Imobilização de microalgas em polímeros orgânicos e inorgânico para remoção de nutrientes

Abstract

A população mundial tem crescido nas últimas décadas, exigindo mais alimentos, produtos e outros bens de consumo. Como resultado, as indústrias têm gerado mais efluentes com altas concentrações de contaminantes químicos e biológicos. Os efluentes, dependendo do tipo de indústria, podem conter altas concentrações de nutrientes como compostos nitrogenados e fosforados. O tratamento inadequado desses efluentes pode aumentar os níveis de nitrogênio e fósforo nos corpos hídricos, causando um fenômeno chamado eutrofização. Por isso, o tratamento de efluente por microalgas tem mostrado resultados promissores, devido às microalgas absorverem esses nutrientes para sua sobrevivência. Um exemplo de indústria que gera alto volume de efluentes contendo compostos nitrogenados é a indústria do couro (curtumes), devido ao alto consumo de água, produtos químicos e pele bovina a ser processada. No entanto, para o tratamento de efluentes por microalgas, a colheita das microalgas é necessária, o que limita sua aplicação. A imobilização de microalgas em polímeros pode ser uma boa alternativa para aplicação no tratamento de efluentes facilitando a colheita das mesmas. Por isso, o objetivo deste estudo é avaliar o uso de biopolímeros e polímero inorgânico para imobilização de microalgas, o crescimento e viabilidade das microalgas imobilizadas, e avaliar a remoção de nutrientes presentes em efluentes. No primeiro estudo, as microalgas Chlorella sp. e Scenedesmus sp. foram imobilizadas, em diferentes concentrações, em polímero inorgânico, sílica sol-gel e o álcool gerado pela síntese foi eliminado por evaporação. As microalgas foram cultivadas por 72 h para posterior emprego em efluentes de ribeira do processamento do couroe foi avaliada remoção de nitrogênio e carbono. Os resultados mostraram que para microalgas imobilizadas, a melhor remoção de carbono orgânico foi de 65% para Chlorella sp. e 53% para Scenedesmus sp. Em um segundo estudo, Chlorella vulgaris, em três diferentes concentrações iniciais, C1, C2 e C3, foi imobilizada em um biopolímero, alginato de cálcio, para avaliar a concentração de microalgas, a intensidade de fluorescência da clorofila e a remoção de nutrientes em comparação com microalgas suspensas. Na concentração inicial de C. vulgaris imobilizada C3 de 2,95.107 ± 9,81.105 cell.mL-1 ,cresceu de forma semelhante às microalgas suspensas. Já a intensidade da clorofila foi maior para C2, 1,75.106 ± 5,09.105 cell.mL-1 . A remoção de nutrientes para microalgas imobilizadas, nas concentrações C2 e C3, foi maior do que para microalgas suspensas nos primeiros 3 dias de experimento. Ao final do experimento, após 7 dias, a remoção foi de 100% de nitrato e 96% de fosfato para C3. O último estudo investigou a microalga imobilizada em uma mistura de biopolímeros, alginato (A) mais pectina (PECT) ou carboximetilcelulose (CMC) em diferentes concentrações, avaliando a viabilidade celular e a remoção de nutrientes. A concentração de alginato foi de 2,0 %, e os aditivos Pectina e CMC variaram de 1,0 %, 1,5 % e 2,0 %. As microalgas em APECT 1,0% cresceram mais de 25% em comparação com as microalgas imobilizadas apenas em alginato (A). O menor crescimento da C. vulgaris foi para APECT 2,0%. A remoção foi efetiva com a mistura de biopolímeros, APECT e ACMC nas concentrações 1,0% e 2,0%. Para fosfato, a maior remoção foi de 95% para ACMC 2,0% e 86% para APECT 2,0%. Para nitrato foi removido 100% em microalga em ACMC 1,0% e 1,5 e em APECT 1,0% foi de 98%.

The population has grown in recent decades, demanding more food, products and other consumables. As a result, industries have generated more effluent and wastewater that contain a high concentration of chemical and biological contaminants. Inadequate treatment of wastewater can increase levels of nitrogen and phosphorus in the water systems, causing a phenomenon called eutrophication. The wastewater, depending on the type of industry, contains high concentrations of nutrients such as nitrogenated compounds. Therefore, wastewater treated by microalgae has shown promising results. An example of an industry that generates a high volume of wastewater is from the tannery industry due to requires high consumption of water and chemicals in the process. However, after treatment, harvesting microalgae is required, and their application is limited. The immobilisation of microalgae in polymers can be a good alternative for application in wastewater treatment to remove pollutants and help harvest microalgae. For that reason, this study aims to evaluate the use of organic and inorganic polymers for microalgae immobilisation, the microalgae growth and viability of immobilised microalgae, and to evaluate the removal of nutrients present in wastewater. In the first study, Chlorella sp. e Scenedesmus sp. microalgae were immobilised, in different initial concentrations, in an inorganic polymer, silica sol-gel which the alcohol generated by the synthesis was eliminated by evaporation, cultivated for 72h in beamhouse wastewater evaluating nutrients removal, nitrogen and carbon. The results showed that for immobilised microalgae, the best removal was 65% for Chlorella sp. and 53% for Scenedesmus sp. for inorganic carbon. However, the removal rate for total organic carbon and total nitrogen was higher for Chlorella sp. in suspension. In addition, the immobilised Scenedesmus sp. showed higher removal rates for total nitrogen, ammonium nitrogen and inorganic carbon. In a second study, Chlorella vulgaris, in different initial concentrations, was immobilised in an organic polymer, calcium alginate, to evaluate microalgae growth and the removal of nutrients compared to suspended microalgae. The initial concentration of immobilised C. vulgaris 2.95.107 ± 9.81.105 cell.mL-1 , C3, grew similarly to suspended microalgae. However, chlorophyll intensity was more intense for C2, 1.75.106 ± 5.09.105 cell.mL-1 . The removal of nutrients for immobilised microalgae, C2 and C3 concentrations, was higher than suspended microalgae in the first 3 days of the experiment. At the end of the experiment, after 7 days, the total removal was 100% nitrate and 96% phosphate for C3. The last study investigated the microalgae immobilised in a mixture of polymers, alginate (A) plus pectin (PECT) or carboxymethyl cellulose (CMC), in different concentrations, assessing cell viability and nutrient removal. The alginate concentration was 2.0 %, and the additives varied of 1.0 %, 1.5 % and 2.0 %. C. vulgaris in APECT 1.0% grew over 25% compared to microalgae immobilised in alginate only (A). The lowest microalgae growth was for APECT (2.0%). The removal was effective with the blend of biopolymers, APECT e ACMC at a concentration of 1,0% e 2,0%. For phosphate, the highest removal of immobilised microalgae was 95% for ACMC 2.0% and 86% for APECT 2.0%. For nitrate, the microalgae in ACMC 1.0% and 1.5% removed 100%, and in APECT 1.0% was 98%.