Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Dentre as diversas etapas para a transformaÃÃo de microalgas em biodiesel, os processos de separaÃÃo e a ruptura celular dessa 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 geral estudar os mecanismos envolvidos na separaÃÃo e ruptura simultÃneas de biomassa algal pelo uso da tecnologia de eletroflotaÃÃo por corrente alternada (EFCA), com objetivo principal de extrair o conteÃdo lipÃdico da biomassa algal, assim como verificar o potencial da tecnologia na remoÃÃo de nutrientes de efluentes de lagoas de estabilizaÃÃo. Foram realizados ensaios de coagulaÃÃo/floculaÃÃo em jar test com coagulantes sintÃticos (FeCl3 e Al2(SO4)3) e orgÃnicos (Tanfloc SG e SL) com o objetivo de avaliar a decantaÃÃo quimicamente assistida na separaÃÃo de biomassa algal. Foi desenvolvido um reator de EFCA para operar em batelada, utilizando-se eletrodos nÃo consumÃveis e baixa potÃncia elÃtrica. Foi avaliado o seu potencial de separaÃÃo com e sem o auxÃlio dos mesmos coagulantes utilizados nos testes de jarro e, em seguida, buscou-se variar as frequÃncias de operaÃÃo do conjunto de eletrodos com o objetivo de verificar a condiÃÃo Ãtima para separaÃÃo e rompimento celular das microalgas. Foi tambÃm avaliada a capacidade desta metodologia na remoÃÃo de nutrientes presentes nos efluentes e elucidar os mecanismos envolvidos. Foi possÃvel a remoÃÃo de biomassa algal tanto por meio da decantaÃÃo quimicamente assistida quanto pela EFCA, sendo que a segunda à mais atrativa nÃo somente pelas eficiÃncias de remoÃÃo de turbidez e clorofila-a encontradas, como tambÃm pela nÃo necessidade aparente de utilizaÃÃo de coagulantes, o que traz economia ao processo e facilita a reutilizaÃÃo da biomassa algal. A EFCA mostrou-se ainda capaz de promover com eficiÃncia o rompimento celular das microalgas e fazer com que os lipÃdeos liberados se aderissem à biomassa algal separada pelo processo. Foi possÃvel alcanÃar um rendimento lipÃdico de atà 14% em peso de massa seca, mesmo os estudos tendo sido realizados com uma matriz diversa de microalgas proveniente das lagoas de estabilizaÃÃo. O estudo dos mecanismos envolvidos revelou a boa capacidade do sistema em gerar gÃs hidrogÃnio, o qual alÃm de ajudar na separaÃÃo das microalgal pode tornar futuramente o processo energeticamente sustentÃvel. AlÃm disso, foi verificada a geraÃÃo de espÃcies oxidantes que ajudam tanto o processo de separaÃÃo quanto possivelmente de ruptura celular. O efeito de diferentes frequÃncias de vibraÃÃo nos rendimentos lipÃdicos encontrados nÃo foi aparente. Buscou-se ainda a elucidaÃÃo dos mecanismos de remoÃÃo de fÃsforo total, o que provavelmente se deu pela formaÃÃo de
ferro durante o processo, cujos valores ficaram na ordem de 2,5 mg/L depois de 70 minutos de batelada. JÃ para a remoÃÃo de amÃnia, possivelmente o mecanismo foi de oxidaÃÃo indireta da amÃnia atravÃs do excesso de Ãcido hipocloroso como a forma predominante de conversÃo da mesma em nitrogÃnio gasoso, o qual ajuda no processo de separaÃÃo. A utilizaÃÃo de microalgas diretamente de lagoas de estabilizaÃÃo mostrou-se uma potencial alternativa aos processos de obtenÃÃo de biomassa tradicionalmente utilizados (fotobiorreator e lagoas do tipo raceway), sendo que a tecnologia proposta se mostrou atrativa para todos processos que demandem separaÃÃo algal. / Among the various steps for microalgae transformation in biodiesel, the harvesting and cell disruption processes are particularly important, since technologies available for this purpose have usually high costs, undermining the energy recovery viability. This work studied the mechanisms involved in the simultaneous harvesting and cell disruption of microalgae using electroflotation by alternating current (EFCA), as well as to investigate the system capacity on nutrients removal from waste stabilization ponds effluents. Coagulation/flocculation tests were performed using synthetic (FeCl3 e Al2(SO4)3) and organic (Tanfloc SG e SL) coagulants to evaluate the chemically assisted sedimentation of the algal biomass. The EFCA reactor was designed to operate in batch, using non-consumable electrodes and low electrical power, and evaluated the harvesting potential in the presence and absence of coagulants. After this, experiments were performed varying the electrode frequency to verify the optima condition for simultaneous harvesting and cell disruption of microalgae. The system capacity in terms of nutrients removal was also investigated as well as the mechanisms involved. It was possible to remove algae biomass both using chemically assisted sedimentation and EFCA. However, the electrolytic technology is more attractive, not only for the turbidity and chlorophyll-a efficiencies founded, but also because there is no apparent need of coagulants, which makes the process cheaper and facilitates the microalgae biomass reuse. The EFCA was even able to promote the cell disruption of microalgae and the liberated lipids were able to attach to the algal biomass separated by the process. A lipid yield of 14 % in terms of dry matter was found, even when a complex matrix from waste stabilization ponds was used. The study of the mechanisms involved in EFCA revealed the good system ability to generate hydrogen gas, which contributes to microalgae harvesting and can make the process even more sustainable under an energetic perspective. Furthermore, the generation of oxidant species was found which helps the harvesting and cell disruption process. The effect of different vibration frequencies in the lipid yield was not apparent. We sought to elucidate the mechanisms involved on total phosphorus removal, and probably the removal was due to iron formation in the process, in which the concentrations were close to 2.5 mg/L after 70 minutes batch time. In terms of ammonia removal, possibly the mechanism was an indirect oxidation by excess of hypochlorous acid to form nitrogen gas, which helps the separation process. The use of microalgae from stabilization ponds showed a potential alternative for the processes traditionally used nowadays for
microalgae production (photobioreactor and raceway ponds), and showed to be attractive to all processes that demand microalgae harvesting.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:7508 |
| Date | 08 November 2013 |
| Creators | Riamburgo Gomes de Carvalho Neto |
| Contributors | Andrà Bezerra dos Santos, Mayara Carantino Costa, Eliezer Fares Abdala Neto, Silvano Porto Pereira |
| 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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