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III Encontro Paranaense de Engenharia e Cincia

Toledo Paran, 28 a 30 de Outubro de 2013

Anais do III Encontro Paranaense de Engenharia e Cincia 28 a 30 de Outubro de 2013 ToledoPR

1

Separao por Floculao e Sedimentao de Biomassa de

Microalgas Utilizando Tanino Vegetal.

Alcides T. Junior1,*

; Mnica L. Fiorese1; Salah Din Mahmud Hasan

1; Nyamien Y. Sebastien

2

(1) NBQ Ncleo de Biotecnologia e Desenvolvimento de Processos Qumicos. Universidade Estadual do Oeste do Paran UNIOESTE, Campus Toledo-PR. [email protected]

(2) GERPEL Grupo de Pesquisas em Recursos Pesqueiros e Limnologia. Universidade Estadual do Oeste do Paran UNIOESTE, Campus Toledo-PR

Resumo: A estrutura das microalgas apresenta clulas em colnia ou isoladas podendo apresentar estruturas com

5 a 20 m de tamanho permanecendo em suspenso no meio de cultivo. O presente estudo tem como objetivo, a

aplicao de tanino vegetal natural como agente floculante, no meio de cultivo contendo microalga Scenedesmus

sp em suspenso, com o intuito de desestabilizar as partculas em suspenso e promover uma floculao e

sedimentao das mesmas. Realizou-se a determinao da concentrao ideal de tanino. O estudo foi realizado

em equipamento jarro cnico, em triplicata e cinco concentraes de tanino foram testadas (0,05; 0,075; 0,1; 0,2;

0,3 mL.L-1

) com uma concentrao de microalga de 110 x 104

cel.mL-1

. Os resultados obtidos mostram que a

maior remoo de turbidez ocorreu na concentrao de 0,1 mL.L-1

, com turbidez final de 2,8 NTU.

Palavras-chave :Tanino vegetal, sedimentao, biomassa, microalga

INTRODUO

O potencial biotecnolgico das

microalgas tem sido muito pesquisado,

principalmente devido identificao de

diversas substncias sintetizadas por estes

organismos. Nesse sentido, cultivos de

microalgas tm sido realizados visando

produo de biomassa tanto para uso na

elaborao de alimentos quanto para a

obteno de compostos naturais com alto

valor no mercado mundial. (CRUZ, 2011).

De acordo com as finalidades, o

volume e a tecnologia empregada

separao da biomassa de microalgas pode

tornar o processo caro e invivel

(LOURENO, 2006). Os processos mais

utilizados e estudados so filtragem,

centrifugao e floculao. A coagulao e

floculao so dois processos fsico-

qumicos que consistem em reaes

qumicas entre partculas coloidais em

suspenso com coagulantes para formao

de flocos com massa e peso suficientes pra

serem retirados por um simples processo

de separao slido-lquido,

principalmente a decantao de gua e a

filtrao (ARGAMAN & KAUFMAN,

1988).

Os coagulantes geralmente utilizados na

etapa de decantao em estao de

tratamento de esgoto e gua so base de

alumnio, ferro e poliacrilamida (SILVA,

1999). O sulfato de alumnio tambm

utilizado, entretanto txico e pode

provocar doenas de demncia e

coordenao motora, causando deficincia

renal na filtrao de metais do sangue

causando mal de Parkinson, Sndrome de

Down e efeito neurotxico, devido a uma

prolongada exposio ao alumnio

(BESSA, 1997).

Uma boa decantao e floculao

depende de uma srie de fatores como:

estrutura, geometria dos decantadores e a

natureza do coagulante que ser utilizado

(ARGAMAN & KAUFMAN, 1996).

Alguns fatores como o pH da soluo,

temperatura, concentrao da biomassa,

concentrao de floculante, agitao,

influenciam significativamente na

sedimentao.




2

Uma vez que a biomassa de microalgas

pode ser usada na produo de rao

animal, alimento suplementar humano,

produo de biocombustveis, tratamento

de guas residuais ricas em nutrientes e

indstria farmacutica, faz-se necessrio a

utilizao de floculantes naturais e no

txicos (NYAMIEN, 1999).

