Cultivo de Chlorella vulgaris utilizando efluente de reator anaeróbio visando à obtenção de ésteres etílicos

Abstract

Resumo: As microalgas vêm sendo estudadas para a produção de biodiesel e biogás visando à geração de energia. As microalgas também podem ser utilizadas para realizar o tratamento de efluentes industriais, domésticos e da agroindústria, substituindo o uso de nutrientes comerciais. A partir disto, esta dissertação teve por objetivo o cultivo da microalga Chlorella vulgaris com efluente de reator anaeróbio, sistema de tratamento de esgoto sanitário, uma tecnologia consolidada e muito empregada no Brasil, o que possibilita, desta forma, remover a amônia remanescente do meio e acumular lipídeos, que poderão ser utilizados para a produção de ésteres. Isto demonstra que é possível substituir o uso de meio sintético no cultivo das microalgas. A partir disso, a produção de ésteres foi realizada por meio de reações in situ da microalga, com etanol e ácido clorídrico como catalisador, utilizando como solvente o hexano e o clorofórmio, em tempos de reação que foram de 15 a 150 minutos. Foi avaliada a utilização de três meios sintéticos, selecionados a partir da literatura, juntamente com efluente de reator anaeróbio do tipo Ralf de uma estação de tratamento de esgoto doméstico (efluente in natura). Entre os meios sintéticos, a maior produtividade (P) foi obtida para o meio DM (P = 75,58 mg L-1 d-1), alcançando uma produção de 0,75 g L-1, após 14 dias de cultivo. Os cultivos com efluente in natura foram também avaliados com o uso dos pré-tratamentos, sendo estes filtração e filtração+UV. Os cultivos em que foram realizados a filtração+UV e filtração resultaram em produtividade de 84,87 e 92,70 mg L-1 d-1, respectivamente. Estes pré-tratamentos do meio de cultivo foram responsáveis pelas melhores taxas de remoção do nitrogênio alcançando 100% após 4 dias de cultivo para todas as diluições, enquanto que cultivado em efluente in natura necessitou 10 dias. Demonstrando ser viável a utilização do efluente com pré-tratamento e como fonte de nutrientes. Para a produção de ésteres etílicos por meio da reação in situ da microalga, os testes com hexano atingiram os melhores resultados nas temperaturas de 75 e 90 °C, alcançando rendimentos máximos de 94,7 e 107 mg de ésteres/g de biomassa seca, respectivamente. Por outro lado, a utilização de clorofórmio como solvente apresentou o melhor resultado em 75 °C, com rendimento em ésteres etílicos em torno de 80 mg de ésteres/g de biomassa seca. O uso de efluente demonstra-se viável para a produção de biomassa destinada para biocombustíveis e no tratamento de águas residuais. Demonstrada pela produtividade que apresentou valores próximos aos obtidos pelo meio de cultivo convencional, bem como, pela produção de lipídeos que se mantiveram dentro dos encontrados na literatura

Abstract: Microalgae has been studied to biodiesel and biogas production for power generation. Microalgae can also be used to realize the treatment of industrial, domestic and agribusiness effluents, replacing the use of nutrient trading. Thus, this dissertation aimed the cultivation of microalgae Chlorella vulgaris with reactor effluent from anaerobic treatment system for sewage, a consolidated technology and widely used in Brazil, enabling to remove the remaining ammonia and accumulate lipids for the esters production. This demonstrates that it can be possible to replace the use of synthetic medium. The production of esters was performed by reactions in situ, carried out with the microalgae, ethanol and hydrochloric acid, as catalyst, using hexane and chloroform as solvent and reaction time from 15 to 150 minutes. The evaluation of three synthetic media, based on the literature, was evaluated, besides the effluent from anaerobic reactor type Ralf. Among the synthetic media was obtained a yield of 75.58 mg L-1 d-1 to the middle DM, reaching a production of 0.75 g L-1 after 14 days of cultivation. Cultivation using sanitary effluent was also evaluated with pre-treatments, filtration and effluent filtration plus UV. The cultivation was carried out in which the filtration plus UV and just filtration resulted in a productivity of 84.87 and 92.70 mg L-1 d-1, respectively. With the use of the reaction in situ tests with hexane best results achieved at temperatures of 75 to 90 ° C, reaching maximum esters yield of 94.7 and 107 mg/g dry weight, respectively. On the other hand, the use of chloroform as solvent showed the best results at 60 and 75 °C with esters yield of about 80 mg esters/g dry biomass, however, the use of 60 ° C require reaction times higher to achieve the same values