ESTUDO DO CRESCIMENTO DA MICROALGA CHLORELLA

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Thiago Domingos Rodrigues
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1 ESTUDO DO CRESCIMENTO DA MICROALGA CHLORELLA VULGARIS NUMA ÁGUA RESIDUAL TRATADA, SOB DIFERENTES CONDIÇÕES DE FOTOPERÍODO E TEMPERATURA DAVID RUSSO Orientador: Professor Doutor Nuno Lapa Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia Lisboa 2011

2 Introdução A ficologia considera que qualquer organismo que contém clorofila a e um talo, não diferenciado em raízes, caule e folhas, é uma alga. Na ficologia aplicada, o termo microalga refere-se estritamente a algas microscópicas e às bactérias fotossintéticas aeróbias, as cianobactérias; O seu crescimento ocorre em função de muitos factores; A luz e a temperatura são fundamentais. 2

3 Introdução Compostos Inorgânicos + Luz Fotossíntese Lípidos Amido Pigmentos Biomassa Biodiesel Bioetanol Corantes Nutrição Biometano Substâncias Químicas Fertilizante 3

4 Introdução CO 2 Sequestrado Água Residual Água Residual Depurada Cultura de Microalgas Substâncias com valor comercial 4

5 Introdução A Chlorella vulgaris é uma microalga que actualmente é cultivada a nível mundial; Tem potencial para produção de lípidos, absorção de nutrientes e grande adaptabilidade; A escolha para este ensaio deve-se ao fácil cultivo e manutenção, grande versatilidade, elevada capacidade de produção de biomassa e de absorção de nutrientes. 5

6 Introdução Estudar o efeito do tipo de mistura no crescimento das microalgas; Estudar a cinética de crescimento da microalga Chlorella vulgaris numa água residual e num meio sintético; Estudar a cinética de crescimento sob diferentes condições de luminosidade e temperatura; Avaliar a taxa de remoção dos nutrientes N e P no decurso do crescimento microalgal. 6

7 As águas residuais foram recolhidas na ETAR de Fernão Ferro, a qual é explorada pela empresa Simarsul; Introdução Figura 1 Interior da ETAR de Fernão Ferro 7

8 Ensaios A e B Preliminar Introdução Temperatura 20 C Intensidade luminosa 3500/4000 lux Fotoperíodo 12h (luz) /12h (escuro) Meio de cultura Meio mineral sintético no estado líquido e água residual colhida na ETAR de Fernão Ferro Ensaios C e D Condições de Verão Temperatura - 20 C Intensidade luminosa 3500/4000 lux Fotoperíodo 12h (luz) /12h (escuro) Meios de cultura - Meio mineral sintético no estado líquido e água residual colhida na ETAR de Fernão Ferro Ensaios E e F Condições de Inverno Temperatura 10 C; Intensidade luminosa 3500/4000 lux Fotoperíodo 6h (luz) /18h (escuro) Meios de cultura - Meio mineral sintético no estado líquido e água residual colhida na ETAR de Fernão Ferro 8

9 Inóculo de 400 ml da cultura em balões erlenmeyer de 500 ml; Introdução Sistema de injecção de ar nos Ensaios C, D, E, e F de modo a simular as condições de um reactor air-lift. Ensaios A e B apenas utilizaram a agitação orbital; Figura 2 Sistema de crescimento utilizado nos ensaios que simulavam as condições de Verão e Inverno 9

10 Azoto (NO 3 e NO 2 ) Método espectrofotométrico. Introdução Fósforo (PO 3 4- ) Método espectrofotométrico do ácido ascórbico e molibdato de amónio. Sólidos Suspensos Totais Método gravimétrico; Membrana filtrante marca Pall com porosidade de 0,20 μm e diâmetro de 47 mm. Densidade Óptica Medições diárias num espectrofotómetro da marca Jenway, modelo

11 Quadro 1 Comparação das composições dos meios utilizados nos ensaios Introdução Parâmetro Unidades Água Meio Residual* Sintético ph Sorensen 6,93 7,5 Oxigénio dissolv. mg O 2.l -1 4,21 nd Potencial redox mv 153 nd Condutividade μs.cm nd CQO mg O 2.l -1 32,9 <10 CBO 5 (20) mg O 2.l -1 4 <1 SST mg.l ,6 N-Kjeldahl mg N.l -1 <1,12 <1,12 NO - 3 mg NO 3.l NO - 2 mg NO 2.l -1 9,2 1,2 Ortofosfatos mg P.l -1 11,5 23 P-total mg P.l -1 13,1 nd *Média de 3 caracterizações nd: não determinado 11

