Arthrosphira (Spirulina) platensis apresenta substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. A produção industrial envolve uma quantidade muito grande de água e sua viabilidade deve contemplar o reuso do meio, visando uma diminuição de custos com nutrientes, bem como da poluição ambiental, tornando-se assim um processo sustentável. O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação do reaproveitamento do meio no cultivo de A. platensis usando tratamentos físico-químicos de floculação e adsorção. Para tanto, tal cianobactéria foi cultivada em fotobiorreator (FBR) tubular em processos de batelada alimentada e contínuo em intensidade luminosa de 120 µmol fótons m-2 s-1, sob controle de pH. Foram desenvolvidas técnicas de tratamento de meio de cultivo proveniente de processo descontínuo alimentado de A. platensis para a remoção de matéria orgânica (MO) e pigmentos (60 - 96 %), permitindo assim seu reuso em novos cultivos. A. platensis foi cultivada nos meios tratados utilizando frascos Erlenmeyer, com avaliação de parâmetros como concentração celular máxima (Xm), conteúdo de clorofila-a (Chl) e conteúdo de proteína na biomassa seca (PTN). No processo simultâneo de floculação e adsorção com carvão ativado em pó (CAP), foram testados dois agentes floculantes, cloreto férrico (F) e sulfato férrico (S) bem como diferentes tempos de contato. No processo simultâneo de floculação com F e adsorção com CAP, as condições ótimas foram: CAP = 24,4 mg L-1 e F = 20,3 mg L-1durante 30,4 min de tempo de contato; com obtenção de: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24,3 ± 0,1 mg g-1, PTN = 36,1 ± 0,6 %. As condições ótimas de tratamento simultâneo de floculação com S e adsorção com CAP foram: CAP = 40,0 mg L-1 e S = 32,8 mg L-1 durante 36,1 min de tempo de contato, com obtenção de: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24,5 ± 0,6 mg g-1, PTN = 60,1 ± 0,6 %. No processo sequencial de floculação com F seguido de adsorção com carvão ativado granulado (CAG), as condições ótimas foram atingidas com: CAG = 108,4 g e F = 10,0 mg L-1 durante 30,8 min de tempo de residência; obtendo-se: Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35,4 ± 0,2 mg g-1, PTN = 44,9 ± 0,0 %. Adicionalmente, os meios tratados nessas condições ótimas de cada tratamento, também foram testados em FBR tubulares, atingindo valores de Xm, Chl e PTN maiores do que os obtidos com meio padrão. Além disso, o processo simultâneo de cultivo celular em FBR tubulares e adsorção contínua do meio de cultivo exaurido em coluna de CAG removeu 51 - 79 % de MO e pigmentos. Foi demonstrado que uma proporção de 75 % de meio tratado no meio de alimentação não produz diminuição significativa de produtividade celular (PX) e os resultados foram: concentração celular em estado estacionário (Xs) de 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42,0 ± 0,6 %, com diminuição de 65 % no custo de meio de cultivo. Por fim, conclui-se que é viável a utilização de processos físico-químicos no tratamento de meio a ser reaproveitado no cultivo de A. platensis, inclusive em FBR tubulares, com apreciável incremento de clorofila-a e proteínas na biomassa obtida em meio tratado. / Arthrospira (Spirulina) platensis have compounds of interest in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. Industrial production involves high volumes of water and its viability should contemplate medium reuse, aiming to reduce not only nutrient costs, but also environmental pollution, thus becoming a sustainable process. This work had as main objective the evaluation of A. platensis culture medium reuse through the physicochemical treatments flocculation and adsorption. Thus, this cyanobacterium was cultivated in tubular photobioreactor (PBR) by fed-batch and continuous processes at light intensity 120 µmol photons m-2 s-1 under pH control. Treatment techniques were developed for culture medium from fed-batch process to properly removal of organic matter (OM) and pigments (60 - 96 %), thus allowing its reuse in new cultures. A. platensis was cultivated in treated medium using Erlenmeyer flasks, with the evaluation of