BR102021001046A2 - Processo para preparação de uma solução salina a partir da vinhaça e seus usos - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO SALINA A PARTIR DA VINHAÇA E SEUS USOS. A presente invenção refere-se a um processo para preparação de uma solução salina a partir da vinhaça oriunda da produção de etanol, por meio de tratamentos por métodos físicos e/ou químicos e/ou biológicos, isolados ou em associação, com uso do material tratado, com ou sem diluição, com ou sem adição de nutrientes. O referido processo, envolve uma etapa inicial de floculação/flotação com uso de agente floculante que possa, referencialmente, ser aproveitado como nutriente em etapas posteriores do processo, seja na fração líquida obtida, constituída majoritariamente por compostos solúveis, como na fração de sedimento, seguido de um tratamento biológico para remoção de compostos solúveis da fração líquida obtida, de modo que a fração líquida obtida possa, ainda, ser tratada por processos de adsorção e/ou tratamento com membranas para se obter a solução salina que será utilizada no cultivo de microrganismos fotossintetizantes, para fertirrigação, fertilizantes, meios de cultivo de microrganismos fotossintetizantes, com ou sem complementação de nutrientes, ou serem transportadas para fertirrigação em locais mais distantes do local de sua geração.

Description

PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO SALINA A PARTIR DA VINHAÇA E SEUS USOS CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se insere no campo da Engenharia agrícola, mais precisamente na parte do reaproveitamento de resíduos da indústria sucroalcooleira, e descreve um processo para preparação de uma solução salina a partir da vinhaça oriunda da produção de etanol, por meio de tratamentos por métodos físicos e/ou químicos e/ou biológicos, isolados ou em associação, com uso do material tratado, com ou sem diluição, com ou sem adição de nutrientes, para o crescimento de microrganismos fotossintetizantes.

[002] O processo ainda prevê o uso dos materiais separados da vinhaça por processos físicos e/ou químicos para uso como fertilizantes ou como fonte de nutrientes para outros cultivos microbianos, bem como as bactérias e/ou fungos decorrentes de tratamento biológico do resíduo para uso como inoculantes agrícolas, solubilizadores de fosfato, controle biológico de pragas, cogumelos comestíveis, formulações de rações para alimentação animal, entre outras, bem como produção de compostos de interesse econômico.

[003] A vinhaça tratada pode ser usada em fertirrigação, ser concentrada e/ou seca para uso em elaboração de fertilizantes ou ser transportada para fertirrigação em locais mais distantes do local de sua geração, ou ser utilizada no cultivo de microrganismos fotossintetizantes. Está previsto o uso dos microrganismos fotossintetizantes produzidos, bem como seus metabólitos, em aplicações industriais, como biofertilizantes, fitohormônios, biocombustíveis, biorremediação, proteínas, peptídeos, carotenoides, ácidos graxos, ácidos nucleicos, aminoácidos, cosméticos, ração animal, alimentos, entre outros. O meio residual do cultivo dos microrganismos fotossintetizantes poderá ser reutilizado no cultivo destes, com ou sem tratamentos, com ou sem suplementação de nutrientes, ser concentrado e/ou seco para uso em elaboração de fertilizantes ou ser transportado para fertirrigação em locais mais distantes do local de sua geração.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[004] A vinhaça é um dos principais resíduos da indústria sucroalcooleira quando da produção de etanol, sendo um líquido marrom escuro com odor acentuado e elevada acidez (pH entre 3,5 e 5,0), com altos teores de matéria orgânica e sais minerais, principalmente potássio, fósforo, cálcio, magnésio e sulfatos (ESPAÑA-GAMBOA, E.; MIJANGOSCORTES, J.; BARAHONA-PEREZ, L.; DOMINGUEZ-MALDONADO, J.; HERNÁNDEZ-ZARATE, G.; ALZATE-GAVIRIA, L. Vinasses: characterization and treatments. Waste Management & Research, v. 29, n. 12, p. 1235-1250, 2011).

[005] Estima-se que para cada litro de etanol produzido, sejam gerados de 10 a 15 litros de vinhaça (MARIANO, A. P.; CRIVELARO, S. H. R.; ANGELIS, D. D. F. D.; BONOTTO, D. M. The use of vinasse as an amendment to ex-situ bioremediation of soil and groundwater contaminated with diesel oil. Brazilian Archives of Biology and Technology, v. 52, n. 4, p. 1043-1055, 2009). Considerando-se uma média de 12 litros de vinhaça por litro de etanol produzido, na safra 2018/2019, em que foram produzidos 33 bilhões de litros de etanol (UNICA. União da Indústria de Cana-de-Açúcar. Histórico de Produção e Moagem. Disponível em: </http://www.unicadata.com.br/>. Acesso em: 01 de agosto de 2019), o volume de vinhaça estimado foi da ordem de 396 bilhões de litros.

[006] No passado, a vinhaça era descartada de forma não racional no meio ambiente impactando principalmente os recursos hídricos devido ao elevado teor orgânico (Demanda Química de Oxigênio/Demanda Biológica de Oxigênio) e sais minerais (COELHO, S, T.; LORA, B. A.; GUARDABASSI, P. M. Aspectos ambientais da cadeia do etanol de cana-de-açúcar no estado de São Paulo. Bioetanol de cana-de-açúcar: P&D para a produtividade e sustentabilidade. São Paulo: Blucher, 2010). Atualmente utiliza-se a vinhaça como fertilizante na lavoura, sendo distribuída através de fertirrigação ou por despejo por caminhões (OLIVEIRA, B. G.; CARVALHO, J. L. N.; CERRI, C. E. P.; CERRI, C. C.; FEIGL, B. J. Soil greenhouse gas fluxes from vinasse application in Brazilian sugarcane areas. Geoderma, v. 200, p. 77-84, 2013), sendo propostas utilizações alternativas deste resíduo, como sua reciclagem no processo fermentativo, produção de levedura, produção de energia e concentração por evaporação (COELHO et al., 2010), embora, devido a limitações, seja do ponto de vista energético, pela presença de compostos recalcitrantes e/ou salinidade da vinhaça, estes processos não têm tido aplicação no setor sucroalcooleiro brasileiro.

[007] A aplicação da vinhaça em áreas agrícolas, associada ao manejo da plantação, pode impactar consideravelmente a comunidade microbiana do solo devido às mudanças na disponibilidade de nutrientes (SANT'ANNA, S.A.C.; FERNANDES, M.F.; IVO, W.M.P. M.; COSTA, J.L.S. Evaluation of Soil Quality Indicators in Sugarcane Management in Sandy Loam Soil. Pedosphere, v. 19, p. 312- 322, 2009), além do impacto ambiental, com o enriquecimento de sais no solo e a lixiviação do nitrato e fosfato (PARNAUDEAU, V.; CONDOM, N.; OLIVER, R.; CAZEVIEILLE, P.; RECOUS, S. Vinasse organic matter quality and mineralization potential, as influenced by raw material, fermentation and concentration processes. Bioresource Technology, v. 99, p. 1553-1562, 2008).

[008] As microalgas são capazes de remover nitrogênio e fósforo (BICH, N. N.; YAZIZ, M. I.; BAKTI, N. A. K. Combination of Chlorella vulgaris and Eichhornia crassipes for wastewater nitrogen removal. Water Research, v. 33, n. 10, p. 2357-2362, 1999), sendo empregadas para tratamento de diferentes classes de águas residuais. As vantagens de se utilizar as microalgas abrangem desde a redução com gastos de operação, a possibilidade da reciclagem de nitrogênio e fósforo assimilável em biomassa de algas como biofertilizantes e a descarga de efluentes oxigenados para o corpo hídrico. Como não requer carbono orgânico para a remoção de nitrogênio e fósforo, é processo atraente para o tratamento terciário de efluentes (ASLAN, S; KAPDAN, I. K. Batch kinetics of nitrogen and phosphorus removal from synthetic wastewater by algae. Ecological Engineering, v. 28, n. 1, p. 64-70, 2006). A biomassa pode ainda ser utilizada como suplemento na alimentação de animais, para produção de biocombustíveis e biofertilizantes ou para a obtenção de produtos como ácidos graxos insaturados, vitaminas e pigmentos (CHISTI, Y. Biodiesel from microalgae, Biotechnology Advances, v. 25, p. 294-306, 2007). Muitos estudos têm sido realizados sobre cultivos de microalgas usando diferentes efluentes orgânicos para obtenção simultânea de produção de biomassa e tratamento de águas residuais (ABREU, A. P.; FERNANDES, B.; VICENTE, A. A.; TEIXEIRA, J.; DRAGONE, G. Mixotrophic cultivation of Chlorella vulgaris using industrial dairy waste as organic carbon source. Bioresource technology, v. 118, p. 61-66, 2012. JI, M. K.; ABOU-SHANAB, R. A.; KIM, S. H.; SALAMA, E. S.; LEE, S. H., KABRA, A. N.; JEON, B. H. Cultivation of microalgae species in tertiary municipal wastewater supplemented with CO2 for nutrient removal and biomass production. Ecological Engineering, v. 58, p. 142-148, 2013).

[009] A vinhaça é uma potencial água residual para o cultivo de microalgas por ser rica em compostos orgânicos, nitrogênio, fósforo e outros íons (ORTEGÓN, G. P.; ARBOLEDA, F. M.; CANDELA, L.; TAMOH, K.; VALDES-ABELLAN, J. Vinasse application to sugar cane fields. Effect on the unsaturated zone and groundwater at Valle del Cauca (Colombia). Science of the Total Environment, v. 539, p. 410-419, 2016). Estudos acerca do uso de vinhaça de cana-de-açúcar para a produção de biomassa de microalgas e cianobactérias foram bemsucedidos para algumas cepas como Spirulina maxima (DOS SANTOS, R. R.; ARAÚJO, O. D. Q. F.; DE MEDEIROS, J. L.; CHALOUB, R. M. Cultivation of Spirulina maxima in medium supplemented with sugarcane vinasse. Bioresource Technology, v. 204, p. 38-48, 2016), Desmodesmus subspicatus (ALTENHOFEN DA SILVA, M.; BARBOSA, G. H.; BRITO CODATO, C.; ARJONILLA DE MATTOS, L. F.; GASPAR BASTOS, R.; KIECKBUSCH, T. G. Heterotrophic growth of green microalgae Desmodesmus subspicatus in ethanol distillation wastewater (vinasse) and lipid extraction with supercritical CO2. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, v. 92, n 3, p. 573-579, 2017), as cepas de Micractinium sp. e Chlamydomonas biconvexa (SANTANA, H.; CEREIJO, C. R.; TELES, V. C.; NASCIMENTO, R. C.; FERNANDES, M. S.; BRUNALE, P.; ...; SIQUEIRA, F. G. Microalgae cultivation in sugarcane vinasse: Selection, growth and biochemical characterization. Bioresource Technology, v. 228, p. 133-140, 2017) e Micractinium sp. ME05 (ENGIN, I. K.; CEKMECELIOGLU, D.; YÜCEL, A. M.; OKTEM H. A. Evaluation of heterotrophic and mixotrophic cultivation of novel Micractinium sp. ME05 on vinasse and its scale up for biodiesel production. Bioresour Technol, v. 251 p. 128–134, 2018). Apesar disso, o uso deste efluente em altas concentrações pode inibir o crescimento de algumas cepas, o que reforça a importância da prospecção e seleção de cepas de microalgas robustas capazes de manter altas velocidades de crescimento em sistemas de cultivo baseados em águas residuais.

[010] Estudos destacam que a presença de substâncias com propriedades antioxidantes, as chamadas melanoidinas, que são formadas pela Reação de Maillard são frequentemente a causa para pouco ou nenhum crescimento de microalgas e cianobactérias na vinhaça não tratada. Além disso, altas concentrações de potássio podem afetar o crescimento e a viabilidade de algumas cepas. Deste modo, o cultivo de microalgas e cianobactérias usando águas residuais pode ser alcançado pela degradação de melanoidinas, clarificação e redução de sua carga de DBO e DQO através de tratamento prévio do substrato por tratamento aeróbico e/ou digestão anaeróbica (MOHANA, S.; ACHARYA, B. K.; MADAMWAR, D. Distillery spent wash: Treatment technologies and potential applications. J Hazard Mater, v. 163, p. 12–25, 2009; BRASIL, B. S. A. F.; SILVA, F. C. P.; SIQUEIRA, F. G. Microalgae biorefineries: The Brazilian scenario in perspective. New Biotechnology, 2017). Marques et al. (2013) (MARQUES, S. S. I.; NASCIMENTO, I. A.; DE ALMEIDA, P. F.; CHINALIA, F. A. Growth of Chlorella vulgaris on sugarcane vinasse: the effect of anaerobic digestion pretreatment. Applied Biochemistry and Biotechnology, v. 171, n. 8, 1933-1943, 2013) e Candido e Lombardi (2018) (CANDIDO, C.; LOMBARDI, A. T. The physiology of Chlorella vulgaris grown in conventional and biodigested treated vinasses. Algal Res, v. 30 p.79–85, 2018) relataram que o uso da vinhaça biodigerida para cultivar Chlorella vulgaris aumentou a produtividade para até 70 mg.L-1.d-1 e as velocidades específicas de crescimento a 1,5-1,6 d-1, respectivamente. Olguín et al. (2015) (OLGUÍN, E. J.; DORANTES, E.; CASTILLO, O. S.; HERNÁNDEZ-LANDA, V. J. Anaerobic digestates from vinasse promote growth and lipid enrichment in Neochloris oleoabundans cultures. Journal of applied phycology, v. 27, n. 5, p. 1813-1822, 2015) observaram aumento no crescimento de Neochloris oleoabundans usando meio com vinhaça biodigerida a 2 e 4% e o teor de lipídios totais foi incrementado usando vinhaça digerida a 6% suplementada com bicarbonato de sódio.

