Prof. D.Sc. Ícaro Thiago Andrade Moreira · •Propagação inicial da microalga X Prospecção...
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QUALIDADE DAS ÁGUAS E NOVAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS DE RIOS URBANOS Prof. D.Sc . Ícaro Thiago Andrade Moreira Novembro/2017 ESCOLA DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TI UNIVERSIDADE SALVADOR - UNIFACS
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QUALIDADE DAS ÁGUAS E NOVAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ÁGUAS
SUPERFICIAIS DE RIOS URBANOS
Prof. D.Sc. Ícaro Thiago Andrade Moreira
Novembro/2017
ESCOLA DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TI
UNIVERSIDADE SALVADOR - UNIFACS
REALIZAÇÃO / APOIO
Qu
alid
ade
das
águ
as n
o
Bra
sil
Qual a explicação para tais dados?
Façamos uma avaliação crítica...
Figura 1: Ilustração do crescimento populacional
dos centros urbanos.
Figura 2: Centro Urbano
Figura 4: Canal do Rio Vermelho, Salvador
Figura 3: Estrutura física demandada pela população.
Impactos dos centros urbanos no ciclo
Impactos dos centros urbanos no ciclo
Fatores que alteram o ciclo hidrológico:
Impermeabilização do solo;
Remoção da vegetação;
Alterações morfológicas na topografia;
Obras de engenharia nos canais fluviais;
Disposição irregular de resíduos;
Esses fatores intensificam o assoreamento dos rios urbanos
Impactos dos centros urbanos no ciclo
Impermeabilização do solo;
Coeficiente de escoamento em função da área impermeável
C = Cp + (Ci-Cp) AI
Ai é a proporção de áreas impermeáveis
RIOS URBANOS EM SALVADOR-BA
O Índice do Estado Trófico tem por finalidade classificar corpos d’água em diferentes graus de trofia, ou seja, avalia a qualidadeda água quanto ao enriquecimento por nutrientes e seu efeito relacionado ao crescimento excessivo das algas ou ao aumentoda infestação de macrófitas aquáticas.
MOTIVAÇÕES
Lançamento de efluentes em tratamento
Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS)
R$1,00 Saneamento –R$4,00 saúde pública
(OMS)
Tratamento de água residual adequado
MENESES et al. (2010); IWA (2016); DIEESE (2016); ONU (2016); OMS, 2016.
Fonte: Ecodebate
Fonte: SAMAEFonte: Ecologia
Fonte: ONU Fonte: FCE Fonte: Infoescola
SNIS (2015); EMBASA (2015).
35% Pop. atendida
com saneamento
Bahia
80% Pop. Atendida
com saneamento
Salvador
49,1% de água residual é coletada
85,3% de água residual é tratada
91,4% de água residual é coletada
99,6% de água residual é tratada
MOTIVAÇÃO
MOTIVAÇÃO
Competição por Terra
Tratamento de água
Biofixação de CO2
Tipo de água Residual
Remoção de nitrogênio e fósforo
Produção de
biomassa (mg/L.d)
Produção de lipídio
(mg/L.d)Referência
Urbana 83% e 78% 313 35,6 Cho et al.,
2013
Agrícolas55,2% e 93,3%
450 48FRANCHINO et al., 2016
Industriais 37,5% e 50% 227 40DIANURSANT
et al., 2014
Tabela 1: Eficiência da espécie de microalga Chlorella vulgaris na
remoção de nutrientes em três tipos diferentes de água residual.
Tabela 2: Produção de energia e eficiência fotossintética de
diferentes fontes de biomassa.
Fonte: FRANCO et al., 2013Fonte: IAPAR Fonte: Brasil_ELFIMA Fonte: Allgrow
OBJETIVO DA PESQUISA
• Desenvolver um protótipo para tratamento de águas residuaisurbanas utilizando uma espécie de microalga x isolada eidentificada para a remoção de poluentes (nitrogênio e fósforo)em águas de rios urbanos degradados, com vistas a produçãode biomassa para geração de bioprodutos.
Estação da coleta – coordenadas: 12°58'52.9"S 38°27'09.2"W
TRABALHOS DE CAMPO
Fonte: Adaptado do Google Earth Pro (2017)
BACIA DO RIO CAMARAJIPE
11,62% de todo território
de Salvador
14 km extensão Abastecimento público no Sec.
XX
SANTOS, 2010.
