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Título: Eletroflotação não-convencional aplicada à separação e ruptura celular de microalgas: um avanço na viabilidade da geração de biodiesel
Título em inglês: Electroflotation unconventional applied to break mobile and separation of microalgae: a breakthrough in generation feasibility of biodiesel
Autor(es): Silva, Anna Patricya Florentino de Souza
Orientador(es): Santos, André Bezerra dos
Coorientador(es): Costa, Mayara Carantino
Palavras-chave: Saneamento
Microalga
Lagoas de estabilização
Data do documento: 31-Jan-2013
Citação: SILVA, A. P. F. de S. (2013)
Resumo: Embora todas as etapas do processo de produção de biodiesel a partir de microalgas sejam essenciais, a separação e a ruptura celular da biomassa são particularmente importantes, uma vez que as tecnologias disponíveis para este fim apresentam elevados custos, comprometendo a viabilidade do aproveitamento energético. Este trabalho teve como objetivo apontar um sistema que conseguisse aliar a separação da biomassa algal de efluente de sistemas de lagoas de estabilização à ruptura celular, como uma alternativa de pré-tratamento para maximizar a extração de lipídios pelo método modificado de Bligh e Dyer; assim como estudar preliminarmente a comunidade fitoplanctônica presente para comparação dos rendimentos lipídicos. Um reator de eletroflotação não-convencional foi confeccionado para operar em batelada e em fluxo contínuo, utilizando-se eletrodos não consumíveis e baixa potência elétrica. A metodologia proposta foi comparada com técnicas tradicionalmente utilizadas para ruptura celular: autoclave, micro-ondas e ultrassom. Foram selecionadas seis estações de tratamento de esgotos (ETE) com diferentes configurações de lagoas de estabilização para análise dos gêneros fitoplanctônicos dominantes e do teor lipídico. Observou-se a separação da biomassa, sendo obtida eficiência de remoção de turbidez superior a 80% em 20 minutos de operação do reator em batelada. Entre os métodos de pré-tratamento tradicionais testados, o micro-ondas foi o que apresentou maior rendimento lipídico (33,7 ± 5,3%), diferente estatisticamente da autoclave (15,4 ± 2,26%) e ultrassom (13,3 ± 2,96%). Para a eletroflotação não-convencional o rendimento lipídico foi de 24,8 ± 7,05%, que não apresentou diferença estatística quando comparado ao micro-ondas. Entretanto, quando os custos energéticos foram considerados, a eletroflotação nãoconvencional apresentou um custo de 5,6 Wh.g-1, sendo menor que o obtido para o micro-ondas. Os gêneros de microalgas que predominaram nos efluentes analisados pertenciam às classes Chlorophyceae, Cyanophyceae e Euglenophyceae. Em uma análise quantitativa geral, os efluentes de todas as estações analisadas apresentaram rendimento lipídico entre 8,5 e 34,6%. Os efluentes das ETE Aquiraz e Tupã-Mirim apresentaram os maiores teores lipídicos (28,4 ± 6,3% e 23,1 ± 3,6%, respectivamente), sem diferença estatística (p=0,12). Os efluentes das ETE Araturi e Tabapuá apresentaram os menores potenciais lipídicos, sem diferença estatística entre eles (14,3 ± 5,9% e 15,6 ± 4,9%, respectivamente, p=0,68). A eletroflotação não-convencional mostrou-se como uma metodologia promissora para separação e ruptura das células de microalgas de efluentes de lagoas de estabilização, cujos potenciais lipídicos assemelharam-se aos obtidos a partir de biomassa microalgal cultivada em processos convencionais. Além disso, a metodologia desenvolvida neste trabalho soma um motivo para a separação e utilização da biomassa algal de lagoas de estabilização evitando, com isso, seu lançamento nos corpos d´água e garantindo um ganho econômico e ambiental, uma vez que visa o aproveitamento da biomassa para a produção de biocombustível, ao passo que minimiza impactos ambientais decorrentes da presença elevada desse material no ambiente.
Abstract: 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 ± 5.3%), followed by autoclave (15.4 ± 2.26%) and ultrasound (13.3 ± 2.96%). For non-conventional electroflotation methodology, lipid yield was 24.8 ± 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 ± 6.3% and 23.1 ± 3.6%, respectively), with no statistical difference (p = 0.12). Effluents of the WTP Araturi and Tabapuá achieved the lowest lipidic potential, with no statistical difference (14.3 ± 5.9% and 15.6 ± 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.
Descrição: SILVA, A. P. F. de S. Eletroflotação não-convencional aplicada à separação e ruptura celular de microalgas: um avanço na viabilidade da geração de biodiesel. 2013. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/5460
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