[011] O carvão ativado em pó (CAP) pode ser empregado como complemento ao tratamento biológico de efluentes, com a finalidade de remover substâncias causadoras de cor e odor, como a melanoidina presente na vinhaça por adsorção. Estudos mostram que CAP é capaz de reduzir em até 99 % a cor e turbidez da vinhaça e remover 90% da DQO (LIMA, H. H. de S. Tratamento físico-químico da vinhaça por coagulação e adsorção em carvão ativado do bagaço da cana de açúcar. 2013. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana e Ambiental) - Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2013).

ESTADO DA TÉCNICA

[012] Existem no estado da técnica, vários trabalhos realizados relacionados ao tratamento e reaproveitamento da vinhaça, por exemplo:

[013] O documento US6022394 A refere-se a um processo de fracionamento da vinhaça, onde o valor de pH da vinhaça é reduzido pela adição de ácido, e o precipitado formado é separado para obter uma fração inorgânica. Esta fração inorgânica contém principalmente sal de potássio que pode ser utilizada como fertilizante. E a fração orgânica contém principalmente ácidos orgânicos que podem ser utilizados como aditivos na alimentação animal e na produção de silagem.

[014] O documento PI0706144-7 descreve invenção onde se procura utilizar o gás carbônico proveniente da queima de bagaço de cana-de-açúcar em usinas de açúcar e álcool, bem como reutilizar a vinhaça, em processo onde microrganismos fotossintetizantes que simultaneamente utilizam o gás carbônico para seu crescimento e promovem a diminuição da carga orgânica da vinhaça. A vinhaça pode ser pura, concentrada ou diluída, ou sofrer tratamentos, como filtração, clarificação, dialisação, adicionada ou não de fontes de nitrogênio, ou outros nutrientes. O sobrenadante do cultivo dos microrganismos fotossintetizantes com a vinhaça pode ser reciclado/reutilizado no processo. O pedido de patente ainda prevê o uso da fração lipídica da biomassa na preparação de biodiesel.

[015] O documento PI0902707-6 A2 trata de um processo para tratamento de vinhaça que emprega filtração tangencial, onde são utilizadas membranas de diferentes porosidades dispostas em série, envolvendo faixas de porosidade de ultrafiltração, nanofiltração, com tratamento final por osmose reversa, de modo que os sais dissolvidos concentrados seriam úteis no cultivo de plantas, a água resultante do processo seria água de reuso e o lodo rico em levedura seria aproveitado na elaboração de ração animal e como adubo.

[016] O documento WO2009137898 A1 refere-se a um evaporador para concentrar a vinhaça especialmente da destilaria de álcool. O evaporador usa o princípio de névoa turbulenta descendente, o qual permite um baixo consumo de água e energia externa tendo uma grande produtividade e o efluente obtido pode trazer benefícios na fertirrigação do solo.

[017] O documento PI1106809-4 A2, em complementação à patente PI0706144-7, descreve invenção onde se faz a carbonatação da vinhaça com a adição de uma base forte com injeção de dióxido de carbono neste resíduo, com diminuição de demanda química de oxigênio (DQO) e demanda biológica de oxigênio com vistas a utilizar o meio residual como meio de cultivo de microrganismos. Nesse processo, visou-se a redução da turbidez da vinhaça, de modo a facilitar a passagem de luz para o crescimento de microrganismos fotossintetizantes, bem como promover a carbonatação, estabilização físico-química e redução da carga orgânica, como mencionado acima. Foi possível o crescimento de microrganismos fotossintetizantes nos cultivos com as vinhaças tratadas, demonstrando efetividade do tratamento para remoção de turbidez, embora esse processo tenha sido capaz de remover de 11 a 33,9 % de matéria orgânica da vinhaça.

[018] O documento BR102013006606-0 A2 descreve um método para reduzir o conteúdo de potássio em vinhaça, onde, o potássio é precipitado pela adição de uma substância que compreende íons de fosfato e uma outra substância que compreende íons de magnésio à vinhaça. Nesse processo, previamente à adição das substâncias contendo fósforo e magnésio, a vinhaça é concentrada. Os valores de pH desta operação estão entre 9,0 e 12,0 e o processo de floculação da vinhaça é feito pela adição de um polímero aniônico. Também, é descrito um processo para produção de fertilizante que contém potássio, magnésio e fósforo, devido à precipitação dos íons de potássio, magnésio e fósforo.

[019] O documento WO2013056328 A1 descreve um processo de tratamento da vinhaça, tendo como objetivo a redução da turbidez para posterior uso como meio de cultura de microrganismos, incluindo microalgas e cianobactérias. A invenção tem como princípio a carbonatação da vinhaça com uma base forte e injeção de CO2. Adicionalmente, esta patente promove a fixação de carbono e diminuição da DBO e DQO da vinhaça, promovendo desta maneira a estabilização físicoquímica e microbiológica.

[020] O documento US20130143261 A1 descreve um método para uso da vinhaça como alimento para o crustáceo Artemia e/ou algas, o que torna o processo extremamente aceitável do ponto de vista ambiental devido ao tipo de utilização/disposição da vinhaça. Para a diminuição da contaminação do cultivo intensivo de Artemia, que é a proposta dessa patente, sugere-se o uso de ultrassom para desinfecção da vinhaça para evitar ação de microrganismos perigosos no cultivo do crustáceo. Os meios residuais do cultivo de Artemia, após passar por processo de osmose reversa, podem ter as frações ricas em sais retornando ao processo de produção do crustáceo ou serem utilizadas em cultivos de algas marinhas, que podem retornar ao processo como alimento do crustáceo, ou serem utilizadas na produção de combustíveis, alimentos e hidrogênio.

[021] O documento em nome de Lóio (LÓIO, D.A. Tratamento físico-químico de vinhaça por coagulação, floculação e sedimentação e seu aproveitamento no cultivo da microalga Chlorella vulgaris. São Carlos. 2013. 81p. Dissertação de Mestrado. Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo) utilizou as etapas de coagulação, floculação e sedimentação para clarificação da vinhaça para cultivo de microalgas, com a vinhaça tratada ou diluída. Foram avaliados os coagulantes cloreto férrico, sulfato de alumínio, hidróxido de cálcio, tanino e cinco polímeros sintéticos em diferentes concentrações e valores de pH, visando a remoção de cor e turbidez, sendo o processo constituído como uma operação única para essa finalidade. O material utilizado (sais e polímeros sintéticos) para as operações de coagulação, floculação e sedimentação, não tiveram finalidade de aplicação nutriente, sendo descartados ao final das operações. O crescimento microalgal foi menor nos meios constituídos de vinhaça se comparados com os cultivos em meio padrão.

[022] O documento BR102014009156-4 descreve a digestão anaeróbica da vinhaça e o uso do líquido residual contendo carbono orgânico e inorgânico do biogestor para alimentar o reator de microalgas fixadoras de nitrogênio. Na entressafra da cana-de-açúcar, a própria microalga fixadora de nitrogênio pode alimentar o biodigestor. Nesse processo, o biogás alimentaria termelétrica para produção de energia elétrica e a cultura adensada de microalgas poderia ser utilizada como fertilizante.

[023] O documento BR132014025044-0 E2, que é um certificado de adição da patente BR102014009156-4, descreve a digestão anaeróbica da vinhaça e seu uso para cultivo de algas visando produção de biofertilizantes e bioenergia, de modo a reduzir custos na fertirrigação e gerar efluente em condições de reuso ou descarte. Esse processo inclui a digestão anaeróbica de vinhaça em um ou mais reatores anaeróbios, com condicionamento do biogás que inclua preferencialmente sua dessulfurização, reatores de microalgas fixadoras de nitrogênio, com possibilidade do uso destas na produção de biogás, e uma termelétrica, com produção de biofertilizante, biogás e eletricidade durante todo o ano todo. Os gases provenientes dos equipamentos geradores de eletricidade e o líquido proveniente da biodigestão seriam aproveitados nos reatores produtores de algas.

[024] O documento BR132014019425-7 E2 descreve invenção para tratamento de vinhaça em biodigestor com subsequente evaporação parcial do efluente semitratado com geração de água de reuso e efluente de alta concentração de nutrientes, a ser utilizado em fertirrigação.

[025] O documento WO2014098874 se refere a um sistema para o tratamento de vinhaça que combina um digestor anaeróbico, um biorreator de membrana e um concentrador de sal. No digestor anaeróbico é consumida parte da matéria orgânica encontrada na vinhaça, gerando metano e o efluente líquido é tratado posteriormente no biorreator de membrana aerobiamente para remover a matéria orgânica excedente, sendo que o lodo ativado pode retornar ao sistema, misturado à vinhaça, para o processo de biodigestão anaeróbica. O permeado do biorreator de membrana segue para o concentrador de sal, em que se emprega eletrodiálise e/ou osmose reversa, com obtenção do concentrado salino e do permeado como água residual. A solução salina concentrada pode ser utilizada como fertilizante e o permeado do concentrador salino pode retornar ao processo de operação da cana-de-açúcar.

[026] O documento BR102015003018-5 A2 descreve processo para obtenção de um material rico em carbono e nutrientes para uso como fertilizante e água clarificada para reuso a partir da vinhaça carbonizada.

[027] O documento BR102015024100-3 A2 descreve invenção de processo de tratamento de vinhaças biodigeridas e convencionais, de forma que possam ser utilizadas no cultivo de microalgas. Inicialmente, as vinhaças são percoladas em uma mistura de argila esmectita e areia grossa, por gravidade, e, seguida por percolação em carvão ativado. A turbidez dos filtrados decorrentes destes tratamentos apresentam valores reduzidos e os valores de pH ficam mais próximo do neutro, que seriam mais adequados ao cultivo de microalgas.

[028] O documento BR102015013815-6 A2 descreve invenção onde polímeros, com o ajuste do pH com compostos inorgânicos alcalinos, concentram a parte sólida da vinhaça que está em suspensão ou misturada à água, com clarificação da vinhaça e concentração de material sólido. O processo consiste em um flotador que recebe a vinhaça proveniente da lagoa de resfriamento ou da coluna de destilação e adicionamse polímeros iônicos, aniônicos e catiônicos e não iônicos com alta carga molecular misturados em partes iguais de 25% cada, que são bombeados para o interior do flotador, de modo que ocorre a flotação por ar dissolvido e decantação.

[029] O documento em nome de Melo (MELO, D.J.N. Utilização de vinhaça no cultivo de Chlorella sp. 2015. 81p. Dissertação de Mestrado em Engenharia Química. Centro de Ciências e Tecnologia - Universidade Federal de Campina Grande) cultivou Chlorella sp. em um meio mineral clássico para produção de microalgas (Meio Bold), modificado com adição de 0,30 g/L de extrato de levedura, e suplementado com vinhaça em proporções de 5, 10 e 15%. A vinhaça utilizada nos cultivos foi decantada naturalmente, sem adição de nenhum agente floculante para acelerar e/ou aumentar sua decantação, por um período de 24 horas, com correção do valor de pH a 7,0 com NaOH antes de sua adição ao meio Bold modificado. Adicionalmente, não utilizou nenhum tratamento prévio para remoção de moléculas orgânicas solúveis para diminuir a demanda química de oxigênio (DQO) da vinhaça. O cultivo de Chlorella sp. diminuiu o valor da DQO dos meios preparados para os cultivos desta microalga. A suplementação com 15% de vinhaça levou à limitação do crescimento microalgal. Após os cultivos da Chlorella sp. nas condições indicadas acima, os resíduos, obtidos a partir da centrifugação para a separação das biomassas microalgais, foram reutilizados em cultivos subsequentes. Observou-se que é possível reutilizar o resíduo no cultivo de Chlorella sp., sendo os melhores resultados obtidos na segunda reutilização deste, com obtenção de menores tempos de geração da microalga em meios residuais provenientes de cultivos anteriores com menores quantidades de vinhaça. A limitação do uso da vinhaça neste tipo de processo onde se visa o seu uso com poucas modificações (remoção de material suspenso por decantação natural) pode limitar a quantidade de vinhaça que poderia ser utilizada no cultivo da microalga.

[030] O documento BR102016023277-5 A2 propõe o uso de vinhaça como meio de cultivo de microrganismos fotossintetizantes passando por tratamento(s) físicoquímicos e/ou biológicos para separação das frações denominadas de sólidos concentrados e clarificada, sendo que esta fase é utilizada diretamente em cultivos mixotróficos, com ou não adição de gás carbônico, e/ou heterotróficos, podendo, neste caso, ser adicionada de fontes de carbono orgânicas. Após o crescimento dos microrganismos fotossintetizantes na fração clarificada, são previstos tratamentos físicos e/ou químicos para separação das frações celular e líquida. A fração celular pode ser destinada para aplicações industriais e a fração líquida pode ser tratada para posterior uso como fertilizante.

