Sistema de cultivo aderido de microalgas: estudo da formação do biofilme e períodos de colheita no tratamento de esgoto doméstico e na obtenção de bioprodutos

Abstract

Os sistemas de cultivo baseados em biofilme vêm sendo apontados como tecnologias inovadoras para produção de biomassa de microalgas. O cultivo aderido permite superar gargalos do cultivo suspenso, especialmente, na etapa de colheita, que se torna mais simples, barata e mais eficiente para recuperar a biomassa. Os avanços já relatados para esses sistemas são voltados para fatores que afetam a formação do biofilme, desenvolvimento de diferentes designs de reatores e tipos de materiais suportes, bem como demonstram os seus desempenhos para produção e colheita de biomassa. Acredita-se que a compreensão da recuperação de recursos pelo biofilme e o período de colheita possam ser mais bem explorados. O presente estudo revisou os mais atuais avanços técnicos, econômicos e ambientais dos reatores de biofilme, assim como avaliou o potencial de recuperação de nitrogênio e carotenoides totais por meio do biofilme, investigando suas produtividades em diferentes períodos de colheita. Para o nitrogênio, foram realizados um monitoramento de seu teor ao longo da formação do biofilme e um balanço de massa. O teor de nitrogênio não apresentou grandes variações, no período avaliado, e se manteve, em média, em 61,1 mg g biofilme-1, sendo recuperado 4,2% do nitrogênio afluente ao sistema. Esses resultados foram associados a estabilidade na abundância de espécies de microalgas nesse período, no qual a Chlorella vulgaris apresentou abundância acima de 72%. A produtividade de biomassa e carotenoides foram avaliadas considerando três períodos de raspagem do biofilme: 12, 18 e 24 dias. Maiores produtividades de sólidos voláteis e clorofila-a foram observadas em maiores períodos de colheita. Por outro lado, o biofilme colhido em 12 dias apresentou produtividade significativamente maior de carotenoides totais. O estudo foi realizado sobre condições ambientais e utilizando esgoto doméstico real (após tratamento primário em tanque séptico). Dessa forma, seus resultados refletem desafios que podem ser encontrados no tratamento de águas residuárias em escala real. Acredita-se que os resultados encontrados representam uma fonte de orientação para estudos futuros quanto a estratégias de operação e aproveitamento de biomassa colhida. Palavras-chave: Biofilme microalgal. Águas residuárias. Recuperação de nitrogênio. Período de colheita. Carotenoides.

Biofilm-based cultivation systems have been identified as innovative technologies for the production of microalgae biomass. Attached cultivation makes it possible to overcome the bottlenecks of suspended cultivation, especially in the harvesting stage, which becomes simpler, cheaper and more efficient for biomass recovery. The advances already reported for these systems are focused on factors that affect biofilm formation, development of different reactor designs and types of support material, as well as demonstrating their performance for biomass production and harvesting. Therefore, the understanding of resources recovery by the biofilm and the harvest period can be better explored. The present study reviewed the most current technical, economic and environmental advances of biofilm reactors, as well as evaluated the potential for nitrogen and carotenoids recoveries through the biofilm, investigating their productivity in different cultivation periods. For nitrogen, a monitoring of its content throughout the biofilm formation and a mass balance were performed. The nitrogen content did not show great variations in the evaluated period, and remained, on average, 61.1 mg g biofilm-1, with only 4.2% of the nitrogen that entered the system being recovered. These results were associated with the stability in the abundance of microalgae species in this period, in which Chlorella vulgaris presented abundance above 72%. Biomass and carotenoid productivities were evaluated considering three harvest periods: 12, 18 and 24 days. Higher productivities of volatile solids and chlorophyll-a were observed at higher harvest periods. On the other hand, the biofilm harvested in 12 days showed significantly higher productivity of carotenoids. The study was carried out under environmental conditions and using real domestic sewage (after primary treatment in a septic tank). In this way, it reflected challenges that can be encountered in the treatment of wastewater on a large scale. It is believed that the results found here can guide future studies regarding operating strategies and the use of harvested biomass. Keywords: Microalgal biofilm. Wastewater. Nitrogen recovery. Harvest periods. Carotenoids.