração de CO2 presente no biogás. A maximização da produção de microalgas no cenário proposto poderia conduzir a um maior rendimento das algas e taxas elevadas de remoção de nutrientes. No processo, o CO2 e outros contaminantes do biogás, como o tóxico e corrosivo H2S, podem ser eliminados simultaneamente (BAHR et al., 2014; SEREJO et al., 2015; POSADAS et al., 2015), levando ao final, um aumento do valor do biogás em virtude da remoção dos compostos indesejáveis. Nessa perspectiva, diversas pesquisas tem sido realizadas com o foco de integração da utilização de efluentes e de fontes alternativas de CO2 para o cultivo de microalgas. Entretanto, se tratando da utilização dos efluentes e do biogás derivados dos dejetos suínos para a ficorremediação, existem poucos trabalhos que os mencionam. Além disso, o H2S presente no biogás tem sido mencionado por alguns autores, por causar efeitos tóxicos ao crescimento das microalgas em determinadas concentrações (KAO et al., 2012a; SHILTON, 2005; KÜSTER et al., 2005; GUPTA et al., 2014). Neste contexto, o presente estudo visa contribuir para a avaliação de espécies nativas de microalgas aplicadas a ficorremediação dos efluentes da suinocultura utilizando biogás como fonte de CO2. Este estudo também é motivado por representar uma possível alternativa aos processos convencionais de purificação de biogás, os quais possuem custos de produção.

Autor: Jean Michel Prandini.

Leia o estudo completo: remocao-de-nutrientes-de-efluente-suinicola-acoplado-a-purificacao-de-biogas-por-microalgas-nativas-de-scenedesmus-e-chlorella