Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Embora todas as etapas do processo de produÃÃo de biodiesel a partir de microalgas
sejam essenciais, a separaÃÃo e a ruptura celular da biomassa sÃo particularmente
importantes, uma vez que as tecnologias disponÃveis para este fim apresentam elevados
custos, comprometendo a viabilidade do aproveitamento energÃtico. Este trabalho teve
como objetivo apontar um sistema que conseguisse aliar a separaÃÃo da biomassa algal
de efluente de sistemas de lagoas de estabilizaÃÃo à ruptura celular, como uma
alternativa de prÃ-tratamento para maximizar a extraÃÃo de lipÃdios pelo mÃtodo
modificado de Bligh e Dyer; assim como estudar preliminarmente a comunidade
fitoplanctÃnica presente para comparaÃÃo dos rendimentos lipÃdicos. Um reator de
eletroflotaÃÃo nÃo-convencional foi confeccionado para operar em batelada e em fluxo
contÃnuo, utilizando-se eletrodos nÃo consumÃveis e baixa potÃncia elÃtrica. A
metodologia proposta foi comparada com tÃcnicas tradicionalmente utilizadas para
ruptura celular: autoclave, micro-ondas e ultrassom. Foram selecionadas seis estaÃÃes
de tratamento de esgotos (ETE) com diferentes configuraÃÃes de lagoas de estabilizaÃÃo
para anÃlise dos gÃneros fitoplanctÃnicos dominantes e do teor lipÃdico. Observou-se a
separaÃÃo da biomassa, sendo obtida eficiÃncia de remoÃÃo de turbidez superior a 80%
em 20 minutos de operaÃÃo do reator em batelada. Entre os mÃtodos de prÃ-tratamento
tradicionais testados, o micro-ondas foi o que apresentou maior rendimento lipÃdico
(33,7 Â 5,3%), diferente estatisticamente da autoclave (15,4 Â 2,26%) e ultrassom (13,3
 2,96%). Para a eletroflotaÃÃo nÃo-convencional o rendimento lipÃdico foi de 24,8 Â
7,05%, que nÃo apresentou diferenÃa estatÃstica quando comparado ao micro-ondas.
Entretanto, quando os custos energÃticos foram considerados, a eletroflotaÃÃo nÃoconvencional
apresentou um custo de 5,6 Wh.g-1, sendo menor que o obtido para o
micro-ondas. Os gÃneros de microalgas que predominaram nos efluentes analisados
pertenciam Ãs classes Chlorophyceae, Cyanophyceae e Euglenophyceae. Em uma
anÃlise quantitativa geral, os efluentes de todas as estaÃÃes analisadas apresentaram
rendimento lipÃdico entre 8,5 e 34,6%. Os efluentes das ETE Aquiraz e TupÃ-Mirim
apresentaram os maiores teores lipÃdicos (28,4 Â 6,3% e 23,1 Â 3,6%, respectivamente),
sem diferenÃa estatÃstica (p=0,12). Os efluentes das ETE Araturi e TabapuÃ
apresentaram os menores potenciais lipÃdicos, sem diferenÃa estatÃstica entre eles (14,3
 5,9% e 15,6  4,9%, respectivamente, p=0,68). A eletroflotaÃÃo nÃo-convencional
mostrou-se como uma metodologia promissora para separaÃÃo e ruptura das cÃlulas de
microalgas de efluentes de lagoas de estabilizaÃÃo, cujos potenciais lipÃdicos
assemelharam-se aos obtidos a partir de biomassa microalgal cultivada em processos
convencionais. AlÃm disso, a metodologia desenvolvida neste trabalho soma um motivo
para a separaÃÃo e utilizaÃÃo da biomassa algal de lagoas de estabilizaÃÃo evitando, com
isso, seu lanÃamento nos corpos dÂÃgua e garantindo um ganho econÃmico e ambiental,
uma vez que visa o aproveitamento da biomassa para a produÃÃo de biocombustÃvel, ao
passo que minimiza impactos ambientais decorrentes da presenÃa elevada desse material
no ambiente. / Although all stages on the production of biodiesel from microalgae cells are essential,
harvest and cell disruption biomass are particularly important, since the available
technologies for this purpose present high cost, compromising energy recovery
viability. This study aimed to develop a system that could combine separation of algal
biomass from wastewater stabilization pond systems to cell disruption as an alternative
of pretreatment to maximize total lipids extraction by the modified method of Bligh and
Dyer, as well as perform a preliminary study of the phytoplankton for comparison of
lipid content. A non-conventional electroflotation reactor was designed to operate in
batch and continuous flow, using non-consumable electrodes and low electrical power.
The proposed methodology was compared to traditional techniques used for cell
disruption: autoclave, microwave and ultrasound. Six Wastewater Treatment Plant
(WTP) with different pond configuration were selected for analysis of the dominant
phytoplankton genera and lipid content. Biomass separation was achieved, with
turbidity removal efficiency exceeding 70% in 20 minutes of operation with the batch
reactor. Among the traditional pretreatment methods tested, the microwave showed the
highest lipid yield (33.7 Â 5.3%), followed by autoclave (15.4 Â 2.26%) and ultrasound
(13.3 Â 2.96%). For non-conventional electroflotation methodology, lipid yield was
24.8 Â 7.05%, which showed no statistical difference when compared to the microwave
method. However, when energy cost was considered, non-conventional electroflotation
presented a cost of 5.6 Wh.g-1, which was smaller than that obtained by the microwave
method. The predominant microalgae genera in the analyzed effluents belonged to the
classes Chlorophyceae, Cyanophyceae and Euglenophyceae. In a general quantitative
analysis, the effluents from the analyzed ponds presented lipid yield between 8.5 and
34.6%. Effluents of the WTP Aquiraz and TupÃ-Mirim achieved the highest lipid
content (28.4 Â 6.3% and 23.1 Â 3.6%, respectively), with no statistical difference (p =
0.12). Effluents of the WTP Araturi and Tabapuà achieved the lowest lipidic potential,
with no statistical difference (14.3 Â 5.9% and 15.6 Â 4.9%, respectively, p = 0.68).
Non-conventional electroflotation proved to be a promising methodology for harvesting
and cell disruption of microalgae provided by effluent stabilization ponds, whose
potential lipid resembled those obtained from microalgal biomass cultivated in
conventional processes. Furthermore, the methodology developed in this work adds a
reason for the harvesting and utilization of algal biomass from waste stabilization ponds
avoiding, thus, its release into water bodies and ensuring an environmental and
economic gain, since it aims the use of biomass for biofuel production, while
minimizing environmental impacts due to elevated presence of this material on the
environment.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:6346 |
| Date | 31 January 2013 |
| Creators | Anna PatrÃcya Florentino de Souza Silva |
| Contributors | Andrà Bezerra dos Santos, Mayara Carantino Costa, Fernando Josà AraÃjo da Silva, Ricardo Franci Goncalves |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia Civil, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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