[031] O documento em nome de Nippes (NIPPES, R.P. Remoção de cor, turbidez e DQO de vinhaça utilizando adsorventes. Maringá. 2016. 110p. Dissertação de Mestrado. Centro de Tecnologia – Universidade Estadual de Maringá) contextualiza a vinhaça como resíduo da destilação alcoólica que é descartado no solo. Avaliou o uso de argila organofílica comercial (AO), carvão comercial de osso (CO) e carvão ativado produzido a partir de bagaço de cana-deaçúcar (CB) sob o processo de pirólise e ativado com NaOH, para remoção de cor, turbidez e demanda química de oxigênio (DQO) de vinhaça pré-tratada com o coagulante tanino, o qual não teve a finalidade de ser utilizado como nutriente em qualquer processo subsequente. Conseguiu bons resultados de remoção de cor, turbidez e DQO da vinhaça com o uso de carvão ativado, seja obtido a partir de bagaço aglomerado com boemita gel e o carvão comercial de osso, indicando que os compostos solúveis presentes na vinhaça não removidos no processo de coagulação e floculação, foram adsorvidos pelos diferentes tipos de carvão ativado utilizados.

[032] O documento BR102018005501-1 A2 descreve processo de tratamento de vinhaça gerada na indústria alcooleira para obtenção de um produto a ser utilizado como fertilizante. O processo apresenta as seguintes etapas: preparação da solução de vinhaça, onde a solução de vinhaça é direcionada para tanques de estocagem; carbonatação, que ocorre em carbonatador, com adição de hidróxido de cálcio e borbulhamento com CO2, promovendo a formação de sais insolúveis de cálcio e potássio; sedimentação, que ocorre em tanques de sedimentação; centrifugação, onde o material sedimentado é recuperado e; secagem, onde o material recuperado da centrífuga passa por processo de secagem, obtendo-se o produto sólido que poderá ser utilizado como fertilizante.

[033] O documento em nome de Horau et al. (HOARAU, J.; CARO, Y.; GRONDIN, I.; PETIT, T. Sugarcane vinasse processing: Toward a status shift from waste to valuable resource. A review. Journal of Water Process Engineering, v. 24, p. 11-25, 2018) descreve sobre o potencial poluidor da vinhaça e que para ser descartada no meio, deve sofrer processos prévios para despoluir este resíduo. Alguns pontos considerados são: redução de volume, através da secagem com o objetivo de utilizar o resíduo como ração animal, o que é feito na indústria de etanol de milho; recirculação da vinhaça no processo de produção de etanol em substituição à água, porém, com necessidade de tratamento posterior; uso de microfiltração para concentrar os sólidos suspensos e osmose reversa e nanofiltração para remoção de coloração; uso de adjuvantes e processo de floculação e coagulação, seguido de centrifugação; uso de carvão ativado de diversas fontes; uso de resina de troca iônica para a retirada de íons; cavitação para quebrar os contaminantes da água; degradação térmica dos compostos orgânicos e inorgânicos por elevação da temperatura e pressão; uso de processos oxidativos (catálise úmida, fotocatálise e ozônio) para redução de coloração; redução de coloração da vinhaça por tratamento biológico, utilizando cepas de fungos filamentosos, associado ou não a tratamentos químicos; redução de coloração da vinhaça por processo enzimático; redução de compostos orgânicos por fitorremediação. Também discute o potencial de uso da vinhaça tratada, descrevendo o cultivo de microalgas. Ponderam que embora a vinhaça apresente cor marrom escura, podem ser obtidos crescimentos autotrófico, heterotrófico e mixotrófico de microrganismos fotossintetizantes se a vinhaça for adequadamente diluída.

[034] Reis et al. (2019) (REIS, C.E.R.; BENTO, H.B.S.; ALVES, T.M.; CARVALHO, A.K.F.; CASTRO, H.F.C. Vinasse Treatment within the Sugarcane-Ethanol Industry Using Ozone Combined with Anaerobic and Aerobic Microbial Processes. Environments, v.6, p.5, 2019) realizaram estudos com uso de vinhaça in natura diluída com água, vinhaça biodigerida (sem uso de vácuo), vinhaça com ozônio, como meio de cultivo para o fungo filamentoso Mucor circinelloides. O ozônio é utilizado para quebrar as estruturas moleculares presentes na vinhaça em estruturas menores, bem como degradar compostos fenólicos, reduzindo a coloração da vinhaça, tendo sido avaliados valores de pH entre 4,5 e 10,5. Os autores relatam que o emprego de digestão anaeróbica de vinhaça com o uso do meio efluente deste processo no cultivo de fungo, seguido por ozonização do meio residual pode remover mais de 90% da demanda química de oxigênio da vinhaça, indicando a possibilidade de um processo de recuperação de água no qual a vinhaça poderia ser reciclada dentro de uma usina de etanol, com valiosa biomassa fúngica e biogás gerados como coprodutos.

[035] Assim, a presente invenção prevê diferentes combinações de tratamento da vinhaça com vistas à obtenção de uma solução salina, envolvendo um processo inicial de floculação/flotação com uso de agente floculante que possa, preferencialmente, ser aproveitado como nutriente em etapas posteriores do processo, seja na fração líquida obtida, constituída majoritariamente por compostos solúveis, como na fração de sedimento, seguido de um tratamento biológico para remoção de compostos solúveis da fração líquida obtida, seja com cultivo aeróbio e/ou anaeróbio com uso de vácuo, de modo que a fração líquida proveniente deste processo possa, já com baixa quantidade de matéria-orgânica, ainda, ser tratada por processos de adsorção e/ou tratamento com membranas para se obter a solução salina, que pode ser utilizada no cultivo de microrganismos fotossintetizantes ou sofrer processo de concentração para usos em outros locais. A presente invenção permite o aproveitamento integral da vinhaça de um modo não previsto pelo estado da técnica, integrado ao processo industrial de produção de álcool e açúcar, tanto em relação a aproveitamento de energia como de massas, para produção de diferentes produtos para serem utilizados nos setores agropecuários, industriais e de saúde.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[036] A presente invenção tem por objetivo propor um processo para preparação de uma solução salina a partir da vinhaça proveniente de fermentação alcoólica para produção de etanol para ser utilizada no cultivo de microrganismos fotossintetizantes (microalgas e/ou cianobactérias). Para isso, a vinhaça é tratada com processo de floculação/flotação com uso de substância que possa, preferencialmente, ser utilizada como nutriente em etapas subsequentes, seguido de crescimento de microrganismos heterotróficos na fase líquida deste processo e com possível tratamento da fase líquida proveniente do cultivo heterotrófico com adsorção e/ou membranas, com aproveitamento das frações e produtos das várias etapas do processo. Adicionalmente, a presente invenção prevê ainda a possibilidade de reuso da vinhaça tratada que serviu como meio de cultivo dos microrganismos fotossintetizantes em novos ciclos de cultivo destes e/ou sua concentração ou não, inclusive com possibilidade de sua suplementação com nutrientes para utilização como fertilizante. Além disso, possibilita o aproveitamento dos gases emitidos nos processos heterotróficos e dos microrganismos fotossintetizantes. Adicionalmente, prevê o uso dos microrganismos heterotróficos e/ou suas frações como inoculantes agrícolas, como agentes de controle biológico, como componentes de rações, e fontes de moléculas de interesse industrial. Os microrganismos fotossintetizantes obtidos no processo e/ou suas frações, parcialmente ou totalmente purificadas, podem ser utilizados em alimentos, complementos alimentares, nutracêuticos, cosméticos, medicamentos, ração animal, bem como biofertilizantes, biocombustíveis e em biorremediação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[037] Para obter uma total e completa visualização do objetivo desta invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz referências, conforme segue.

[038] A Figura 1 apresenta o fluxograma geral da obtenção da solução salina para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes; e

[039] A Figura 2 apresenta o fluxograma do aproveitamento de vinhaça para a produção de produtos de interesse industrial e integração com os processos que ocorrem em indústrias produtoras de açúcar e álcool e produção de microrganismos fotossintetizantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[040] A presente invenção refere-se a um processo para preparação de uma solução salina a partir da vinhaça, com redução de sua matéria orgânica e/ou pigmentos, podendo ser complementada com nutrientes e/ou diluída com água, de modo a se obter um meio apropriado para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes. Para a obtenção da solução salina a partir da vinhaça, foram propostos processos químicos, biológicos e/ou físicos, que, adequadamente aplicados, levam à produção de subprodutos que podem ser aplicados em processos de interesse econômico. Todo esse processo, preferencialmente, pode ser integrado ao processo industrial de produção de açúcar e álcool, com integração de fases gasosas e aproveitamento energético.

[041] Na Figura 1 pode der visualizado um fluxograma geral desta solicitação de patente, enquanto na Figura 2 há um detalhamento maior do processo, com a integração de processos que gerem subprodutos nesse processo de obtenção da solução salina apropriada para cultivo de microrganismos fotossintetizantes.

[042] De maneira geral, o referido processo da presente invenção compreende as seguintes etapas:

• (a) Tratamento físico-químico de matérias orgânicas e/ou inorgânicas presentes na vinhaça;
• (b) Cultivo de microrganismos heterotróficos aeróbios;
• (c) Remoção de matéria orgânica residual e/ou pigmentos.

[043] Na etapa (a), é realizado o tratamento físico e/ou químico da vinhaça proveniente de fermentação alcoólica, com mostos (meios de cultura) derivados de canade-açúcar, como caldo de cana-de-açúcar, melaço, concentrado de caldo de cana-de-açúcar, hidrolisados de bagaço de canade-açúcar, e suas variações e/ou mostos provenientes de hidrolisados de materiais amiláceos, com a finalidade de promover a precipitação/sedimentação e/ou floculação de matérias orgânicas e/ou inorgânicas presentes na vinhaça, podendo estar incluídos nessa fração nitrogênio e/ou fósforo e/ou potássio. Nesse tratamento, adiciona-se à vinhaça uma substância que atue como nutriente de microrganismos e/ou plantas e que leve à floculação e/ou flotação de matérias orgânicas presentes na vinhaça e/ou, preferencialmente, leve à floculação e/ou flotação de matérias orgânicas e/ou inorgânicas presentes na vinhaça quando esta tem seu valor de pH aumentado para valores entre 6,0 e 11,0, preferencialmente entre 7,0 e 9,0, mais preferencialmente ainda entre 7,2 e 7,8, com auxílio de álcalis e/ou substâncias de caráter alcalino, isoladamente ou em combinações, podendo ser hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de amônio, hidróxido de cálcio, óxido de cálcio, carbonato de cálcio, com diferentes graus de pureza, calcário calcítico, calcário dolomítico, entre outros. As substâncias que apresentem esse efeito de floculação e/ou flotação e que atuam como nutrientes são preferencialmente sais de fosfato, podendo ser citados fosfato monobásico de sódio, fosfato bibásico de sódio, fosfato trissódico, fosfato monobásico de potássio, fosfato bibásico de potássio, fosfato tripotássico, fosfato monoamônico, fosfato diamônico, superfostato simples, superfosfato triplo, óxidos de fósforo, fosfato de alumínio, fosfato de ferro, entre outros. As concentrações utilizadas dessas substâncias podem variar de 0,1 g/L a 50 g/L, mais preferencialmente entre 0,5 g/L a 15, mais preferencialmente ainda entre 1,0 e 8 g/L. Essas substâncias podem ser puras ou com impurezas e podem ser utilizadas isoladamente ou em combinações. Alternativamente, podem ser usados sais de ferro ou de alumínio, em suas diferentes formas, como agentes de floculação/nutrientes, não se descartando o uso de outras substâncias, incluindo orgânicas, naturais ou sintéticas, que tenham essas propriedades, ou, pelo menos, que não sejam inibidoras de crescimento microbiano. Preferencialmente, adiciona-se primeiro à vinhaça a substância que atua como nutriente e agente de floculação, e, em seguida, procede-se a adição do álcali para correção do pH para os valores indicados acima para que ocorra a floculação e/ou flotação das partículas, embora a correção de pH e adição da substância floculante/nutriente possa ocorrer simultaneamente, ou a correção do valor de pH ocorra previamente à adição do agente floculante/nutriente. A temperatura desse processo de floculação/flotação pode ser de 10º C a 121ºC, podendo ocorrer preferencialmente da temperatura ambiente a 100º C e mais preferencialmente ainda, de 60º C a 100ºC. Pode haver ou não controle de temperatura durante esse processo de floculação/ flotação. O processo de floculação e/ou flotação pode ser conduzido de forma descontínua ou contínua, preferencialmente contínua. A vinhaça utilizada neste tratamento pode ser in natura, concentrada ou diluída, preferencialmente, in natura.

[044] A separação das frações líquida, denominada fase líquida 1 (FL1), e floculada/flotada, denominada fase de sedimentos 1 (FS1), do processo de floculação/flotação podem ocorrer por centrifugação, flotação, sedimentação e/ou processos de filtração, podendo ser aplicada filtração a vácuo, incluindo filtro rotativo a vácuo, aproveitando sistemas já aplicados nas usinas. Essas operações podem ser utilizadas isoladamente ou acopladas. A fase de sedimentos 1 (FS1) pode ser adensada com uso de filtro rotativo a vácuo, formando uma torta de filtro contendo a matéria orgânica e a fração líquida deste processo pode retornar ao processo de decantação, ser destinada a tanque pulmão, e/ou ser utilizada subsequentemente no cultivo de microrganismos. Os processos de separação podem ser descontínuos ou contínuos, preferencialmente contínuos, e serem utilizados isoladamente ou de forma sequencial. A FS1, na forma de suspensão e/ou seca, por diferentes processos de secagem, pode ser adicionada de nutrientes para que possa ter composição/proporção de nutrientes adequadas para uso como fertilizante, aditivo em fermentação semissólida, bem como aditivo em rações e alimentos para animais. Alternativamente, a FS1, por já conter nutrientes, pode ser utilizada como fertilizante sem adições de nutrientes adicionais ou complementares.

