WO2015095941A1 - Processo de tratamento sequencial do efluente da indústria abatedoura aviária utilizando a microalga h. pluvialis e processo de obtenção da biomassa da microalga h. pluvialis - Google Patents
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Classifications
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- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- C02F2103/22—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of animals, e.g. poultry, fish, or parts thereof
Definitions
- the object of this patent application describes the process of treatment of effluents (liquid waste) of the poultry industry and process of obtaining biomass from H. pluvialis by said treatment. This process results in the obtaining of treated water from the poultry industry effluent for reuse or disposal, as well as obtaining the biomass of the micro-algae H. pluvialis enriched with astaxanthin carotenoid, used for various purposes.
- Effluent treatment as well as specific effluent treatment for the poultry industry most often consists of a set of techniques which can be classified as: primary treatment; secondary treatment; and tertiary treatment.
- the primary treatment that is usually performed involves the removal of suspended solids and fats from techniques such as simple grating, vibrating and static sieving, sedimentation. and flotation among others.
- secondary treatment biodegradable, dissolved or colloidal organic matter is removed, and in many cases nutrients such as nitrogen and phosphorus are removed.
- Tertiary treatment is aimed at improving effluent quality from residual color and turbidity removals, which includes the removal of colloids, heavy metals, nitrogen, phosphorus and refractory organic compounds from previous treatment levels.
- This treatment, as well as the secondary treatment is commonly performed in anaerobic and / or aerobic stabilization ponds, or through chemicals.
- the micro-algae H. pluvialis for example, is a microalgae that under specific conditions has characteristics of treatment of these effluents. It is a green, flagellate, unicellular and photosynthesizing algae that produces and accumulates the astaxanthin pigment according to the conditions of the growth medium. Galv ⁇ o (2012) explains that, in general, the microalgae in question is formed by carotenoids, fatty acids, proteins, carbohydrates and minerals. Some studies have shown that H. pluvialis has an intrinsic and complex relationship between its growth, the amount and shape of available nutrients, the shape of cells and the production of astaxanthin (DROOP, 1955; CORDERO et al., 1996).
- Astaxanthin pigment is produced by micro-algae H. pluvialis in its phase adult, as a result of a morphological change of the cell in moments of environmental stress and presents great antioxidant capacity (CAPELLI; CYSEWSKI, 2005) and commercial value. Data from Higuera-Ciapara, Felix Valenzuela and Goycoolea (2005) show that the astaxanthin carotenoid is nature's strongest antioxidant, presenting 550 times more antioxidant power than Vitamin-E. Other benefits are obtained through the consumption of astaxanthin, such as: reduced tumor development, prevention of cardiovascular disease, improvement of the immune system, increased protection against UV rays, increased anti-inflammatory capacity of the body, among others.
- microalgae could be thought of as an alternative to the use of synthetic compounds.
- the microalgae H. pluvialis is an organism highly valued by the pharmaceutical market, which has interest in the organism because it is composed of numerous bioactive substances and for nutraceutical purposes.
- the object of this patent application solves the problem related to the wastewater treatment of the poultry industry, as well as securing the biomass of H. pluvialis microalgae.
- the object of the invention is the process of obtaining the biomass from the H. pluvialis microalgae and the sequential treatment of the effluent from the avian slaughtering industry using the micro pluvial H. pluvialis. It has not been known in the present state of the art to treat the process as presented in this report using H. pluvialis microalgae under specific controlled conditions as hereinafter described.
- poultry slaughtering plants that may have undergone one or the combination of primary treatment methods and may also have undergone equalization and secondary treatment steps such as anaerobic stabilization ponds, anaerobic contact process, filters anaerobic, anaerobic flow digesters, aerobic stabilization ponds, aerobic biological filters, biodiscs, activated sludge, oxidation valleys, or others, for removal of dissolved and emulsified colloidal solids.
- the treatment presented may come after the further removal treatment of solids and / or pathogens and / or specific pollutants.
- the object filed in the patent application presents a process of effluent treatment, especially from the avian industry, which is totally different from the known technical solutions.
- the proposed system has as its main feature the treatment of poultry slaughterhouse effluent, together with the generation of a byproduct, the micro pluvialis algal biomass.