O tanino vegetal obtido de razes,

galhos, folhas, flores, frutos e sementes.

Ele constitui-se de carboidratos simples,

goma hidroxidoloidais, fenis e

aminocidos. (MARTINEZ, 1996).

O uso de tanino no recente. Existem

diversos trabalhos j elaborados, sobre a

utilizao de taninos vegetais como:

avaliao do potencial actinomicetos no

trabalho de efluentes de indstrias que

processam madeira (DUTRA, 1997);

resinas de taninos vegetais para a remoo

de metais e funo e desempenho dos

taninos (MARTINEZ, 1996); comparao

da eficincia entre os floculantes tanferos

e sulfato de alumnio em gua de

abastecimento da Siderrgica Rio

Grandense S.A. (LAMB, 1996); estudo de

tratabilidade fsico-qumica com uso de

taninos vegetais em gua de abastecimento

e de esgoto (SILVA, 1999), no entanto sua

aplicao na sedimentao de biomassa de

microalgas praticamente inexistente.

Diante do exposto, pretende se utilizar o

tanino vegetal como agente floculante para

o processo de separao de microalgas.

MATERIAIS E MTODOS

Cultivo de Microalgas

As microalgas da espcie Scenedesmus

sp utilizadas neste estudo foram cultivadas

em meio nutritivo proveniente de efluente

lquido de cervejaria sob a forma de banco

de microalgas no laboratrio de

Limnologia da UNIOESTE. A soluo de

microalga apresentava pH 8 e a

temperatura ficou em torno de 25C para

todos os experimentos.

Agente Floculante

O tanino vegetal empregado como

agente floculante foi o TANFLOC SG

lquido da marca comercial TANAC.

efetivo em uma faixa de pHs de 4,5 8,0.

A faixa de pHs do tanino utilizado

(xarope) 1,3 - 2,3.

Coagulao/Floculao/Sedimentao

A soluo de microalga usada apresenta

concentrao fixa de Scenedesmus sp. 110

x 104

cel.mL-1

(correspondente a 56 NTU)

e foi produzida com efluente de cervejaria

diludo(figura 1).

Figura 1 Soluo de microalga

Cinco concentraes 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 atravs da

anlise de duas fases distintas: floculao

(mistura rpida) seguida de sedimentao.

No foi realizado mistura lenta para evitar

a desaglutinao dos flocos formados. A

fase de mistura rpida consistiu da adio

de floculante em 1L de soluo, agitando

durante 1 min, com uma rotao de 144

rpm controlada por agitador do tipo mixer.

A agitao foi realizada em bcker de 2

L, posteriormente, a soluo foi transferida

para o cone de Imhoff dando-se, incio a

segunda fase (sedimentao). Optou-se

pelo cone de Imhoff pela facilidade para

retirar a biomassa do fundo, para

determinar a massa seca. Na fase de

sedimentao diminui-se a turbulncia, de




3

modo que fosse possvel acompanhar o

processo de decantao dos flocos e

conseqente clarificao do lquido em

funo do tempo.

Amostragem

A avaliao do efeito do processo de

floculao seguido de decantao foi,

realizada atravs de coletas dos meios

(suspenso algal + concentrao de

floculante) na parte central do cone, para

determinao da turbidez em tubidimetro

digital. Isto permite fazer um

acompanhamento da turbidez em relao

ao tempo, para predizer a influncia da

adio de coagulantes naturais no

tratamento de gua de abastecimento.

(Souza, 2004).

O pH do meio tambm foi monitorado

durante as coletas. Ao final da decantao

foi determinada a massa de microalga

decantada para cada ensaio de

concentrao. Preconizou-se um tempo

final de coleta para todas as composies

de meios testadas em 200 min.

RESULTADOS E DISCUSSES

Em todos os testes realizados

observou-se uma completa

homogeneizao do floculante com a

suspenso algal, sendo possvel visualizar

o incio da formao e aglutinao dos

flocos. A figura 2 apresenta a mdia dos

resultados obtidos nos 5 ensaios realizados

com as diferentes concentraes de

floculante testadas (0,05; 0,075; 0,1; 0,2;

0,3 mL.L-1

).

