Determinação do carbofuran em amostras ambientais e avaliação de seu potencial de bioacumulação em poecilia reticulata por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE-UV)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico

A IMPLANTAÇÃO DE BIODIGESTORES COM O USO DE SUBSTRATO DE MICROALGAS NA GERAÇÃO DE ENERGIA EM PEQUENAS PROPRIEDADES SUINÍCOLAS

A incorporação da biomassa de microalgas no atual cenário do agronegócio é recente, mas sabe-se de seu potencial na transesterificação de lipídeos para biodiesel, fermentação para a produção de bioetanol e bio-hidrogênio, bem como na digestão anaeróbia para a produção de biogás. Com o presente estudo, buscou-se avaliar o potencial do biogás produzido a partir de dejetos suínos e do substrato de microalgas na geração de energia elétrica. A composição química teórica e o poder calorífico inferior foram determinados a partir de dados da literatura para o biogás de dejetos suínos e a biomassa de microalgas como substrato. Para o cálculo do dimensionamento do biodigestor, fez-se o levantamento das características da Granja Dois Irmãos, localizada em Faxinal dos Guedes. Utilizou-se a multiplicação da quantidade diária produzida de dejetos (m3/dia) vezes o tempo de retenção hidráulica, e a estimativa chegada foi de 436,9 m3. A quantidade de biogás que pode ser gerada na Granja Dois Irmãos tem o valor energético de 87,21 kW/dia, os quais podem ser consumidos dentro da propriedade para suprir 80% da demanda de energia necessária na propriedade. A propriedade, com uma quantidade de 1202 animais alojados, produz até 436,9 m3/mês de dejetos de suínos, podendo gerar 54,21 m3/dia de biogás e 87,21 kW/dia de energia elétrica. De acordo com as análises estequiométricas e teóricas, a adição de microalgas como substrato contribuiu para um aumento de 299% na produção de energia elétrica, passando de 87,21 kW/dia para 260,85 kW/dia. De acordo com o cálculo do Poder Calorífico Inferior (PCI) para gases, constatou-se que as microalgas são superiores, com uma diferença de 803,654 Kcal/m3. Desse modo, o uso de microalgas como substrato nos processos de biodigestão anaeróbica se torna uma alternativa bastante significativa para aumentar a eficiência da combustão e o aumento da produção de energia elétrica.Palavras-chave: Dejetos suínos. Microalgas. Biogás. Metano. Energia elétrica

AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO DE JOAÇABA E HERVAL D’OESTE E PROPOSIÇÕES PARA ATENDER AO AUMENTO DAS DEMANDAS POPULACIONAIS – RESULTADOS PARCIAIS

O presente estudo foi realizado no sistema de tratamento de esgoto sanitário formado por lagoas de estabilização de esgoto (LEE), operado pelo Serviço Intermunicipal de Água e Esgoto (Simae). O sistema de tratamento projetado em 1989 atende aproximadamente a 21.000 habitantes de Joaçaba e Herval d’Oeste, Santa Catarina. O objetivo foi avaliar a eficiência do sistema de tratamento de esgoto sanitário após a instalação do sistema de pré-tratamento de processo físico (gradeamento e desarenação), retirada do lodo na lagoa anaeróbia e instalação de aeradores nas lagoas anaeróbia e facultativa, transformando-as em aeradas facultativas. Foram realizadas análises laboratoriais de pH, DBO, DQO, N-NH3, N-NO2-, N-NO3-, P-PO43, CT, E.coli, além de ST e SS no período de janeiro de 2013 a setembro de 2014. Os resultados dos parâmetros de avaliação foram agrupados em dois períodos: janeiro a dezembro de 2012 e setembro de 2013 a setembro de 2014 (com pré-tratamento, retirada do lodo e aeração). O intervalo entre os períodos (janeiro a agosto de 2013) foi adotado para minimizar as consequências oriundas das intervenções realizadas no sistema. A remoção da DBO e DQO melhorou consideravelmente, passou de 55,1% para 82,4% na DBO e de 38,5% para 78,4% na DQO. Os demais parâmetros analisados sofreram uma redução significativa na comparação dos períodos, exceto o N-NO3-. Os resultados referentes ao N-NO3- apresentaram concentração superior ao período inicial (3,42 mg L-1), porém inferior ao limite estabelecido na legislação vigente (≤10,0 mg L-1). As modificações realizadas com o pré-tratamento, retirada do lodo e aeração superficial melhoraram significativamente a eficiência do tratamento no sistema de LEE do Simae. Com as alterações recentes, o sistema poderá atender à população até o ano de 2019, quando os municípios atingirem aproximadamente 60.000 habitantes e atendimento estimado, com coleta e tratamento de esgoto, para 50% do total dessa população.Palavras-chave: Tratamento de esgoto. Lagoas de estabilização de esgoto. Pré-tratamento. Aeração superficial. 

