Produção de biomassa de algas e macrófitas em lagoas de tratamento de efluentes sanitários

Abstract

O tratamento de esgotos domésticos no Brasil ainda é muito deficiente, principalmente nos municípios de pequeno porte. Uma alternativa viável de tratamento é a utilização de reator UASB seguida por Lagoas de Alta Taxa (LAT) de algas ou macrófitas. Estas últimas geram biomassa passível de aproveitamento. Entender a dinâmica da biomassa é de fundamental importância para otimizar sua produção. Assim, esse estudo procurou avaliar a influência de parâmetros ambientais na produção de algas e macrófitas em LAT. Para isso, foram levantados dados de produção de biomassa de algas e macrófitas, alcalinidade e temperatura no interior da lagoa de estudos prévios conduzidos pelo grupo de pesquisa Bioenergia e Ambiente, além de informações de radiação solar e temperatura atmosféricas do bancos de dados nacional (INMET) e geradas informações de radiação solar no interior da LAT por meio de amostragem com o uso de um equipamento confeccionado com sensor de fotodiodo. Os parâmetros investigados foram a radiação solar, temperatura e dióxido de carbono (este último foi obtido a partir das análises de alcalinidade). Os dados analisados de estudos anteriores e obtidos do INMET abrangeram o período de dezembro de 2014 a fevereiro de 2015 e as amostragens ocorreram no mês de outubro de 2018. As amostragens foram realizadas para compreender a dinâmica da biomassa de algas com o efeito da radiação no interior da lagoa e como elas também influem sobre esta variável, e então aplicar este aos dados de radiação do período de dezembro de 2014 a fevereiro de 2015. Todas as análises foram efetuadas através do software Excel. Os resultados mostraram tendência de aumento da biomassa de algas e macrófitas com a elevação dos parâmetros avaliados. Em alguns casos essa correlação apresentou linearidade baixa, pois outros fatores agiam em conjunto no desenvolvimento da biomassa. Em relação as algas, a produção foi maior em relação a temperatura quando os dias eram ensolarados e quanto maior a radiação solar menor era a penetração de luz no interior da lagoa devido ao aumento da concentração de algas. A produtividade de algas no período avaliado foi cerca de 3,75 kg/dia sob as condições de operação da LAT. No que se refere as macrófitas, percebeu-se a necessidade de efetuar o controle de densidade a fim de evitar a sobreposição das mesmas (que pode resultar em condições adversas para o seu crescimento). Os parâmetros temperatura e radiação solar apresentaram uma maior influência sobre a biomassa no período em que não houve o controle dessa. A produção durante o período sem e com controle de densidade foram de, respectivamente, 2,7 kg/dia e 2,04 kg/dia. A produtividade foi menor no segundo momento, pois no período avaliado a radiação solar e temperatura eram inferiores ao primeiro. A variável mais importante para as algas e macrófitas são, respectivamente, o dióxido de carbono e a temperatura, segundo a Análise dos Componentes Principais (PCA) realizado nos dados de estudo. Segundo as referências pesquisadas, ambas as biomassas apresentaram potencial de aproveitamento para a fabricação de biocombustíveis, alimentação animal e adubo. Neste estudo foi verificado que os critérios avaliados se tratam de possíveis fatores limitantes do sistema e que a produtividade da biomassa de algas é mais elevada que a de macrófitas na profundidade estudada, pois as algas são cultivadas na coluna de água (em relação ao volume, portanto dependem da profundidade) enquanto as macrófitas, na superfície (em relação à área); entretanto, outros fatores devem ser considerados (por exemplo, separação e adensamento) para aproveitamento final da biomassa produzida nas lagoas de tratamento.

The treatment of domestic wastewater in Brazil is still very poor, especially in small municipalities. A viable treatment alternative is the use of a UASB reactor followed by algal or macrophyte High Rate Ponds (HRP). The latter generate biomass that can be exploited. Understanding the dynamics of biomass is fundamental to optimize its production. Thus, this study sought to evaluate the influence of environmental parameters on algal and macrophyte production in HRP. For this, algae and macrophytes biomass production data, alkalinity and temperature inside the pond were collected from previous studies conducted by the Bioenergy and Environment research group, as well as information on solar radiation and atmospheric temperature from the national databases (INMET) and generate information of solar radiation inside the HRP through sampling using a photodiode sensor equipment. The parameters investigated were solar radiation, temperature and carbon dioxide (the latter was obtained from alkalinity analyzes). Data analyzed from previous studies and obtained from INMET covered the period from December 2014 to February 2015 and the samplings occurred from October 2018. Samplings were realized to understand the dynamics of algal biomass with the effect of radiation within the pond and how they also influence this variable, and then apply it to radiation data from December 2014 to February 2015. All analyzes were performed using Excel software. The results showed a tendency to increase algal and macrophyte biomass with the increase of the evaluated parameters. In some cases this correlation was low linearity, because other factors acted together in the development of biomass. In relation to algae, the production was higher in relation to the temperature when the days were sunny and the greater the solar radiation the lesser the light penetration inside the pond due to the increase of the algae concentration. The productivity of algae in the evaluation period was about 3.75 kg/day under the operating conditions of HRP. Regarding macrophytes, it was realized the need to perform density control in order to avoid overlapping (which may result in adverse conditions for their growth). Temperature and solar radiation parameters had a greater influence on biomass in the period when it was not controlled. The production during the period without and with density control were, respectively, 2.7 kg/day and 2.04 kg/day. The productivity was lower in the second moment, because in the evaluated period the solar radiation and temperature were inferior to the first one. The most important variable for algae and macrophytes are, respectively, carbon dioxide and temperature, according to the Principal Component Analysis (PCA) performed in the study data. According to the researched references, both biomasses presented potential for use in the manufacture of biofuels, animal feed and fertilizer. In this study it was verified that the evaluated parameters are possible limiting factors of the system and the algal biomass productivity is higher than macrophytes in the studied depth, because the algae are cultivated in the water column (in relation to the volume, therefore depend on depth) while macrophytes on the surface (relative to the area). However, other factors must be considered (for example, separation and densification) for the final use of biomass produced in the treatment ponds.