Prof. D.Sc. Ícaro Thiago Andrade Moreira

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1 UNIVERSIDADE SALVADOR - UNIFACS ESCOLA DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TI QUALIDADE DAS ÁGUAS E NOVAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS DE RIOS URBANOS Prof. D.Sc. Ícaro Thiago Andrade Moreira Novembro/2017

2 REALIZAÇÃO / APOIO

3 Qualidade das águas no Brasil

4 Qual a explicação para tais dados?

5 Façamos uma avaliação crítica...

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7 Impactos dos centros urbanos no ciclo Figura 1: Ilustração do crescimento populacional dos centros urbanos. Figura 3: Estrutura física demandada pela população. Figura 2: Centro Urbano Figura 4: Canal do Rio Vermelho, Salvador

8 Impactos dos centros urbanos no ciclo Fatores que alteram o ciclo hidrológico: Impermeabilização do solo; Remoção da vegetação; Alterações morfológicas na topografia; Obras de engenharia nos canais fluviais; Disposição irregular de resíduos; Esses fatores intensificam o assoreamento dos rios urbanos

9 Impermeabilização do solo; Impactos dos centros urbanos no ciclo Coeficiente de escoamento em função da área impermeável C = Cp + (Ci-Cp) AI Ai é a proporção de áreas impermeáveis

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12 RIOS URBANOS EM SALVADOR-BA

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14 O Índice do Estado Trófico tem por finalidade classificar corpos d água em diferentes graus de trofia, ou seja, avalia a qualidade da água quanto ao enriquecimento por nutrientes e seu efeito relacionado ao crescimento excessivo das algas ou ao aumento da infestação de macrófitas aquáticas.

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16 MOTIVAÇÕES Fonte: Ecodebate Fonte: ONU Fonte: FCE Fonte: Infoescola Lançamento de efluentes em tratamento Fonte: Ecologia Fonte: SAMAE Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) R$1,00 Saneamento R$4,00 saúde pública (OMS) Tratamento de água residual adequado MENESES et al. (2010); IWA (2016); DIEESE (2016); ONU (2016); OMS, 2016.

17 MOTIVAÇÃO Bahia 35% Pop. atendida com saneamento 49,1% de água residual é coletada 85,3% de água residual é tratada Salvador 80% Pop. Atendida com saneamento 91,4% de água residual é coletada 99,6% de água residual é tratada SNIS (2015); EMBASA (2015).

18 MOTIVAÇÃO Tabela 1: Eficiência da espécie de microalga Chlorella vulgaris na remoção de nutrientes em três tipos diferentes de água residual. Tabela 2: Produção de energia e eficiência fotossintética de diferentes fontes de biomassa. Tipo de água Residual Remoção de nitrogênio e fósforo Produção de biomassa (mg/l.d) Produção de lipídio (mg/l.d) Referência Urbana 83% e 78% ,6 Cho et al., 2013 Agrícolas 55,2% e 93,3% FRANCHINO et al., 2016 Industriais 37,5% e 50% DIANURSANT et al., 2014 Fonte: IAPAR Fonte: Brasil_ELFIMA Fonte: Allgrow Fonte: FRANCO et al., 2013 Competição por Terra Tratamento de água Biofixação de CO 2

19 OBJETIVO DA PESQUISA Desenvolver um protótipo para tratamento de águas residuais urbanas utilizando uma espécie de microalga x isolada e identificada para a remoção de poluentes (nitrogênio e fósforo) em águas de rios urbanos degradados, com vistas a produção de biomassa para geração de bioprodutos.

20 TRABALHOS DE CAMPO Estação da coleta coordenadas: 12 58'52.9"S 38 27'09.2"W BACIA DO RIO CAMARAJIPE 11,62% de todo território de Salvador 14 km extensão Abastecimento público no Sec. XX Fonte: Adaptado do Google Earth Pro (2017) SANTOS, 2010.

