Separação por Floculação e Sedimentação de Biomassa de Microalgas Utilizando Tanino Vegetal.

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1 Separação por Floculação e Sedimentação de Biomassa de Microalgas Utilizando Tanino Vegetal. Alcides T. Junior 1,* ; Mônica L. Fiorese 1 ; Salah Din Mahmud Hasan 1 ; Nyamien Y. Sebastien 2 (1) NBQ Núcleo de Biotecnologia e Desenvolvimento de Processos Químicos. Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, Campus Toledo-PR. alcidestonhato@hotmail.com (2) GERPEL Grupo de Pesquisas em Recursos Pesqueiros e Limnologia. Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, Campus Toledo-PR Resumo: A estrutura das microalgas apresenta células em colônia ou isoladas podendo apresentar estruturas com 5 a 20 μm de tamanho permanecendo em suspensão no meio de cultivo. O presente estudo tem como objetivo, a aplicação de tanino vegetal natural como agente floculante, no meio de cultivo contendo microalga Scenedesmus sp em suspensão, com o intuito de desestabilizar as partículas em suspensão e promover uma floculação e sedimentação das mesmas. Realizou-se a determinação da concentração ideal de tanino. O estudo foi realizado em equipamento jarro cônico, em triplicata e cinco concentrações de tanino foram testadas (0,05; 0,075; 0,1; 0,2; 0,3 ml.l -1 ) com uma concentração de microalga de 110 x 10 4 cel.ml -1. Os resultados obtidos mostram que a maior remoção de turbidez ocorreu na concentração de 0,1 ml.l -1, com turbidez final de 2,8 NTU. Palavras-chave :Tanino vegetal, sedimentação, biomassa, microalga INTRODUÇÃO O potencial biotecnológico das microalgas tem sido muito pesquisado, principalmente devido à identificação de diversas substâncias sintetizadas por estes organismos. Nesse sentido, cultivos de microalgas têm sido realizados visando à produção de biomassa tanto para uso na elaboração de alimentos quanto para a obtenção de compostos naturais com alto valor no mercado mundial. (CRUZ, 2011). De acordo com as finalidades, o volume e a tecnologia empregada à separação da biomassa de microalgas pode tornar o processo caro e inviável (LOURENÇO, 2006). Os processos mais utilizados e estudados são filtragem, centrifugação e floculação. A coagulação e floculação são dois processos físicoquímicos que consistem em reações químicas entre partículas coloidais em suspensão com coagulantes para formação de flocos com massa e peso suficientes pra serem retirados por um simples processo de separação sólido-líquido, principalmente a decantação de água e a filtração (ARGAMAN & KAUFMAN, 1988). Os coagulantes geralmente utilizados na etapa de decantação em estação de tratamento de esgoto e água são à base de alumínio, ferro e poliacrilamida (SILVA, 1999). O sulfato de alumínio é também utilizado, entretanto é tóxico e pode provocar doenças de demência e coordenação motora, causando deficiência renal na filtração de metais do sangue causando mal de Parkinson, Síndrome de Down e efeito neurotóxico, devido a uma prolongada exposição ao alumínio (BESSA, 1997). Uma boa decantação e floculação depende de uma série de fatores como: estrutura, geometria dos decantadores e a natureza do coagulante que será utilizado (ARGAMAN & KAUFMAN, 1996). Alguns fatores como o ph da solução, temperatura, concentração da biomassa, concentração de floculante, agitação, influenciam significativamente na sedimentação. 1

