Lagoa de Lemnas: o polimento de efluente doméstico integrado à produção de biomassa proteica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2025.

A população mundial poderá chegar a 10 bilhões em 2100. Esse crescimento populacional irá pressionar diversos setores como a produção de alimentos e o saneamento básico, além de elevar as pressões sobre o meio ambiente. No cenário atual de economia linear, os nutrientes removidos dos efluentes não são recuperados, enquanto ocorre a exploração dos recursos naturais finitos para a produção de fertilizantes, como o fósforo. Assim, buscam-se alternativas circulares que integrem o tratamento de efluentes e a recuperação de recursos. Nesse contexto, as lemnas podem ser uma opção pelo seu alto teor de proteína, elevada taxa de crescimento, facilidade de colheita e produção de biomassa de valor agregado. De modo que o objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial das lagoas de lemnas na recuperação de nutrientes de efluente doméstico integrada à produção de biomassa proteica como alimento e a segurança sanitária desse produto. Para isso, foi operada uma unidade piloto de lagoas de lemnas (Landoltia punctata) para polimento do efluente doméstico de Wetland Construído de fluxo vertical de fundo saturado. Foi avaliada a eficiência de polimento do efluente e de recuperação de nutrientes. A biomassa produzida foi quantificada e submetida a um processo de extração da proteína por meio da solubilização em pH 6,5 seguido por precipitação ácida. Foram avaliadas características tecno-funcionais do extrato, como as capacidades e estabilidades de formação de espuma e emulsão. Ainda, foi verificada a presença de patógenos (E. coli, Salmonella enterica e Enterococcus faecalis) na biomassa produzida e no efluente na entrada e saída da lagoa. A lagoa apresentou uma eficiência média de 84,9 % e 87,1 % de remoção de fósforo e nitrogênio, respectivamente. A produtividade de biomassa seca obtida foi de 12,4 ton.(ha.ano)-1, com um teor proteico bruto de 27,62 % da lemna seca. O extrato proteico atingiu 47,45% de proteína, 133,3 % de capacidade de espuma e 8,30 m².g-1 de capacidade de emulsão. Não foi detectada a atividade dos patógenos avaliados, tanto no efluente terciário como na biomassa avaliada, indicando uma possível viabilidade sanitária para utilização das lemnas como fonte de proteína para alimentação humana. Os resultados de recuperação de nutrientes, extração de proteína e ausência de patógenos foram satisfatórios quando comparados à literatura e caracterizam as lagoas de lemnas alimentadas com efluente doméstico de WC como uma possível fonte sustentável de biomassa proteica para alimentação humana. Contudo, recomenda-se o desenvolvimento de estudos complementares para avaliar possíveis efeitos de poluentes emergentes.

Abstract: The world population may reach 10 billion by 2100. This population growth will place pressure on several sectors, such as food production and basic sanitation, in addition to increasing environmental pressures. In the current linear economy scenario, nutrients removed from wastewater are not recovered, while finite natural resources, such as phosphorus, are exploited for fertilizer production. Therefore, circular alternatives are being sought to integrate wastewater treatment and resource recovery. In this context, duckweeds may be a suitable option due to their high protein content, high growth rate, ease of harvest, and production of value-added biomass. Thus, the objective of this study was to evaluate the potential of duckweed ponds for nutrient recovery from domestic wastewater integrated with the production of protein biomass for food purposes and the sanitary safety of this product. For this, a pilot unit of a duckweed (Landoltia punctata) pond was operated for polishing the domestic effluent from a Vertical Flow Constructed Wetland plant. The polishing efficiency of the wastewater and nutrient recovery were evaluated. The biomass produced was quantified and subjected to a protein extraction process through solubilization at pH 6.5 followed by acid precipitation at pH 4.0. Techno-functional properties of the extract were evaluated, such as foaming and emulsifying capacities and stabilities. Furthermore, the presence of pathogens (E. coli, Salmonella enterica e Enterococcus faecalis) was verified in the biomass produced and in the influent and effluent of the duckweed pond. The duckweed pond achieved an average removal efficiency of 84.9% and 87.1% for phosphorus and nitrogen, respectively. The fresh biomass productivity obtained was 12.4 ton.(ha.year)?¹, with a crude protein content of 27.62% in the dry basis. The protein extract reached 47.45% protein, 133.3% foaming capacity, and 8.30 m².g?¹ emulsifying capacity. No activity of the evaluated pathogens was detected in either the tertiary effluent or the analyzed biomass, indicating possible sanitary feasibility for using duckweeds as a protein source for human consumption. The results for nutrient recovery, protein extraction, and absence of pathogens were satisfactory when compared to the literature and characterize duckweed ponds fed with domestic effluent from CW as a possible sustainable source of protein biomass for human consumption, although further studies are needed regarding the presence of contaminants of emerging concern.