PRODUÇÃO DE BIOETANOL A PARTIR DO PERMEADO DE SORO EM PÓ COMO SUBSTRATO PARA A LEVEDURA Kluyveromyces marxianus CCT 4086

O soro é o principal efluente dos laticínios que, muitas vezes, é lançado diretamente nos mananciais hídricos e solos sem tratamento prévio, gerando poluição. O permeado de soro em pó é um subproduto do soro de queijo tratado por processos de ultrafiltração e desidratação para retirada das proteínas (parte nobre). Seu uso para a produção de etanol diminui os problemas ambientais e contribui como uma nova matéria-prima barata e renovável, considerando a necessidade de uma matriz energética mais diversificada. Teve-se, com o presente trabalho, como principal objetivo a avaliação da produção de etanol a partir do permeado de soro em pó. Para tanto, a levedura Kluyveromyces marxianus foi utilizada para o processo de fermentação alcóolica, a qual se destaca pela capacidade de assimilar diretamente a lactose por meio da fermentação. Foram estudados parâmetros como a quantidade de água para a diluição do permeado de soro em pó, concentração adequada do substrato e do inóculo, nas temperaturas de 30 °C e 35 °C no tempo de fermentação de 48 horas, sem adição de outros nutrientes. Amostras de 40 mL foram retiradas em vários tempos de fermentação para a análise de pH e °BRIX. A etapa posterior foi a da destilação. O pH se manteve próximo aos parâmetros recomendados para a fermentação alcoólica e para a levedura, assim, não se necessitou de correção em nenhum dos três experimentos em replicata. O consumo de sólidos solúveis totais chegou próximo a zero, indicando a conversão do açúcar em etanol, o que possibilita a incorporação desse açúcar novamente na cadeia produtiva da indústria láctea ou na própria unidade produtora de álcool, sendo uma boa alternativa em termos econômicos pelo reaproveitamento da lactose e por não interferir na oferta e na demanda de alimentos frente à questão energética e ambiental no sentido de minimização de impactos.Palavras-chave: Queijo. Soro. Permeado. Etanol. Fermentação.

MODELAGEM MATEMÁTICA APLICADA AO CRESCIMENTO DE MICROALGAS EM FOTOBIORREATORES COM DIFERENTES CONDIÇÕES DE LUMINOSIDADE

O cultivo de microalgas é uma solução sustentável para fins de redução dos gases de efeito estufa, ficorremediação de águas residuárias e produção de biocombustíveis. A modelagem da cinética do crescimento desses micro-organismos é imprescindível para projetar fotobiorreatores eficientes, predizer o desempenho do processo e otimizar as condições de operação. Assim, o desenvolvimento de um modelo matemático do crescimento da microalga Chlorella vulgaris sob efeito da intensidade de luz com LED vermelho é o principal objeto de estudo deste trabalho. Diodos emissores de luz vermelha (LED) (148.5 μmol m-2 s-1) e iluminação fluorescente (44.8 μmol m-2 s-1) foram utilizados para explorar os efeitos da fonte de luz no cultivo mixotrófico de Chlorella vulgaris em fotobiorreatores (FBR). Foram realizadas análises de amônia, clorofila a e massa seca. O crescimento de microalgas foi modelado de acordo com uma equação de primeira ordem: , onde  é a taxa de crescimento especifico (dia-1), X é a concentração de biomassa (g. L-1) e t é o número de dias. A taxa de crescimento específico pode ser calculada com a equação:  e a taxa da produtividade da biomassa (g.L-1.dia-1), que demonstra uma taxa de crescimento linear, pode ser estimada de acordo com a equação: . Mediante a normalização dos dados e da modelagem, verificou-se que a intensidade luminosa fornecida pelo LED não representa um fator limitante no desenvolvimento das microalgas, não se aplicando a equação de Monod.  Comparando o consumo de amônia para ambos os FBRs em função da velocidade de produção de biomassa, o FBR com iluminação LED foi duas vezes mais eficiente que o fluorescente. Isso pode ser justificado pelo seu comprimento de onda de banda estreita, que consegue atingir os principais pigmentos responsáveis pela fotossíntese, sendo mais eficiente para a produção de biomassa do que a iluminação de lâmpadas fluorescentes.Palavras-chave: Diodos emissores de luz. Água residuária da suinocultura. Chlorellavulgaris.

