A necessidade de se encontrar um substituto ao combustível fóssil tem impulsionado o desenvolvimento de novas fontes de biomassa para os biocombustíveis. Atualmente uma fonte de biomassa alternativa que vêm ganhando destaque são as microalgas, micro-organismos fotossintéticos capazes de capturar o CO2 atmosférico e acumular altos teores de lipídeos em sua biomassa, tornando-os muito atrativos como fonte de matéria-prima para a síntese de biodiesel. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo estudar os efeitos dos fatores NaNO3, CO2, intensidade luminosa e profundidade no cultivo da microalga marinha Chlorella sp visando o acúmulo de lipídeos dessa microalga em sua biomassa para a produção de biodiesel. O trabalho foi dividido em três etapas principais: na primeira foram realizados os cultivos nos quais os fatores de interesse foram avaliados em dois níveis de operação, NaNO3 (0,25 e 0,75 g/l), CO2 (5 e 10 %), intensidade luminosa (0,85 e 14,5 klux) e profundidade (5 e 10 cm); na segunda etapa foram realizadas as extrações lipídicas da biomassa para a quantificação dos teores lipídicos; e na terceira etapa realizou-se a síntese do biodiesel por via química a partir dos lipídeos extraídos da biomassa. Os experimentos que compreenderam a etapa dos cultivos foram realizados segundo um planejamento de Taguchi L8, considerando como variáveis respostas concentração de biomassa e teor lipídico. O melhor ajuste para maximizar a concentração de biomassa e teor lipídico foi de 0,85klux de intensidade luminosa, 5% de CO2, 10 cm de profundidade e 0,42g.L-1 de NaNO3 que forneceu uma concentração de biomassa de 2,04 g.L-1 com 15,04% de teor lipídico. O perfil lipídico apresentou uma proporção de 60 % entre ácidos graxos saturados, 31,7% entre ácidos monoinsaturados e 8,26 % de ácidos poli-insaturados e a reação de síntese do biodiesel atingiu uma conversão de 78,4%. / The necessity of finding a substitute to fossil fuel has enhanced the development of new biomass sources for biofuels. Currently, an alternative source of biomass that has acquiring prominence are microalgae, which are photosyntetical microorganisms able to capture the atmospheric CO2 and accumulate high content of lipids in their biomass, making them a very attractive feedstock source for biodiesel synthesis. In such a way, the present work had the objective of studying the effect of the following factors: NaNO3, CO2, luminous intensity and depth in the cultivation of marine microalga Chlorella sp, aiming the lipid accumulation of this microalga in its biomass for biodiesel production. The project was divided in three main steps: in the first one, the experiments were performed to evaluate the following factors in two levels of operation, NaNO3 (0,25 and 0,75 g/l), CO2 (5 and 10 %), luminous intensity (0,85 and 14,5 klux) and depth (5 and 10 cm); in the second step, the lipid extractions from the biomass were performed to quantify the lipid contents; and in the third one, the synthesis of biodiesel via chemical route was performed utilizing the lipids extracted from the biomass. The experiments regarding the cultivation steps were performed according to a Taguchi L8 experimental design, considering the biomass concentration and lipid content as response variables. The best fit for maximization of biomass concentration and lipid content was 0,85 klux of luminous intensity, 5% of CO2, 10 cm of depth and 0,42g/l of NaNO3, which provided a biomass concentration of 2,04 g/l with 15,04% of lipid content. The lipid profile showed a proportion of 60% of saturated fatty acids, 31,7% of monounsaturated fatty acids and 8,26% of polyunsaturated fatty acids and the reaction of biodiesel synthesis yielded a conversed of 78,4%.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-02T19:29:10Z No. of bitstreams: 1 NeureneCruz.pdf: 2231126 bytes, checksum: fdfdea95589976509b1928b6fd504db5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T19:29:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NeureneCruz.pdf: 2231126 bytes, checksum: fdfdea95589976509b1928b6fd504db5 (MD5) Previous issue date: 2016-07-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / In this study, a catalyst based on alumina and calcium to transesterification reaction of lipid extracts of Chlorella sp biomass in situ was synthesized. The catalyst was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), XRay Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy Analysis (EDX) and, X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF). The in situ lipid extraction of Chlorella sp was carried on with the following solvents: methanol, hexane mixture of methanol and hexane in the ratio 2: 1. The extraction methods were performed in soxlhet, magnetic stirring, stirring in ultrasound and stirring with heating in Parr reactor. The transesterification reactions were performed in a Parr reactor, the reactions with lipid extract came from 11g extract, 4% of catalyst in relation to the mass of the extract, ratio alcohol / extract 15: 1 volume / mass at 150 ° C temperature for 180 minutes. The reactions of biomass in situ were made and evaluated by a 24 factorial design with central points, the variables were the time of 40-180 minutes 4-10% catalyst concentration, molar ratio alcohol: biomass 3: 1- 6: 1 and temperature between 60-150 ° C. The result was the ester content. The