Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Université Claude Bernard. 2009

Neste trabalho de mestrado, investigou-se o desempenho de membranas poliméricas de microfiltração para retenção de microalgas (Chlorella sorokiniana) em um fotobiorreator com capacidade volumétrica de 3,5 L, alimentado por um fluxo contínuo de nutrientes com pH 7,0 em condições controladas de temperatura (21°C no meio de cultura e 24°C no meio), borbulhamento de ar e luminosidade (2500 lux, em fotoperíodo de 12/12 horas claro/escuro). Membranas comerciais de tamanho médio de poros 0,8, 1,2, 3,0 e 5,0 μm foram testadas pelo tempo suficiente para esgotamento do limite da permeação da membrana. A concentração das microalgas no fotobiorreator foi analisada através de densidade óptica (espectofotometria) ao número de células (contagem de unidades de células em lâminas do tipo Fuchs Rosenthal - Microscopia Óptica) das amostras de concentrado e permeado. O fenômeno físico de polarização sobre a superfície da membrana está diretamente relacionado ao desempenho da mesma na retenção de microalgas, portanto, fotomicrografias (MEV) da membrana antes e após a microfiltração foram analisadas e comparadas. Para analisar a composição química das microalgas, bem como sua afinidade com as membranas, foram investigadas a composição e a caracterização do fenômeno químico sobre a superfície da membrana, por análise de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX). Análises das diferentes fases de crescimento das algas e seus componentes foram feitas em amostras secas a 40°C, através de análise elementar e análises térmicas (TG- Análise Termogravimétrica e DTA- Análise Térmica Diferencial). Os resultados experimentais obtidos neste trabalho permitiram concluir que o uso de membranas de microfiltração em fotobiorreator proporciona a retenção das microalgas, o que contribui para o aumento da concentração da biomassa algal, permitindo a manipulação da sua composição de acordo com as condições pelas quais estes microrganismos são submetidos. / This dissertation investigates the performance of polymeric microfiltration membranes for microalgae retention (Chlorella sorokiniana) in photobioreactor with a volumetric capacity of 3.5 L. The reactor is fed by a continuous flow of nutrients under controlled conditions of pH (7,0) and the temperature (21°C in culture medium and 24°C in the environment), bubbling air and light (2500 lux, with a photoperiod of 12/12 hour light/dark). Commercial membranes of the average pore sizes of 0.8, 1.2, 3.0 and 5.0 μm were tested by depletion of time sufficient to limit the permeation of the membranes. The microalgae concentration in the photobioreactor was analyzed by optical density (spectrophotometry) and number of cells (cell units count on Fuchs Rosenthal type plates-Optical Microscopy). The physical phenomenon of polarization on the surface of the membrane is directly related to its performance in the retention of microalgae therefore micrographs (SEM) of the membrane before and after the microfiltration were compared to identify the chemical affinity between the membranescomposition and the microalgae. The chemical phenomenon on the membrane surface was characterized by Energy Dispersive Analysis of X-ray (EDX). The different phases of the growth of algae and their components were measured in samples dried at 40°C, by elemental analysis and thermal analysis (TG-DTA-Thermogravimetric analysis and differential thermal analysis). The experimental results indicate that the use of microfiltration membranes provides the retention of microalgae, contributing to the increase in the concentration of algal biomass and allowing the manipulation of the composition according to the conditions under which these microrganisms are subjected.

Neste trabalho de mestrado, investigou-se o desempenho de membranas poliméricas de microfiltração para retenção de microalgas (Chlorella sorokiniana) em um fotobiorreator com capacidade volumétrica de 3,5 L, alimentado por um fluxo contínuo de nutrientes com pH 7,0 em condições controladas de temperatura (21°C no meio de cultura e 24°C no meio), borbulhamento de ar e luminosidade (2500 lux, em fotoperíodo de 12/12 horas claro/escuro). Membranas comerciais de tamanho médio de poros 0,8, 1,2, 3,0 e 5,0 μm foram testadas pelo tempo suficiente para esgotamento do limite da permeação da membrana. A concentração das microalgas no fotobiorreator foi analisada através de densidade óptica (espectofotometria) ao número de células (contagem de unidades de células em lâminas do tipo Fuchs Rosenthal - Microscopia Óptica) das amostras de concentrado e permeado. O fenômeno físico de polarização sobre a superfície da membrana está diretamente relacionado ao desempenho da mesma na retenção de microalgas, portanto, fotomicrografias (MEV) da membrana antes e após a microfiltração foram analisadas e comparadas. Para analisar a composição química das microalgas, bem como sua afinidade com as membranas, foram investigadas a composição e a caracterização do fenômeno químico sobre a superfície da membrana, por análise de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX). Análises das diferentes fases de crescimento das algas e seus componentes foram feitas em amostras secas a 40°C, através de análise elementar e análises térmicas (TG- Análise Termogravimétrica e DTA- Análise Térmica Diferencial). Os resultados experimentais obtidos neste trabalho permitiram concluir que o uso de membranas de microfiltração em fotobiorreator proporciona a retenção das microalgas, o que contribui para o aumento da concentração da biomassa algal, permitindo a manipulação da sua composição de acordo com as condições pelas quais estes microrganismos são submetidos. / This dissertation investigates the performance of polymeric microfiltration membranes for microalgae retention (Chlorella sorokiniana) in photobioreactor with a volumetric capacity of 3.5 L. The reactor is fed by a continuous flow of nutrients under controlled conditions of pH (7,0) and the temperature (21°C in culture medium and 24°C in the environment), bubbling air and light (2500 lux, with a photoperiod of 12/12 hour light/dark). Commercial membranes of the average pore sizes of 0.8, 1.2, 3.0 and 5.0 μm were tested by depletion of time sufficient to limit the permeation of the membranes. The microalgae concentration in the photobioreactor was analyzed by optical density (spectrophotometry) and number of cells (cell units count on Fuchs Rosenthal type plates-Optical Microscopy). The physical phenomenon of polarization on the surface of the membrane is directly related to its performance in the retention of microalgae therefore micrographs (SEM) of the membrane before and after the microfiltration were compared to identify the chemical affinity between the membranescomposition and the microalgae. The chemical phenomenon on the membrane surface was characterized by Energy Dispersive Analysis of X-ray (EDX). The different phases of the growth of algae and their components were measured in samples dried at 40°C, by elemental analysis and thermal analysis (TG-DTA-Thermogravimetric analysis and differential thermal analysis). The experimental results indicate that the use of microfiltration membranes provides the retention of microalgae, contributing to the increase in the concentration of algal biomass and allowing the manipulation of the composition according to the conditions under which these microrganisms are subjected.