21 TRABALHOS DE CAMPO Trabalhos de campo Temperatura ph eh Salinidade Condutividade Turbidez Oxigênio dissolvido Sólidos dissolvidos totais Fonte: Autoria própria Sonda multiparâmetros Fonte: Autoria própria 40 litros de água em frascos âmbar Fonte: Autoria própria

22 TRABALHOS EM LABORATÓRIO Trabalhos em laboratório Fonte: Furlab Filtração (0,45µm) Autoclave (120 C durante 15 min) Clorofila a (SMEWW, 2012) Cromatografia iônica ASTM (2005) Temperatura, luminosidade e ph - Nitrogênio amoniacal (NH 4+ ) - Nitrato (NO 3- ) - Fosfato (PO 4-3 )

23 TRABALHOS EM LABORATÓRIO Propagação inicial da microalga X Fonte: Globo Ciência Prospecção microalgas Adquirido 15 ml Cepa pura 50 ml de cepa 250 ml de cepa 5L de cepa Fonte: Autoria Própria Fonte: Autoria Própria 2500 ml de cepa

24 EXPERIMENTAL Montagem do protótipo fotobiorreator 15 reatores com 5 tratamentos fotoperíodo 10/14 horas Tempo 0, 1 dia, 6ºdia, 9ºdia e 15º dia Monitoramen to de clorofila a e íons dissolvidos Compressores de ar (3W) Lâmpadas frias 1400lux Temperatura 21 a 25 C ph entre 7 e 8 Fonte Autoria própria

25 TRABALHOS DE LABORATÓRIO Quantificação da biomassa Liofilizador Secadas Balança digital Pesadas Dessecador Mantidas

26 RESULTADOS

27 OD Morte peixes Fosfato Algas Hiperfosfatemia Bactérias Metahemoglobinemia infantil RESULTADOS E DISCUSSÕES Tabela 3: Caracterização da água superficial do rio Camarajipe (classe II) Fonte Portal governo SP Fonte: Lab. Ciencias ambientais Fonte: Vix Fonte Ecologiahoy

28 mg/l mg/l RESULTADOS E DISCUSSÕES 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Remoção dos nutrientes: Gráfico 2: Remoção de nitrogênio amoniacal em mg/l por tempos em dias. Nitrogênio amoniacal Tempo (dias) T.1 (0%) T.2 (25%) T.3 (50%) T.4 (75%) T.5 (100%) 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Gráfico 3: Remoção de nitrato em mg/l por tempos em dias. Nitrato Tempo (dias) T.1 (0%) T.2 (25%) T.3 (50%) T.4 (75%) T.5 (100%)

29 mg/l RESULTADOS E DISCUSSÕES Remoção dos nutrientes: Gráfico 4: Remoção de fosfato em mg/l por tempo em dias 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Fosfato Tempo (dias) T.1 (0%) T.2 (25%) T.3 (50%) T.4 (75%) T.5 (100%) 1P:16N (Redfield, 1958) 1P:0,4N (Presente pesquisa) Tabela 4: Taxa de eficiência na remoção dos nutrientes e crescimento da microalga Chlorella vulgaris Fosfato (mg/l) Nitrogênio amoniacal (mg/l) Nitrato (mg/l) Tratament Inicial final (%) Inicial final (%) Inicial final (%) o 1 16,14 7,42 54 <LQ <LQ 0 13,20 <LQ ,32 3, ,15 <LQ ,31 <LQ ,10 5, ,51 <LQ ,27 <LQ ,74 5, ,91 <LQ ,33 <LQ ,22 6, ,17 <LQ ,27 <LQ % P (BATISTA et al., 2015) 90% N (ARBID et al., 2014) 70% P (MUJTABA et al., 2017)

30 µg/ L RESULTADOS E DISCUSSÕES Crescimento da microalga Chlorella vulgaris Gráfico 5: Crescimento da microalga em µg/l 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 Clorofila a Tempo (dias) T.1 (0%) T.2 (25%) T.3 (50%) T.4 (75%) T.5 (100%) Tabela 5: Biomassa úmida e seca em gramas por litro durante 15 dias Tratamento Clorofila a (µg/l) Biomassa úmida (g/l) Biomassa úmida (g/l.d) Biomassa seca (g/l) Biomassa seca (g/l.d) 1 323,3 2,727 0,182 0,126 0, ,9 3,203 0,214 0,254 0, ,9 3,559 0,237 0,315 0, ,0 4,389 0,292 0,388 0, ,1 6,833 0,455 0,604 0,040 - A Chlorella vulgaris é capaz de gerar 0,02 a 0,20 g/l de biomassa seca. ANDRADE, 2014; CHISTI, 2007; SING & GU, 2013; RODOLFI et al., 2009; KHAN et al., 2009.

