Estudo de modelos de resistência aplicados na microfiltração de microalgas e emulsões óleo água

Abstract

Resumo: As microalgas apresentam um grande potencial de mercado tendo em vista a possível aplicabilidade de sua biomassa. Seu potencial biotecnológico consiste de lipídeos, proteínas, carboidratos, pigmentos, vitaminas e ácidos graxos. Contudo, uma série de adversidades ainda precisam ser superadas para o desenvolvimento dessa tecnologia. Uma das dificuldades consiste em separar a biomassa. Em virtude disso, a separação da biomassa representa uma parcela enorme dos custos de produção. Visando um melhor custo-benefício verificou-se a combinação das técnicas de floculação e processos de separação por membranas. Contudo, outro processo importante em que se utiliza os processos de separação por membranas consiste na separação de emulsões de óleo-água. Nesse tipo de solução, o óleo apresenta-se emulsificado em minusculas gotículas. Esse fator, aliado à grande produção desse efluente durante os processos, apresenta um dos maiores problemas para a indústria. Porém faz-se necessário também a modelagem e simulação do processo. Para isso, utilizou-se os dados obtidos em pesquisas anteriores. Para a filtração de microalgas utilizou-se duas membranas distintas (Alfa e Beta) concentrações de 20 e 60 mgL?1, com e sem floculantes, em meio ácido (pH = 4) e neutro (pH = 7) e diferentes pressões transmembrana (0,3; 0,7 e 1,0 bar). Para a filtração das emulsões óleo-água utilizou-se pressões transmembrana de (0,4; 0,6 e 0,8 bar). A avaliação das cinéticas demonstraram decaimento do fluxo com o decorrer da operação sendo mais abrupto no início. Verificou-se que para os ensaios de filtração de microalgas as resistências demonstraram-se mais acentuadas para os casos em meio ácido, concentrações elevadas e sem o uso de floculantes. Para a microfiltração das emulsões a resistência mais elevada se deu com a utilização de pressão transmembrana de 0,6 bar. A modelagem do processo demonstrou que o principal mecanismo de resistência à transferência de massa consistiu da formação da torta. Verificou-se boa concordância entre os dados experimentais e os obtidos através da simulação, com coeficiente de determinação superior a 0,957. A comparação entre os valores do coeficiente de resistência para a membrana A demonstrou que para os experimentos à baixa concentração em meio ácido ocorre uma maior diminuição da superfície da membrana. Comparando-se os coeficientes de resistência obtidos à partir das filtração de microalgas com as da emulsão óleo-água, verificou-se que a filtração de microalgas apresenta uma maior deposição de partículas na superfície da membrana. Palavras-chave: Modelagem. Simulação. Microfiltração. Microalgas. Petróleo.

Abstract: Microalgae have great market potential due its possible applicability of their biomass. Its biotechnological potential consists of lipids, proteins, carbohydrates, pigments, vitamins and fatty acids. However, a series of adversities have yet to be overcome for the development of this technology. One of the difficulties is to separate biomass. As a result, the separation of biomass represents a huge share of production costs. Aiming at a better cost-benefit, the combination of flocculation techniques and membrane separation processes was verified. However, another important process using membrane separation processes is the separation of oil-water emulsions. In this type of solution, the oil is emulsified as little droplets. This factor, combined with the large production of this wastewater during the processes, presents one of the biggest problems for the industry. However, it is also necessary to model and simulate the process. For this, we used the data obtained in previous research. For the filtration of microalgae, two different membranes (A and B) were used, with concentrations of 20 and 60 mgL?1, with and without flocculants, in acidic (pH = 4) and neutral ( pH = 7) and different transmembrane pressures (0.3; 0.7 and 1.0 bar). For the filtration of oil-water emulsions, transmembrane pressures of (0.4; 0.6 and 0.8 bar) were used. The evaluation of kinetics showed a decline in flow with the course of the operation being more abrupt at the beginning. It was found that for the microalgae filtration tests the resistances were more pronounced for the cases in acidic medium, high concentrations and without the use of flocculants. For the microfiltration of emulsions, the highest resistance occurred with the use of 0.6 bar transmembrane pressure. The modeling of the process demonstrated that the main mechanism of resistance to mass transfer consisted of the formation of the cake. There was a good agreement between the experimental data and those obtained through simulation, with a determination coefficient greater than 0.957. The comparison between the values of the resistance coefficient for membrane B1 showed that for experiments with low concentration in acid medium there is a greater decrease in the membrane surface. Comparing the resistance coefficients obtained from the microalgae filtration with those of the oil-water emulsion, it was found that the microalgae filtration shows a greater deposition of particles on the membrane surface. Keywords:Modeling. Simulation. Microfiltration. Microalgae. Petroleum.