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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11964
Tipo: | Tese |
Título: | Use of microalga and filamentous fungi in the treatment of industrial effluents (whey and petroleum produced water) |
Título(s) alternativo(s): | Uso de microalga e fungos filamentosos no tratamento de efluentes industriais (soro do leite e água produzida de petróleo) |
Autor(es): | Andrade, Francine Pimentel de |
Primeiro Orientador: | Silva, Carlos Eduardo de Farias |
metadata.dc.contributor.referee1: | Soletti, João Inácio |
metadata.dc.contributor.referee2: | Almeida, Renata Maria Rosas Garcia |
metadata.dc.contributor.referee3: | Abud, Ana Karla de Souza |
metadata.dc.contributor.referee4: | Silva, Cristina Ferraz |
Resumo: | Este trabalho teve como objetivo obter informações sobre o uso de microalgas e o cocultivo de microalgas com outros microrganismos (bactérias, fungos filamentosos e leveduras) no tratamento de águas residuais, especificamente o efluente da indústria de laticínios, soro de leite, e petróleo, denominado água produzida. Para isso, uma revisão da literatura em relação ao cultivo em sistema aberto revelou informações sobre a capacidade de remover contaminantes (principalmente Demanda Química de Oxigênio (DQO), Nitrogênio Total (TN) e Fósforo Total (TP) presentes em efluentes industriais por microalgas e seus consórcios com outras grupos microbianos. Os consórcios microalga-bactéria são utilizados principalmente devido à grande capacidade de remover matéria orgânica das bactérias e melhor assimilação de nitrogênio e fósforo pelas microalgas. Por outro lado, linhas de pesquisa utilizando o consórcio de microalgas com leveduras e os fungos têm ganhado atenção, primeiro porque as leveduras podem acumular um alto teor lipídico, assim como as microalgas, podendo assim ser utilizadas, por exemplo, na produção de biodiesel, e no caso dos fungos filamentosos para aumentar a capacidade de efluentes tratamento com moléculas orgânicas complexas (o poder metabólico dos fungos é superior ao das microalgas) e ajuda no processo de colheita da biomassa microalgal. Mas é reconhecido que as aplicações biotecnológicas para esses dois grupos podem ser ampliadas, portanto, pesquisas são necessárias. O tipo de biorreator e modo de operação influenciam significativamente no processo de tratamento de efluentes usando microalgas. Assim, uma revisão sobre os modos de operação mostrou que cultivos em batelada e batelada alimentada apresentam menores riscos de contaminação, enquanto os modos contínuo e semicontínuo maiores taxas de produtividade. Combinando o uso de efluentes, reatores e modo de operação que atendam as necessidades nutricionais e ambientais para o cultivo de microalgas, taxas de remoção de DQO, nitrogênio e fósforo podem ser superiores a 90%. Foi desenvolvido um modelo cinético para descrever a remoção simultânea de carbono orgânico, nitrogênio e fósforo, e o crescimento microbiano no tratamento de águas residuais utilizando microalgas, aplicando o modelo de ordem n para o consumo de contaminantes, Monod (um substrato limitante) e Silva e Cerqueira (múltiplos substratos) para o crescimento microbiano, os resultados demonstraram a capacidade desses modelos em predizer o comportamento do tratamento de diferentes efluentes industriais. Também foi realizado procedimento experimental, no qual o cultivo da microalga Tetradesmus sp. no tratamento de soro de leite em lagoas abertas foi avaliado, esta espécie foi capaz de remover a DQO, NT e PT, representando uma alternativa de tratamento sustentável, além da produção de biomassa microalgal, com os experimentos realizados em baixas intensidade de luz (25-50 µmol m-2 s -1 ) capaz de remover mais DQO enquanto intensidades mais altas removeram mais NT e PT (100-200 µmol m-2 s -1 ). Além disso, uma revisão da literatura sobre o tratamento biológico da água produzida mostrou que existem poucos trabalhos quando comparado com outros efluentes, principalmente pela característica desse efluente por possuir diversas substâncias xenobióticas, alto teor de óleos e graxas e alta salinidade. Nesse sentido, os processos físicos e químicos são mais utilizados, embora sejam mais eficazes quando a água tratada é utilizada para reinjeção nos poços, mas devido à alta salinidade e à presença de compostos tóxicos, sugere-se a biorremediação do efluente quando o a água pode ser utilizada para outros fins nobres como a irrigação. Foram encontrados estudos utilizando bactérias, microalgas, fungos filamentosos e leveduras, sendo os dois primeiros os de maior destaque. Foram conduzidos experimentos de tratamento de água produzida em um reator de coluna de bolhas utilizando o co-cultivo de microalgas (Tetradesmus obliquus) e fungos filamentosos (Aspergillus niger, Penicillium oxalicum e Cunninghamella echinulata). A espécie C. echinulata alcançou maiores taxas de remoção de TOG (90-95%), inicialmente com 312-2500 mg L-1 . Em diferentes concentrações de salinidade (5-50 g L-1 ), a T. obliquus manteve-se viva até 25 g L-1 , C. echinulata cresceu em todas as concentrações de salinidade e removeu TOG com taxas entre (80-95%). O co-cultivo T. obliquus-C. echinulata removeu até 63,4 e 36,58% de nitrogênio e fosforo, respectivamente. |
