5. Resultados e discussão
5.1. Testes preliminares
5.1.3. Comportamento do pH, OD e Temperatura
Pode-se observar que ocorreu um aumento do pH durante os experimentos (Figura 23), tornando o meio mais básico. Isso se deve às baixas concentrações dos íons carbonato e bicarbonato, que ocorreram devido ao consumo de CO2 pelas microalgas, que é a sua fonte de carbono.
62 Figura 23 - Comportamento do pH: a: Experimento 1 (efluente sintético); b: Experimento 2 (efluente UASB); c: Experimento3 (efluente UASB).
Fonte: elaborado pela autora (2016).
No experimento de Yan et al. (2012) o valor de pH do meio ficou na média de 7,42, durante os 10 dias. O valor de pH aumentou gradativamente em função do tempo, que foi o mesmo comportamento notado nos experimentos realizados.
A temperatura nos fotobiorreatores ficou dentro da faixa considerada ótima para o crescimento de microalgas que, de acordo com Lourenço (2006), é entre 20 - 30 ⁰C (Figura 24). Porém notou-se uma diferença entre os fotobiorreatores em todos os três experimentos, fato que ocorreu possivelmente devido ao uso de diferentes LEDs. Nota-se que no experimento três ocorreram variações maiores na temperatura, do que nos demais experimentos; para evitar as oscilações resolveu-se utilizar um termostato nas etapas seguintes do trabalho.
Figura 24 - Comportamento temperatura a: Experimento 1 (efluente sintético); b: Experimento 2 (efluente UASB); c: Experimento 3 (efluente UASB).
Fonte: elaborado pela autora (2016).
Nos trabalhos de Yan et al. (2013), Yan et al. (2012), Katsuda et al. (2004) e Wang et al. (2007) as temperaturas do experimento foram controladas em 25, 25, 20 e 30 ⁰C, respectivamente. Apesar
63 das variações observadas durante os três experimentos realizados nesse trabalho, os valores utilizados estão na faixa de temperatura encontrada nos experimentos realizados.
Nos experimentos realizados com efluente do reator UASB o OD nos primeiros dias estava com valores baixos, próximos a zero. A partir do segundo dia foi visto no experimento 2 um aumento do OD, enquanto que no experimento 3 o acréscimo foi notado somente após o sétimo dia (Figura 25).
Figura 25 - Comportamento OD a: Experimento 1 (efluente sintético); b: Experimento 2 (efluente UASB); c: Experimento 3 (efluente UASB).
Fonte: elaborado pela autora (2016).
No experimento 1 (efluente sintético) a concentração de OD iniciou-se com um valor maior do que nos demais, fato que pode ser explicado pela utilização da água de torneira para a preparação do efluente sintético. Entretanto, ocorreu uma queda abrupta a partir do segundo dia, que pode ter ocorrido devido ao consumo da matéria orgânica pelas bactérias. No 1.1 o OD aumentou a partir do segundo dia, e no 1.2 esse acréscimo só foi notado a partir do sétimo dia. O aumento do OD pode indicar crescimento de biomassa algal, visto que a fotossíntese tem como subproduto o O2.
5.1.4. Nitrogênio
5.1.4.1. Formas de nitrogênio
Para o efluente sintético, usado no experimento 1, a forma predominante de nitrogênio era a orgânica, e para que esta pudesse ser assimilado pelos microrganismos foi necessário que ocorresse a transformação para a forma de nitrogênio amoniacal, pelo processo de amonificação, (Figura 26). Sabe-se que a amônia é mais viável energicamente para as microalgas, visto que a outra forma de
64 assimilação é a de nitrato, porém este necessita se converter em amônia (NELSON e COX, 2006). O processo de nitrificação neste experimento foi mínimo (Figura 26), o que pode indicar baixa presença de bactérias nitrificantes, o que faz sentido por se tratar de um efluente sintético. Figura 26 - Formas de nitrogênio no Experimento 1 (efluente sintético); a: Fotobiorreator 1.1; b: Fotobiorreator 1.2.
Fonte: elaborado pela autora (2016).
No experimento 2 o efluente da saída do reator UASB, apresentou características semelhantes às encontradas na literatura (CHERNICHARO, 1997). Nos reatores UASB ocorre o processo de amonificação, por isso o efluente apresentou maior concentração de nitrogênio amoniacal, que é a forma preferencial para a assimilação pelas microalgas (Figura 27). Logo, houve um decaimento acelerado do nitrogênio amoniacal e um acréscimo do nitrogênio orgânico (Figura 27), já nos primeiros dias. Nos três fotobiorreatores a concentração de nitrogênio amoniacal no nono dia de experimento estava próximo de 0 mg L-1. No experimento 1 somente o fotobiorreator 1.2 atingiu valor semelhante.
As faixas de concentração de nitrito e nitrato foram maiores no experimento 2, o que pode ser associado à presença de bactérias nitrificantes, que convertem o nitrogênio amoniacal em nitrito e depois em nitrato (Figura 27).
No experimento 3 o efluente do UASB apresentou composição atípica, pois a concentração da DQO estava na faixa de concentração usual para efluentes brutos (1000 mg L-1). Além disso, a forma de nitrogênio predominante era a orgânica, o que não é usual para efluentes da saída de UASB (Figura 28). As concentrações de nitrito e nitrato no experimento 3 foram menores do que no 2, mesmo se tratando de um efluente real.