31 RESULTADOS E DISCUSSÕES Viabilidade econômica (estimativas) Cultivos de microalgas em fotobiorreatores Custo total (R$/ano) ,80 Cultivo de microalgas em água residual Custo total (R$/ano) ,42 - Volume de cultura total de 3070 m³ - Custo pro kg de biomassa: R$ 253,92 - Volume de cultura total de 3070 m³. - Custo pro kg de biomassa: R$ 143, R$/Kg biomassa (Madri, Espanha) *1 = 3,68 R$ E se considerar o lucro com comercialização da biomassa gerada? ACIÉN, (2012); ACIÉN, (2015).

32 RESULTADOS E DISCUSSÕES Viabilidade econômica (estimativas) Tratamento de água residual em Salvador Custos operacionais (R$/ano) ,75 Custos com produtos químicos (R$/ano) ,79 Energia elétrica (R$/ano) ,53 Quanto diminuiria os custos se adicionados fotobiorreatores com microalgas como um dos componentes das etapas de tratamento das águas? Valor total (R$/ano): ,07 - Volume total tratado de 241 milhões de m³; E se considerar o lucro com a produção e comercialização da biomassa gerada? EMBASA, (2014). 4,5m 3 1kg de biomassa 241 milhões de m³ de água residual geraria 53 milhões kg de biomassa algal (R$1840/kg) R$ 9,7 Trilhões (Lucro bruto anual)

33 RESULTADOS E DISCUSSÕES Empresas Fonte: All Gas Link: < Fonte: Algae biotecnologia Link: <

34 CONCLUSÕES O presente estudo mostrou os efeitos das diferentes concentrações de água residual urbana sobre o crescimento da microalga x e sua eficiência na remoção de nutrientes; O fotobiorreator apresentou 100% de eficiência na remoção de nitrogênio e 75% de eficência na remoção de fósforo; O fotobiorreator gerou biomassa úmida e seca com maiores concentrações em água residual urbana concentrada; Este estudo mostrou a importância de utilizar o fotobiorreator com a microalga x como uma das etapas no tratamento de água residual urbana, proporcionando benefícios ambientais, sociais e econômicos; O custo/benefício no cultivo de microalgas para produção de biomassa com valor agregado, foi de 143,62 R$/kg, com benefício de venda de 1840 R$/kg de biomassa.

35 CONTINUIDADE DOS TRABALHOS I. Avaliar a qualidade das águas superficiais de outros rios urbanos, de efluentes comerciais/industriais da cidade do Salvador (BA) e a possível utilização no tratamento e geração de biomassa algal; Fonte: Google (2017)

36 CONTINUIDADE DOS TRABALHOS II. Avaliar a utilização de outras espécies de microalgas em águas residuais urbanas para verificar a melhor eficiência de remoção dos nutrientes; MICROALGA Y MICROALGA Z MICROALGA W MICROALGA K MICROALGA G

37 CONTINUIDADE DOS TRABALHOS III. Aproveitar a biomassa seca gerada neste experimento para a produção efetiva dos bioprodutos e avaliar sua qualidade; Corantes naturais (Tintas) Fonte: Aquaculture Brasil Biocombustíveis Fonte: Algae biotecnologia Suplementos Fonte :Cereal show Biofertilizantes Ração animal

38 CONTINUIDADE DOS TRABALHOS IV. Realizar novos testes com a mesma espécie em escala piloto, a partir do desenvolvimento de fotobiorreatores tubulares em campo, próximo a um rio urbano e com isso contribuir para a melhoria da qualidade das águas, gerar biomassa para desenvolvimento de bioprodutos inovadores e, ainda, trabalhar ações de educação ambiental com os soteropolitanos. Fonte: Aquaculture Brasil Fonte: Smithsonianmag

39 A BACIA PERFEITA (Resolução 430/2011 CONAMA)

40 Obrigado!