best conditions were: 150 ° C 180 minutes reason methanol: biomass 3: 1 v / m and catalyst concentration 4%. The factors that have significant influence on the conversion of esters were molar ratio and amount of catalyst. / Neste estudo, foi sintetizado um catalisador à base de alumina e cálcio e utilizado na reação de transesterificação de extratos lipídicos e na biomassa de Chlorella sp in situ. O catalisador foi caracterizado porEspectroscopia na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise de Energia Dispersiva( EDS) e Espectrofotometria de Fluorescência de Raios X . Nas extrações lipídicas de Chlorella sp ultilizou-se os solventes: metanol, hexano e a mistura de metanol e hexano na proporção 2:1. Os métodos de extração foram através de soxlhet, agitação magnética, agitação em ultrasson e agitação com aquecimento em reator Parr. As reações de transesterificação foram feitas em um reator parr, sendo que nas reações com o extrato lipídico partiu-se de 11 g de extrato, 4% de catalisador em relação a massa do extrato, a razãoálcool/extrato 15:1volume/massana temperatura de 150ºC durante 180 minutos. As reações da biomassa in situ foram feitas e avaliadas por um planejamento fatorial 24 com pontos centrais, as variáveis foram o tempo de 40-180 minutos, concentração de catalisador de 4-10 %, razão álcool: biomassa 3:1- 6:1 e temperatura entre 60–150 ºC. A resposta foi o teor de ésteres. As melhores condições foram: 150ºC, 180 minutos, razão metanol: biomassa3:1 v/m e concentração do catalisador 4 %. Os fatores que tiveram influência significativa na conversão dos ésteres foram a razão e quantidade de catalisador.

A necessidade de se encontrar um substituto ao combustível fóssil tem impulsionado o desenvolvimento de novas fontes de biomassa para os biocombustíveis. Atualmente uma fonte de biomassa alternativa que vêm ganhando destaque são as microalgas, micro-organismos fotossintéticos capazes de capturar o CO2 atmosférico e acumular altos teores de lipídeos em sua biomassa, tornando-os muito atrativos como fonte de matéria-prima para a síntese de biodiesel. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo estudar os efeitos dos fatores NaNO3, CO2, intensidade luminosa e profundidade no cultivo da microalga marinha Chlorella sp visando o acúmulo de lipídeos dessa microalga em sua biomassa para a produção de biodiesel. O trabalho foi dividido em três etapas principais: na primeira foram realizados os cultivos nos quais os fatores de interesse foram avaliados em dois níveis de operação, NaNO3 (0,25 e 0,75 g/l), CO2 (5 e 10 %), intensidade luminosa (0,85 e 14,5 klux) e profundidade (5 e 10 cm); na segunda etapa foram realizadas as extrações lipídicas da biomassa para a quantificação dos teores lipídicos; e na terceira etapa realizou-se a síntese do biodiesel por via química a partir dos lipídeos extraídos da biomassa. Os experimentos que compreenderam a etapa dos cultivos foram realizados segundo um planejamento de Taguchi L8, considerando como variáveis respostas concentração de biomassa e teor lipídico. O melhor ajuste para maximizar a concentração de biomassa e teor lipídico foi de 0,85klux de intensidade luminosa, 5% de CO2, 10 cm de profundidade e 0,42g.L-1 de NaNO3 que forneceu uma concentração de biomassa de 2,04 g.L-1 com 15,04% de teor lipídico. O perfil lipídico apresentou uma proporção de 60 % entre ácidos graxos saturados, 31,7% entre ácidos monoinsaturados e 8,26 % de ácidos poli-insaturados e a reação de síntese do biodiesel atingiu uma conversão de 78,4%. / The necessity of finding a substitute to fossil fuel has enhanced the development of new biomass sources for biofuels. Currently, an alternative source of biomass that has acquiring prominence are microalgae, which are photosyntetical microorganisms able to capture the atmospheric CO2 and accumulate high content of lipids in their biomass, making them a very attractive feedstock source for biodiesel synthesis. In such a way, the present work had the objective of studying the effect of the following factors: NaNO3, CO2, luminous intensity and depth in the cultivation of marine microalga Chlorella sp, aiming the lipid accumulation of this microalga in its biomass for biodiesel production. The project was divided in three main steps: in the first one, the experiments were performed to evaluate the following factors in two levels of operation, NaNO3 (0,25 and 0,75 g/l), CO2 (5 and 10 %), luminous intensity (0,85 and 14,5 klux) and depth (5 and 10 cm); in the second step, the lipid extractions from the biomass were performed to quantify the lipid contents; and in the third one, the synthesis of biodiesel via chemical route was performed utilizing the lipids extracted from the biomass. The experiments regarding the cultivation steps were performed according to a Taguchi L8 experimental design, considering the biomass concentration and lipid content as response variables. The best fit for maximization of biomass concentration and lipid content was 0,85 klux of luminous intensity, 5% of CO2, 10 cm of depth and 0,42g/l of NaNO3, which provided a biomass concentration of 2,04 g/l with 15,04% of lipid content. The lipid profile showed a proportion of 60% of saturated fatty acids, 31,7% of monounsaturated fatty acids and 8,26% of polyunsaturated fatty acids and the reaction of biodiesel synthesis yielded a conversed of 78,4%.