12 DO/DO0 DO/DO0 Introdução C Tempo (dias) D Tempo (dias) Figura 3 Comparação entre o crescimento no meio sintético (C) e na água residual tratada (D) 12

13 DO/DO0 DO/DO0 Introdução A Tempo (dias) C Tempo (dias) 13 Figura 4 Comparação entre o crescimento sem arejamento (A) e com arejamento (C)

14 DO/DO0 DO/DO C Introdução Tempo (dias) E Tempo (dias) 14 Figura 5 Comparação entre o crescimento nas condições de Verão (C) e nas condições de Inverno (E)

15 ln (DO/DO0) ln (DO/DO0) 5,0 4,0 y = 0,253x + 1,254 R² = 0,9773 3,0 Introdução 2,0 1,0 0,0 5,0 4, Tempo (dias) y = 0,657x + 0,211 R² = 0,9747 A 3,0 2,0 1,0 0, Tempo (dias) C 15 Figura 6 Linearização das fases exponenciais das curvas de crescimento

16 P (mg/l) N (mg/l) C Introdução Tempo (dias) C Tempo (dias) 16 Figura 7 Evolução do Azoto e Fósforo ao longo do tempo de ensaio

17 Quadro 2 Taxas específicas de crescimento e taxas de remoção de azoto e fósforo para cada meio de cultura e cada condição de incubação Ensaio µ (d -1 ) µ b (d -1 ) % remoção N % remoção P Introdução Ensaio A 0,253 n.d. n.d. n.d. Ensaio B 0,496 n.d. n.d. n.d. Ensaio C 0,657 0, Ensaio D 0,430 0, Ensaio E 0,166 0, Ensaio F 0,176 0, Ensaio A - Ensaio Preliminar de cultivo em meio ISO 6892 Ensaio B - Ensaio Preliminar de cultivo na água residual tratada Ensaio C - Ensaio de cultivo em condições de Verão no meio ISO 6892 Ensaio D - Ensaio de cultivo em condições de Verão na água residual tratada Ensaio E - Ensaio de cultivo em condições de Inverno no meio ISO 6892 Ensaio F - Ensaio de cultivo em condições de Inverno na água residual tratada 17

18 Quadro 3 Taxas volumétricas de formação de biomassa (TVSST) e de consumo de nutrientes (TVN e TVP) Introdução Ensaio TVSST (mg SST.l -1.d -1 ) TVN (mg N.l -1.d -1 ) TVP (mg P.l -1.d -1 ) Ensaio A n.d. n.d. n.d. Ensaio B n.d. n.d. n.d. Ensaio C 67,27 1,85 0,42 Ensaio D 56,97 2,58 1,03 Ensaio E 12,93 1,19 0,08 Ensaio F 19,31 0,86 0,15 nd: não determinado 18

19 Introdução O ensaio que decorreu sob condições de Verão mostrou um domínio inicial da microalga Chlorella vulgaris, mas, no seu final, a microalga dominante era do género Chlamydomonas 19

20 Introdução Figura 8 - Imagens obtidas da cultura-mãe após 6 dias de incubação. A Chlorella vulgaris (ampliação 400x); B Scenedesmus sp. e Chlorella vulgaris (ampliação 400x); C Scenedesmus sp (ampliação 400x) Figura 9 - Imagem de um protozoário ciliado na água residual inoculada, após 14 dias de incubação (ampliação 400x) 20

21 Introdução Figura 10 Alteração de dominância de espécie na água residual no ensaio D 21

22 Introdução A alteração do sistema de agitação provocou uma melhoria no sistema de crescimento das microalgas; Os valores de crescimento registados foram superiores no meio de cultura sintético; As taxas de remoção de nutrientes foram superiores na água residual tratada; 22

23 Introdução As condições de Verão promoveram o crescimento. As condições de Inverno limitaram significativamente o crescimento da população de microalgas; No entanto, as taxas de remoção de nutrientes não sofreram uma quebra significativa; 23

24 Introdução O objectivo a longo prazo deste projecto seria a utilização de microalgas para depuração de águas residuais em ETARs em Portugal.; Testar condições de temperatura e fotoperíodo intermédias; Estudar outras espécies de microalgas; Constituir reactores piloto e avaliar a qualidade da biomassa produzida; Efectuar um estudo de viabilidade económica. 24

25 Introdução Ao Professor Doutor Nuno Lapa; Ao DCTB-FCT-UNL, na pessoa da sua Presidente, Professora Doutora Benilde Mendes; À Simarsul, aqui representada pela Engª. Lisete Epifâneo. Agradecimentos 25

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