Remoção de nutrientes de efluente suinícola acoplado à purificação de biogás por microalgas nativas de Scenedesmus spp. e Chlorella spp.

Abstract

O desenvolvimento de microalgas em águas residuais durante a ficorremediação oferece uma maneira barata de cultivo ao mesmo tempo em que reduz os custos com o tratamento e gera biomassa de alto valor agregado. A produtividade das microalgas, bem como a velocidade de consumo dos nutrientes, é limitada à quantidade de CO2 atmosférico (0,04% v/v), necessário para a fotossíntese. No cenário da suinocultura, o CO2 pode ser obtido diretamente de biodigestores, sendo que o biogás produzido nestes dispositivos é normalmente composto por 55-75% de CH4, 20-40% de CO2 e 1000-5000 ppmv de H2S. O biogás pode ser fornecido às microalgas durante a ficorremediação do efluente suinícola. Este trabalho avaliou os efeitos do biogás derivado dos efluentes da suinocultura sobre a velocidade de crescimento de um consórcio de microalgas nativas Chlorella spp. e Scenedesmus spp. em um fotobiorreator em escala laboratorial. Utilizando fotoperíodos de 12 e de 24 horas luz por dia, e biogás ou ar atmosférico como fonte de CO2, foram investigados os efeitos no crescimento do consórcio algal, com relação à remoção de N e P do digestato suinícola diluído e o efeito de purificação no biogás (remoção de CO2 e H2S). Os resultados mostram que a melhor condição foi a do fotoperíodo de 24 horas luz por dia com a utilização de biogás, apresentando crescimento microalgal de 141,8 ± 3,5 mg L-1 d-1, velocidade de remoção de N e de P de 21,2 ± 1,2 e 3,5 ± 2,5 mg L-1 d-1, respectivamente, e velocidade de remoção de CO2 de 219 ± 4,8 mg L-1 d-1. O pH das condições utilizando biogás foi controlado, apresentando variação de 6,2 à 8,8, e quando utilizou-se ar atmosférico, a variação foi de 8 à 11,6, assim, a utilização de biogás promoveu também a diminuição da concentração de amônia livre. O fósforo presente no efluente foi consumido rapidamente no início dos testes, contudo, este nutriente não foi limitante no crescimento das microalgas. O H2S presente no biogás foi efetivamente removido (>99%), entretanto, houve perdas de CH4 de até 18% v/v do biogás purificado e produção de O2 de até 25% v/v. A adição de acetato de sódio no meio de cultura controlou a dessorção de O2 ao biogás. Assim fica comprovado a melhoria do processo de ficorremediação do efluente suinícola utilizando o biogás como fonte de CO2 ocorrendo simultaneamente à purificação do biogás.<br>

Abstract : The proliferation of microalgae in wastewater during phytoremediation offers an inexpensive way of cultivation, at the same time reducing the costs of treatment and generates high added value biomass. The productivity of microalgae, as well as the nutrient uptake velocity, is limited to the amount of atmospheric CO2 (0.04% v/v) required for photosynthesis. In the scenarios of pig farming the CO2 can be obtained directly from digesters, and the biogas produced in these devices is usually composed of 55-75% CH4, 20-35% CO2 and H2S 1,000-5,000 ppmv. Biogas can be provided to microalgae during phycoremediation of pig effluent. This study evaluated the effects of secondary biogas from swine effluent on the growth rate of a consortium of native microalgae Chlorella spp. and Scenedesmus spp. in a photobiorreactor on laboratory scale. Photoperiod conditions were used for 12 and 24 hours light per day, using atmospheric air and biogas as a source of CO2, were investigated on the growth, the removal of N and P of the diluted pig digestate and the effect of purification of biogas (removal of CO2 and H2S). The results show that the best condition was the photoperiod of 24 hours light per day with use of biogas, leading microalgal growth of 141.8 ± 3.5 mg L-1 d-1, N and P removal rate of 21.2 ± 1.2 and 3.5 ± 2.5 mg L-1 d-1, respectively, and CO2 removal rate of 219 ± 4.8 mg L-1 d-1. The pH conditions using biogas was controlled ranging from 6.2 to 8.8, and using atmospheric air ranged from 8 to 11.6, thus, the use of biogas also promoted that the free ammonia concentration was lower. The phosphorus present in the effluent was rapidly consumed at the start of the test, but this is not limiting the growth of microalgae. H2S present in the biogas was effectively removed (> 99%), but there was a loss of CH4 up to 18% v/v of purified biogas and O2 production up to 25% v/v. The use of sodium acetate controlled the desorption of O2 in biogas. Thus it is demonstrated improvement of phycoremediation process of the pig effluent using the biogas as a source of CO2 occurring simultaneously with biogas purification.