Dans le cadre de la conservation du patrimoine, les micro-organismes se développant sous forme de biofilm sont souvent considérés comme des agents entraînant des problèmes esthétiques et de détérioration du support colonisé. L’objectif général de cette thèse est l’utilisation de la lumière UV-C comme méthode de traitement des biofilms. Dans le but de comprendre la diversité des biofilms, les communautés bactériennes, fongiques et des protistes autotrophes ont été étudiées à l’aide d’une technique de séquençage haut débit. Puis, afin de comprendre les effets des UV-C sur les micro-algales (Chlorella sp.), des essais en laboratoire ont permis de caractériser les réponses physiologiques algales (mort cellulaire, dégradation de la chlorophylle, état de photosystème II, etc.) suite à différents traitements aux UV-C. Tous les dommages observés au niveau cellulaire et moléculaire (dont la mort cellulaire et le « bleaching » de la chlorophylle) ont permis d’optimiser la méthode de traitement. Dans le but de s’assurer de l’innocuité du traitement aux UV-C sur le support des biofilms (peintures pariétales), des pigments et des liants, utilisés à la préhistoire, ont été fortement irradiés. Les résultats ont montré que les composés inorganiques sont insensibles aux UV-C au contraire des molécules organiques. Enfin, le traitement UV-C a démontré son efficacité dans une grotte touristique en permettant d’éradiquer tous les biofilms. De plus, aucune recolonisation n’a été observée deux ans après le traitement, démontrant que la lumière UV-C est le traitement le plus écologique à ce jour. / Development of biofilm on monument heritage are often considered as agents leading to aesthetic issues and biodeterioration of their support. The aim of this study is the use of UV-C light as alternative treatment against Lampenflora. Bacterial, algal and fungal communities were studied using new generation sequencing approach. Following UV-C treatments, physiological responses of Chlorella sp. were studied in laboratory (cell death, chlorophyll degradation, photosystem II status, etc.). Damages at cellular and molecular levels (cell death, bleaching of the chlorophyll) were taken into consideration to optimize the UV-C treatment. Then, to ensure the safety of UV-C for biofilms support (parietal paintings), several pigments and binders, used by prehistoric human, were highly irradiated. The results showed that UV-C radiations were not deleterious for inorganic compounds, while a color change was observed on organic binders. Finally, UV-C treatment has proven its effectiveness in La Glacière show cave by eradicating all biofilms. In addition, no recolonization was observed two years after treatment, showing that this treatment, which is the most environmental friendly to date, is effective over time.

