A iluminação dos fotobiorreatores influencia diretamente o crescimento da biomassa algal e a remoção dos poluentes. Para garantir um melhor aproveitamento energético pode-se selecionar um intervalo específico de comprimento de onda que promova melhor crescimento das algas, ou remoção de determinado nutriente.
Os comprimentos de onda azul (λ ≈ 420 - 470 nm) e vermelho (λ ≈ 600 nm) são preferencialmente absorvidos pelas microalgas. Tal fato está relacionado com a história da evolução das microalgas, e com os pigmentos presentes nos cloroplastos. Cada espécie de microalga possui um ponto ótimo de absorção de luz e que poderá melhorar o seu crescimento (SCHULZE et al., 2014).
Wang et al. (2007) verificaram que os LEDs na cor vermelha, seguida da luz branca, com fluxo luminoso na faixa de 1500 a 3000 µE m−2 s−1 (1 E = 1 mol de fótons) promovem melhores taxas de crescimento de Spirulina platensis, cerca de 100 - 300 mg L-1 de peso seco.
Yan et al. (2013) avaliaram o tratamento de efluente sintético doméstico com o uso de microalgas e LEDs em fotobiorreatores com 0,4 L de efluente e 0,2 L de solução de Chlorella vulgaris. Concluíram que o LED na cor vermelha apresenta melhores taxas de crescimento da biomassa (acima de 100%), remoção de nitrogênio (78%), remoção de fósforo (68%) e remoção de matéria orgânica (76%). A eficiência de remoção decai na seguinte ordem de comprimentos de onda: vermelho > branco > amarelo > violeta > azul > verde.
A intensidade do fluxo luminoso ideal varia de acordo com a densidade populacional de microalgas, sendo indicado no período 0 - 48 h o fluxo luminoso de 1000 µE m-2 s-1, 48 - 96 h com 1500 µE m-2 s-1, 96 - 120 h com 2000 µE m-2 s-1 e na última fase, 120 - 144 h o fluxo de 2500 µE m- 2 s-1 (YAN et al., 2013). Nesse estudo não era realizado o revolvimento do líquido, logo com o aumento da biomassa as camadas superiores dificultavam a penetração da luz, o que desfavorecia o crescimento das microalgas que estavam abaixo da camada superficial, tendo em vista o que já foi apresentado sobre a homogeneização.
Yan et al. (2012) usaram uma cultura de C. vulgaris para tratar um efluente resultante da fermentação anaeróbia de esgotos com microalgas e LEDs, alcançaram eficiências semelhantes para as cores vermelha e amarela na remoção de nitrogênio e matéria orgânica. Para esses autores
32 o efeito de remoção da cor azul foi inferior as demais, devido ao fato das bandas de absorção da clorofila a não estarem presentes no comprimento de onda desta cor. A luz branca apresentou um efeito de remoção intermediário entre o vermelho e amarelo. As melhores taxas de crescimento também foram as do vermelho e amarelo.
Katsuda et al. (2004) propuseram que a iluminação com LED vermelho é adequada para o crescimento de microalgas, enquanto a mudança para iluminação com LED azul pode melhorar a produção de astaxantina, que é um corante utilizado para carnes, por Haematococcus pluvialis. Além do potencial para tratar efluentes as microalgas e LEDs podem gerar produtos para as indústrias alimentícia (corantes, suplementos protéicos), farmacêutica e cosmética.
Baseado nos dados de Yan et al. (2012) e Yan et al. (2013) o crescimento da biomassa algal é influenciado pela intensidade luminosa, e a luz vermelha é a que promove maior crescimento algal na faixa de 1000 a 2500 µE m-2 s-1. A cultura de C. vulgaris apresentou um crescimento exponencial até a intensidade de 2300 µE m-2 s-1, após este valor houve um decréscimo, e na intensidade de 500 µE m-2 s-1 não apresentou crescimento. No estudo de Wang et al. (2007) a S. platensis não apresentou decaimento até a faixa de 3000 µE m-2 s-1, e não cresceu na intensidade de 300 µE m- 2 s- 1, o que indica que cada espécie apresenta interações (respostas) diferentes ao fluxo de luz.
Conforme dados de Xu et al. (2013) que utilizaram um fotobiorreator (com agitação três vezes ao dia) de 0,6 L com efluente sintético e C. vulgaris o melhor tempo com relação à absorção de nutrientes se dá no sexto dia (144 h), porém há uma variação de acordo com a intensidade luminosa. Após esse tempo foi observado um decaimento na remoção dos nutrientes, tal fato de acordo com os autores pode estar associado ao fenômeno de fotoinibição, que é causado pelo excesso de luminosidade, que provoca danos aos receptores de luz nas microalgas.
Das et al. (2011) constataram que a Nannochloropisis sp. apresenta a melhor taxa de crescimento com o uso de luz azul, seguida da branco, verde e, por fim, vermelho. Nesse estudo foram utilizados fluxos luminosos de 300 a 1200 lux (não foi realizada a conversão da unidade de lux para µE m- 2 s- 1, pois é necessário ter informações sobre as características do LED usado, e tais informações não foram disponibilizadas no artigo). Ao contrário do que apontam os estudos de
33 Wang et al. (2007), Yan et al (2012), Yan et al. (2013 e Xu et al. (2013) as microalgas podem crescer em baixos fluxos luminosos.
Atta et al. (2013) investigaram o crescimento de C. vulgaris com o LED azul em fluxos luminosos de 100 a 300 µE m-2 s-1 e verificaram que com um fluxo de 300 µE m-2 s-1 as microalgas apresentavam menor taxa de crescimento do que nos fluxos menores, e que possivelmente era devido ao processo de fotoinibição. Entretanto, os estudos do Yan et al. (2013), Wang et al. (2007) e Xu et al. (2013) apontam que o fenômeno de fotoinibição só ocorre em fluxos maiores.
Os fotobiorreatores utilizados nestes estudos citados possuem diferentes configurações de iluminação, Tabela 4. Alguns apresentam iluminação pontual e outros um painel de LEDs, que possibilita a distribuição uniforme da luz. Como os diferentes estudos com LEDs e microalgas utilizam diferentes espécies de microalgas e diferentes volumes não é possível avaliar se a distribuição da luz afeta a eficiência do sistema para a remoção de nutrientes e matéria orgânica. Os estudos nessa área devem avançar para avaliar a eficiência do uso de LEDs em fotobiorreatores para tratar efluentes em maior escala. Além disso, deve ser verificada a possibilidade de se trabalhar com microalgas que crescem espontaneamente no meio, e não com um cultura pura, pois no esgoto é difícil garantir que haja somente o crescimento de uma espécie e também para facilitar a aplicação dessa tecnologia.
34 Tabela 4 - Fotobiorreatores usados em diferentes trabalhos.
Fonte: elaborado pela autora (2016).