TRABALHOS DE CAMPO
• Trabalhos de campo
Sonda multiparâmetros
40 litros de água em frascos âmbar
Fonte: Autoria própria
Fonte: Autoria própria
Fonte: Autoria própria
Temperatura
pH
eH
Salinidade
Condutividade
Turbidez
Oxigênio dissolvido
Sólidos dissolvidos
totais
TRABALHOS EM LABORATÓRIO
• Trabalhos em laboratório
Filtração (0,45µm) Autoclave (120°C durante 15 min)
Clorofila a(SMEWW, 2012)
Cromatografia iônica ASTM (2005)
Temperatura, luminosidade e pH
- Nitrogênio amoniacal (NH4+)
- Nitrato (NO3-)
- Fosfato (PO4-3)
Fonte: Furlab
TRABALHOS EM LABORATÓRIO
• Propagação inicial da microalga X
Prospecção microalgas
Adquirido 15 ml Cepa pura
50 ml de cepa 250 ml de cepa
5L de cepa
Fonte: Globo Ciência
Fonte: Autoria Própria Fonte: Autoria Própria2500 ml de cepa
EXPERIMENTAL
• Montagem do protótipo fotobiorreator
Fonte Autoria própria
15 reatores com 5 tratamentos
fotoperíodo
10/14 horas
Tempo 0,
1° dia, 6ºdia, 9ºdia e 15º dia
Monitoramento de clorofila
a e íons dissolvidos
Compressores de ar (3W)
Lâmpadas frias
1400lux
Temperatura 21 a 25°C
pH entre 7 e 8
TRABALHOS DE LABORATÓRIO
Secadas
Liofilizador
Pesadas
Balança digital
Mantidas
Dessecador
Quantificação da biomassa
RESULTADOS
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Tabela 3: Caracterização da água superficial do rio Camarajipe (classe II)
Fonte Portal governo SP
OD – Morte peixesFosfato – Algas
Hiperfosfatemia
Fonte: Lab. Ciencias ambientais
Bactérias
Fonte: Vix Fonte Ecologiahoy
Metahemoglobinemia infantil
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
0 1 6 9 15
mg/L
Nitrogênio amoniacal
T.1 (0%)
T.2 (25%)
T.3 (50%)
T.4 (75%)
T.5 (100%)
Tempo (dias)
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Remoção dos nutrientes:
Gráfico 2: Remoção de nitrogênio amoniacal em
mg/L por tempos em dias.
Gráfico 3: Remoção de nitrato em mg/L por
tempos em dias.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
0 1 6 9 15
mg/L
Nitrato
T.1 (0%)
T.2 (25%)
T.3 (50%)
T.4 (75%)
T.5 (100%)
Tempo (dias)
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Remoção dos nutrientes:
Gráfico 4: Remoção de fosfato em mg/L por
tempo em dias
Tabela 4: Taxa de eficiência na remoção dos nutrientes e
crescimento da microalga Chlorella vulgaris
Fosfato (mg/L) Nitrogênio
amoniacal (mg/L)
Nitrato (mg/L)
Tratament
o
Inicial final (%) Inicial final (%) Inicial final (%)
1 16,14 7,42 54 <LQ <LQ 0 13,20 <LQ 100
2 18,32 3,06 75 2,15 <LQ 100 13,31 <LQ 100
3 17,10 5,56 67 4,51 <LQ 100 13,27 <LQ 100
4 17,74 5,14 71 6,91 <LQ 100 13,33 <LQ 100
5 21,22 6,32 70 9,17 <LQ 100 12,27 <LQ 100
77% P (BATISTA et
al., 2015)
90% N (ARBID et al., 2014)
70% P (MUJTABA et al., 2017)
1P:16N (Redfield, 1958) – 1P:0,4N (Presente pesquisa)
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0 1 6 9 15
mg/
L
Fosfato
T.1 (0%)
T.2 (25%)
T.3 (50%)
T.4 (75%)
T.5 (100%)
Tempo (dias)
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Crescimento da microalga Chlorella vulgarisGráfico 5: Crescimento da microalga em µg/L Tabela 5: Biomassa úmida e seca em gramas por litro durante 15 dias
- A Chlorella vulgaris é capaz de gerar 0,02 a 0,20 g/L debiomassa seca.