Microalgas são microrganismos fotossintéticos, capazes de sintetizar uma ampla gama de produtos dependendo de sua rota metabólica. A produção de microalgas envolve as etapas de cultivo, recuperação da biomassa e obtenção dos produtos intracelulares, sendo a etapa de recuperação de biomassa um gargalo da produção. No presente estudo foi avaliado a concentração e purificação de biomassa de duas espécies de microalgas, Chlorella sp. e Dunaliella tertiolecta, através da microfiltração tangencial, nos seguintes modos de operação: reciclo total, batelada e batelada combinada com diafiltração. Também foi avaliada a disponibilidade de reuso do permeado como meio de cultivo para as microalgas. No modo de reciclo total foram testadas quatro pressões transmembranas (PTM) para Chlorella sp. e cinco pressões transmembranas para D. tertiolecta em duas velocidades tangenciais para determinação das melhores condições operacionais para as etapas posteriores de concentração e purificação, considerando o efeito dessas condições de operação sobre a integridade celular. A velocidade selecionada foi 0,6 m s-1 para o processamento das duas suspensões de microalgas e a PTM de 0,5 bar para Chlorella sp. e de 0,15 bar para D. tertiolecta. As análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de transmissão e na câmara Neubauer não demostraram um efeito significativo do sistema de MF sobre a estrutura celular de Chlorella sp., entretanto, para D. tertiolecta, as análises mostraram a necessidade de operar o sistema em PTM de 0,15 bar. Foi observado um baixo percentual médio de fouling, sendo de 16 % para Chlorella sp. e 6 % para D. tertiolecta para as duas velocidades tangenciais testadas. A resistência da membrana foi elevada quando comparada com a resistência devido ao fouling de ambas as suspensões de microalgas. Em modo batelada, observou-se em todos os experimentos, a completa retenção das células de microalgas pela membrana de microfiltração. O fator de concentração volumétrico médio foi de 2,6 para a suspensão de Chlorella sp. e 2,5 para a de D. tertiolecta. Na operação do sistema em modo diafiltração foi possível reduzir o teor salino em 42 % para o concentrado da Chlorella sp. e 38 % para o concentrado de D. tertiolecta. O modelo de Hermia modificado por Field foi utilizado em software EMSO para a determinação dos mecanismos de fouling, e concluiu-se que a formação de torta foi o mecanismo de fouling dominante em filtração de Chlorella sp.. Para D. tertiolecta, todos os mecanismos se ajustaram bem aos dados experimentais, indicando que os mesmos ocorreram simultaneamente. Foram propostos dois tipos de meio de cultura para o reuso da corrente de permeado: o permeado simples e o permeado enriquecido com a adição de micronutrientes. Foi possível verificar a utilização do permeado como meio de cultivo, principalmente para o cultivo de D. tertiolecta; o permeado com adição de micronutrientes apresentou maior capacidade de crescimento que o meio padrão para esta microalga. No cultivo da Chlorella sp., a concentração de biomassa alcançada utilizando o permeado simples e enriquecido foi inferior a concentração de biomassa em meio de cultivo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que o processo de microfiltração apresenta-se como uma alternativa promissora na etapa de concentração e purificação de suspensões de microalgas; além disso, a corrente de permeado gerada pode ser utilizada como meio de cultivo, garantindo, desta forma, um menor consumo de água e nutrientes, melhorando a viabilidade econômica do processo. / Microalgae are photosynthetic organisms with simple structures and capable to synthesize a wide range of products depending on their metabolic route. The production of microalgae comprises the steps of cultivation, biomass recovery and extraction of intracellular products, being the stage of biomass recovery a production bottleneck. In the present study was evaluated the concentration and purification of biomass of two species of microalgae, Chlorella sp. and Dunaliella tertiolecta, by crossflow microfiltration, in the following modes of operation: total recycling, batch and batch combined with diafiltration. It was also assessed the availability of the reuse the permeate as medium for microalgae cultivation. In total recycling mode were tested four different transmembrane pressures (TMP) for Chlorella sp. and five transmembrane pressures for D. tertiolecta in two crossflow velocities to determine the proper operating conditions for the stages of concentration and purification, considering the effect of operating conditions on the cellular integrity. The selected crossflow velocity was 0.6 m s-1 for processing the two suspensions of microalgae and TMP of 0.5 bar for Chlorella sp. and 0.15 bar for D. tertiolecta. The analyses of optical microscopy, transmission electron microscopy and the Neubauer chamber demonstrated no significant effect of the operating conditions of the MF system on the cellular structure of Chlorella sp., however, for D. tertiolecta, the analysis showed the need to operate the system at lower TMP of 0.15 bar. The average percentage of fouling observed was 16 % for Chlorella sp. and 6 %. for D. tertiolecta for both crossflow velocities tested. The resistance of the membrane was elevated when compared with the resistance due to fouling for both suspensions of microalgae. In batch mode, it was observed, for all the experiments, complete retention of microalgal cells by microfiltration membrane. The average volumetric concentration factor was 2.6 for the suspension of Chlorella sp. and 2.5 for D. tertiolecta. In the operation of the system in diafiltration mode was possible to reduce the the salt content in 42 % for the Chlorella sp. and 38 % for D. tertiolecta. The model of Hermia model was used in software EMSO for the determination of fouling mechanisms, and it is concluded that the cake formation was the dominant fouling in the filtration of Chlorella sp.. For D. tertiolecta, all the mechanisms adjusted well to the experimental data, demonstrating that all mechanisms occurred simultaneously. Were proposed two different culture mediums for the reuse of the permeate stream: the plain permeate and the permeate enriched with micronutrients. It was possible to verify the ability of the permeate as cultivation medium, mainly for the D. tertiolecta; in this case, the permeate enriched with micronutrients presented greater capacity for growth when compared with the standard medium. On the other hand, for the cultivation of Chlorella sp., the biomass concentration achieved using both, the plain permeate and the enriched one was less than that achieved using the standard medium. The results obtained in this work proved that the microfiltration process is a promising alternative for the concentration and purification of suspensions of microalgae. In addition, the permeate stream generated could be used as a growth medium, ensuring thereby a less consumption of water and nutrients, improving the economic viability of the process.

