Bioremediation of swine wastewater with locally isolated microalgal strains

• Main Author: Pinto, Bruno Alexandre da Silva
• Publication Date: 2021
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.1/18330
• topic: Microalgas; Efluente de suinicultura; Chlorella; Scenedesmus; Tratamento de efluentes

O crescimento exponencial da população humana tem vindo a colocar muita pressão na gestão adequada de recursos hídricos em vários sectores (ex.: agrícolas, domésticos e industriais). Em particular, a agropecuária tem vindo a ter um aumento de recursos hídricos e de nutrientes para tentar acompanhar o desenvolvimento social e económico. Tendo em conta a complexidade destes problemas, esta tese tem como objetivo melhorar o tratamento de águas residuais de suinicultura, usando microalgas como uma ferramenta de tratamento de águas. A utilização de microalgas permite captar os nutrientes presentes nas águas residuais, podendo depois a biomassa produzida ser usada em diferentes indústrias. Por outro lado, as águas residuais tratadas apresentam uma carga de nutrientes reduzida ou nula, podendo ser reutilizadas ou descartadas em segurança. Para o desenvolvimento desta tese, foram selecionadas duas microalgas, Chlorella sp. e Scenedesmus sp. Ambas as espécies de microalgas foram produzidas em três sistemas de produção distintos: fotobiorreatores de coluna de 2 L, raceways pilotos de 600 L e um raceway industrial de 110 m3. No decorrer do trabalho, as condições de crescimento foram otimizadas para cada espécie nos sistemas mencionados, e a performance de ambas as microalgas foi comparada a nível de produção de biomassa e da eliminação de nutrientes de um efluente proveniente de uma suinicultura. Ambas as espécies, Chlorella sp. e Scenedesmus sp., cultivadas no efluente com uma diluição de 1:20 (v/v) nos fotobiorreatores de coluna, registaram concentrações de biomassa bastante relevantes, 2,5 ± 0,4 g/L e 4,6 ± 0,3 g/L, respetivamente. Contudo, as melhoras taxas de remoção de 100 % de amoníaco, 82,8 e 80,3 % de nitratos e 73,2 e 100 % de fosfatos, foram observadas em ambas as respetivas microalgas cultivadas neste sistema de produção, no efluente com uma diluição de 1:10 (v/v), num regime de fed-batch. Nos raceways pilotos, ambas as microalgas foram cultivadas em regime de fed-batch em efluente diluído a 1:40 (v/v), sendo que a Chlorella sp. atingiu uma concentração de biomassa máxima de 0,77 g/L. Por sua vez, a espécie Scenedesmus sp. atingiu valores máximos de peso seco de 0,38 g/L quando cultivada em Nutribloom® Plus (condição controlo) e 0,24-0,33 g/L quando cultivada em efluente de suinicultura com uma diluição de 1:40 (v/v), em regime de fed-batch. Por fim, a microalga com melhor performance, a Chlorella sp., foi cultivada num raceway industrial em regime semi-contínuo, no qual atingiu um peso seco máximo de 0,96 g/L ao fim de 15 dias de ensaio. No decorrer do ensaio, foram obtidas taxas de remoção de amoníaco, nitratos e fosfatos de 71,99 %, 63,81 % e 95,58 %, respetivamente. Em termos de composição bioquímica, Chlorella sp. cultivada em efluente diluído 1:22 (v/v) no raceway industrial, apresentou 36,31 ± 1,27 % de proteínas, 5,58 ± 1,25 % de lípidos, 10,83 ± 0,37 % de cinzas e 48,34 ± 1,58 % de glícidos. Tendo em conta esta composição bioquímica, sugere-se que a biomassa apresenta potencial para aplicação no setor da agricultura, nomeadamente para a produção de biofertilizantes e bioestimulantes, como também para a produção de bioetanol, bio-hidrogénio e biogás a partir de fermentação alcoólica, fermentação no escuro e digestão anaeróbica, respetivamente. Em conclusão, esta tese mostrou que o tratamento de efluentes com microalgas permite reduzir significativamente a carga de nutrientes dos efluentes de suinicultura com a produção simultânea de biomassa de microalgas com um perfil bioquímico relevante.