parameters such as maximum cell concentration (Xm), chlorophyll content (Chl) and protein content in dry biomass (PTN). For simultaneous flocculation and adsorption with powdered activated carbon (PAC), two flocculants were used: ferric chloride (F) and ferric sulfate (S), as well as different contact times. In the simultaneous process of F flocculation and PAC adsorption, optimum conditions were: PAC = 24.4 mg L-1 and F = 20.3 mg L-1 for 30.4 min contact time; results were: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24.3 ± 0.1 mg g-1, PTN = 36.1 ± 0.6 %. Optimal conditions in the simultaneous process of S flocculation and PAC adsorption were: PAC = 40.0 mg L-1 and S = 32.8 mg L-1 for 36.1 min contact time; results were: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24.5 ± 0.6 mg g-1, PTN = 60.1 ± 0.6 %. In the sequential process of F flocculation followed by adsorption with granular activated carbon (GAC), optimal conditions were reached at GAC = 108.4 g and F = 10.0 mg L-1 for 30.8 min of residence time, at which Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35.4 ± 0.2 mg g-1 and PTNPTN = 44.9 ± 0.0 % were obtained. Moreover, medium treated at each optimal condition were also tested in tubular PBRs, reaching values of Xm, Chl and PTN higher than those obtained with standard medium. Furthermore, the simultaneous process of cell cultivation in tubular PBR and continuous adsorption of spent cultivation medium through GAC column removed 51 - 79 % of OM and pigments. It was showed that 75 % of treated medium in the feed medium does not cause significant decrease in cell productivity (PX) and results were: steady-state cell concentration (Xs) = 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42.0 ± 0.6 %, with 65 % reduction in medium price. At last, it can be inferred that the use of physicochemical processes in medium treatment is feasible for reuse in A. platensis cultivation, including that in tubular PBR, leading to considerable increase in chlorophyll and protein contents of the biomass obtained with treated medium.

Arthrosphira (Spirulina) platensis apresenta substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. A produção industrial envolve uma quantidade muito grande de água e sua viabilidade deve contemplar o reuso do meio, visando uma diminuição de custos com nutrientes, bem como da poluição ambiental, tornando-se assim um processo sustentável. O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação do reaproveitamento do meio no cultivo de A. platensis usando tratamentos físico-químicos de floculação e adsorção. Para tanto, tal cianobactéria foi cultivada em fotobiorreator (FBR) tubular em processos de batelada alimentada e contínuo em intensidade luminosa de 120 µmol fótons m-2 s-1, sob controle de pH. Foram desenvolvidas técnicas de tratamento de meio de cultivo proveniente de processo descontínuo alimentado de A. platensis para a remoção de matéria orgânica (MO) e pigmentos (60 - 96 %), permitindo assim seu reuso em novos cultivos. A. platensis foi cultivada nos meios tratados utilizando frascos Erlenmeyer, com avaliação de parâmetros como concentração celular máxima (Xm), conteúdo de clorofila-a (Chl) e conteúdo de proteína na biomassa seca (PTN). No processo simultâneo de floculação e adsorção com carvão ativado em pó (CAP), foram testados dois agentes floculantes, cloreto férrico (F) e sulfato férrico (S) bem como diferentes tempos de contato. No processo simultâneo de floculação com F e adsorção com CAP, as condições ótimas foram: CAP = 24,4 mg L-1 e F = 20,3 mg L-1durante 30,4 min de tempo de contato; com obtenção de: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24,3 ± 0,1 mg g-1, PTN = 36,1 ± 0,6 %. As condições ótimas de tratamento simultâneo de floculação com S e adsorção com CAP foram: CAP = 40,0 mg L-1 e S = 32,8 mg L-1 durante 36,1 min de tempo de contato, com obtenção de: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24,5 ± 0,6 mg g-1, PTN = 60,1 ± 0,6 %. No processo sequencial de floculação com F seguido de adsorção com carvão ativado granulado (CAG), as condições ótimas foram atingidas com: CAG = 108,4 g e F = 10,0 mg L-1 durante 30,8 min de tempo de residência; obtendo-se: Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35,4 ± 0,2 mg g-1, PTN = 44,9 ± 0,0 %. Adicionalmente, os meios tratados nessas condições ótimas de cada tratamento, também foram testados em FBR tubulares, atingindo valores de Xm, Chl e PTN maiores do que os obtidos com meio padrão. Além disso, o processo simultâneo de cultivo celular em FBR tubulares e adsorção contínua do meio de cultivo exaurido em coluna de CAG removeu 51 - 79 % de MO e pigmentos. Foi demonstrado que uma proporção de 75 % de meio tratado no meio de alimentação não produz diminuição significativa de produtividade celular (PX) e os resultados foram: concentração celular em estado estacionário (Xs) de 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42,0 ± 0,6 %, com diminuição de 65 % no custo de meio de cultivo. Por fim, conclui-se que é viável a utilização de processos físico-químicos no tratamento de meio a ser reaproveitado no cultivo de A. platensis, inclusive em FBR tubulares, com apreciável incremento de clorofila-a e proteínas na biomassa obtida em meio tratado. / Arthrospira (Spirulina) platensis have compounds of interest in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. Industrial production involves high volumes of water and its viability should contemplate medium reuse, aiming to reduce not only nutrient costs, but also environmental pollution, thus becoming a sustainable process. This work had as main objective the evaluation of A. platensis culture medium reuse through the physicochemical treatments flocculation and adsorption. Thus, this cyanobacterium was cultivated in tubular photobioreactor (PBR) by fed-batch and continuous processes at light intensity 120 µmol photons m-2 s-1 under pH control. Treatment techniques were developed for culture medium from fed-batch process to properly removal of organic matter (OM) and pigments (60 - 96 %), thus allowing its reuse in new cultures. A. platensis was cultivated in treated medium using Erlenmeyer flasks, with the evaluation of parameters such as maximum cell concentration (Xm), chlorophyll content (Chl) and protein content in dry biomass (PTN). For simultaneous flocculation and adsorption with powdered activated carbon (PAC), two flocculants were used: ferric chloride (F) and ferric sulfate (S), as well as different contact times. In the simultaneous process of F flocculation and PAC adsorption, optimum conditions were: PAC = 24.4 mg L-1 and F = 20.3 mg L-1 for 30.4 min contact time; results were: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24.3 ± 0.1 mg g-1, PTN = 36.1 ± 0.6 %. Optimal conditions in the simultaneous process of S flocculation and PAC adsorption were: PAC = 40.0 mg L-1 and S = 32.8 mg L-1 for 36.1 min contact time; results were: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24.5 ± 0.6 mg g-1, PTN = 60.1 ± 0.6 %. In the sequential process of F flocculation followed by adsorption with granular activated carbon (GAC), optimal conditions were reached at GAC = 108.4 g and F = 10.0 mg L-1 for 30.8 min of residence time, at which Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35.4 ± 0.2 mg g-1 and PTNPTN = 44.9 ± 0.0 % were obtained. Moreover, medium treated at each optimal condition were also tested in tubular PBRs, reaching values of Xm, Chl and PTN higher than those obtained with standard medium. Furthermore, the simultaneous process of cell cultivation in tubular PBR and continuous adsorption of spent cultivation medium through GAC column removed 51 - 79 % of OM and pigments. It was showed that 75 % of treated medium in the feed medium does not cause significant decrease in cell productivity (PX) and results were: steady-state cell concentration (Xs) = 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42.0 ± 0.6 %, with 65 % reduction in medium price. At last, it can be inferred that the use of physicochemical processes in medium treatment is feasible for reuse in A. platensis cultivation, including that in tubular PBR, leading to considerable increase in chlorophyll and protein contents of the biomass obtained with treated medium.

