Estudo de separação de algas cultivadas em uma lagoa de alta taxa no tratamento de efluentes sanitários por coagulação-floculação e flotação por ar dissolvido com ênfase na estabilidade do material flotado

Abstract

A separação de microrganismos fotossintetizantes no tratamento de efluentes possui dois aspectos fundamentais. O primeiro refere-se à qualidade do efluente tratado e seu impacto sobre os recursos hídricos e, o segundo, refere-se ao potencial deste material como fonte de energia renovável. Diversos trabalhos tem demostrado elevada eficiência na separação de algas no tratamento de efluentes. Entretanto, quando considerado o cultivo de microalgas para utilização da biomassa como matéria prima, para produção de biocombustível por exemplo, mais estudos científicos são necessários. Entre as operações de separação sólido-líquido, normalmente empregadas no tratamento de efluentes, a flotação por ar dissolvido tem se mostrado uma tecnologia vantajosa, pois, além de ser capaz de separar partículas com diâmetro reduzido e baixa velocidade de sedimentação, também permite a obtenção de um material flotado com maior percentual de sólidos, desejável para redução dos custos de processamento da biomassa algal. O objetivo deste trabalho foi avaliar a separação de microalgas cultivadas em uma lagoa de tratamento de esgoto de alta taxa através do processo de coagulação-floculação e flotação por ar dissolvido. Como contribuição aos estudos de separação por FAD, foi avaliado a estabilidade do material flotado submetido a uma agitação mecânica, utilizando a técnica de captura e análise de imagens digitais, segundo um parâmetro chamado porcentagem de área (αa) Este parâmetro é definido como o percentual de pixels pretos em relação ao total de pixels da imagem, e demonstra a instabilidade do material flotado. Os coagulantes cloreto férrico e Tanfloc SG (Tanac®) e os floculantes sintéticos do tipo poliacrilamidas (SNF Floerger®) catiônico (FO4550SH), aniônico (FA920SH) e não iônico (FA920SH) foram investigados em diferentes dosagens e combinações. O presente estudo mostrou que a separação de algas através deste sistema é viável tecnicamente, sendo que os melhores resultados apresentaram uma remoção de turbidez de 92% para a combinação de cloreto férrico (20mg/L) + FO4550SH (2mg/L) e 97% para Tanfloc SG (20mg/L) + AN956SH (1mg/L). Em relação à estabilidade do material flotado, as amostras que continham apenas coagulantes apresentaram valores de αa entre 4,26 e 5,49, indicando uma baixa estabilidade do material flotado. Enquanto as combinações de cloreto férrico (20mg/L) + FO4550SH(0.5mg/L) e Tanfloc SG (20mg/L) +FO4550SH (1 e 2mg/L) foram as que produziram um material flotado com maior estabilidade, apresentando αa=0,35 e αa=0,40, respectivamente, demonstrando que o uso dos polímeros proporciona uma maior estabilidade do material flotado, quando este está sujeito a turbulências.

Separation of photosynthetic microorganisms in the effluent treatment has two fundamental aspects. The first refers to the quality of the treated effluent and its impact on water resources, and the second refers to the potential of this material as a source of renewable energy. Several studies show high efficiency in the separation of algae in effluent treatment. However, more scientific studies are required considering the cultivation of microalgae for the use of them as a raw material for biomass, like biofuel for instance. Among solid-liquid separation operations normally employed in effluents treatment, dissolved air flotation has been shown to be an advantageous technology in order to separate algae, because allows not only the separation of particles with reduced diameter and low sedimentation velocity, but also produces a floating material with higher percentage of solids, which is desirable for reducing the processing costs of the algal biomass. The aim of this work was to evaluate the separation of microalgae originated on a high rate pond through the coagulation, flocculation and dissolved air flotation (DAF) processes. As a contribution to the DAF separation studies, the stability of the floating material was evaluated against mechanical agitation, using the technique of digital image analysis, according to a parameter called area percentage (αa) This parameter is defined as the percentage of pixels in relation to the total pixels of the image, and demonstrates the instability of the floating material. The ferric chloride and Tanfloc SG (Tanac®) coagulants and the synthetic flocculants polyacrylamide types (SNF Floerger®) cationic (FO4550SH), anionic (FA920SH) and nonionic (FA920SH) were investigated in different concentrations and combinations. The present study showed that algae separation through this system is technically feasible. The best results showed a turbidity removal of 92% for the combination of ferric chloride (20mg/L) + FO4550SH (2mg/L) and 97% for Tanfloc SG (20mg/ L) + AN956SH (1mg/L). In relation to the stability of the floated material, the samples containing only coagulants presented values of αa between 4.26 and 5.49, indicating a low stability of the floated material. While the ferric chloride (20mg / L) + FO4550SH (0.5mg / L) and Tanfloc SG (20mg / L) + FO4550SH (1 and 2mg / L) combinations were the ones that produced a floated material with greater stability, 0.35 and α = 0.40, respectively, demonstrating that the use of the polymers provides greater stability of the floated material when it is subjected to turbulence.