Microalgas são microrganismos fotossintéticos, capazes de sintetizar uma ampla gama de produtos dependendo de sua rota metabólica. A produção de microalgas envolve as etapas de cultivo, recuperação da biomassa e obtenção dos produtos intracelulares, sendo a etapa de recuperação de biomassa um gargalo da produção. No presente estudo foi avaliado a concentração e purificação de biomassa de duas espécies de microalgas, Chlorella sp. e Dunaliella tertiolecta, através da microfiltração tangencial, nos seguintes modos de operação: reciclo total, batelada e batelada combinada com diafiltração. Também foi avaliada a disponibilidade de reuso do permeado como meio de cultivo para as microalgas. No modo de reciclo total foram testadas quatro pressões transmembranas (PTM) para Chlorella sp. e cinco pressões transmembranas para D. tertiolecta em duas velocidades tangenciais para determinação das melhores condições operacionais para as etapas posteriores de concentração e purificação, considerando o efeito dessas condições de operação sobre a integridade celular. A velocidade selecionada foi 0,6 m s-1 para o processamento das duas suspensões de microalgas e a PTM de 0,5 bar para Chlorella sp. e de 0,15 bar para D. tertiolecta. As análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de transmissão e na câmara Neubauer não demostraram um efeito significativo do sistema de MF sobre a estrutura celular de Chlorella sp., entretanto, para D. tertiolecta, as análises mostraram a necessidade de operar o sistema em PTM de 0,15 bar. Foi observado um baixo percentual médio de fouling, sendo de 16 % para Chlorella sp. e 6 % para D. tertiolecta para as duas velocidades tangenciais testadas. A resistência da membrana foi elevada quando comparada com a resistência devido ao fouling de ambas as suspensões de microalgas. Em modo batelada, observou-se em todos os experimentos, a completa retenção das células de microalgas pela membrana de microfiltração. O fator de concentração volumétrico médio foi de 2,6 para a suspensão de Chlorella sp. e 2,5 para a de D. tertiolecta. Na operação do sistema em modo diafiltração foi possível reduzir o teor salino em 42 % para o concentrado da Chlorella sp. e 38 % para o concentrado de D. tertiolecta. O modelo de Hermia modificado por Field foi utilizado em software EMSO para a determinação dos mecanismos de fouling, e concluiu-se que a formação de torta foi o mecanismo de fouling dominante em filtração de Chlorella sp.. Para D. tertiolecta, todos os mecanismos se ajustaram bem aos dados experimentais, indicando que os mesmos ocorreram simultaneamente. Foram propostos dois tipos de meio de cultura para o reuso da corrente de permeado: o permeado simples e o permeado enriquecido com a adição de micronutrientes. Foi possível verificar a utilização do permeado como meio de cultivo, principalmente para o cultivo de D. tertiolecta; o permeado com adição de micronutrientes apresentou maior capacidade de crescimento que o meio padrão para esta microalga. No cultivo da Chlorella sp., a concentração de biomassa alcançada utilizando o permeado simples e enriquecido foi inferior a concentração de biomassa em meio de cultivo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que o processo de microfiltração apresenta-se como uma alternativa promissora na etapa de concentração e purificação de suspensões de microalgas; além disso, a corrente de permeado gerada pode ser utilizada como meio de cultivo, garantindo, desta forma, um menor consumo de água e nutrientes, melhorando a viabilidade econômica do processo. / Microalgae are photosynthetic organisms with simple structures and capable to synthesize a wide range of products depending on their metabolic route. The production of microalgae comprises the steps of cultivation, biomass recovery and extraction of intracellular products, being the stage of biomass recovery a production bottleneck. In the present study was evaluated the concentration and purification of biomass of two species of microalgae, Chlorella sp. and Dunaliella tertiolecta, by crossflow microfiltration, in the following modes of operation: total recycling, batch and batch combined with diafiltration. It was also assessed the availability of the reuse the permeate as medium for microalgae cultivation. In total recycling mode were tested four different transmembrane pressures (TMP) for Chlorella sp. and five transmembrane pressures for D. tertiolecta in two crossflow velocities to determine the proper operating conditions for the stages of concentration and purification, considering the effect of operating conditions on the cellular integrity. The selected crossflow velocity was 0.6 m s-1 for processing the two suspensions of microalgae and TMP of 0.5 bar for