[045] A secagem da FS1 pode ser realizada em túneis de secagem, em concentradores a vácuo, em estufas, com ou sem circulação forçada, em bandejas, bem como esteiras de secagem, com ou sem utilização de trocadores de calor de corrente em paralelo e/ou em contracorrente, utilizando ar ou outros gases, bem como vapor superaquecido. A secagem da fase sólida pode ser também por atomização e/ou com uso de secadores rotativos com ou sem utilização de vácuo, além de liofilização. Os processos de secagem podem ser acoplados a filtros de manga. Os processos de secagem podem ser contínuos ou em batelada.

[046] Na etapa (b), utiliza-se a fração líquida deste processo de floculação e/ou flotação, denominada fase líquida 1 (FL1), para o cultivo de microrganismos heterotróficos aeróbios, de modo a diminuir a quantidade de material orgânico e/ou pigmentos deste líquido, com previsão também do uso dos microrganismos produzidos e/ou metabólitos por eles produzidos, bem como prevê o uso do dióxido de carbono liberado neste processo no cultivo de microrganismos fotossintetizantes. A FL1 pode ser utilizada in natura, ou, preferencialmente, diluída com água para diminuir a salinidade, preferencialmente diluída até 20 vezes, mais preferencialmente ainda de 1,5 a 2,5 vezes, favorecendo o crescimento microbiano, particularmente, crescimento de bactérias, leveduras e/ou fungos filamentosos. Pode, alternativamente, ser adicionada de nutrientes, incluindo fontes de carbono, antes ou durante o período de crescimento celular. O termo água pode referir-se a água potável, água destilada, água deionizada, água de condensação de qualquer parte do processo industrial, permeado de filtrações tangenciais, como ultrafiltração, nanofiltração, osmose reversa, água proveniente de poços artesianos e de pequenas profundidades, águas de rios, represas e açudes, tratadas ou não, provenientes de dessalinizadores, bem como águas residuárias de tratamento secundário de resíduos agrícolas e/ou agroindustriais, diluídos ou não.

[047] A fase líquida 1 (FL1) pode passar por tratamento térmico, com finalidade de remoção de contaminantes, ou não, aproveitando microrganismos presentes na mesma, podendo ser inoculada com microrganismos aeróbicos, visando diminuição de sua demanda química de oxigênio (DQO) e/ou conteúdo de pigmentos. Os microrganismos heterotróficos aeróbios a serem inoculados, modificados geneticamente ou não, em cepas puras, ou misturas de cepas, podem ser bactérias, leveduras e/ou fungos filamentosos, incluindo Bacillus spp., Pseudomonas spp., Rhizobium spp., Bradyrhizobium spp., Azospirillum spp., Escherichia spp., Pseudomonas spp., Enterobacter spp., Erwinia spp., Lactobacillus spp., Streptomyces spp., Penicillium spp., Aspergillus spp., Trichoderma spp., Rhodotorula spp., Metarhizium spp., Beauveria spp., Candida spp., Pleurotus spp., Lyophyllum spp., Agaricus spp., Paecilomyces ssp., entre outros. O processo de cultivo pode ser descontínuo, descontínuo alimentado, semi-contínuo ou contínuo e as variações desses processos. Os processos de cultivo podem ocorrer em condições de esterilidade ou com diferentes níveis de assepsia.

[048] A aeração do processo pode ser com ar, oxigênio proveniente do cultivo de microrganismos fotossintetizantes (microalgas e/ou cianobactérias), armazenado ou não, puro ou parcialmente purificado, ar enriquecido com oxigênio, proveniente ou não do cultivo de microrganismos fotossintetizantes, e/ou com adição de outros gases. Pode ainda ser adicionado em tubulações separadas, sendo uma para o ar e outra para o oxigênio. Em qualquer condição de adição de oxigênio e/ou ar para o cultivo de microrganismo heterotrófico aeróbico, eles podem ser filtrados em filtros de profundidade e/ou absolutos, previamente esterilizados ou não, ou não serem filtrados. Associado à operação de aeração, o processo do cultivo pode ser conduzido em biorreatores de mistura, com agitação mecânica, ou serem agitados por borbulhamento dos gases relatados acima (ar, oxigênio proveniente do cultivo das microalgas, armazenado ou não, puro ou parcialmente purificado, ar enriquecido com oxigênio, proveniente ou não do cultivo de microrganismos fotossintetizantes, e/ou com adição de outros gases). Os gases de exaustão do biorreator aeróbio, contendo dióxido de carbono, podem ser purificados ou não, armazenados ou não, filtrados em filtros de profundidade e/ou absolutos ou não, para serem empregados nos cultivos de microrganismos fotossintetizantes, modificados geneticamente ou não, em condições mixotróficas e/ou fotoautotróficas. Como pode ser observado, este processo pode integrar a produção de oxigênio do cultivo de microrganismos fotossintetizantes com a demanda de oxigênio do processo de depuração da fase líquida do processo de floculação/flotação, bem como aproveitar o gás carbônico deste processo de depuração da vinhaça por microrganismos aeróbicos no cultivo de microrganismos fotossintetizantes.

[049] Alternativamente, em vez de utilizar a FL1 para o cultivo de microrganismos aeróbios e simultânea diminuição de DQO e/ou coloração da vinhaça, o cultivo destes microrganismos pode ocorrer na FL1 adicionada de vinhaça não tratada, ou apenas utilizando vinhaça não tratada. O valor de pH do cultivo microbiano poderá ser de 1,5 a 11,0, dependendo da espécie a ser cultivada, procurando ser mantido um valor ou uma faixa ótima de valor de pH para a espécie cultivada e que, preferencialmente, minimize a possibilidade de contaminação com organismos indesejados ao processo. O valor de temperatura poderá ser de 15ºC a 70º C, dependendo de espécie a ser cultivada, procurando ser mantido um valor ou uma faixa ótima de valor de temperatura para a espécie cultivada e que, preferencialmente, minimize a possibilidade de contaminação com organismos indesejados ao processo. O aquecimento dos reatores aeróbios pode ocorrer com uso de vapores residuais, águas de condensação da fabricação de açúcar e álcool, bem como outras fontes de calor residuais. Os microrganismos heterotróficos aeróbios produzidos durante ou após o término dos cultivos poderão ser separados do meio de cultivo por operações de centrifugação, precipitação, flotação, floculação, filtração, microfiltração, em esteiras de filtração, filtro rotativo, com ou sem uso de vácuo, entre outros. As operações podem ser únicas ou serem usadas em diferentes etapas.

[050] Adicionalmente, a etapa de separação dos microrganismos pode ocorrer de modo descontínuo ou contínuo. Nessa operação, há a obtenção da fração celular heterotrófica aeróbica, denominada fase celular 1 (FC1), que pode ser na forma de suspensão e/ou massa úmida, e a fração líquida proveniente do tratamento aeróbico da FL1, denominada fase líquida 2 (FL2). O uso desses microrganismos, dependendo da espécie utilizada, envolve sua aplicação como controle biológico, inoculantes agrícolas, solubilizadores de fosfato, biorremediação, cogumelos comestíveis e formulações de rações para alimentação animal. Adicionalmente, os microrganismos podem ser cultivados visando à produção de metabólitos, como ácidos orgânicos, antibióticos, biossurfactantes, proteínas, peptídeos, lipopeptídeos, aminoácidos, ácidos graxos, polissacarídeos, carotenoides, entre outros. Podem ser considerados casos em que haja aplicações tanto para os microrganismos produzidos como para os metabólitos por eles produzidos.

[051] A fase celular 1 (FC1), fração celular heterotrófica aeróbica, obtida após a fase de separação dos microrganismos pode ser ressupensa em excipientes que tenham finalidade de suportar e/ou nutrir as células, mantendo sua sobrevivência, dependendo de sua aplicação, bem como pode ser submetida a processo de secagem para sua conservação, com ou sem manutenção de viabilidade celular. A secagem da FC1 pode ser realizada em túneis de secagem, em concentradores a vácuo, em estufas, com ou sem circulação forçada, em bandejas, bem como esteiras de secagem, com ou sem utilização de trocadores de calor de corrente em paralelo e/ou em contracorrente, utilizando ar ou outros gases, bem como vapor superaquecido. A secagem da biomassa pode ser também por atomização e/ou com uso de secadores rotativos com ou sem utilização de vácuo, além de liofilização. Os processos de secagem podem ser acoplados a filtros de manga. Os processos de secagem podem ser contínuos ou em batelada.

[052] Na etapa (c), é realizado o tratamento da fração líquida aeróbica, denominada fração líquida 2 (FL2), com carvão ativado e/ou outros materiais adsorventes, e alternativamente pode ser empregada filtração tangencial com uso de membranas, de modo a remover e/ou diminuir a quantidade de matéria orgânica e/ou pigmentos no processo, prevendo ainda o destino da fase líquida e dos sólidos gerados no processo, bem como prevê o aproveitamento do gás carbônico gerado no processo no cultivo de microrganismos fotossintetizantes. A FL2 pode ser tratada com carvão ativado em pó, com diferentes granulometrias e propriedades, para adsorção de pigmentos e/ou matéria orgânica residual, parcialmente ou em sua totalidade, bem como com previsão do aproveitamento material sólido e líquido gerado. A concentração de carvão em pó pode ser de 0,1 g/L a 200 g/L, preferencialmente de 5,0 a 100 g/L, mais preferencialmente ainda de 20 g/L a 30 g/L. Os tempos de tratamento da FL2 com o carvão ativado, preferencialmente sob agitação, podem ser de 1 minuto a 180 minutos, mais preferencialmente entre 10 minutos e 120 minutos, mais preferencialmente ainda entre 45 minutos a 75 minutos. A operação pode ocorrer de forma contínua ou descontínua. Após o tratamento, o carvão ativado em pó pode ser separado da fase líquida, denominada fase líquida 3 (FL3), por sedimentação, centrifugação e/ou filtração, com ou sem uso de vácuo, sendo que a fase sólida, denominada fase de sedimentos 2 (FS2), contendo o carvão ativado com os pigmentos e matéria-orgânica adicional adsorvida, pode ser tratada por processos físicos e/ou químicos para ser reutilizada em novas operações de adsorção. A fase líquida 3, diluída com água ou não, esterilizada ou pasteurizada, irradiada com radiação ionizante ou não, pode ser adicionada ou não de nutriente(s), bem como ter seu valor de pH corrigido para valor dentro da faixa ótima para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, geneticamente modificados ou não, constituindo-se do meio de cultivo deles.adsorção de pigmentos e/ou matéria orgânica residual, parcialmente ou em sua totalidade, bem como com previsão do aproveitamento material sólido e líquido gerado. A concentração de carvão em pó pode ser de 0,1 g/L a 200 g/L, preferencialmente de 5,0 a 100 g/L, mais preferencialmente ainda de 20 g/L a 30 g/L. Os tempos de tratamento da FL2 com o carvão ativado, preferencialmente sob agitação, podem ser de 1 minuto a 180 minutos, mais preferencialmente entre 10 minutos e 120 minutos, mais preferencialmente ainda entre 45 minutos a 75 minutos. A operação pode ocorrer de forma contínua ou descontínua. Após o tratamento, o carvão ativado em pó pode ser separado da fase líquida, denominada fase líquida 3 (FL3), por sedimentação, centrifugação e/ou filtração, com ou sem uso de vácuo, sendo que a fase sólida, denominada fase de sedimentos 2 (FS2), contendo o carvão ativado com os pigmentos e matéria-orgânica adicional adsorvida, pode ser tratada por processos físicos e/ou químicos para ser reutilizada em novas operações de adsorção. A fase líquida 3, diluída com água ou não, esterilizada ou pasteurizada, irradiada com radiação ionizante ou não, pode ser adicionada ou não de nutriente(s), bem como ter seu valor de pH corrigido para valor dentro da faixa ótima para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, geneticamente modificados ou não, constituindo-se do meio de cultivo deles.

[053] Alternativamente ao uso de carvão ativado, obtido de diferentes matérias-primas celulósicas e/ou lignocelulósicas, outros materiais adsorventes podem ser utilizados, como cinza, carvão vegetal, areia, sílica, alumina, zeólitas, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz, sabugo de milho, resíduos de madeira, entre outros, em diferentes granulometrias, de origem natural ou sintética. Esses materiais adsorventes podem atuar em etapa única, ou em várias etapas, em reatores de leito fixo e/ou fluidizado de diferentes configurações, preferencialmente em reatores tipo coluna, podendo ser utilizados estes materiais alternativos em tratamentos prévios ao carvão ativado. O carvão ativado utilizado pode ser reaproveitado sem tratamento ou ser reativado por processos químicos e/ou físicos para novos usos no processo. Alternativamente, o carvão ativado utilizado no processo, independentemente de ser reusado ou não, pode ser destinado para usos agrícolas, isoladamente ou incorporado a outros substratos para adição no solo, atuando como fertilizante. Pode, ainda, ser utilizado para queima como fonte de energia, sendo que o gás carbônico proveniente de sua queima, lavado ou não, purificado ou não, armazenado ou não, filtrado em filtros de profundidade e/ou absolutos ou não, pode ser utilizado como fonte de carbono para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, modificados ou não geneticamente, em condições fotoautotróficas e/ou mixotróficas. Os materiais lignocelulósicos utilizados no processo podem também serem adicionados no solo diretamente, fazerem parte de compostos para alimentação de ruminantes, bem como serem queimados em caldeiras para obtenção de energia, sendo que, neste caso, o dióxido de carbono proveniente deste processo pode ser utilizado para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes.

[054] Alternativamente ao carvão ativado em pó (CAP), pode ser utilizado carvão ativado granulado (CAG), com diferentes propriedades e granulometrias, para uso em reatores tipo coluna, preferencialmente, em sistemas de leito fixo ou fluidizado, operando com leito fixo, preferencialmente, não se descartando outros tipos de reatores, inclusive com pré-tratamento em colunas com outros adsorventes.