AUMENTO DA PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS DURANTE A PURIFICAÇÃO SIMULTÂNEA DE BIOGÁS DERIVADO DE DEJETOS DE SUÍNOS

O uso direto de gases residuais contendo CO2 é econômica e ambientalmente melhor para o cultivo de microalgas que o CO2 comprimido, especialmente quando a geração de CO2 está perto do local de cultivo de microalgas. A integração da produção de microalgas e o tratamento do biogás derivado de resíduos suinícolas podem melhorar a eficiência de remoção de nutrientes por ficorremediação ao mesmo tempo, aumentando a produtividade de biomassa. Teve-se como objetivo deste trabalho investigar os efeitos do biogás derivado de efluentes da suinocultura sobre a taxa de crescimento da policultura microalgas (dominada Chlorella sp. e Scenedesmus sp.)  em um fotobiorreator em escala laboratorial. Digestato e biogás de um UASB foram usados como meios de cultura e fonte de CO2, respectivamente. Os experimentos foram realizados sob condições mixotróficas (luz 12h) e autotróficas (luz 24h). Os resultados mostraram a taxa de crescimento exponencial de 84 e 120 mg L-1 d-1 em condições mixotróficas e autotróficas, respectivamente. Na ausência de biogás no espaço gasoso (controles negativos), a biomassa de microalgas teve crescimento 1,7-2,4 vezes menor nos testes mixotróficos e autotróficos, respectivamente. A remoção de CO2 no espaço gasoso do reator foi de 118 e 176 mg L-1 d-1 para as condições mixotróficas e autotróficas, respectivamente. Reinjeções frequentes de biogás contendo até 1500 ppmv de sulfeto de hidrogênio não foram inibidoras ao crescimento de microalgas. H2S foi rapidamente e completamente removido, mesmo após consecutivas reinjeções de biogás. A taxa de remoção de amônia foi de 9,3 e 16,8 mg L-1 d-1 para as condições mixotróficas e autotróficas, respectivamente. Os resultados sugerem que os sistemas de cultivo de microalgas podem ser projetados para ajudar a purificação do biogás (aumentando, assim, o valor biometano), simultaneamente, a dinamizar a produção de biomassa de microalgas.Palavras-chave: Biogás. Biofiltro. Digestato suína. Remoção de nutrientes

AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE SULFETO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DO BIOGÁS PROVINDO DA DIGESTÃO DE EFLUENTES SUINÍCOLAS UTILIZANDO BIOFILTRO EM ESCALA CAMPO