Chlorella sp. and 0.15 bar for D. tertiolecta. The analyses of optical microscopy, transmission electron microscopy and the Neubauer chamber demonstrated no significant effect of the operating conditions of the MF system on the cellular structure of Chlorella sp., however, for D. tertiolecta, the analysis showed the need to operate the system at lower TMP of 0.15 bar. The average percentage of fouling observed was 16 % for Chlorella sp. and 6 %. for D. tertiolecta for both crossflow velocities tested. The resistance of the membrane was elevated when compared with the resistance due to fouling for both suspensions of microalgae. In batch mode, it was observed, for all the experiments, complete retention of microalgal cells by microfiltration membrane. The average volumetric concentration factor was 2.6 for the suspension of Chlorella sp. and 2.5 for D. tertiolecta. In the operation of the system in diafiltration mode was possible to reduce the the salt content in 42 % for the Chlorella sp. and 38 % for D. tertiolecta. The model of Hermia model was used in software EMSO for the determination of fouling mechanisms, and it is concluded that the cake formation was the dominant fouling in the filtration of Chlorella sp.. For D. tertiolecta, all the mechanisms adjusted well to the experimental data, demonstrating that all mechanisms occurred simultaneously. Were proposed two different culture mediums for the reuse of the permeate stream: the plain permeate and the permeate enriched with micronutrients. It was possible to verify the ability of the permeate as cultivation medium, mainly for the D. tertiolecta; in this case, the permeate enriched with micronutrients presented greater capacity for growth when compared with the standard medium. On the other hand, for the cultivation of Chlorella sp., the biomass concentration achieved using both, the plain permeate and the enriched one was less than that achieved using the standard medium. The results obtained in this work proved that the microfiltration process is a promising alternative for the concentration and purification of suspensions of microalgae. In addition, the permeate stream generated could be used as a growth medium, ensuring thereby a less consumption of water and nutrients, improving the economic viability of the process.

Microalgas são microrganismos fotossintéticos, capazes de sintetizar uma ampla gama de produtos dependendo de sua rota metabólica. A produção de microalgas envolve as etapas de cultivo, recuperação da biomassa e obtenção dos produtos intracelulares, sendo a etapa de recuperação de biomassa um gargalo da produção. No presente estudo foi avaliado a concentração e purificação de biomassa de duas espécies de microalgas, Chlorella sp. e Dunaliella tertiolecta, através da microfiltração tangencial, nos seguintes modos de operação: reciclo total, batelada e batelada combinada com diafiltração. Também foi avaliada a disponibilidade de reuso do permeado como meio de cultivo para as microalgas. No modo de reciclo total foram testadas quatro pressões transmembranas (PTM) para Chlorella sp. e cinco pressões transmembranas para D. tertiolecta em duas velocidades tangenciais para determinação das melhores condições operacionais para as etapas posteriores de concentração e purificação, considerando o efeito dessas condições de operação sobre a integridade celular. A velocidade selecionada foi 0,6 m s-1 para o processamento das duas suspensões de microalgas e a PTM de 0,5 bar para Chlorella sp. e de 0,15 bar para D. tertiolecta. As análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de transmissão e na câmara Neubauer não demostraram um efeito significativo do sistema de MF sobre a estrutura celular de Chlorella sp., entretanto, para D. tertiolecta, as análises mostraram a necessidade de operar o sistema em PTM de 0,15 bar. Foi observado um baixo percentual médio de fouling, sendo de 16 % para Chlorella sp. e 6 % para D. tertiolecta para as duas velocidades tangenciais testadas. A resistência da membrana foi elevada quando comparada com a resistência devido ao fouling de ambas as suspensões de microalgas. Em modo batelada, observou-se em todos os experimentos, a completa retenção das células de microalgas pela membrana de microfiltração. O fator de concentração volumétrico médio foi de 2,6 para a suspensão de Chlorella sp. e 2,5 para a de D. tertiolecta. Na operação do sistema em modo diafiltração foi possível reduzir o teor salino em 42 % para o concentrado da Chlorella sp. e 38 % para o concentrado de D. tertiolecta. O modelo de Hermia modificado por Field foi utilizado em software EMSO para a determinação dos mecanismos de fouling, e concluiu-se que a formação de torta foi o mecanismo de fouling dominante