Tratamento Clorofila
a (µg/L)
Biomassa
úmida
(g/L)
Biomassa
úmida
(g/L.d)
Biomassa
seca (g/L)
Biomassa
seca
(g/L.d)
1 323,3 2,727 0,182 0,126 0,008
2 97,9 3,203 0,214 0,254 0,017
3 313,9 3,559 0,237 0,315 0,021
4 386,0 4,389 0,292 0,388 0,025
5 601,1 6,833 0,455 0,604 0,040
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
0 1 6 9 15
µg
/ L
Clorofila a
T.1 (0%)
T.2 (25%)
T.3 (50%)
T.4 (75%)
T.5 (100%)
Tempo (dias)
ANDRADE, 2014; CHISTI, 2007; SING & GU, 2013; RODOLFI et al., 2009; KHAN et al., 2009.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Viabilidade econômica (estimativas)
- Volume de cultura total de 3070 m³- Custo pro kg de biomassa: R$ 253,92
1840 R$/Kg biomassa (Madri, Espanha)
*1€ = 3,68 R$
ACIÉN, (2012); ACIÉN, (2015).
Cultivo de microalgas em água residual
Custo total (R$/ano) 1.027.708,42
Cultivos de microalgas em fotobiorreatores
Custo total (R$/ano) 3.782.029,80
- Volume de cultura total de 3070 m³.- Custo pro kg de biomassa: R$ 143,62
E se considerar o lucro com
comercialização da biomassa
gerada?
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Viabilidade econômica (estimativas)
Tratamento de água residual em Salvador
Custos operacionais (R$/ano) 359.537.651,75
Custos com produtos químicos
(R$/ano)27.872.285,79
Energia elétrica (R$/ano) 39.745.401,53
Valor total (R$/ano): 427.155.339,07
- Volume total tratado de 241 milhões de m³;
EMBASA, (2014).
241 milhões de m³ de água residual geraria 53 milhões kg de biomassa algal (R$1840/kg)
Quanto diminuiria os custos
se adicionados
fotobiorreatores com
microalgas como um dos
componentes das etapas de
tratamento das águas?
E se considerar o lucro com
a produção e
comercialização da biomassa
gerada?
R$ 9,7 Trilhões(Lucro bruto anual)
4,5m3 – 1kg de biomassa
RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Empresas
Fonte: All GasLink: <http://www.all-gas.eu/Pages/default.aspx>
Fonte: Algae biotecnologia Link: <http://www.algae.com.br/site/pt/produtos-e-servicos/tratamento-de-efluentes/>
CONCLUSÕES
O presente estudo mostrou os efeitos das diferentes concentrações de água residual urbanasobre o crescimento da microalga x e sua eficiência na remoção de nutrientes;
O fotobiorreator apresentou 100% de eficiência na remoção de nitrogênio e 75% deeficência na remoção de fósforo;
O fotobiorreator gerou biomassa úmida e seca com maiores concentrações em água residualurbana concentrada;
Este estudo mostrou a importância de utilizar o fotobiorreator com a microalga x como umadas etapas no tratamento de água residual urbana, proporcionando benefícios ambientais,sociais e econômicos;
O custo/benefício no cultivo de microalgas para produção de biomassa com valor agregado,foi de 143,62 R$/kg, com benefício de venda de 1840 R$/kg de biomassa.
CONTINUIDADE DOS TRABALHOSI. Avaliar a qualidade das águas superficiais de outros rios urbanos, de efluentes
comerciais/industriais da cidade do Salvador (BA) e a possível utilização notratamento e geração de biomassa algal;
Fonte: Google (2017)
CONTINUIDADE DOS TRABALHOS
II. Avaliar a utilização de outras espécies de microalgas em águas residuais urbanaspara verificar a melhor eficiência de remoção dos nutrientes;
MICROALGA ZMICROALGA Y MICROALGA W
MICROALGA K MICROALGA G
CONTINUIDADE DOS TRABALHOSIII. Aproveitar a biomassa seca gerada neste experimento para a produção efetivados bioprodutos e avaliar sua qualidade;
Corantes naturais (Tintas) Biocombustíveis
Fonte: Aquaculture Brasil Fonte: Algae biotecnologia
Suplementos
Fonte :Cereal show
Biofertilizantes Ração animal
CONTINUIDADE DOS TRABALHOSIV. Realizar novos testes com a mesma espécie em escala piloto, a partir dodesenvolvimento de fotobiorreatores tubulares em campo, próximo a um rio urbano ecom isso contribuir para a melhoria da qualidade das águas, gerar biomassa paradesenvolvimento de bioprodutos inovadores e, ainda, trabalhar ações de educaçãoambiental com os soteropolitanos.
Fonte: Aquaculture Brasil Fonte: Smithsonianmag
A BACIA “PERFEITA”
(Resolução 430/2011CONAMA)
Obrigado!