Micro-organismos fotossintetizantes, incluído aqui o gênero Arthrospira, vêm sendo amplamente produzidos em larga escala em vários países, detendo um mercado que gera mais de 1 bilhão de dólares ao ano. A produção industrial utiliza grande volume de água com alta concentração salina para produzir milhares de toneladas de biomassa microalgal. É crescente a utilização de tratamento de águas por processo de separação por membranas, demonstrando ser uma técnica que gera água de ótima qualidade, de instalação compacta e de fácil automação. No presente trabalho, foi avaliada esta tecnologia para o reaproveitamento do meio de cultura em novos cultivos de micro-organismos fotossintetizantes, visando contribuir para a sustentabilidade deste processo produtivo. O efluente do cultivo de Arthrospira platensis oriundo de processo descontínuo em minitanques foi submetido a tratamento por membranas de filtração tangencial, incluindo microfiltração (MF) (porosidades de 0,65 µm e de 0,22 µm) e ultrafiltração (UF) (peso molecular de corte de 5.000 Da), em pressões transmembrana (TMP) de 22,5 a 90 kPa. Os processos de MF levaram a reduções médias de 53,9±1,3 % e 93,1±1,1 % de matéria orgânica natural (NOM) e pigmentos nos meios residuais, respectivamente. Com o uso de processos de UF, cujos meios foram previamente tratados por MF (0,22 µm e 22,5 kPa), as reduções médias de NOM e pigmentos foram de 57,2±0,5 % e 94,0±0,8 %, respectivamente. Os processos de MF com TMP de 22,5 kPa levaram a concentrações celulares máximas (Xm) equivalentes às obtidas com meio novo. O uso de membrana de 0,65 µm e TMP de 22,5 kPa levou a uma perda média de 2,9 %, 22,7 % e 16,4% dos nutrientes carbonato, fosfato e nitrato, respectivamente, mas a correção desses valores aos mesmos do meio padrão levou à obtenção dos mais altos valores de Xm (3586,6±80 mg L-1), produtividade em células (505,0±11,6 mg L-1 d-1) e fator de conversão de nitrogênio em células (29,6±0,7 mg mg-1). O teor protéico da biomassa foi estatisticamente igual ao da biomassa obtida de cultivo com meio padrão novo. Os dados deste trabalho evidenciam que processos de filtração por membrana são promissores para o reuso de meio de micro-organismos fotossintetizantes. / Photosynthetic microorganisms, including here the genus Arthrospira, have been produced worldwide in large scale, in a market which generates more than $ 1 billion a year. The industrial production uses huge volume of water with high salinity to produce thousands of tons of microalgal biomass. It is increasing the use of membrane separation process in water treatment, proving to be a technique that generates high quality water, compact and easy both installation and automation. In this study, it was evaluated this technology for the recycling of the culture medium to produce photosynthetic microorganisms, aiming to contribute to the sustainability of this production process. The effluent from Arthrospira platensis culture originating from batch process in laboratory-scale open raceway tanks was treated by tangential flow filtration with microfiltration (MF) (membrane pore size of 0.65 µm and 0.22 µm) and ultrafiltration (UF) (molecular weight cut-off of 5,000 Da), using transmembrane pressure (TMP) from 22.5 up to 90 kPa. MF processes led to average reductions of 53,9±1.3% and 93.1±1.1% of natural organic matter (NOM) and pigments in the exhausted media, respectively. With the use of UF process, whose media were pre-treated by MF (0.22 µm and 22.5 kPa), the average NOM and pigments reductions were 57.2±0.5% and 94.0±0.8%, respectively. The MF process with TMP of 22.5 kPa led to maximum cell concentrations (Xm) equivalent to those obtained with the new medium. The use of membrane of 0.65 µm under TMP of 22.5 kPa led to an average loss of 2.9%, 22.7% and 16.4% of the nutrients carbonate, phosphate and nitrate, respectively, but correcting the concentration of these nutrients to those values present in the standard medium led to obtain the highest Xm (3586.6±80 mg L-1), cell productivity (505.0±11.6 mg L-1 d-1) and nitrogen-to-cell conversion yield (29.6±0.7 cells mg mg-1). The protein content of this biomass was statistically equal to that one obtained from cultivation with standard new medium. Data from this study show that membrane filtration processes are promising for reuse media in cultivation of photosynthetic microorganisms.