- the postponed process is characterized by the fact that the effluent from the poultry slaughtering process is used to produce H. pluvialis microalgae, unlike synthetic cultivation media, where addition of various nutrients required for crop development as well as water demand, an increasingly scarce resource. Knowing that this type of effluent is rich in nutrients necessary for the development of microalgae, its use as a cultivation medium for H. pluvialis microalgae generates an economy with nutrients and water for biomass production.
- H. pluvialis microalgae Another characteristic of the treatment process using H. pluvialis microalgae is the favoring of an increase in the production of this microalgae, which is in great demand in the world market, mainly for animal supplementation and more specifically in aquaculture, which is increasingly in demand. from natural sources of astaxanthin carotenoid for its addition to fish feed such as salmon and trout, whereas about 95% of the astaxanthin market uses its synthetic form which can also bring health problems as shown some studies.
- microalgae H pluvialis
- phosphorus is removed naturally, without the need for additional structures or the addition of components in the effluent, and the absorption is made during the development of the microalgae itself generating by-product. added value.
- Another feature of the treatment process which is the subject of this patent application, is the advantage of clarifying the effluent, where the microalgae has the ability to remove dissolved compounds and at the end of the process, with the filtration to separate the microalgae biomass, there is a water with optimum clarity, not needing the addition of any other chemical to water clarification, eliminating more process steps, higher treatment costs, etc.
- the treatment process object of the present patent application, still has as its characteristic the possibility of the insertion of carbon dioxide captured from external sources, such as industrial burning processes, contributing to the reduction of greenhouse gases in the atmosphere, after all microalgae uses CO 2 to build its cellular structure and provides oxygen in return.
- Another advantage of the treatment process presented is the use of light energy from the sun, which is considered less polluting when compared to other sources, both in the direct use by the micro pluvialis H. pluvialis in the treatment system, and through the capture in Photo-voltaic cells.
- Figure 1 shows a schematic flowchart of the process steps involving industry effluent treatment. poultry slaughterhouse using H. pluvialis microalgae, with biomass production of said microalgae.
- Figure 2 shows a flowchart of the steps of pretreatment of effluent from the poultry industry for the treatment and cultivation of H. pluvialis microalgae and the production of its biomass.
- Figure 3 graphically shows the triplicate growth curve of H. pluvialis in 250 ml conical flasks in MES standard medium using artificial light for 24h.
- Figure 4 graphs the triplicate growth curve of H. pluvialis in 250 ml conical flasks of 25% diluted effluent in distilled water using artificial light for 24h.
- Figure 5 graphically shows the duplicate of the H. pluvialis growth curve in 250 ml conical flasks of 50% diluted effluent in distilled water using artificial light for 24h.
- the object of the present application is the fact that the effluent treatment of the avian industry presented and the process of obtaining the micro pluvialis algal through this treatment.
- the process is basically comprised of modifying the conventional treatment of avian industry effluents, hereinafter referred to as "avian effluents", more specifically its tertiary treatment, besides the cultivation of micro-algae H. pluvialis treatment. . and the induction of the production of its rich biomass in the astaxanthin carotenoid. Said process will be described in detail.
- the "avian effluent” undergoes its conventional treatment, and more specifically in its "tertiary treatment” occurs the process as described in the present application.
- the pretreatment (1) which consists in the accomplishment of physicochemical processes for the preparation or adaptation of the "avian effluent” for its subsequent treatment and cultivation (ll) itself.
- the treatment and cultivation (II) is where the total treatment of the "avian effluent” and the cultivation of the micro pluvial algae.
- the induction process of astaxanthin (III) is performed, and as described, its purpose is to induce the encystation of H.
- the next step is the separation (IV) of the product.
- obtained by the process which consists of "treated water” for reuse or disposal and the biomass from microalgae cultivation, which may be subjected to a drying process (V) for various end applications (VI).
- pretreatment process (1) also shown in figure 1, which consists of the physicochemical processes for the preparation or adaptation of the "avian effluent" for its further treatment (ll).
- Figure 2 shows in a flowchart the steps comprising said pretreatment (1).
- Effluent filtration will occur on sandbox filters with different types of sand and grain size, screens with different mesh pore opening sizes (1-500um) , cartridge filters with filter elements from 1 to 100 ⁇ m and / or combined of these processes. These different ways of performing filtration are due to each effluent having different specific compositions depending on the different industrial processes among the slaughterhouses. This procedure has the purpose of removing the larger compounds that cannot be assimilated by microalgae mainly due to their size and chemical / physical form and which are potential causes of damage to the environment as they increase the values of BOD (biological oxygen demand). .