2 Uma vez que a biomassa de microalgas pode ser usada na produção de ração animal, alimento suplementar humano, produção de biocombustíveis, tratamento de águas residuais ricas em nutrientes e indústria farmacêutica, faz-se necessário a utilização de floculantes naturais e não tóxicos (NYAMIEN, 1999). O tanino vegetal é obtido de raízes, galhos, folhas, flores, frutos e sementes. Ele constitui-se de carboidratos simples, goma hidroxidoloidais, fenóis e aminoácidos. (MARTINEZ, 1996). O uso de tanino não é recente. Existem diversos trabalhos já elaborados, sobre a utilização de taninos vegetais como: avaliação do potencial actinomicetos no trabalho de efluentes de indústrias que processam madeira (DUTRA, 1997); resinas de taninos vegetais para a remoção de metais e função e desempenho dos taninos (MARTINEZ, 1996); comparação da eficiência entre os floculantes taníferos e sulfato de alumínio em água de abastecimento da Siderúrgica Rio Grandense S.A. (LAMB, 1996); estudo de tratabilidade físico-química com uso de taninos vegetais em água de abastecimento e de esgoto (SILVA, 1999), no entanto sua aplicação na sedimentação de biomassa de microalgas é praticamente inexistente. Diante do exposto, pretende se utilizar o tanino vegetal como agente floculante para o processo de separação de microalgas. MATERIAIS E MÉTODOS Cultivo de Microalgas As microalgas da espécie Scenedesmus sp utilizadas neste estudo foram cultivadas em meio nutritivo proveniente de efluente líquido de cervejaria sob a forma de banco de microalgas no laboratório de Limnologia da UNIOESTE. A solução de microalga apresentava ph 8 e a temperatura ficou em torno de 25ºC para todos os experimentos. Agente Floculante O tanino vegetal empregado como agente floculante foi o TANFLOC SG líquido da marca comercial TANAC. É efetivo em uma faixa de ph s de 4,5 8,0. A faixa de ph s do tanino utilizado (xarope) é 1,3-2,3. Coagulação/Floculação/Sedimentação A solução de microalga usada apresenta concentração fixa de Scenedesmus sp. 110 x 10 4 cel.ml -1 (correspondente a 56 NTU) e foi produzida com efluente de cervejaria diluído(figura 1). Figura 1 Solução de microalga Cinco concentrações de floculante foram testadas 0,05; 0,075; 0,1; 0,2; 0,3 ml.l -1. Os ensaios foram realizados em triplicata. Os experimentos deram-se através da análise de duas fases distintas: floculação (mistura rápida) seguida de sedimentação. Não foi realizado mistura lenta para evitar a desaglutinação dos flocos formados. A fase de mistura rápida consistiu da adição de floculante em 1L de solução, agitando durante 1 min, com uma rotação de 144 rpm controlada por agitador do tipo mixer. A agitação foi realizada em bécker de 2 L, posteriormente, a solução foi transferida para o cone de Imhoff dando-se, início a segunda fase (sedimentação). Optou-se pelo cone de Imhoff pela facilidade para retirar a biomassa do fundo, para determinar a massa seca. Na fase de sedimentação diminui-se a turbulência, de 2

3 modo que fosse possível acompanhar o processo de decantação dos flocos e conseqüente clarificação do líquido em função do tempo. Amostragem A avaliação do efeito do processo de floculação seguido de decantação foi, realizada através de coletas dos meios (suspensão algal + concentração de floculante) na parte central do cone, para determinação da turbidez em tubidimetro digital. Isto permite fazer um acompanhamento da turbidez em relação ao tempo, para predizer a influência da adição de coagulantes naturais no tratamento de água de abastecimento. (Souza, 2004). O ph do meio também foi monitorado durante as coletas. Ao final da decantação foi determinada a massa de microalga decantada para cada ensaio de concentração. Preconizou-se um tempo final de coleta para todas as composições de meios testadas em 200 min. que a concentração de 0,1 ml.l -1, foi a que apresentou menor valor de turbidez, além de menor variação após o tempo de 50 min, mantendo-se a partir deste ponto com uma mínima variação até os 200 min de estudo, observado na figura 3. Figura 2 Evolução da Turbidez (NTU) com o tempo nas diferentes concentrações de tanino (ml.l -1 ). RESULTADOS E DISCUSSÕES Em todos os testes realizados observou-se uma completa homogeneização do floculante com a suspensão algal, sendo possível visualizar o início da formação e aglutinação dos flocos. A figura 2 apresenta a média dos resultados obtidos nos 5 ensaios realizados com as diferentes concentrações de floculante testadas (0,05; 0,075; 0,1; 0,2; 0,3 ml.l -1 ). O tanino atua em sistemas de partículas coloidais, neutralizando cargas e formando pontes entre estas partículas, sendo este processo responsável pela formação de flocos e consequente sedimentação. Observou-se para todas a concentrações de tanino que a turbidez diminui com o tempo, sendo mais acentuada no intervalo de tempo 0-10 min. É possível observar Figura 3 Triplicata para a concentração de 0,1 ml.l -1 comparada a solução sem o tratamento. Nas concentrações de 0,2 ml.l -1 a 0,3 ml.l -1 nota-se que a turbidez final (tempo de 200 minutos) elevou-se, alcançando uma turbidez de 16,4 NTU (0,3 ml.l -1 ). Observa-se que a concentração de tanino utilizada passa a aumentar a turbidez no meio ao invés de diminuir. Este fenômeno é gerado pelo excesso de floculante. A figura 4 apresenta a média dos resultados finais de turbidez obtidos no 3