em filtração de Chlorella sp.. Para D. tertiolecta, todos os mecanismos se ajustaram bem aos dados experimentais, indicando que os mesmos ocorreram simultaneamente. Foram propostos dois tipos de meio de cultura para o reuso da corrente de permeado: o permeado simples e o permeado enriquecido com a adição de micronutrientes. Foi possível verificar a utilização do permeado como meio de cultivo, principalmente para o cultivo de D. tertiolecta; o permeado com adição de micronutrientes apresentou maior capacidade de crescimento que o meio padrão para esta microalga. No cultivo da Chlorella sp., a concentração de biomassa alcançada utilizando o permeado simples e enriquecido foi inferior a concentração de biomassa em meio de cultivo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que o processo de microfiltração apresenta-se como uma alternativa promissora na etapa de concentração e purificação de suspensões de microalgas; além disso, a corrente de permeado gerada pode ser utilizada como meio de cultivo, garantindo, desta forma, um menor consumo de água e nutrientes, melhorando a viabilidade econômica do processo. / Microalgae are photosynthetic organisms with simple structures and capable to synthesize a wide range of products depending on their metabolic route. The production of microalgae comprises the steps of cultivation, biomass recovery and extraction of intracellular products, being the stage of biomass recovery a production bottleneck. In the present study was evaluated the concentration and purification of biomass of two species of microalgae, Chlorella sp. and Dunaliella tertiolecta, by crossflow microfiltration, in the following modes of operation: total recycling, batch and batch combined with diafiltration. It was also assessed the availability of the reuse the permeate as medium for microalgae cultivation. In total recycling mode were tested four different transmembrane pressures (TMP) for Chlorella sp. and five transmembrane pressures for D. tertiolecta in two crossflow velocities to determine the proper operating conditions for the stages of concentration and purification, considering the effect of operating conditions on the cellular integrity. The selected crossflow velocity was 0.6 m s-1 for processing the two suspensions of microalgae and TMP of 0.5 bar for Chlorella sp. and 0.15 bar for D. tertiolecta. The analyses of optical microscopy, transmission electron microscopy and the Neubauer chamber demonstrated no significant effect of the operating conditions of the MF system on the cellular structure of Chlorella sp., however, for D. tertiolecta, the analysis showed the need to operate the system at lower TMP of 0.15 bar. The average percentage of fouling observed was 16 % for Chlorella sp. and 6 %. for D. tertiolecta for both crossflow velocities tested. The resistance of the membrane was elevated when compared with the resistance due to fouling for both suspensions of microalgae. In batch mode, it was observed, for all the experiments, complete retention of microalgal cells by microfiltration membrane. The average volumetric concentration factor was 2.6 for the suspension of Chlorella sp. and 2.5 for D. tertiolecta. In the operation of the system in diafiltration mode was possible to reduce the the salt content in 42 % for the Chlorella sp. and 38 % for D. tertiolecta. The model of Hermia model was used in software EMSO for the determination of fouling mechanisms, and it is concluded that the cake formation was the dominant fouling in the filtration of Chlorella sp.. For D. tertiolecta, all the mechanisms adjusted well to the experimental data, demonstrating that all mechanisms occurred simultaneously. Were proposed two different culture mediums for the reuse of the permeate stream: the plain permeate and the permeate enriched with micronutrients. It was possible to verify the ability of the permeate as cultivation medium, mainly for the D. tertiolecta; in this case, the permeate enriched with micronutrients presented greater capacity for growth when compared with the standard medium. On the other hand, for the cultivation of Chlorella sp., the biomass concentration achieved using both, the plain permeate and the enriched one was less than that achieved using the standard medium. The results obtained in this work proved that the microfiltration process is a promising alternative for the concentration and purification of suspensions of microalgae. In addition, the permeate stream generated could be used as a growth medium, ensuring thereby a less consumption of water and nutrients, improving the economic viability of the process.