Desenvolvimento de sistema de filtração para tratamento de água através de biochar de biomassa microalgal

Orientador: Prof. Dr. Jorge Alberto Vieira Costa

Coorientadora: Profª. Drª. Elisângela Martha Radmann

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia,. Defesa : Curitiba, 02/06/2021

Inclui referências

Resumo: O desenvolvimento econômico impulsionado pelo aumento da população mundial é um marco do século XXI. Entretanto, diversos impactos socioambientais são decorrentes de ações antropogênicas, as quais influenciam diretamente no acesso e qualidade de produtos básicos, como a água. As regiões periféricas e rurais são as mais afetadas pela falta de abastecimento de água potável. Alta concentração de material em suspensão é encontrada nos lagos e rios, colocando em risco a segurança alimentar e a saúde pública, devido a possível presença de organismos patógenos e produtos químicos tóxicos. A maioria desses corpos hídricos são utilizados como única fonte de água para consumo de boa parte da população e para práticas agrícolas. Os métodos usuais para o tratamento de água são onerosos e utilizam produtos químicos de alto custo e prejudiciais ao meio ambiente. O biochar surge como uma alternativa sustentável eficaz no tratamento de água, agindo como adsorvente biológico. As microalgas apresentam potencial para produção de biochar no contexto de biorrefinaria, no qual é possível obter diversos bioprodutos de interesse comercial a partir destes micro-organismos. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo realizar o levantamento bibliográfico dos parâmetros de pirólise e das etapas de produção de biochar microalgal e desenvolver um filtro composto por biochar de biomassa microalgal de Chlorella sorokiniana e Spirulina sp., separadamente, para remoção da turbidez da água. A água bruta utilizada no estudo é proveniente do Canal São Gonçalo - Rio Grande, RS/Brasil. O biochar foi produzido em diferentes condições de pirólise de acordo com delineamento central 2² variando temperatura (300, 450 e 600 °C) e tempo de residência (30, 75 e 120 min). O biochar foi caracterizado quanto ao teor de cinzas, umidade, rendimento, densidade, diâmetro da partícula, morfologia da superfície, difração de raio-X e grupos funcionais. A maior eficiência de remoção de turbidez da água bruta foi verificada na condição de 600 °C e 120 min para biochar de Chlorella sorokiniana (65,2%) e na condição de 600 °C e 30 min para o biochar de Spirulina sp. (67,4%). O pH da água filtrada também foi avaliado, e se manteve dentro da faixa de aceitação para água potável. O biochar microalgal produzido nessas condições apresentou maior porosidade e teor de cinzas que aumentaram a remoção de turbidez da água. Esse resultado indica mais um potencial bioproduto microalgal que agrega valor na biorrefinaria de microalgas. O sistema desenvolvido se mostrou eficaz para remover boa parte da turbidez da água, podendo ser utilizado associado a outras operações unitárias, reduzindo o custo do processo e diminuindo etapas.

Abstract: Economic development driven by the increase in the world population is one of the marks of the 21st century. However, several socio-environmental impacts result from anthropogenic actions, directly influence the access and quality of basic products, such as water. The outskirts and rural regions are the most affected by the lack of potable water supply. A high concentration of suspended material is found in lakes and rivers, putting food safety and public health at risk due to the possible presence of pathogenic organisms and toxic chemicals. Most of these water resources are used as the only provenance of water for consumption by a large population and agricultural practices. Biochar emerges as an effective alternative in water treatment, acting as a biological adsorbent. Microalgae have the potential for biochar production, inserted in the context of biorefineries, and several bioproducts of commercial interest can be obtained from these microorganisms. In this context, the present work aimed to carry out a bibliographic survey of the parameters of pyrolysis and the stages of production of microalgal biochar and develop a filter of Chlorella sorokiniana and Spirulina sp., separately, to remove water turbidity. The raw water used in the study comes from the São Gonçalo Channel - Rio Grande, RS/Brazil. The biochar was produced under different pyrolysis conditions according to a 2² central design varying temperature (300, 450, and 600 ° C) and residence time (30, 75, and 120 min). The biochar was characterized in ash content, humidity, yield, density, particle diameter, surface morphology, x-ray diffraction, and functional groups. The highest efficiency of removing turbidity from raw water was observed at 600 ° C and 120 min for Chlorella sorokiniana biochar (65.2%) and at 600 ° C and 30 min for Spirulina sp. (67.4%). The pH of the filtered water was also assessed and remained within the acceptance range for potable water. The biochar produced in these conditions showed greater porosity and ash content, which increased the removal of turbidity from the water. This result indicates another potential microalgal bioproduct that adds value to the microalgae biorefinery. The developed system proved to be effective in removing much of the water turbidity and can be used in conjunction with other unit operations, reducing the cost of the process and reducing steps.