Biogás produzido a partir de biodegradação anaeróbia de águas residuárias da suinocultura tem grande potencial como fonte de energia renovável. O sulfeto de hidrogênio (H2S) presente no biogás é um composto odorífero, corrosivo e tóxico que deve ser removido, a fim de evitar danos onerosos às infraestruturas globais das centrais geradoras elétricas. O objetivo, com este estudo, foi avaliar a eficiência a um baixo custo e manutenção de um biofiltro para remover H2S de um fluxo de biogás. O biofiltro foi instalado a jusante de um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta lodo (UASB) localizado nas instalações de tratamento de águas residuárias da Embrapa Suínos e Aves (Concórdia, SC, Brasil). O reator foi construído usando PVC e preenchido com material suporte para biofilme. O sistema foi alimentado continuamente com uma solução de nutrientes por 150 dias. Os parâmetros analisados foram tempo de retenção hidráulica (TRH) de 97 minutos e recirculação de nutrientes (Q) de 1,17 L.min-1. Diferentes taxas de fluxo de biogás (24, 36, 48 L.h-1) foram testadas para determinar a capacidade de carga máxima (taxa de aplicação). Eficiências médias de remoção de H2S de≥ 95% foram alcançadas ao longo do período experimental integral (taxa de aplicação 1.056 g.m3.h-1). Variações na eficiência de remoção foram observadas ao longo do tempo em razão de flutuações inerentes a concentrações influentes de H2S (1.100 a 3.500 ppmV), bem como a alterações nas taxas de fluxo de gás. A acumulação de um precipitado amarelado na parte inferior do reservatório de alimentação de nutriente indica deposição de H2S em enxofre elementar oxidado biologicamente. No geral, o biofiltro avaliado parece ser muito robusto e capaz de atingir remoção (H2S) satisfatória a partir de um fluxo de biogás. Considerando o teor de enxofre obtido simultaneamente no processo, este detém promessas como um fertilizante valioso que permanece desconhecido e deve ser melhor explorado.Palavras-chave: Biogás. Biofiltro. Sulfeto de hidrogênio. Dessulfurização

ENGENHARIA METABÓLICA: ALTERANDO A COMPOSIÇÃO BIOQUÍMICA DAS MICROALGAS OBTIDAS DO PROCESSO DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES SUINÍCOLAS

O tratamento de efluentes suinícolas utilizando ficorremediação vem sendo demonstrado ao longo dos anos e em vários países. Simultaneamente ao processo, a biomassa residual de microalgas pode ter utilidade como matéria-prima na produção de biocombustíveis e coprodutos de valor agregado. Neste trabalho os objetivos foram: avaliar a eficiência de remoção de N e P do efluente suinícola obtido de um reator UASB (upflowanaerobicsludgeblanket) utilizando a ficorremediação; avaliar a composição bioquímica das células ao final do processo de tratamento; e, avaliar o efeito da limitação dos nutrientes N e P na composição bioquímica das células. Experimentos foram conduzidos em fotobiorreatores de (12-L) e em escala piloto (500-L). O inóculo utilizado (Chlorellasp. e Scenedesmus sp.) foi obtido de lagoas de tratamento de efluentes suinícolas da Embrapa Suínos e Aves. Após 11 dias de cultivo, obteve-se redução da N-NH4 e P de 100%. A biomassa colhida apresentou 56,1±0,4, 34,4±0,4 e 1,8±0,6% de proteínas, carboidratos e lipídios, respectivamente. Após 25 dias em condições de privação de nutrientes, a fração lipídica aumentou para 16,3±0,8%. O teor proteico, entretanto, foi reduzido para 22±3%. Os carboidratos permaneceram com 56,8±3,2%. Portanto, a ficorremediação apresentou resultados satisfatórios na remoção de nutrientes do digestato. A biomassa de microalgas gerada simultaneamente ao processo apresentou alto teor proteico e de carboidratos que certamente apresentam potencial para a reformulação de rações. Utilizando processos simples de engenharia metabólica, o teor lipídico pode ser incrementado em curto período de tempo comparado às oleaginosas. Isso é particularmente interessante do ponto de vista do mercado de biodiesel como também das indústrias interessadas no alto valor agregado dos óleos obtidos a partir dessa matéria-prima.Palavras-chave: Amônia. Composição celular. Fósforo. Ficorremediação

A IMPLANTAÇÃO DE BIODIGESTORES COM O USO DE SUBSTRATO DE MICROALGAS NA GERAÇÃO DE ENERGIA EM PEQUENAS PROPRIEDADES SUINÍCOLAS