- BOD biological oxygen demand
- - Flocculation / Decantation will assist in the removal of some particulate / dissolved compounds in the effluent that cannot be used by microalgae. This will occur through the adsorption of the flocculant to the suspended material and thus the compound will increase its weight and decant unwanted compounds so that they can then be removed.
- the flocculants that may be used are aluminum sulfate, polyacrylamide polymer (anionic / cationic) among others.
- IE Disinfection
- Dilution of effluent in water (IF) - may be required depending on the effluent composition, as they have high loads of particulate and dissolved compounds, in most cases too many nutrients. so that microalgae can develop. Dilutions may range from 1 to 100% effluent mixed with fresh water. Depending on the case, the effluent already treated once by the microalgae can be reused for one more cultivation cycle, since there may still be sufficient nutrients for the organisms to grow.
- Figures 3, 4 and 5 show graphs of microalgae growth analysis test results at different dilution ranges, where Figure 3 shows the growth curve of H. pluvialis in 250 ml erlenmeyers in MES standard medium using light.
- Figure 4 shows the growth curve in 250 ml conical flasks of 25% effluent diluted in distilled water using artificial light for 24 hours; and Figure 5 graphically shows the duplicate of the H. pluvialis growth curve in 250 ml erlenmeyer effluent at 50% concentration diluted in distilled water using artificial light for 24h. This analysis demonstrates that a more suitable range for dilutions is between 25-50% effluent, with microalgae growing more than in standard MES culture medium.
- IG - Adjustment of effluent physicochemical conditions: it consists of adjustments such as the hydrogen potential (pH) which should be between 6.0 and 8.0; however, the optimal value for microalgae growth is 7.0.
- This adjustment can be accomplished by adding various acids or bases in the effluent such as hydrochloric acid (HCl) and / or carbon hydroxide (C0 2) and sodium hydroxide (NaOH), among others.
- Material buffering can also be performed so that it does not suffer further pH variation due to the activity of microalgae that tend to increase the pH, alkalizing the medium.
- 2H 2 O sodium Molybdate
- concentrations ranging from grams, milligrams, micrograms, nanograms and even picograms in one liter.
- the subsequent step consists of treatment and cultivation (ll).
- This stage will be where in fact the effluent will undergo the treatment and will also occur the cultivation of microalgae H. pluvialis. It is at this stage that the environmentally toxic compounds present in the effluent will be removed as well as the algae biomass will be produced.
- This treatment can occur in various models of treatment / cultivation systems, such as open, closed and semi-closed, continuous, discontinuous or semi-continuous systems, which include open (square, rectangular, circular) tanks, tubular systems. horizontal, vertical or inclined different diameters (5-100cm) and length (0.5-1000m), horizontal, vertical and inclined flat plates with different areas (1-100m 2 ) and thicknesses (1-100cm).
- the proposed cultivation system for effluent treatment and cultivation (ll) will be arranged within "Greenhouse” type shed structures that have the characteristics and purposes of a greenhouse / greenhouse which enables growth. photosynthesizing organisms, which need light to develop, since these structures are built with materials that allow the passage of light, and allow greater control of contamination by unwanted organisms.
- This system model shall include a set of closed plastic bag-type suspended photobioreactors, connected by a specific piping to an effluent feed storage source, through which the effluent is fed by pumping or other compatible solution; said bags must also be connected to an induction tank by compatible means, such as pipelines, where the step of inducing astaxanthin production in the biomass will occur through specific and / or combined processes; It must have means for feeding other elements necessary to perform such a process, such as CO 2 , air, light source, among others.
- Such systems allow the capture of both solar and artificial light efficiently and effectively so that microalgae perform photosynthesis for their growth.
- the dimensions and materials of these systems may vary depending on weather conditions, brightness and expected characteristics of the final product.
- This environment must also provide devices for controlling the variables involved in the process, such as temperature, brightness, and component buttocks that may be required for perfect control of the process presented.
- H. pluvialis microalgae will be inoculated / introduced at concentrations of 1 to 50% of the total effluent volume in cultivation systems of different models and with varying dimensions. Said microalgae are preferably produced in the laboratory, since each locality has its characteristics related to climatic conditions, temperature, rainfall, degree of seasonal changes of season, incidence of sunlight, among other environmental conditions that will influence the efficiency of well treatment plants. as in the chemical composition of the microalgae biomass and in the production of the astaxanthin carotenoid.