[055] Para a obtenção da FL3, a fase líquida 2 (FL2), pode ser tratada também com membranas filtrantes em operações de filtração tangencial, como microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração. A(s) operação(ções) de filtração tangencial podem, preferencialmente, ser(em) posteriores ao processo de adsorção com materiais adsorventes, preferencialmente carvão ativado, embora possa ocorrer em ordem inversa. Adicionalmente, podem ser utilizados tratamentos enzimáticos, físicos e ou químicos para degradação parcial ou total de pigmentos residuais. Preferencialmente, o tratamento da fase líquida 2 (FL2) deve contemplar apenas o tratamento de adsorção para fins de diminuição de custo do processo.

[056] A FL2, por sua vez, alternativamente, pode ter a remoção de biocompostos de interesse comercial (ácidos orgânicos, antibióticos, biossurfactantes, proteínas, peptídeos, lipopeptídeos, aminoácidos, ácidos graxos, polissacarídeos, carotenoides, entre outros), utilizando processos físicos e/ou químicos, sendo destinada a seguir a processos de adsorção e/ou filtração com membranas para uso como meio de cultivo de microrganismos fotossintetizantes, como comentado anteriormente. A fase líquida 2, pode também, em vez de ser tratada como carvão ativado e/ou filtração tangencial com membranas para remoção de matéria-orgânica e/ou pigmentos, ser destinada diretamente para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, embora, preferencialmente, seja submetida a tratamento com carvão ativado e/ou filtração tangencial com membranas antes de ser destinada ao cultivo de microrganismos fotossintetizantes.

[057] Em uma modalidade da presente invenção, alternativamente ao processo de tratamento biológico aeróbico da fase líquida 1 (FL1), representado pela etapa (b), prevê também o tratamento da FL1 por processo de biodigestão anaeróbia, com uso de vácuo para remoção de gases, de modo a diminuir a quantidade de material orgânico e/ou pigmentos deste líquido, incluindo a purificação dos gases e o uso deles, com previsão do aproveitamento material sólido e líquido gerado, bem como prevendo o uso do dióxido de carbono gerado neste processo para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes. A remoção de gases por meio de vácuo pode evitar fenômenos inibitórios, e a purificação parcial ou total do metano formado permite seu uso para fins de queima e, consequentemente, obtenção de energia na própria unidade de produção. Alternativamente, o metano parcialmente ou totalmente purificado pode ser transportado para outras unidades de produção de energia, sendo o transporte feito por meio de tanques apropriados ou por meio de tubulações.

[058] Também se propõe o uso de lavagens em colunas com meios alcalinos e ácidos e para retenção dos gases sulfeto de hidrogênio e amônia, respectivamente. O sulfeto de hidrogênio pode sofrer tratamento posterior para oxidação do enxofre e o sal de amônio formado na lavagem do gás em meio ácido pode sofrer tratamentos com a finalidade de purificação, como tratamento alcalino e recuperação por meio de arraste com ar (air stripping), uso de vácuo, e/ou uso de membranas, não se descartando outros métodos físicos e/ou químicos de purificação. A amônia pode ser recuperada em meio aquoso, com formação de hidróxido de amônio, ou em meio ácido, com formação de sais de amônio, como nitrato de amônio, sulfato de amônio, carbonato de amônio, entre outros. As fontes de amônia/amônio podem ser utilizadas como fertilizantes ou ser utilizados no processo de cultivo de microrganismos fotossintetizantes, podendo também ser fontes de nitrogênio para cultivo de microrganismos heterotróficos.

[059] O metano proveniente do processo de biodigestão pode ser destinado à queima para obtenção de energia e o dióxido de carbono proveniente de sua combustão, lavado e/ou purificado, total ou parcialmente, armazenado ou não, filtrado em filtros de profundidade e/ou absolutos ou não, pode ser destinado para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, modificados geneticamente ou não, em condições fotoautotróficas e/ou mixotróficas. Da mesma forma, o dióxido de carbono proveniente do processo de biodigestão, purificado ou parcialmente purificado, armazenado ou não, filtrado em filtros de profundidade e/ou absolutos ou não, pode ser destinado ao cultivo de microrganismos fotossintetizantes, modificados geneticamente ou não.

[060] O valor de pH nos reatores anaeróbios deve ser mantido entre 7,0 e 9,0, preferencialmente entre 7,5 e 8,5, mais preferencialmente ainda entre 7,8 e 8,2. O valor de pH pode ou não ser controlado, mas preferencialmente deve ser controlado. A temperatura do processo de biodigestão deve estar na faixa de 25 a 65ºC, mais preferencialmente entre 30ºC e 45ºC, mais preferencialmente ainda entre 36ºC e 38ºC. O processo pode ocorrer com ou sem controle de temperatura, mais preferencialmente com controle de temperatura, com pequena variação desta, a fim de não mudar ou mudar dentro de limites aceitáveis a proporção das populações dos organismos presentes no biodigestor. O aquecimento dos biodigestores pode ocorrer com uso de vapores residuais, águas de condensação da fabricação de açúcar e álcool, bem como outras de fontes de calor residuais. O processo pode ocorrer por processo descontínuo, semicontínuo ou contínuo, mais preferencialmente pelo processo contínuo. Podem ser utilizados diferentes tipos de biorreatores anaeróbicos, usando preferencialmente reatores anaeróbios de fluxo ascendente, com uso de vácuo, preferencialmente. Após o tratamento biológico anaeróbico da FL1, ou alternativamente da vinhaça in natura, diluída ou não, preferencialmente diluída, o meio resultante contendo células e/ou turbidez pode ser centrifugado, sedimentado, flotado, filtrado, seja em esteiras de filtração, filtro rotativo, com ou sem uso de vácuo, microfiltrado, entre outras operações unitárias, para a obtenção da fração líquida anaeróbica, denominada fase líquida 4 (FL4). Alternativamente, o meio efluente do biorreator anaeróbio, por ser um biorreator onde a formação celular é muito pequena se comparado com os processos aeróbios, pode não sofrer tratamento para remoção de materiais particulados, sendo incluído na denominação fase líquida anaeróbica (FL4). No caso de separação da fração celular deste processo, denominada fase celular 2 (FC2), esta pode retornar para o biorreator de biodigestão.

[061] A fase líquida anaeróbica (FL4) pode ser tratada com carvão ativado em pó, com diferentes granulometrias e propriedades, para adsorção de pigmentos e/ou matéria orgânica residual, parcialmente ou em sua totalidade. A concentração de carvão em pó pode ser de 0,1 g/L a 200 g/L, preferencialmente de 5,0 a 100 g/L, mais preferencialmente ainda de 20 g/L a 30 g/L. Os tempos de tratamento da FL4 com o carvão ativado, preferencialmente sob agitação, podem ser de 1 minuto a 180 minutos, mais preferencialmente entre 10 minutos e 120 minutos, mais preferencialmente ainda entre 45 minutos a 75 minutos. A operação pode ocorrer de forma contínua ou descontínua. Após o tratamento, o carvão ativado em pó pode ser separado da fase líquida, denominada fase líquida 5 (FL5), por sedimentação, centrifugação e/ou filtração, com ou sem uso de vácuo, sendo que a fase sólida, denominada fase de sedimentos 3 (FS3), contendo o carvão ativado com os pigmentos e matéria-orgânica adicional adsorvida, pode ser tratada por processos físicos e/ou químicos para ser reutilizada em novas operações de adsorção. A fase líquida 5, diluída com água ou não, esterilizada ou pasteurizada, irradiada com radiação ionizante ou não, pode ser adicionada ou não de nutriente(s), bem como ter seu valor de pH corrigido para valor dentro da faixa ótima para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, geneticamente modificados ou não, constituindo-se do meio de cultivo deles.

[062] Alternativamente ao uso de carvão ativado, obtido de diferentes matérias-primas celulósicas e/ou lignocelulósicas, outros materiais adsorventes podem ser utilizados, como cinza, carvão vegetal, areia, sílica, alumina, zeólitas, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz, sabugo de milho, resíduos de madeira, entre outros, em diferentes granulometrias, de origem natural ou sintética. Esses materiais adsorventes podem atuar em etapa única, ou em várias etapas, em reatores de leito fixo e/ou fluidizado de diferentes configurações, preferencialmente em reatores tipo coluna, podendo ser utilizados estes materiais alternativos em tratamentos prévios ao carvão ativado. O carvão ativado utilizado pode ser reaproveitado sem tratamento ou ser reativado por processos químicos e/ou físicos para novos usos no processo. Alternativamente, o carvão ativado utilizado no processo, independentemente de ser reusado ou não, pode ser destinado para usos agrícolas, isoladamente ou incorporado a outros substratos para adição no solo, atuando como fertilizante. Pode, ainda, ser utilizado para queima como fonte de energia, sendo que o gás carbônico proveniente de sua queima, lavado ou não, purificado ou não, armazenado ou não, filtrado em filtros de profundidade e/ou absolutos ou não, pode ser utilizado como fonte de carbono para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, modificados ou não geneticamente, em condições fotoautotróficas e/ou mixotróficos. Os materiais lignocelulósicos utilizados no processo podem também serem adicionados no solo diretamente, bem como serem queimados em caldeiras para obtenção de energia, sendo que, neste caso, o dióxido de carbono proveniente deste processo pode ser utilizado para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes.

[063] Alternativamente ao carvão ativado em pó (CAP), pode ser utilizado carvão ativado granulado (CAG), com diferentes propriedades e granulometrias, para uso em reatores tipo coluna, preferencialmente, em sistemas de leito fixo ou fluidizado, operando com leito fixo, preferencialmente, não se descartando outros tipos de reatores, inclusive com pré-tratamento em colunas com outros adsorventes.

[064] Para a obtenção da FL5, a fase líquida 4 (FL4), pode ser tratada também com membranas filtrantes em operações de filtração tangencial, como microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração. A(s) operação(ções) de filtração tangencial podem, preferencialmente, ser(em) posteriores ao processo de adsorção com materiais adsorventes, preferencialmente carvão ativado, embora possa ocorrer em ordem inversa. Adicionalmente, podem ser utilizados tratamentos enzimáticos, físicos e ou químicos para degradação parcial ou total de pigmentos residuais. Preferencialmente, o tratamento da fase líquida 4 (FL4) deve contemplar apenas o tratamento de adsorção para fins de diminuição de custo do processo.

[065] A fase líquida 4, pode também, em vez de ser tratada como carvão ativado e/ou filtração tangencial com membranas para remoção de matéria-orgânica e/ou pigmentos, ser destinada diretamente para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, embora, preferencialmente, seja submetida a tratamento com carvão ativado e/ou filtração tangencial com membranas antes de ser destinada ao cultivo de microrganismos fotossintetizantes.

[066] Os processos de tratamento biológico aeróbico e/ou anaeróbico podem ocorrer isoladamente para a remoção de matéria-orgânica da fase líquida 1 (FL1), ou podem ser acoplados em diferentes ordens de aplicação, sendo, neste caso, preferencialmente usado o processo aeróbico e subsequentemente o processo anaeróbico quando do acoplamento dos processos, de modo a se conseguir obter células e/ou insumos de interesse comercial na etapa de cultivo aeróbio.

[067] Após a realização das etapas para a preparação da solução salina, verifica-se que o cultivo de microrganismos fotossintetizantes (microalgas e/ou cianobactérias), modificados geneticamente ou não, podem ocorrer tendo como meio de cultivo as fases líquidas obtidas anteriormente no processo que tenham passado sequencialmente por tratamentos físicos e/ou químicos e biológicos (FL2 e FL4), bem como as fases líquidas que passaram, adicionalmente, por processos químicos e/ou físicos após o tratamento biológico (FL3 e FL5), preferencialmente o uso da fase líquida 3 (FL3) e/ou fase líquida 5 (FL5). Para o cultivo dos microrganismos fotossintetizantes, a solução salina pode ser diluída ou não, adicionada de nutrientes ou não, seja antes ou durante o crescimento celular.

[068] Os microrganismos fotossintetizantes utilizados nos cultivos, preferencialmente, pertencem às classes Cyanophyceae, Chlorophyceae, Euglenophyceae, Bacillariophyceae, Labyrinthulomycetes, Trebouxiophyceae, Prymnesiophyceae, Chrysophyceae, Eustigmatophyceae, Coccolithophyceae, não sendo limitadas a essas classes. Mais preferencialmente, podem ser cultivados Synechocystis sp., Monoraphidium sp., Arthrospira (Spirulina) sp., Chlorella sp., Scenedesmus sp., Ankistrodesmus sp., Isochrysis sp., Nannochloropsis oculata, Euglena gracilis, Dunaliella sp., Botryococcus sp., Haematococcus pluvialis, Schizochytrium sp., Cryptomonas sp., Lagerheimia sp., Navicula sp., mais preferencialmente ainda Synechocystis salina.

[069] A solução salina a ser utilizada no cultivo de microrganismos fotossintetizantes obtida a partir destes processos de remoção de matéria-orgânica e/ou pigmentos deve ter no máximo valores de DQO de 15.000 mg O2/L, preferencialmente, menores que 10.000 mg O2/L, mais preferencialmente ainda menores que 5.000 mg O2/L. Alternativamente, as fases líquidas FL2, FL3, FL4 e/ou FL5, podem ser usadas em fertirrigação diretamente, e, visando diminuição de custo de transporte, serem concentradas e/ou secas para uso em elaboração de fertilizante, meios de cultivo de microrganismos fotossintetizantes, com ou sem complementação de nutrientes, ou serem transportadas para fertirrigação em locais mais distantes do local de sua geração.