A incorporação da biomassa de microalgas no atual cenário do agronegócio é recente, mas sabe-se de seu potencial na transesterificação de lipídeos para biodiesel, fermentação para a produção de bioetanol e bio-hidrogênio, bem como na digestão anaeróbia para a produção de biogás. Com o presente estudo, buscou-se avaliar o potencial do biogás produzido a partir de dejetos suínos e do substrato de microalgas na geração de energia elétrica. A composição química teórica e o poder calorífico inferior foram determinados a partir de dados da literatura para o biogás de dejetos suínos e a biomassa de microalgas como substrato. Para o cálculo do dimensionamento do biodigestor, fez-se o levantamento das características da Granja Dois Irmãos, localizada em Faxinal dos Guedes. Utilizou-se a multiplicação da quantidade diária produzida de dejetos (m3/dia) vezes o tempo de retenção hidráulica, e a estimativa chegada foi de 436,9 m3. A quantidade de biogás que pode ser gerada na Granja Dois Irmãos tem o valor energético de 87,21 kW/dia, os quais podem ser consumidos dentro da propriedade para suprir 80% da demanda de energia necessária na propriedade. A propriedade, com uma quantidade de 1202 animais alojados, produz até 436,9 m3/mês de dejetos de suínos, podendo gerar 54,21 m3/dia de biogás e 87,21 kW/dia de energia elétrica. De acordo com as análises estequiométricas e teóricas, a adição de microalgas como substrato contribuiu para um aumento de 299% na produção de energia elétrica, passando de 87,21 kW/dia para 260,85 kW/dia. De acordo com o cálculo do Poder Calorífico Inferior (PCI) para gases, constatou-se que as microalgas são superiores, com uma diferença de 803,654 Kcal/m3. Desse modo, o uso de microalgas como substrato nos processos de biodigestão anaeróbica se torna uma alternativa bastante significativa para aumentar a eficiência da combustão e o aumento da produção de energia elétrica.Palavras-chave: Dejetos suínos. Microalgas. Biogás. Metano. Energia elétrica

AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO DE JOAÇABA E HERVAL D’OESTE E PROPOSIÇÕES PARA ATENDER AO AUMENTO DAS DEMANDAS POPULACIONAIS – RESULTADOS PARCIAIS

O presente estudo foi realizado no sistema de tratamento de esgoto sanitário formado por lagoas de estabilização de esgoto (LEE), operado pelo Serviço Intermunicipal de Água e Esgoto (Simae). O sistema de tratamento projetado em 1989 atende aproximadamente a 21.000 habitantes de Joaçaba e Herval d’Oeste, Santa Catarina. O objetivo foi avaliar a eficiência do sistema de tratamento de esgoto sanitário após a instalação do sistema de pré-tratamento de processo físico (gradeamento e desarenação), retirada do lodo na lagoa anaeróbia e instalação de aeradores nas lagoas anaeróbia e facultativa, transformando-as em aeradas facultativas. Foram realizadas análises laboratoriais de pH, DBO, DQO, N-NH3, N-NO2-, N-NO3-, P-PO43, CT, E.coli, além de ST e SS no período de janeiro de 2013 a setembro de 2014. Os resultados dos parâmetros de avaliação foram agrupados em dois períodos: janeiro a dezembro de 2012 e setembro de 2013 a setembro de 2014 (com pré-tratamento, retirada do lodo e aeração). O intervalo entre os períodos (janeiro a agosto de 2013) foi adotado para minimizar as consequências oriundas das intervenções realizadas no sistema. A remoção da DBO e DQO melhorou consideravelmente, passou de 55,1% para 82,4% na DBO e de 38,5% para 78,4% na DQO. Os demais parâmetros analisados sofreram uma redução significativa na comparação dos períodos, exceto o N-NO3-. Os resultados referentes ao N-NO3- apresentaram concentração superior ao período inicial (3,42 mg L-1), porém inferior ao limite estabelecido na legislação vigente (≤10,0 mg L-1). As modificações realizadas com o pré-tratamento, retirada do lodo e aeração superficial melhoraram significativamente a eficiência do tratamento no sistema de LEE do Simae. Com as alterações recentes, o sistema poderá atender à população até o ano de 2019, quando os municípios atingirem aproximadamente 60.000 habitantes e atendimento estimado, com coleta e tratamento de esgoto, para 50% do total dessa população.Palavras-chave: Tratamento de esgoto. Lagoas de estabilização de esgoto. Pré-tratamento. Aeração superficial.