Micro-organismos fotossintetizantes, incluído aqui o gênero Arthrospira, vêm sendo amplamente produzidos em larga escala em vários países, detendo um mercado que gera mais de 1 bilhão de dólares ao ano. A produção industrial utiliza grande volume de água com alta concentração salina para produzir milhares de toneladas de biomassa microalgal. É crescente a utilização de tratamento de águas por processo de separação por membranas, demonstrando ser uma técnica que gera água de ótima qualidade, de instalação compacta e de fácil automação. No presente trabalho, foi avaliada esta tecnologia para o reaproveitamento do meio de cultura em novos cultivos de micro-organismos fotossintetizantes, visando contribuir para a sustentabilidade deste processo produtivo. O efluente do cultivo de Arthrospira platensis oriundo de processo descontínuo em minitanques foi submetido a tratamento por membranas de filtração tangencial, incluindo microfiltração (MF) (porosidades de 0,65 µm e de 0,22 µm) e ultrafiltração (UF) (peso molecular de corte de 5.000 Da), em pressões transmembrana (TMP) de 22,5 a 90 kPa. Os processos de MF levaram a reduções médias de 53,9±1,3 % e 93,1±1,1 % de matéria orgânica natural (NOM) e pigmentos nos meios residuais, respectivamente. Com o uso de processos de UF, cujos meios foram previamente tratados por MF (0,22 µm e 22,5 kPa), as reduções médias de NOM e pigmentos foram de 57,2±0,5 % e 94,0±0,8 %, respectivamente. Os processos de MF com TMP de 22,5 kPa levaram a concentrações celulares máximas (Xm) equivalentes às obtidas com meio novo. O uso de membrana de 0,65 µm e TMP de 22,5 kPa levou a uma perda média de 2,9 %, 22,7 % e 16,4% dos nutrientes carbonato, fosfato e nitrato, respectivamente, mas a correção desses valores aos mesmos do meio padrão levou à obtenção dos mais altos valores de Xm (3586,6±80 mg L-1), produtividade em células (505,0±11,6 mg L-1 d-1) e fator de conversão de nitrogênio em células (29,6±0,7 mg mg-1). O teor protéico da biomassa foi estatisticamente igual ao da biomassa obtida de cultivo com meio padrão novo. Os dados deste trabalho evidenciam que processos de filtração por membrana são promissores para o reuso de meio de micro-organismos fotossintetizantes. / Photosynthetic microorganisms, including here the genus Arthrospira, have been produced worldwide in large scale, in a market which generates more than $ 1 billion a year. The industrial production uses huge volume of water with high salinity to produce thousands of tons of microalgal biomass. It is increasing the use of membrane separation process in water treatment, proving to be a technique that generates high quality water, compact and easy both installation and automation. In this study, it was evaluated this technology for the recycling of the culture medium to produce photosynthetic microorganisms, aiming to contribute to the sustainability of this production process. The effluent from Arthrospira platensis culture originating from batch process in laboratory-scale open raceway tanks was treated by tangential flow filtration with microfiltration (MF) (membrane pore size of 0.65 µm and 0.22 µm) and ultrafiltration (UF) (molecular weight cut-off of 5,000 Da), using transmembrane pressure (TMP) from 22.5 up to 90 kPa. MF processes led to average reductions of 53,9±1.3% and 93.1±1.1% of natural organic matter (NOM) and pigments in the exhausted media, respectively. With the use of UF process, whose media were pre-treated by MF (0.22 µm and 22.5 kPa), the average NOM and pigments reductions were 57.2±0.5% and 94.0±0.8%, respectively. The MF process with TMP of 22.5 kPa led to maximum cell concentrations (Xm) equivalent to those obtained with the new medium. The use of membrane of 0.65 µm under TMP of 22.5 kPa led to an average loss of 2.9%, 22.7% and 16.4% of the nutrients carbonate, phosphate and nitrate, respectively, but correcting the concentration of these nutrients to those values present in the standard medium led to obtain the highest Xm (3586.6±80 mg L-1), cell productivity (505.0±11.6 mg L-1 d-1) and nitrogen-to-cell conversion yield (29.6±0.7 cells mg mg-1). The protein content of this biomass was statistically equal to that one obtained from cultivation with standard new medium. Data from this study show that membrane filtration processes are promising for reuse media in cultivation of photosynthetic microorganisms.