[070] Prevê-se ainda o uso do oxigênio gerado no processo de fotossíntese, o uso dos microrganismos obtidos no processo, bem como aplicações para o meio residual obtido. As fases líquidas FL2, FL3, FL4 e/ou FL5 a serem usadas como meio de cultivo de microrganismos fotossintetizantes podem ser diluídas com água ou não, adicionadas de nutrientes ou não, com ou sem correção de valor de pH para o valor ótimo de crescimento destes microrganismos, preferencialmente, valores de pH entre 4,0 a 12,0, mais preferencialmente entre 7,0 e 8,5 para microalgas e entre 8,5 e 10,5 para cianobactérias.

[071] Os meios de cultivo podem ser pasteurizados, irradiados com radiação ionizante, esterilizados por uso de calor, ou podem ser utilizados sem sofrer tratamento algum. Os fotobiorreatores podem ser fechados e/ou abertos, cobertos ou não, de diferentes configurações, com diferentes formas de circulação de células, com diferentes volumes e ocupando diferentes áreas. A energia para a circulação das células por meio de bombas, sistemas air lift, agitadores mecânicos, bem como outros sistemas, pode ser proveniente do uso de turbinas a vapor e/ou motores elétricos, movimentados por energia solar e/ou eólica, armazenadas ou não em baterias, bem como energia elétrica proveniente de turbinas geradoras de energia elétrica da usina e/ou energia proveniente da distribuidora de energia elétrica. A velocidade de circulação das suspensões celulares podem ser de até 30 m s-1, preferencialmente entre 0,1 a 1 m s-1, mais preferencialmente ainda entre 0,2 e 0,8 m s-1.

[072] Alternativamente, as células podem ser mantidas em suspensão somente com borbulhamento de gases, preferencialmente borbulhamento de ar. Os fotobiorreatores podem ou não ter sistemas para evitar perda de água e gases, preferencialmente ser constituídos de sistemas para evitar essas perdas. Perdas de água dos cultivos podem ser repostas pela adição de água, de acordo com a definição de água apresentada anteriormente. Os processos de cultivo podem ser descontínuos, descontínuos alimentados, semi-contínuos e/ou contínuos, abrangendo as variações desses processos. Os cultivos podem ocorrer com isenção de contaminação e/ou pode haver organismos contaminantes. Durante o cultivo, para manutenção do valor de pH dentro da faixa ótima do crescimento do microrganismo fotossintetizante e/ou fonte de carbono, pode ser adicionado dióxido de carbono de qualquer parte do processo, que é integrado, podendo ser proveniente do tratamento biológico aeróbio, tratamento biológico anaeróbio, queima de metano, queima de carvão ativado, queima de materiais lignocelulósicos, incluindo queima de derivados de cana-de-açúcar, como bagaço de cana, por exemplo, e também provenientes de fermentação alcoólica, purificados ou não, isoladamente, ou em mistura, armazenados ou não. Os cultivos podem ser realizados com iluminação natural ou artificial, preferencialmente natural, com intensidades controladas ou não, em valores de 20 a 2500 μmol fótons m-2 s-1, preferencialmente em intervalo de 100 a 500 μmol fótons m-2 s-1, opcionalmente com proteção contra radiação ultravioleta. Os cultivos podem estar sujeitos aos ciclos de claro e escuro diários, ou, no período noturno podem ter diferentes tipos de iluminação, com uso de lâmpadas LED, por exemplo, não se descartando outras formas de iluminação. A energia para a iluminação noturna pode vir de energia eólica, armazenada ou não em baterias, e/ou solar, armazenada em baterias, bem como energia elétrica proveniente de turbinas geradoras de energia elétrica da usina e/ou energia proveniente da distribuidora de energia elétrica. A temperatura do meio de cultivo dos microrganismos fotossintetizantes é fixada em função da temperatura ótima de crescimento de cada microrganismo fotossintetizante, prevendo-se uma variação entre 10ºC e 60ºC, preferencialmente entre 23ºC e 42ºC, mais preferencialmente ainda entre 25ºC e 35ºC. A manutenção da temperatura na faixa ótima de crescimento dos microrganismos fotossintetizantes pode ocorrer pelo aquecimento dos meios em cultivo nos fotobiorreatores com uso de vapores residuais, águas de condensação da fabricação de açúcar e álcool, bem como outras de fontes de calor residuais, não se descartando métodos clássicos de aquecimento de meios de cultivo, como uso de resistências, serpentinas, entre outros. O oxigênio proveniente do cultivo dos microrganismos fotossintetizantes, purificado ou não, pode ser utilizado em qualquer parte do processo industrial que envolva o cultivo de microrganismos heterotróficos aeróbios, bem como para a recuperação da viabilidade celular de leveduras de fermentação alcoólica. O oxigênio produzido pode ainda ser purificado para uso na área de saúde, e pode também ser utilizado, purificado ou não, em processos industriais

[073] Os microrganismos fotossintetizantes produzidos durante ou após o término dos cultivos poderão ser separados do meio de cultivo por operações de centrifugação, precipitação, flotação, floculação, filtração, microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, em esteiras de filtração, filtro rotativo, com ou sem uso de vácuo, entre outros. As operações podem ser únicas ou serem usadas em diferentes etapas. Adicionalmente, a etapa de separação dos microrganismos fotossintetizantes pode ocorrer de modo descontínuo ou contínuo. Nessa operação, há a obtenção da fração celular de microrganismos fotossintetizantes, denominada fase celular 3 (FC3), que pode ser na forma de suspensão e/ou massa úmida, e a fração líquida proveniente do cultivo de microrganismos fotossintetizantes, denominada fase líquida 6 (FL6). A fase contendo os microrganismos fotossintetizantes (FC3) pode estar na forma de pasta ou na forma de suspensão concentrada, sendo que esta pode ser adensada para a forma de pasta, com remoção de líquido. A biomassa pode ser lavada com água ou soluções, preferencialmente ácidas, para remoção de salinidade residual intersticial da biomassa. A secagem da FC3 pode ser realizada em túneis de secagem, em concentradores a vácuo, em estufas, com ou sem circulação forçada, em bandejas, bem como esteiras de secagem, com ou sem utilização de trocadores de calor de corrente em paralelo e/ou em contracorrente, utilizando ar ou outros gases, bem como vapor superaquecido. A secagem da biomassa pode ser também por atomização e/ou com uso de secadores rotativos com ou sem utilização de vácuo, além de liofilização. Os processos de secagem podem ser acoplados a filtros de manga. Os processos de secagem podem ser contínuos ou em batelada. A fase celular de microrganismos fotossintetizantes, seca ou não, poderá passar por processamentos de acordo com seu destino, podendo ou não haver rompimento celular, extração de compostos, com purificação total o parcial, como proteínas, polissacarídeos, pigmentos (ficocianina, carotenoides, clorofila, entre outros), ficocianinas, flavonoides, ácidos graxos, incluindo os poli-insaturados, ácidos nucleicos, vitaminas, entre outros compostos de interesse industrial. O processo de extração pode ser em meio aquoso, com uso de solventes orgânicos, preferencialmente não tóxicos, extração com fluído supercrítico, entre outros. Prevê-se o uso da biomassa de microrganismos fotossintetizantes e/ou seus metabólitos em alimentos, nutracêuticos, rações, biocombustíveis, biofertilizantes, cosméticos, aquicultura, embalagens, medicamentos, com possibilidade de uso em outros produtos de interesse industrial.

[074] Adicionalmente, são realizados os tratamentos para a fase líquida 6 (FL6), que corresponde à fração líquida do meio residual do cultivo de microrganismos fotossintetizantes e o uso dos sedimentos, células, frações líquidas e gases destes tratamentos. Esses tratamentos podem ser biológicos, físicos e/ou químicos para remoção de matérias orgânicas e/ou pigmentos para o reuso do meio tratado no cultivo de microrganismos fotossintetizantes, e/ou podem ser tratamentos de concentração de meio, com obtenção de soluções concentradas e águas e/ou soluções diluídas, que podem ser utilizados como base para preparação de fertilizantes e meios de cultivo, bem como no processo de produção. A FL6 pode ser tratada por processo biológico aeróbio para remoção de material orgânico e/ou pigmentos. Podem ser inoculados microrganismos heterotróficos na FL6, ou podem ser submetidos a processos em que a própria microbiota presente no resíduo sirva como base para o crescimento celular e depuração da matéria orgânica presente no meio líquido residual. Os microrganismos heterotróficos aeróbios a serem inoculados, modificados geneticamente ou não, em cepas puras, ou misturas de cepas, podem ser bactérias, leveduras e/ou fungos filamentosos, incluindo Bacillus spp., Pseudomonas spp., Rhizobium spp., Bradyrhizobium spp., Azospirillum spp., Escherichia spp., Pseudomonas spp., Enterobacter spp., Erwinia spp., Lactobacillus spp., Streptomyces spp., Penicillium spp., Aspergillus spp., Trichoderma spp., Rhodotorula spp., Metarhizium spp., Beauveria spp., Candida spp., Pleurotus spp., Lyophyllum spp., Agaricus spp., Paecilomyces ssp., entre outros. Prevê-se preferencialmente o tratamento biológico em condições aeróbias em função da baixa carga orgânica presente no meio, com fornecimento de oxigênio proveniente do cultivo de microrganismos fotossintetizantes, ar comprimido e/ou ambas as fontes de oxigênio, misturadas ou não, filtradas em filtros de profundidade e/ou absolutos ou não. O dióxido de carbono proveniente deste processo, lavado e/ou purificado, filtrado em filtros de profundidade e/ou absolutos, pode ser destinado para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, modificados geneticamente ou não, em condições fotoautotróficas e/ou mixotróficas. O processo de tratamento biológico aeróbio da FL6 pode ser por processo descontínuo, semi-contínuo e/ou contínuo, preferencialmente contínuo, em reatores de diferentes configurações, com borbulhamento das diferentes formas de fornecimento de oxigênio e com ou sem agitação mecânica. Durante e/ou após o cultivo, o efluente do biorreator aeróbio pode passar por operação de separação de fases, como centrifugação e/ou filtração, com obtenção de fração celular, denominada fase celular 4 (FC4), e fração líquida, denominada fase líquida 7 (FL7). A FL7 pode ainda sofrer tratamento com carvão ativado em pó ou carvão ativado granulado, bem como tratamentos com membranas, como microfiltração, ultrafiltração e/ou nanofiltração, obtendose a fase líquida 8 (FL8), para ser usada, com adição ou não de nutrientes, no cultivo de microrganismos fotossintetizantes. Opcionalmente, pode ser incluído o tratamento com osmose reversa para a obtenção de água que pode ser utilizada em qualquer parte do processo industrial, incluindo como água de reposição de perda por evaporação.

[075] O uso desses microrganismos, dependendo da espécie utilizada, envolve sua aplicação como controle biológico, inoculantes agrícolas, solubilizadores de fosfato, biorremediação, cogumelos comestíveis e formulações de rações para alimentação animal. Adicionalmente, os microrganismos podem ser cultivados visando à produção de metabólitos, como ácidos orgânicos, antibióticos, biossurfactantes, proteínas, peptídeos, aminoácidos, ácidos graxos, polissacarídeos, carotenoides, entre outros. Podem ser considerados casos em que haja aplicações tanto para os microrganismos produzidos como para os metabólitos por eles produzidos.

[076] A fase celular 4 (FC4), obtida após a fase de separação dos microrganismos pode ser ressuspensa em excipientes que tenham finalidade de suportar e/ou nutrir as células, mantendo sua sobrevivência, dependendo de sua aplicação, bem como pode ser submetida a processo de secagem para sua conservação, com ou sem manutenção de viabilidade celular. A secagem da FC4 pode ser realizada em túneis de secagem, em concentradores a vácuo, em estufas, com ou sem circulação forçada, em bandejas, bem como esteiras de secagem, com ou sem utilização de trocadores de calor de corrente em paralelo e/ou em contracorrente, utilizando ar ou outros gases, bem como vapor superaquecido. A secagem da biomassa pode ser também por atomização e/ou com uso de secadores rotativos com ou sem utilização de vácuo, além de liofilização. Os processos de secagem podem ser acoplados a filtros de manga. Os processos de secagem podem ser contínuos ou em batelada.

[077] A FL6 pode ainda, concentrada ou não, preferencialmente não concentrada, passar por tratamentos físico-químicos, com coagulação e/ou flotação para remoção de matéria orgânica e/ou pigmentos. Após esse tratamento, são empregadas operações de filtração e/ou centrifugação para a separação da fração líquida, denominada fase líquida 9 (FL9), e fração de sedimentos, denominada fase de sedimentos 4 (FS4). Alternativamente, pode haver o tratamento da FL6 com carvão ativado em pó antes da obtenção da FS9, de modo que o carvão em pó será parte da FS4. A FS4, com ou sem adição de nutrientes, poderá ser utilizada como biofertilizante ou como fonte de energia térmica para o processo industrial, sendo que o dióxido de carbono proveniente da queima deste material, purificado ou não, pode ser destinado para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes. A FL9 pode ser tratada com carvão ativado granulado, em colunas, preferencialmente, e/ou passar por tratamentos com filtração por membranas, como microfiltração, ultrafiltração e/ou nanofiltração, podendo ser repostos nutrientes e correção de pH para ser reutilizada como meio de cultivo de microrganismos fotossintetizantes. Opcionalmente, pode ser incluído o tratamento com osmose reversa para a obtenção de água que pode ser utilizada em qualquer parte do processo industrial, incluindo como água de reposição de perda por evaporação. Alternativamente, este meio tratado pode ser usado em qualquer parte do processo industrial e, com ou sem adição de nutrientes, pode ser usado em fertirrigação.

