Separação por Floculação e Sedimentação de Biomassa

III Encontro Paranaense de Engenharia e Ciência
Toledo – Paraná, 28 a 30 de Outubro de 2013
Separação por Floculação e Sedimentação de Biomassa de
Microalgas Utilizando Tanino Vegetal.
Alcides T. Junior1,*; Mônica L. Fiorese1; Salah Din Mahmud Hasan1; Nyamien Y. Sebastien2
(1) NBQ – Núcleo de Biotecnologia e Desenvolvimento de Processos Químicos. Universidade
Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE, Campus Toledo-PR. [email protected]
(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 104 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
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.
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,
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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.
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 104 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
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.
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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.
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.
Figura 2 – Evolução da Turbidez (NTU) com o
tempo nas diferentes concentrações de tanino
-1
(mL.L ).
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
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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.L1
, 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.
Figura 5 – Massa final de microalga decantada
por litro de solução a 110 x 104 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
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
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processo de decantação empregado neste
estudo.
sustentável. Dissertação (Mestrado).UFC, (1999),
105p.
CONCLUSÕES
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, 2004.
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.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARGAMAM & KAUFMAM – Balanceamento
entre Água Potável e Esgotamento Sanitário ABES, Rio de Janeiro -1998.
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. 1997.
Dissertação (Mestrado) - UFRJ, Rio de Janeiro.
LAMB, L. e PEREZ, M. E. “Tanino - Sulfato de
Alumínio”, Manual, Montenegro-RS - 1996
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
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