O tanino atua em sistemas de partculas

coloidais, neutralizando cargas e formando

pontes entre estas partculas, sendo este

processo responsvel pela formao de

flocos e consequente sedimentao.

Observou-se para todas a concentraes

de tanino que a turbidez diminui com o

tempo, sendo mais acentuada no intervalo

de tempo 0-10 min. possvel observar

que a concentrao de 0,1 mL.L-1

, foi a que

apresentou menor valor de turbidez, alm

de menor variao aps o tempo de 50

min, mantendo-se a partir deste ponto com

uma mnima variao at os 200 min de

estudo, observado na figura 3.

Figura 2 Evoluo da Turbidez (NTU) com o

tempo nas diferentes concentraes de tanino (mL.L

-1).

Figura 3 Triplicata para a concentrao de 0,1 mL.L-1 comparada a soluo sem o

tratamento.

Nas concentraes de 0,2 mL.L-1

a 0,3

mL.L-1

nota-se que a turbidez final (tempo

de 200 minutos) elevou-se, alcanando

uma turbidez de 16,4 NTU (0,3 mL.L-1

).

Observa-se que a concentrao de tanino

utilizada passa a aumentar a turbidez no

meio ao invs de diminuir. Este fenmeno

gerado pelo excesso de floculante.

A figura 4 apresenta a mdia dos

resultados finais de turbidez obtidos no




4

tempo de 200 min de experimento nas

diferentes concentraes de tanino.

Figura 4 Turbidez final (no tempo 200

minutos) nas diferentes concentraes de tanino

testadas (mL.L-1

).

Os resultados obtidos mostram que a

concentrao de 0,1 mL.L-1

foi a que

apresentou os melhores resultados no

processo de decantao, atingindo valores

de turbidez de 2,8 NTU no tempo final,

seguida pela concentrao de 0,075 mL.L-

1, a qual apresentou valores de turbidez 4

NTU. Assim no pode-se descartar a

hiptese do valor ideal da concentrao se

dar em um valor entre 0,1 e 0,2, uma vez

que no ficou definido o ponto mnimo

timo de turbidez.

Influncia do floculante no pH

A tabela 1 apresenta o pH antes e depois

da floculao.

Tabela 1 Valores iniciais e finais de pH

obtidos durante os experimentos nas diferentes

concentraes de tanino vegetal testado.

Concentrao

(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

Verificou-se que o uso de tanino vegetal

como floculante, reduz o pH ao longo dos

experimentos permanecendo entre 6 e 7,

sendo esta reduo mais acentuada nas

maiores concentraes de tanino.

Biomassa de microalga decantada

Aps o trmino do processo de

decantao, foi analisada a massa seca

mdia do material decantado para cada

ensaio de concentrao de floculante

apresentado na figura 5.

Figura 5 Massa final de microalga decantada

por litro de soluo a 110 x 104 cel.mL

-1(56

NTU).

A quantidade obtida de microalga para a

concentrao de tanino de 0,05 mL.L-1

foi

de 0,116 g.L-1

, enquanto a concentrao de

0,075 mL.L-1

passou para 0,139 g.L-1

,

indicando uma significativa melhora na

floculao e decantao da biomassa algal

com o aumento da concentrao de tanino.

Nas concentraes 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 j

no interfere na quantidade de microalga

decantada, uma vez que, a diferena no

variou mais na segunda casa decimal.

Confirmando assim, que a concentrao de

0,1 mL.L-1

de floculante a ideal para o




5

processo de decantao empregado neste

estudo.

CONCLUSES

Os resultados obtidos, mostram a

eficincia do tanino vegetal como agente

floculante natural de microalga

Scenedesmus sp. sendo a concentrao de

0,1 mL.L-1

, a que obteve os melhores

resultados no processo de decantao,

atingindo valores de 2,8 NTU ao final de

200 min de experimento.

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