[078] Outra opção para tratamento da FC6 é a remoção de água diretamente dela, sem tratamento prévio por processo biológico ou físico-químico para remoção de matéria orgânica. A remoção de água da FL6 pode se dar por evaporação e/ou uso de filtração tangencial, com uso de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e/ou osmose reversa. Seja pela operação de evaporação, seja pelo tratamento com filtração tangencial, obtém-se uma solução concentrada, que pode ser utilizada, com ou sem a adição de nutrientes, como fertilizante e/ou preparo de meio de cultivo, inclusive de microrganismos fotossintetizantes, seja durante a safra de cana-de-açúcar, seja no período de entressafra. A fase diluída e/ou a água pura ou praticamente pura obtida no processo de filtração tangencial, particularmente quando do uso da operação com osmose reversa, como a água de condensação da operação de evaporação podem ser usadas em qualquer parte do processo industrial, incluindo em etapas de diluição e/ou reposição de água evaporada em qualquer parte do processo.

[079] Finalmente, a fração líquida proveniente do cultivo de microrganismos fotossintetizantes (FL6), pode, ainda, ser utilizada como água de lavagem em qualquer parte do processo industrial e/ou, com ou sem adição de nutrientes, utilizada na fertirrigação do solo.

EXEMPLOS DA INVENÇÃO Clarificação da vinhaça

[080] Adicionou-se 1,5 g.L-1 de fosfato monossódico, que tem ação floculante e é nutriente para crescimento de microrganismos de plantas, a 13 litros de vinhaça in natura e a seguir realizou-se a correção do valor de pH de 4,3 para aproximadamente 7,5 para ocorrer a floculação, utilizandose NaOH a 40%, sob agitação de 300 rpm por 10 min a 25 oC. Cessou-se a agitação e deixou-se o sistema em repouso por 8 horas para sedimentação. O sobrenadante foi sifonado para o tratamento biológico aeróbio, descrito a seguir.

[081] Após 8 horas de repouso, levou à separação de fases, onde aproximadamente 60 % do volume pode ser recuperado no sobrenadante, correspondente à fase líquida do processo. Caso o material fosse submetido à centrifugação e/ou filtração, esperar-se-ia uma recuperação maior de líquido. Nesse processo de sedimentação, houve uma diminuição de aproximadamente 21 % na demanda química de oxigênio (DQO) do sobrenadante (fase líquida) em relação à vinhaça in natura. Embora para que esse processo tenha ocorrido, houve a necessidade de adição de fosfato monobásico de sódio à vinhaça in natura, esse fósforo não é perdido, podendo ser destinado para uso como fertilizante ou matériaprima para produção de fertilizantes, pois o fósforo é recuperado na fase de sedimento. De fato, este apresentou uma concentração de fósforo correspondente a 5,0 g P2O5 L-1.

Tratamento biológico por processo aeróbio

[082] O tratamento biológico aeróbio do sobrenadante da vinhaça que sofreu o processo de clarificação foi realizado em biorreator com eixo com 3 agitadores tipo turbina, sob agitação a 400 rpm, em processo semi-contínuo (fração de corte de 30%) utilizando 12 litros de vinhaça clarificada diluída 1:2, com vazão específica de aeração de 0,2 vvm, a 25oC, sendo o pH ajustado a 7,5 (± 0,5) diariamente com H2SO4 1,0 M. O inóculo do biorreator aeróbico consistiu de cepas de origem comercial, em mistura presente em matriz orgânica comercial, composta por Bacillus subtilis, 2,73x107 UFC.g-1, Pseudomonas stutzeri, 6,46x107 UFC.g-1; Bacillus sp. 2,82x108 UFC.g-1 e Escherichia hermannii 3,25x107 UFC.g-1. A vinhaça não sofreu nenhum tratamento para sua pasteurização e/ou esterilização. Os experimentos iniciaram com processo descontínuo, que após 8 dias, foram conduzidos por processo semi-contínuo, como citado acima, com cortes de 4 a 6 dias e tempos totais de processo de 26 a 28 dias.

[083] Em dias alternados, foram determinados os teores de demanda química de oxigênio (DQO), nitrato e fosfato na fração líquida. Em cada corte, o meio foi centrifugado a 4500 rpm por 20 minutos para a separação da fração celular. O sobrenadante resultante deste cultivo aeróbio foi direcionado à subsequente etapa de adsorção com carvão ativado em pó (CAP) antes de ser utilizado no cultivo do microrganismo fotossintetizante Synechocystis salina, conforme descrito nos itens a seguir.

[084] Nesses cultivos heterotróficos, geralmente, os valores de DQO iniciais, quando do início em processo descontínuo, estiveram na faixa de 8400 mg L-1 a 8900 mg L1. Após os primeiros oito dias de cultivo, iniciou-se o processo semi-contínuo de cultivo, onde após os cortes, com adição de novo meio, os valores de DQO, de um modo geral, atingiram valores entre 2600 e 2900 mg L-1, mas que nos meios residuais apresentaram valores, de um modo geral, entre 1200 a 1800 mg L-1. Mesmo considerando que esse valor final tem a etapa de diluição com água antes do tratamento biológico, que no exemplo apresentado foi de 2 vezes, os valores finais, sem diluição, poderiam, portanto, ser da ordem de aproximadamente 2400 mg L-1, o que, corresponderia a uma remoção de DQO da ordem de 91% com o acoplamento da clarificação com fosfato monobásico de sódio e tratamento biológico. Convém destacar, que o fosfato adicionado, além de ser recuperado em parte na fração de sedimento, como comentado acima, em sua fração remanescente na fase líquida, tem um papel importante no crescimento microbiano. Na etapa do cultivo, o tempo de processo descontínuo foi de 8 horas, evidenciando a rapidez da remoção de DQO da fração líquida proveniente da clarificação. Adicionalmente, convém destacar que o processo de clarificação, com uso de operações de centrifugação e/ou filtração, com processo contínuo de separação, pode ter o tempo reduzido, com maiores velocidades de remoção de DQO da vinhaça, de modo que ela possa ser utilizada para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes, ou que possa ser concentrada, com recuperação da água, para utilizações em outras partes do processo industrial, fertirrigação, preparação de meios de cultivo, entre outras aplicações, como detalhado na descrição da invenção.

Manutenção de S. salina e meio padrão de cultivo

[085] A cepa de S. salina foi mantida em meio Bold padrão (UTEX. The Culture Collection of Algae at the University of Texas at Austin. Disponível em: </http://www.utex.org/>. Acesso em 11 de maio de 2015) com nitrato de sódio como fonte de nitrogênio.
Preparo do inóculo
Alíquotas de 10 mL da cepa de Synechocystis salina foram transferidas para Erlenmeyer de 500 mL, contendo 250 mL de meio Bold, cada um, sendo incubados em agitador rotativo, a 25 (± 2) oC, 100 rpm, com intensidade luminosa de 80 μmol fótons. m-2.s-1 por 20 dias. A massa celular obtida foi centrifugada a 4500 rpm por 20 min e o sedimento ressuspenso em 200 mL de meio Bold, sendo esta suspensão utilizada como inóculo para os ensaios contendo a vinhaça tratada, bem como cultivos padrão, com meio Bold.

Cultivo de S. salina

[086] Realizou-se o cultivo de S. salina em Erlenmeyer de 500 mL contendo 250 mL da fase líquida da vinhaça proveniente do processo de cultivo aeróbio, (corresponde a uma diluição de 2 vezes do sobrenadante da vinhaça clarificada), bem como diluições correspondentes a 5 e 10 vezes do sobrenadante da vinhaça clarificada. Para facilitar o desenvolvimento do texto, a seguir, estas frações líquidas serão denominadas vinhaça diluída 2 vezes, 5 vezes e 10 vezes, respectivamente.

[087] Os cultivos de S. salina foram inoculados com concentração celular inicial de 1x106 cel.mL-1 mantidos em agitação de 100 rpm, a 25 (± 2) °C com intensidade luminosa de 80 μmol fótons m-2s-1. Os meios de cultivo foram ajustados a valores de pH de 7,5 ± 0,3. Os experimentos foram finalizados com a estabilização da concentração celular.

[088] Para efeito de comparação dos resultados obtidos nos cultivos de S. salina nos meios onde a vinhaça foi tratada, foi realizado experimento padrão, onde foi empregado o meio de cultivo Bold (UTEX. The Culture Collection of Algae at the University of Texas at Austin. Disponível em: </http://www.utex.org/>. Acesso em 11 de maio de 2015). Os ensaios foram realizados em triplicata.

[089] A Tabela 1 apresenta os valores médios de concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), concentração de nitrato total inicial ([N03] i) e final ([NO3] f), concentração de fosfato total inicial ([PO4] i) e final ([PO4] f), e demanda química de oxigênio inicial (DQOi) e final (DQOf) obtidos nos cultivos de S. salina em Erlenmeyer, utilizando a fase líquida da vinhaça proveniente do processo de cultivo aeróbio, (corresponde a uma diluição de 2 vezes do sobrenadante da clarificada), bem como diluições correspondentes a 5 e 10 vezes do sobrenadante da vinhaça clarificada.

[090] Os valores de concentração celular máxima (Xm) de S. salina com a vinhaça líquida diluída 2 vezes foi da mesma ordem de grandeza que aqueles obtidos com o crescimento em meio Bold (meio padrão), demonstrando a viabilidade do uso da vinhaça tratada pelos processos de clarificação com uso de fosfato monobásico de sódio e posterior aproveitamento da fração líquida do meio que foi submetido ao crescimento das bactérias em condições aeróbias. Considerando as cepas utilizadas nesse crescimento celular, outras espécies de bactérias ou até leveduras e fungos, poderiam ser utilizados para crescer na vinhaça clarificada, com produção de microrganismos de interesse econômico, e, ao mesmo tempo, tornando o meio residual apropriado para o crescimento de microrganismos fotossintetizantes. Mesmo com concentrações de fósforo menores devido ao cultivo prévio com microrganismos heterotróficos, houve crescimento adequado de S. salina se comparado com o meio padrão Bold. De um modo geral, o cultivo de S. salina contribuiu para a diminuição residual de fósforo, nitrogênio e DQO, mas a fração líquida proveniente deste cultivo poderia ser reaproveitada no cultivo de microrganismos fotossintetizantes, com as devidas correções de nitrogênio e fósforo, bem como outros nutrientes que possam ser limitantes para o crescimento destes microrganismos. No caso do uso desse meio residual de S. salina vir a ser utilizado na fertirrigação, a análise detalhada dos componentes residuais dessa fração líquida e do solo pode indicar as correções necessárias. As diluições maiores avaliadas, embora apresentem menores valores de Xm, também levaram a valores de concentração da ordem de milhões de células por mililitro.

[091] As reduções de DQO foram relativamente limitadas, indicando que, provavelmente, a maior quantidade de matéria-orgânica biodegradável fora consumida no cultivo aeróbico, que ocorreu anteriormente ao cultivo da S. salina. Isso se deve ao fato de o meio residual apresentar ainda em sua composição uma quantidade apreciável de pigmentos provenientes da vinhaça e que não foram utilizados pela S. salina. Adicionalmente, os pigmentos podem exercer um efeito de sombreamento do meio de cultivo de microrganismos fotossintetizantes, de modo que foram feitos testes com a finalidade de adsorver os pigmentos da fração líquida proveniente do cultivo das bactérias, de modo que o meio resultante desse tratamento fosse utilizado no cultivo de S. salina.

[092] Foi realizado experimento também em que a vinhaça proveniente da fração líquida do processo de cultivo aeróbio foi submetida ao tratamento com carvão ativado em pó (CAP)para posterior uso como meio de cultivo de S. salina, como apresentado a seguir.

Adsorção com carvão ativado em pó

[093] Após clarificação com uso de fosfato monossódico e tratamento biológico aeróbio adicionou-se Carvão Ativado em Pó (CAP) ao sobrenadante proveniente do tratamento biológico em concentrações variando de 0,5 g.L-1 a 30 g.L-1, com o intuito de remoção da melanoidina, responsável pela coloração marrom na vinhaça, bem como redução adicional de matéria orgânica, pois esses compostos podem dificultar o crescimento de microrganismos fotossintetizantes.

[094] Desse modo, a fração líquida do meio proveniente do cultivo aeróbico foi tratada com diferentes concentrações de carvão ativado em pó (CAP), como pode ser observado na Tabela 2. Nesta tabela são apresentadas as porcentagens de remoção de absorbância (descoloração) a 475 nm do sobrenadante da vinhaça, bem como os valores de DQO residual após a adição de diferentes concentrações de carvão ativado em pó (CAP) à fração líquida proveniente do cultivo aeróbio. Pode-se observar que tanto a remoção de cor, como de DQO foram dependentes da quantidade utilizada de CAP, sendo que o aumento de concentração deste de 20,0 para 30,0 g L-1 não teve um incremento acentuado.

[095] Dessa forma, optou-se pela adição de 20 g L-1 de CAP na vinhaça proveniente do tratamento biológico para que o meio líquido resultante deste tratamento de descoloração pudesse ser utilizado no cultivo de S. salina.