Abstract: | This work aimed to obtain information regarding the use of microalgae and the cocultivation of microalgae with other microorganisms (bacteria, filamentous fungi and yeasts) in the treatment of wastewater, specifically the dairy wastewater, and petroleum produced water. For this, a literature review regarding open system cultivation revealed information about the ability to remove contaminants (mainly Chemical Oxygen Demand (COD), Total Nitrogen (TN) and Total Phosphorus (TP)) present in industrial effluents by microalgae and their consortia with other microbial groups. Microalgae-bacteria consortia are used mainly due to the great capacity to remove organic matter from bacteria and better assimilation of nitrogen and phosphorus by microalgae. On the other hand, lines of research using the consortium of microalgae with yeasts and filamentous fungi have gained attention, first because yeasts can accumulate a high lipid content, as well as microalgae, and can therefore be used, for example, in the production of biodiesel, and in the case of filamentous fungi to increase the capacity of effluent treatment containing molecules complex organic compounds (the metabolic power of fungi is superior to that of microalgae) and helps in the process of harvesting microalgal biomass. But it is recognized that the biotechnological applications for these two groups can be expanded, therefore, research is necessary. The type of bioreactor and mode of operation significantly influence the effluent treatment process using microalgae. Thus, a review of the operating modes showed that batch and fed-batch cultivations present lower risks of contamination, while the continuous and semi-continuous modes have higher productivity rates. Combining the use of effluents, reactors and mode of operation in conjoint with the nutritional and environmental requirements, can reach removal rates for COD, nitrogen and phosphorus greater than 90%. After, a kinetic model was developed to describe simultaneous removal of organic carbon, nitrogen and phosphorus, and microbial growth in wastewater treatment using microalgae, applying the n-order model for contaminant consumption, Monod (a limiting substrate) and Silva and Cerqueira (multiple substrates) for microbial growth. The results demonstrate the ability of these models to predict the treatment behavior of different industrial effluents. Additionally, an experimental procedure was performed, in which the cultivation of the microalgae Tetradesmus obliquus in the treatment of whey in open ponds was evaluated through experiments carried out at different organic loads (0.5-4% v/v) and light intensities (25- 200 µmol m-2 s -1 ). It was possible to efficiently remove COD, nitrogen and phosphorus with rates greater than 80% at higher light intensities (25-200 µmol m-2 s -1 ) in all analysed organic loads, with emphasis on the lower ones (0.5 and 1% v/v) because they have a final concentration of contaminants in accordance with the legislation. In addition, a literature review on the biological treatment of oil produced water was carried out, and it was shown that there are few published works when compared to other effluents, mainly due to the characteristic of this wastewater, such as xenobiotic substances, high oil and grease content, and high salinity. In this sense, physical and chemical processes are more applied, although they are more effective when the treated water is used for reinjection in the wells, but due to the high salinity and the presence of toxic compounds, it is suggested the bioremediation of the effluent when the water produced it can be used for other noble purposes such as irrigation. Studies using bacteria, microalgae, filamentous fungi and yeasts were found, the first one being the most prominent, but showing the potential and need for further studies with other microbial groups. In this sense, experiments were conducted to treat produced water in a bubble column reactor using the co-culture of microalgae (Tetradesmus obliquus) and filamentous fungi (Aspergillus niger, Penicillium oxalicum and Cunninghamella echinulata). The species C. echinulata achieved higher TOG removal rates (90-95%), initially with 312-2500 mg L-1 , being more efficient than microalgae for this parameter. At different salinity concentrations (5-50 g L-1 ), and T. obliquus remained alive up to 25 g L-1 , while the fungus C. echinulata grew at all salinity concentrations and removed TOG at rates between (80-95%). Finally, the co-culture of T. obliquus-C. echinulata removed up to 63.4 and 36.58% of nitrogen and phosphorus, with initial concentrations between 50-150 and 30 mg L-1 , respectively. |
Palavras-chave: | Biodegradação ambiental Tetradesmus obliquus Cunninghamella echinulata Consórcio microbiano Biorremediation Microbial consortium |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
Sigla da Instituição: | UFAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Citação: | ANDRADE, Francine Pimentel de. Use of microalga and filamentous fungi in the treatment of industrial effluents (whey and petroleum produced water). 2023. 204 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11964 |
Data do documento: | 9-mai-2023 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC |
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