Fotobioreator Flat Panel e Lagoa Raceway: avaliação do cultivo de microalgas nativas para tratamento e recuperação de nutrientes provenientes de esgoto sanitário anaeróbio de alta carga
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Data
2023-02-03
Autores
Orientador
Silva, Gustavo Henrique Ribeiro da 
Muñoz Torre, Raúl
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Civil e Ambiental - FEB
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Para superar as desvantagens associadas aos métodos utilizados no tratamento de esgoto sanitário convencional, o uso de microalgas tem sido estudado, pois proporciona um biotratamento terciário, com depuração de compostos orgânicos e inorgânicos, organismos patogênicos, fármacos e metais presentes no esgoto. Além disso, biomassa produzida pode ser utilizada para diversos fins, destacando-se a produção de biofertilizantes. O estudo analisou o comportamento de um FBR tipo Flat Panel (FBR-FP) e Lagoa Raceway (LR) em escala piloto e ao ar livre, operados em região de clima tropical, como alternativa para pós-tratamento de esgoto sanitário anaeróbio por um consórcio microalgal-bacteriano. O estudo foi dividido em 4 condições experimentais (CE) (2 com sombreamento de 50% e 2 com luz natural; e houve a contaminação por fármacos em uma CE de cada intensidade luminosa) com 3 bateladas com duração de 7 dias cada, totalizando 6 bateladas para cada CE. Em 4 bateladas de cada CE o monitoramento foi realizado no dia 0, dia 3 e dia 7; e em 2 bateladas o monitoramento foi diário. A diferença de intensidade luminosa e aplicação de fármacos não proporcionou diferença significativa para a maioria dos parâmetros analisados. A LR obteve maior remoção de demanda química de oxigênio dissolvida (DQOd) (máximo de 68% na L2) em comparação com o FBR-FP (máximo de 47% na S2). Em muitos momentos do estudo houve liberação de compostos carbonatos da biomassa a partir de 3 dias de operação principalmente no FBR-FP, aumentando a concentração de DQOd de ácidos orgânicos voláteis no efluente. Isto pode ter ocorrido pela escassez de carbono inorgânico devido ao rápido consumo de alcalinidade, causando a morte das microalgas. Além disso, em ambos os sistemas, as bactérias oxidantes de amônia e bactérias oxidantes de nitrito estavam bem adaptadas mantendo um processo de nitrificação completo e a competição entre bactérias e microalgas por alimentos pode ter prejudicado a comunidade microalgal em alguns momentos. O N-amoniacal foi removido significativamente no FBR-FP e LR (média de 85%) por nitrificação, assimilação microalgal e volatização da amônia. A atividade fotossintética permitiu a elevação do valor de pH apenas no FBR-FP, promovendo uma maior volatização da amônia no sistema fechado. Já os compostos fosfatados, apenas o FBR-FP removeu de forma satisfatória (até 60% para fosfato na L1) e a elevação do valor de pH pode ter contribuído para as maiores depurações em função da precipitação química do fósforo. Contudo, nos dois reatores o tempo de detenção hidráulico de 3 dias foi mais eficiente, pois também houve a liberação e compostos fosfatados presentes na biomassa a partir do dia 3. A produtividade de biomassa (PB) também foi prejudicada pela escassez de carbono com aumento da concentração e sólidos apenas até o dia 3 em ambos os reatores, sendo o FP-FBR se destacando com os melhores resultados para PB, densidade celular e clorofila-a e parâmetros de eficiência fotossintética. Contudo, os dois sistemas presentaram boa capacidade de remoção de E. coli e coliformes totais (entre 76 e 100%), indicando uma boa alternativa para tratamento terciário. Por fim, a partir da caracterização química da biomassa gerada nos dois sistemas, ela pode ser considerada uma opção viável como biofertilizante, pois atendeu a maioria dos requisitos exigidos pela norma vigente. O teste com inserção de CO2 na LR evidenciou que na presença de maior IL, o uso de CO2 foi necessário para obtenção de maior PB. O tratamento de esgoto sanitário com o FBR-FP e LR mostrou que, além de depurar os componentes que não foram removidos na etapa anaeróbia, gerou uma biomassa que pode contribuir para uma produção agrícola sustentável, equilíbrio dos ciclos biogeoquímicos e incorporação dos princípios da economia circular no setor de saneamento.
Resumo (inglês)
To overcome the disadvantages associated with the methods used in the conventional sanitary sewage treatment, the use of microalgae has been studied, as it provides a tertiary biotreatment, with the purification of organic and inorganic compounds, pathogenic organisms, pharmaceutical products and metals present in the sewage. In addition, the biomass produced can be used for various purposes, with emphasis on the production of biofertilizers. The study analyzed the behavior of a Flat Panel Photobioreactor (FP-PBR) and Raceway Pond (RP) on an outdoors pilot scale, operated in a tropical climate region, as an alternative for post-treatment of anaerobic sewage by a consortium microalgal-bacterial. The study was divided into 4 experimental conditions (EC) (2 with 50% shading and 2 with natural light; and there was pharmaceutical products contamination in an EC of each light intensity) with 3 batches lasting 7 days each, totaling 6 batches for each EC. In 4 batches of each EC, monitoring was performed on day 0, day 3 and day 7; and in 2 batches the monitoring was daily. The difference in light intensity and pharmaceutical products application did not provide a significant difference for most of the analyzed parameters. RP achieved greater dissolved chemical oxygen demand (CODd) removal (maximum 68% in L2) compared to FP-PBR (maximum 47% in S2). In many moments of the study, carbonate compounds were released from the biomass after 3 days of operation, mainly in the FP-PBR, increasing the CODd and volatile fatty acids concentration in the effluent. This may have occurred due to the inorganic carbon scarcity due to the alkalinity rapid consumption, causing the microalgae death. Furthermore, in both systems, ammonia-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria were well adapted, maintaining a complete nitrification process and the competition between bacteria and microalgae for food may have harmed the microalgal community. Ammonia-N was significantly removed in FP-PBR and RP (average 85%) by nitrification process, microalgal assimilation and ammonia volatilization. The photosynthetic activity allowed the pH value elevation only in FP-PBR, promoting a greater volatilization of ammonia in the closed system. As for phosphate compounds, only FP-PBR removed satisfactorily (up to 60% for phosphate in L1) and the pH value increase may have contributed to the higher removal due to the phosphorus chemical precipitation. However, in both reactors, the hydraulic detention time of 3 days was more efficient, as there was also the release of phosphate compounds present in the biomass from day 3 onwards. Biomass productivity (BP) was also impaired by carbon scarcity, with increased solids concentration only until day 3 in both reactors. However, FP-FBR standing out with the best results for PB, cell density, chlorophyll-a and photosynthetic efficiency parameters. Furthermore, both systems showed a good ability to E. coli and total coliforms remove (between 76 and 100%), indicating a good alternative for tertiary treatment. Finally, based on the chemical characterization of the biomass generated in the two systems, it can be considered a viable option as a biofertilizer, since it met most of the requirements demanded by the current regulation. The test with CO2 insertion in the RP showed that, in the presence of greater light intensity, the use of CO2 was necessary to obtain more BP. The sanitary sewage treatment with FP-PBR and RP showed that, in addition to purifying the componentes that were not removed in the anaerobic stage, it generated a biomass that can contribute to sustainable agricultural production, balance of biogeochemical cycles and incorporation of circulate economic principles in the sanitation sector.
Descrição
Idioma
Português
