Avaliação do processo combinado de coagulação e osmose direta para a concentração de biomassa algal

Abstract

As microalgas vêm despertando interesse no meio acadêmico e industrial, uma vez que apresentam elevado potencial biológico. A filtração e a coagulação são os métodos de concentração de biomassa que apresentam menor consumo energético. Como uma tecnologia emergente, a osmose direta tem mostrado grandes avanços e atraído crescente interesse na geração de energia, processamento de alimentos, entre outros. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é buscar alternativas de colheita de microalgas para a extração de carotenoides e lipídeos que associem baixo consumo energético, biodegradabilidade e garantia de integridade das células algais. Na primeira etapa foi realizada a pré-concentração da biomassa por coagulação, onde se analisou a eficiência de seis biopolímeros catiônicos diferentes: quitosana, nano-quitosana, três espécies de tanino e amido de batata. O amido catiônico, apesar de apresentar um grau de substituição de 0,00167, foi considerado ineficaz. Para a quitosana, as melhores condições foram: dosagem de 30 mg L-1, pH 7,5, tempo de 40 min de mistura e velocidade de 30 rpm. Para a nano-quitosana, dosagem de 20 mg L-1, pH 8,0, tempo de 20 min de mistura, velocidade de 30 rpm e tempo de sedimentação de 5 min. O extrato de tanino puro foi considerado ineficaz. Para o tanino catiônico, foi considerada ideal a dosagem de 110 mg L-1, não sendo necessário o ajuste de pH, tempo de 5 min de mistura e velocidade de 30 rpm. E o tanino sulfitado com uma dosagem de 80 mg L-1, sem necessidade de ajuste de pH, 5 min de mistura, velocidade de 30 rpm e sedimentação de 60 min. Na segunda etapa foi avaliada a filtração por osmose direta. A avaliação dos fluxos obtidos antes e após os experimentos de filtração mostrou que os mesmos não causaram modificações na membrana e a ocorrência de fouling não interferiu no processo. A quitosana obteve um aumento de fluxo de aproximadamente 2,8 ×, o tanino catiônico de 1,35 × e o tanino sulfitado de 1,31 ×. A nano-quitosana não apresentou aumento de fluxo. O processo combinado não apresentou alterações no teor de carotenoides totais nem no teor de lipídeos totais. As pré-concentrações com nano-quitosana e com tanino catiônico mostraram maior redução na energia de ligação, apresentando assim menor energia necessária para secagem nas etapas subsequentes.

Microalgae have attracted interest in academic community and industry, since they have great biological potential. Filtration and coagulation are the methods of biomass concentration that have the lowest energy consumption. As an emerging technology, forward osmosis has shown great progress and attracted growing interest in power generation, food processing, among others. Within this context, the main objective of this work is to seek alternatives for microalgae harvesting to carotenoid and lipids extraction that combine low energy consumption, biodegradability and integrity assurance of algal cells. In the first step, pre-concentration of biomass was performed by coagulation, where the effectiveness of six different cationic biopolymers was analyzed: chitosan, nano-chitosan, three species of tannin and potato starch. The cationic starch, despite having a degree of substitution of 0.00167 was considered ineffective. For chitosan, the best conditions were: dosage of 30 mg L-1, pH 7.5, mixing time of 40 min and stirrer speed of 30 rpm. For nano-chitosan, dosage of 20 mg L-1, pH 8.0, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 5 min. The extract of pure tannin was deemed ineffective. For cationic tannin, the dosage of 110 mg L-1 was considered ideal, pH adjustment is not necessary, mixing time of 5 min and stirrer speed of 30 rpm. And for sulfited tannin, dosage of 80 mg L-1, without pH adjustment, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 60 min. The evaluation of flows before and after the filtration tests showed that they didn’t cause changes in membrane and the occurrence of fouling didn’t interfere in the process. Chitosan obtained an increase of approximately 2.8 ×, cationic tannin of 1.35 × and sulfited tannin of 1.31 ×. Nano-chitosan didn’t show flow increase. The combined process showed no changes in carotenoid and lipid content. The pre-concentration with nano-chitosan e cationic tannin showed greater reduction in binding energy, thus presenting less energy for drying in subsequent steps.