Filtração tangencial acoplada a sistema de floculação e sedimentação contínua de microalgas

Abstract

Resumo: A grande procura por alternativas para produção de biocombustíveis tem levado a um grande interesse em pesquisas relacionados a produtos que podem ser obtidos das microalgas. A possibilidade de se produzir grandes quantidades de biomassa em menor área, é o grande atrativo desses microrganismos, que podem dar origem aos mais variados produtos, como biocombustíveis, suplementos alimentares, fármacos e cosméticos. Entretanto, o alto gasto relacionado à separação da biomassa do cultivo tem inviabilizado economicamente esses processos, torna-se o grande gargalo desse processo. Neste sentido visando proporcionar melhorias relacionadas ao processo de separação das microalgas esse projeto propõe a combinação da filtração tangencial com a adição de floculantes para aumentar o tamanho das partículas para melhoria do rendimento de filtração e aplicar em processo contínuo. Foram produzidos cultivos de Tetradesmus obliquus em escala laboratorial para realizar testes de floculação e filtração em diferentes temperaturas. Para os experimentos com filtração tangencial foram confeccionadas membranas cerâmicas a partir de argila tratada e aditivos, como o dióxido de titânio e o cloreto férrico. Nos experimentos de permeabilidade hidráulico, o aumento da temperatura durante a filtração resultou no aumento da permeabilidade hidráulica. Nos ensaios de floculação a diferentes temperaturas e com diferentes floculantes, o aumento de temperatura incrementou a eficiência da floculação com cloreto de férrico e com Tanfloc, com uma remoção superior a 97%. Porém a quitosana apresentou comportamento oposto, com uma remoção de 83%. O potencial zeta do cultivo com e sem floculante se aproximou de zero ao aumentar a temperatura, indicando o favorecimento à aglomeração das células da microalga. As filtrações tangenciais apresentaram melhora no fluxo de permeado a 40 °C em relação a 20 °C, aumentando em 29% para a membrana de argila tratada e 27% para a membrana de argila natural com aditivo de dióxido de titânio. Contudo, ao utilizar o cloreto férrico como floculante a 40 °C, o fluxo de permeado teve uma queda mais acentuada, indicando uma instabilidade dos flocos nessa temperatura. A membrana de argila tratada com aditivo de cloreto férrico obteve uma boa permeabilidade hidráulica, porém a resistência ficou comprometida, não sendo possível concluir os experimentos de filtração devido à formação de trincas na membrana.

Abstract: The great search for alternatives for the production of biofuels has led to a great interest in research related to products that can be obtained from microalgae. The possibility of producing large quantities of biomass in a smaller area is the great attraction of these microorganisms, which can give rise to the most varied products, such as biofuels, food supplements, pharmaceuticals and cosmetics. However, the high expense related to the separation of biomass from cultivation has made these processes economically unfeasible, becoming the major bottleneck in this process. In this sense, aiming to provide improvements related to the microalgae separation process, this project proposes the combination of tangential filtration with the addition of flocculants to increase the particle size to improve the filtration yield and apply in continuous process. Cultures of Tetradesmus obliquus were produced on a laboratory scale to carry out flocculation and filtration tests at different temperatures. For the experiments with tangential filtration, ceramic membranes were made from treated clay and additives such as titanium dioxide and ferric chloride. In the hydraulic permeability experiments, the increase in temperature during filtration resulted in an increase in hydraulic permeability. In flocculation tests at different temperatures and with different flocculants, the temperature increase increased the efficiency of flocculation with ferric chloride and with Tanfloc, with a removal greater than 97%. However, chitosan showed the opposite behavior, with a removal of 83%. The zeta potential of the culture with and without flocculant approached zero when increasing the temperature, indicating favoring the agglomeration of microalgae cells. Tangential filtrations showed an improvement in permeate flux at 40 °C compared to 20 °C, increasing by 29% for the treated clay membrane and 27% for the natural clay membrane with titanium dioxide additive. However, when using ferric chloride as a flocculant at 40 °C, the permeate flux had a more accentuated drop, indicating an instability of the flocs at that temperature. The clay membrane treated with ferric chloride additive had good hydraulic permeability, but the resistance was compromised, and it was not possible to complete the filtration experiments due to the formation of cracks in the membrane.