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-11T23:43:24Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ FRANCIRALDO DE LIMA – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 11638647 bytes, checksum: edab69542eea5017c7786eea5cef2ded (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-11T23:43:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ FRANCIRALDO DE LIMA – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 11638647 bytes, checksum: edab69542eea5017c7786eea5cef2ded (MD5) Previous issue date: 2016-08 / As microalgas produzem quantidades elevadas de compostos, principalmente lipídeos e açúcares. Quando essas são submetidas a variações de nutrientes podem elevar consideravelmente a concentração desses compostos, os quais são empregados para a produção de alimentos, biocombustíveis, cosméticos e componentes farmacêuticos. Esta pesquisa objetivou realizar o cultivo da microalga Chlorella sp., em fotobiorreator aberto de campo com diferentes concentrações de nutrientes, em seis tratamentos distintos (TC, T1, T2, T3, T4 e T5), secar as biomassas dos diferentes tratamentos e caracterizá-las quanto aos parâmetros físicos, químicos e físicos-químicos, como também construir suas isotermas de adsorção de umidade a 25ºC. A estirpe utilizada neste trabalho foi isolada da barragem da Conceição, localizada na Fazenda Tamanduá, Santa Teresinha, PB, e o meio utilizado foi meio MC. (Medium Chlorella ellipsodea). As características da microalga durante 16 dias de cultivo foram avaliadas com relação ao crescimento celular (peso úmido e peso seco), teor de lipídeos e açúcares totais. De acordo com os resultados verificou-se que a maior produção de biomassa daChlorella sp. em termos de peso seco, foi alcançada nos tratamentos TC, T1, T2 e T5 no 10º dia de cultivo e que com a redução nos tratamentos das concentrações de nitrogênio, fósforo, potássio e ferro houve aumento da síntese de lipídeos; para os tratamentos T3 e T4 o maior peso seco foi atingido no 12º e 16º dias de cultivo, respectivamente. A redução nas concentrações dos elementos nitrogênio, fósforo, potássio e ferro não favoreceru o aumento da produção dos minerais, proteínas, clorofila e feofitina. Os modelos de GAB, Peleg e Oswin podem ser usados para estimar as isotermas de adsorção de umidade, a 25ºC, da Chlorella sp. secas de todos os tratamentos,e foram classificadas como tipo II (TC, T1 e T5) e tipo III (T2, T3 e T4). Diante dos resultados constatou-se que a produção da biomassa da Chlorella sp. apresenta grande potencial de aplicação industrial para a produção de lipídeos e carboidratos com menores concentrações de NPK e ferro, que são os elementos de maior custo na produção de biomassa para aplicações nas áreas de alimentos e energia. / Microalgae produce high amounts of the compounds, mainly lipids and sugars. When these are subjected to nutrient variations can greatly increase the concentration of these compounds, which are used for food production, biofuel, cosmetic and pharmaceutical components. This research aimed to carry out the cultivation of icroalgae Chlorella sp.,Open photobioreactor field with different concentrations of nutrients in six different treatments (TC, T1, T2, T3, T4 and T5), dry biomasses of different treatments and character- them as to the physical, chemical and physical-chemical parameters, but also build their moisture adsorption isotherms at 25 ° C. The strain used in this study was isolated from the Conception dam, located in Tamanduá Farm, Santa Teresinha, PB, and the medium was medium MC. (Medium Chlorella ellipsodea). The microalgae features for 16 days of culture were evaluated with respect to cell growth (wet weight, dry weight), lipid content and total sugars. According to the results it was found that the higher biomass Chlorella sp. in terms of dry weight was achieved in the TC treatment, T1, T2 and T5 on the 10th day of culture and treatments with the reduction in the concentrations of nitrogen, phosphorus, potassium and iron was increased lipid synthesis; for treatments T3 and T4 the highest dry weight was achieved in the 12th and 16th day of cultivation, respectively. The reduction in the concentrations of the elements nitrogen, phosphorus, potassium and iron did not favor increased production of minerals, proteins, chlorophyll and pheophytin. The models of GAB, Oswin Peleg and can be used to estimate the moisture adsorption isotherms at 25 ° C, the Chlorella sp. dry all treatments and were classified as Type II(CT, T1 and T5) and type III (T2, T3 and T4). From the results it was found that the production of biomass Chlorella sp. It has great potential forindustrial application for the production of lipids and carbohydrates with lower NPK and ironconcentrations, which are the largest cost component in the production of biomass for applications in the areas of food and energy.