65 Figura 27 - Formas de nitrogênio no Experimento 2 (efluente UASB). a: Fotobiorreator 2.1; b: Fotobiorreator 2.2; c: Fotobiorreator 2.3.
Fonte: elaborado pela autora(2016).
Todos os fotobiorreatores mostraram-se eficientes para a remoção de NTK (Figura 29), e isto pode ser explicado pela ocorrência dos processos de volatilização, fixação biológica e sedimentação da matéria orgânica (REED, 1985; GARCIA et al., 2006). O 1.2 apresentou uma eficiência de remoção de 81%, enquanto que o 3.1 apresentou o menor desempenho (55%), Tabela 12.
66 Figura 28 - Formas de nitrogênio Experimento 3. a: Fotobiorreator 3.1; b: Fotobiorreator 3.2; c: Fotobiorreator 3.3.
Fonte: elaborado pela autora (2016).
Tabela 12 - Remoção de NTK. Fotobiorreator % de remoção de NTK 1.1 66 1.2 81 2.1 61 2.2 60 2.3 71 3.1 55 3.2 62 3.3 71
67 Figura 29 - Remoção de NTK a: experimento 1 (efluente sintético); b: experimento 2 (efluente UASB); c:
experimento 3 (efluente UASB).
Fonte: elaborado pela autora (2016). Nota: as escalas estão diferentes para melhor visualização.
Devido ao sistema de agitação lenta do fotobiorreator, o processo de volatilização pode ter sido favorecido, devido ao maior contato do efluente com o ar, semelhante ao que ocorre nas torres de
air stripping.
Houve crescimento de biomassa dispersa no meio e aderida nas paredes do fotobiorreator. Ao realizar as análises de NTK a biomassa dispersa foi contabilizada no resultado, porém a aderida não. Tal fato pode ter contribuído para a subestimação a concentração de NTK.
Estudos anteriores que utilizaram configuração semelhante de fotobiorreator obtiveram resultados semelhantes em termos de remoção, porém utilizaram fluxos luminosos maiores. Yan et al. (2012) obtiveram 75% de remoção de NT, com um fluxo luminoso de 2300 µE m-2 s-1 com a luz branca. O estudo de Xu et al. (2013) apresentou 76% de remoção com a luz branca no fluxo de 2000 µE m-2 s-1. Neste trabalho o sistema que apresentou melhor resultado foi com o fotobiorreator
68 1.2 (160 µE m-2 s-1), que apresentou 81% de remoção, seguido do 2.3 (160 µE m-2 s-1) com 71% e do 3.3 (160 µE m-2 s-1) com 71%. Esse resultado pode ter sido devido à distribuição homogênea dos LEDs, visto que nos outros fotobiorreatores, com menor remoção, os LEDs estavam concentrados em dois pontos.
O sistema de agitação lenta permitiu que toda a biomassa que cresceu dispersa no meio entrasse em contato uniforme com a luz. Não havendo possibilidade de determinada espécie ficar na superfície e impedir a passagem de luz para as camadas inferiores do fotobiorreator, isso pode ser uma das causas de um fluxo luminoso menor do que os utilizados nos trabalhos de Yan et al. (2012), Yan et al. (2013) e Wang et al. (2007), ter atingido resultados semelhantes ou melhores, com menores fluxos luminosos. Além disso, neste trabalho estavam presentes diferentes espécies de microalgas no fotobiorreator, o que pode ter colaborado para a remoção.
5.3.4.2. Estimativa do conteúdo de nitrogênio na biomassa
É possível relacionar as Figuras 20, 22, 25 e 30 quando notou-se um aumento na concentração do AON; o OD e a concentração de clorofila a também aumentaram. Uma hipótese para o aumento da concentração de OD é que as bactérias heterotróficas não degradam a matéria orgânica na mesma velocidade que as microalgas produzem O2, com isso o processo de respiração que consome o OD não supera a produção desse pelas microalgas, o que proporciona um acréscimo no meio. Figura 30 - Nitrogênio algal e bacteriano.
69 No experimento 1 o BON tem maiores valores do que o AON no início do experimento, e esses foram diminuindo até o nono dia. Após esse tempo ocorreu um aumento nos valores do BON, porém estes ficam inferiores ao AON nos dois fotobiorreatores. No sexto dia foi observado nos dois fotobiorreatores (1.1 e 1.2) os maiores valores de N amoniacal (Figura 26), que decresce até o décimo-quinto dia, e neste mesmo período foi observado o maior acréscimo do AON.
No experimento 3 notou-se que a partir do sexto dia a concentração de AON aumentou. Neste mesmo tempo o N amoniacal apresentou uma redução acentuada nos fotobiorreatores (17,47 mg L-1 no 3.1; 15,08 mg L-1 no 3.2 e 11,14 mg L-1 no 3.3), o que sugere que as microalgas assimilaram o N amoniacal. Foi observado também que entre o sexto e nono dias ocorreu um aumento de N orgânico, isso pode estar relacionado ao aumento de biomassa nos fotobiorreatores. Tal fato, é corroborado pelo acréscimo de clorofila a notado no mesmo período (Figura 20).
No experimento 2 as amostras de NTKf foram perdidas, e com isso não foi realizada a estimativa de nitrogênio algal e bacteriano.