[096] Os resultados obtidos nos cultivos com meio obtido nessas condições de tratamento de meio, bem como em meio Bold (meio de cultivo padrão) são apresentados na Tabela 3. A observação das curvas de crescimento da S. salina apresentadas nesta tabela indica que não houve diferença estatística no crescimento da S. salina em ambos os meios (meio padrão e meio com tratamento da fase líquida proveniente do cultivo aeróbico com CAP, denominado meio CAP). Dessa forma, considerando que o cultivo em meio CAP apresenta uma quantidade muito menor de pigmentos, a biomassa recolhida nestas condições seria de excelente qualidade, com menor presença de pigmentos residuais da vinhaça. Adicionalmente, esse meio poderia ser suplementado com fonte de nitrogênio e fósforo, bem como outros nutrientes que possam ser limitantes ao crescimento de microrganismos fotossintetizantes, com possibilidade de aumentar mais ainda o crescimento celular, o que poderia levar a resultados de crescimento celulares melhores ainda que o meio padrão. Sabese que o meio de cultivo, por meio de seus nutrientes, bem como o dióxido de carbono, representam o maior custo operacional na produção de microrganismos fotossintetizantes, representando aproximadamente 1/3 deste custo (HOFFMAN, J.; PATE, R.C.; DRENNEN, T.; QUINN, J.C. Techno-economic assessment of open microalgae production systems. Algal Research, v. 23, p. 51-57, 2017). Dessa forma, considerando que a vinhaça residual do cultivo de microrganismos heterotróficos, tratada ou não com carvão ativado em pó, constituiu-se de um meio de cultivo que levou a resultados de crescimento celular de S. salina iguais àqueles obtidos com meio padrão, esta solicitação de patente indica que há a possibilidade de integração desses processos, com obtenção de fertilizantes, biomassa heterotrófica e seus metabólitos, bem como microrganismos fotossintetizantes, todos de interesse econômico, a partir de tratamentos adequados aplicados à vinhaça, com integração ao processo industrial de produção de açúcar e álcool, conforme detalhamento apresentado na descrição do campo da invenção.
Tabela 3. Valores de concentração celular de S. salina (células mL-1) em função do tempo para cultivos realizados em frascos Erlenmeyer com meio padrão (Meio Bold) e com meio correspondente ao tratamento da fração líquida proveniente do cultivo aeróbico de bactérias, diluída 2 vezes, tratada com carvão ativado em pó, em concentração de 20 g L-1 (Meio CAP).

[097] Embora a invenção tenha sido amplamente descrita, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que as referidas alterações não estejam cobertas pelo escopo da invenção.

Claims (33)

1. Processo para preparação de uma solução salina, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

   • (a) Tratamento físico-químico de matérias orgânicas e/ou inorgânicas presentes na vinhaça;
   • (b) Cultivo de microrganismos heterotróficos aeróbios; e
   • (c) Remoção de matéria orgânica residual e/ou pigmentos.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (a), o tratamento físico-químico da vinhaça proveniente de fermentação alcoólica é realizado principalmente de fermentações com mostos derivados de cana-de-açúcar, como caldo de cana-deaçúcar, melaço, concentrado de caldo de cana-de-açúcar, hidrolisados de bagaço de cana-de-açúcar, e suas variações e/ou mostos provenientes de hidrolisados de materiais amiláceos.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o tratamento físico-químico promove a precipitação/sedimentação e/ou floculação/flotação de matérias orgânicas e/ou inorgânicas presentes na vinhaça, podendo estar incluídos nessa fração nitrogênio e/ou fósforo e/ou potássio.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o pH da vinhaça é aumentado para valores entre 6,0 e 11,0, preferencialmente entre 7,0 e 9,0, mais preferencialmente ainda entre 7,2 e 7,8, com auxílio principalmente de álcalis e/ou substâncias de caráter alcalino, isoladamente ou em combinações, podendo ser hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de amônio, hidróxido de cálcio, óxido de cálcio, carbonato de cálcio, com diferentes graus de pureza, calcário calcítico, calcário dolomítico.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as substâncias responsáveis pela floculação e/ou flotação são selecionadas do grupo consistindo principalmente em sais de fosfato, preferencialmente fosfato monobásico de sódio, fosfato bibásico de sódio, fosfato trissódico, fosfato monobásico de potássio, fosfato bibásico de potássio, fosfato tripotássico, fosfato monoamônico, fosfato diamônico, superfostato simples, superfosfato triplo, óxidos de fósforo, fosfato de alumínio e fosfato de ferro, e alternativamente sais de ferro ou de alumínio em suas diferentes formas, em que as concentrações de tais substâncias variam de 0,1 g/L a 50 g/L, mais preferencialmente entre 0,5 g/L a 15 g/L, mais preferencialmente ainda entre 1,0 g/L e 8 g/L, podendo ser puras ou com impurezas e serem utilizadas isoladamente ou em combinações.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura do processo de floculação/flotação é de 10º C a 121ºC, preferencialmente da temperatura ambiente a 100º C e mais preferencialmente ainda de 60º C a 100ºC, podendo ser conduzido de forma descontínua ou contínua, preferencialmente contínua.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a separação das frações líquida (FL1) e floculada/flotada (FS1) ocorre principalmente por centrifugação, flotação, sedimentação e/ou filtração a vácuo, incluindo filtro rotativo a vácuo, em que tais processos de separação são descontínuos ou contínuos, preferencialmente contínuos, e são utilizados isoladamente ou de forma sequencial.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a FS1 é seca principalmente em túneis de secagem, em concentradores a vácuo, em estufas, com ou sem circulação forçada, em bandejas, bem como esteiras de secagem, com ou sem utilização de trocadores de calor de corrente em paralelo e/ou em contracorrente, utilizando ar ou outros gases, bem como vapor superaquecido, por atomização e/ou com uso de secadores rotativos, além de liofilização, em que tais processos de secagem podem ser acoplados a filtros de manga e serem contínuos ou em batelada.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a FS1, na forma de suspensão ou seca, ser adicionada de nutrientes para uso como fertilizante, aditivo em fermentação semissólida, bem como aditivo em rações e alimentos para animais, e como fertilizante sem adições de nutrientes adicionais ou complementares.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (b), a FL1 é utilizada in natura, ou diluída com água para diminuir a salinidade, preferencialmente diluída até 20 vezes, mais preferencialmente ainda de 1,5 a 2,5 vezes para o cultivo de microrganismos heterotróficos aeróbios, particularmente, crescimento de bactérias, leveduras e/ou fungos filamentosos, e alternativamente ser adicionada de nutrientes, incluindo fontes de carbono, antes ou durante o período de crescimento celular.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10 caracterizado pelo fato de que os microrganismos heterotróficos aeróbios a serem inoculados em cepas puras, ou misturas de cepas, serem bactérias, leveduras e/ou fungos filamentosos, principalmente Bacillus spp., Pseudomonas spp., Rhizobium spp., Bradyrhizobium spp., Azospirillum spp., Escherichia spp., Pseudomonas spp., Enterobacter spp., Erwinia spp., Lactobacillus spp., Streptomyces spp., Penicillium spp., Aspergillus spp., Trichoderma spp., Rhodotorula spp., Metarhizium spp., Beauveria spp., Candida spp., Pleurotus spp., Lyophyllum spp., Agaricus spp. e Paecilomyces ssp, em que o cultivo é descontínuo, descontínuo alimentado, semi-contínuo ou contínuo e variações desses processos, ocorrendo em condições de esterilidade ou com diferentes níveis de assepsia.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (b), a aeração do processo é feita principalmente com o oxigênio proveniente do cultivo de microrganismos fotossintetizantes, ar enriquecido com oxigênio e adição de outros gases, em que o cultivo dos microrganismos é conduzido principalmente em biorreatores de mistura, com agitação mecânica, ou agitados por borbulhamento dos gases.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na separação dos microrganismos, a fração celular heterotrófica aeróbica (FC1) é obtida na forma de suspensão e/ou massa úmida, e a fase líquida 2 (FL2) é obtida do tratamento aeróbico da FL1.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a FC1 é ressuspensa em excipientes ou seca principalmente em túneis de secagem, em concentradores a vácuo, em estufas, em bandejas, esteiras de secagem, utilizando ar ou outros gases, bem como vapor superaquecido, por atomização e/ou com uso de secadores rotativos, além de liofilização, em que tais processos de secagem podem ser acoplados a filtros de manga e serem contínuos ou em batelada.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (c), a FL2 é tratada com carvão ativado em pó, com diferentes granulometrias e propriedades, em concentrações que variam de 0,1 g/L a 200 g/L, preferencialmente de 5,0 a 100 g/L, mais preferencialmente ainda de 20 g/L a 30 g/L, preferencialmente sob agitação, de 1 minuto a 180 minutos, mais preferencialmente entre 10 minutos e 120 minutos, mais preferencialmente ainda entre 45 minutos a 75 minutos, de forma contínua ou descontínua.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que após o tratamento, o carvão ativado é separado da fase líquida (FL3) principalmente por sedimentação, centrifugação e filtração, e a fase de sedimentos 2 (FS2) contendo o carvão ativado com os pigmentos e matéria-orgânica adicional adsorvida, é tratada por processos físico-químicos.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que alternativamente ao uso de carvão ativado, outros materiais adsorventes são utilizados principalmente cinza, carvão vegetal, areia, sílica, alumina, zeólitas, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz, sabugo de milho e resíduos de madeira, em diferentes granulometrias, de origem natural ou sintética.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que alternativamente ao carvão ativado em pó (CAP), utiliza-se o carvão ativado granulado (CAG), com diferentes propriedades e granulometrias, em reatores tipo coluna, preferencialmente, em sistemas de leito fixo ou fluidizado, operando com leito fixo.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que para a obtenção da FL3, a FL2 é tratada também com membranas filtrantes em operações de filtração tangencial, como microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a FL2 alternativamente é diretamente destinada para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes.
21. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que alternativamente ao tratamento biológico aeróbico, a FL1 é tratada por biodigestão anaeróbica, preferencialmente em reatores anaeróbicos de fluxo ascendente, com o uso de vácuo.
22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o valor de pH nos reatores anaeróbios é mantido entre 7,0 e 9,0, preferencialmente entre 7,5 e 8,5, mais preferencialmente ainda entre 7,8 e 8,2, e a uma faixa de temperatura de 25 a 65ºC, mais preferencialmente entre 30ºC e 45ºC, mais preferencialmente ainda entre 36ºC e 38ºC.
23. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que após o tratamento biológico anaeróbico da FL1, ou alternativamente da vinhaça in natura, diluída ou não, preferencialmente diluída, a fase líquida 4 (FL4) é obtida mediante principalmente centrifugação, sedimentação, flotação, filtração em esteiras de filtração, filtro rotativo, com ou sem uso de vácuo, microfiltração do meio resultante contendo células e/ou turbidez.
24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a FL4 é tratada com carvão ativado em pó, com diferentes granulometrias e propriedades, em concentrações que variam de 0,1 g/L a 200 g/L, preferencialmente de 5,0 a 100 g/L, mais preferencialmente ainda de 20 g/L a 30 g/L, preferencialmente sob agitação, de 1 minuto a 180 minutos, mais preferencialmente entre 10 minutos e 120 minutos, mais preferencialmente ainda entre 45 minutos a 75 minutos, de forma contínua ou descontínua.
25. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que após o tratamento, o carvão ativado é separado da fase líquida (FL5) principalmente por sedimentação, centrifugação e filtração, e a fase de sedimentos 3 (FS3) contendo o carvão ativado com os pigmentos e matéria-orgânica adicional adsorvida, é tratada por processos físico-químicos.
26. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que alternativamente ao uso de carvão ativado, outros materiais adsorventes são utilizados principalmente cinza, carvão vegetal, areia, sílica, alumina, zeólitas, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz, sabugo de milho e resíduos de madeira, em diferentes granulometrias, de origem natural ou sintética.
27. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que alternativamente ao carvão ativado em pó (CAP), utiliza-se o carvão ativado granulado (CAG), com diferentes propriedades e granulometrias, em reatores tipo coluna, preferencialmente, em sistemas de leito fixo ou fluidizado, operando com leito fixo.
28. Processo, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que para a obtenção da FL5, a FL4 é tratada também com membranas filtrantes em operações de filtração tangencial, como microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração.
29. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a FL4 alternativamente é diretamente destinada para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes.
30. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 29, caracterizado pelo fato de que a solução salina obtida tem no máximo valores de DQO de 15.000 mg O2/L, preferencialmente, menores que 10.000 mg O2/L, mais preferencialmente ainda menores que 5.000 mg O2/L.
31. Uso da solução salina preparada conforme processo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 30, caracterizado pelo fato de ser para o cultivo de microrganismos fotossintetizantes.
32. Uso, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que os microrganismos fotossintetizantes principalmente pertencentes às classes Cyanophyceae, Chlorophyceae, Euglenophyceae, Bacillariophyceae, Labyrinthulomycetes, Trebouxiophyceae, Prymnesiophyceae, Chrysophyceae, Eustigmatophyceae, Coccolithophyceae são selecionados do grupo consistindo em, Synechocystis sp., Monoraphidium sp., Arthrospira (Spirulina) sp., Chlorella sp., Scenedesmus sp., Ankistrodesmus sp., Isochrysis sp., Nannochloropsis oculata, Euglena gracilis, Dunaliella sp., Botryococcus sp., Haematococcus pluvialis, Schizochytrium sp., Cryptomonas sp., Lagerheimia sp., Navicula sp., mais preferencialmente ainda Synechocystis salina.
33. Uso, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de ser ainda para fertirrigação, fertilizantes, meios de cultivo de microrganismos fotossintetizantes, com ou sem complementação de nutrientes, ou serem transportadas para fertirrigação em locais mais distantes do local de sua geração.

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