4 tempo de 200 min de experimento nas diferentes concentrações de tanino. Verificou-se que o uso de tanino vegetal como floculante, reduz o ph ao longo dos experimentos permanecendo entre 6 e 7, sendo esta redução mais acentuada nas maiores concentrações de tanino. Biomassa de microalga decantada Após o término do processo de decantação, foi analisada a massa seca média do material decantado para cada ensaio de concentração de floculante apresentado na figura 5. Figura 4 Turbidez final (no tempo 200 minutos) nas diferentes concentrações de tanino testadas (ml.l -1 ). Os resultados obtidos mostram que a concentração de 0,1 ml.l -1 foi a que apresentou os melhores resultados no processo de decantação, atingindo valores de turbidez de 2,8 NTU no tempo final, seguida pela concentração de 0,075 ml.l - 1, a qual apresentou valores de turbidez 4 NTU. Assim não pode-se descartar a hipótese do valor ideal da concentração se dar em um valor entre 0,1 e 0,2, uma vez que não ficou definido o ponto mínimo ótimo de turbidez. Influência do floculante no ph A tabela 1 apresenta o ph antes e depois da floculação. Tabela 1 Valores iniciais e finais de ph obtidos durante os experimentos nas diferentes concentrações de tanino vegetal testado. Concentração (ml.l -1 ) ph antes ph depois 0,05 7,95 7,3 0,1 7,95 7,13 0,2 7,95 6,67 0,3 7,95 6,43 Figura 5 Massa final de microalga decantada por litro de solução a 110 x 10 4 cel.ml -1 (56 NTU). A quantidade obtida de microalga para a concentração de tanino de 0,05 ml.l -1 foi de 0,116 g.l -1, enquanto a concentração de 0,075 ml.l -1 passou para 0,139 g.l -1, indicando uma significativa melhora na floculação e decantação da biomassa algal com o aumento da concentração de tanino. Nas concentrações de tanino de 0,1 ml.l -1, 0,2 ml.l -1 e 0,3 ml.l -1, obteve-se 0,144 g.l -1, 0,140 g.l -1, 0,144 g.l -1, respectivamente. Nota-se que, o aumento da quantidade de floculante empregada já não interfere na quantidade de microalga decantada, uma vez que, a diferença não variou mais na segunda casa decimal. Confirmando assim, que a concentração de 0,1 ml.l -1 de floculante é a ideal para o 4

5 processo de decantação empregado neste estudo. CONCLUSÕES Os resultados obtidos, mostram a eficiência do tanino vegetal como agente floculante natural de microalga Scenedesmus sp. sendo a concentração de 0,1 ml.l -1, a que obteve os melhores resultados no processo de decantação, atingindo valores de 2,8 NTU ao final de 200 min de experimento. sustentável. Dissertação (Mestrado).UFC, (1999), 105p. SILVA, T.S.S. Estudo de tratabilidade físicoquímica com uso de taninos vegetais em água de abastecimento e de esgoto, (1999). SOUZA, L.C.A. Influência da aplicação de polímero natural de fécula de mandioca como auxiliar de floculação na estação de tratamento de água. nº 2 de Valinhos sp. estudo de caso. ASSEMAE, REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARGAMAM & KAUFMAM Balanceamento entre Água Potável e Esgotamento Sanitário - ABES, Rio de Janeiro BESSA, M. Avaliação da Qualidade da água consumida no Parque Fluminense - Enfoque para metais Fe, Mg, Zn, Cl, Ni e Al 1997, Duque de Caxias. Dissertação (Mestrado) - Fiocruz, Rio de Janeiro. CRUZ, R.V.A. Estudo da utilização de microalga e cianobactérias para a captura de dióxido de carbono e produção de matérias primas de interesse industrial. 2011, 160p Tese (Doutorado). São Paulo, DUTRA C., Avaliação do potencial de actinomicetos no trabalho de efluentes de Indústrias que processam madeira Dissertação (Mestrado) - UFRJ, Rio de Janeiro. LAMB, L. e PEREZ, M. E. Tanino - Sulfato de Alumínio, Manual, Montenegro-RS LOURENÇO, S. O Cultivo de microalgas marinhas: princípios e aplicações. Cão Carlos Rima, (2006) 588p. MARTINEZ, F. L. Taninos Vegetais e suas aplicações. Universidade de Havana/Cuba. Universidade do Estado do Rio de Janeiro, (1996). NYAMIEN, Y.S. Biotecnologia de cultivo de microalga: pré-requisito para um desenvolvimento 5