- LIGHT The introduction and control of light “LIGHT”: is extremely important because it determines the photosynthesis rates of microalgae and therefore its production of biomass and astaxanthin.
- the incident system brightness may be natural from the sun or artificial through lamps and / or combined depending on the availability of light from the region and the type of system used.
- the optimal light ranges for H. pluvialis growth range from 20-500umol.m- 2 .s- 1 . It should be considered that on sunny days the luminosity can reach more than 2000umol.m- 2 .s- 1 , much more than necessary for microalgae growth and may cause photoinhibition and therefore the light incidence adaptation may be necessary.
- the light time in hours may differ for each specific case depending on what is expected as final results of production time, biomass and astaxanthin contents, and may vary from periods of 12 hours light to 12 hours dark (natural solar standard). brightness) or be illuminated for 24 hours directly (with the aid of artificial lights) at night.
- GreenHouse In treatment and cultivation carried out in "GreenHouse” type systems, they may be equipped with air conditioning, industrial hoods and fans, heaters and electric water chillers, solar water heaters, heat exchanger systems and / or combined to ensure greater use of the system.
- the ideal temperature is between 15 and 30 ° C and the optimal value for microalgae growth is 25 ° C in the vegetative phase of the cell.
- This process can be accomplished by inserting some reagents such as sodium hydroxide (NaOH), a base that will raise the pH as well as hydrochloric acid (HCl) or carbon dioxide (CO 2 ) for the purpose of reducing the pH.
- reagents such as sodium hydroxide (NaOH), a base that will raise the pH as well as hydrochloric acid (HCl) or carbon dioxide (CO 2 ) for the purpose of reducing the pH.
- HCl hydrochloric acid
- CO 2 carbon dioxide
- the amount of air injected into the system may range from 10 to 500ml.L- 1 .min- 1 culture / effluent.
- a second function of air injection into the photobioreactor system will be water circulation. This will occur as the air is injected into the bottom of the suspended bags, so the bubbles formed will rise and expand causing the water to move, the crop to circulate and hence homogeneity, ie all algae will tend to pass by the same light conditions, temperature, nutrient encounter among others.
- CO 2 injection system In addition to the air injection process in the system, another CO 2 injection system may be included , as this compound is extremely important for the optimal development of microalloys and if injected above the concentration. contained in the atmospheric air composition, better results can be obtained.
- concentrations to be disposed in the aeration system may vary from 0.03 to 15% of CO 2 of the total volume of injected air and will be realized through compressed CO 2 cylinders or through the direct capture of CO 2 produced by the aeration industry. slaughter previously processed.
- Another care that must be taken is the control of nutrient availability in the effluent / medium, because as the growth of microalgae such nutrients are being consumed and thus may be scarce. Therefore, a feedback of these nutrients is necessary, that is, a new nutrient insertion into the treatment system. This can be done by adding more concentrated / nutrient rich effluent to the photobioreactor treatment system. In this way we end up ensuring that there is a good growth by microalgae reaching high concentrations of biomass.
- the toxic compounds are removed internally to the system, especially Nitrogen (N) and Phosphorus (P) among others, as well as Iron (Fe) characterizing the polishing to the "avian effluent". ", and thus making it usable as water for industrial purposes.
- This withdrawal is carried out by the H. pluvialis microalgae itself, resulting in its growth. Once this is done, the microalgae biomass growth and obtaining step and the consequent effluent treatment will be concluded.
- the third step of the process is the induction of production (lll) of astaxanthin by H. pluvialis microalgae and as described, aims to induce the encystation of H. pluvialis cells with consequent production of astaxanthin carotenoid by microalgae. pigment of interest to the process.
- These processes may occur alone and / or in combination.
- This step will occur after treatment and cultivation (II) can be done in the same systems of the previous step, or in separate systems, such as open or closed tanks of different formats. Such systems require almost all of the same characteristics as the culture systems presented above, since it is necessary to maintain the survival of microalloys but in unfavorable conditions to induce cell encystation.
- Optimal stress temperatures range from 30-50 ° C. These can be done by increasing the incidence of sunlight, increasing the ambient temperature in the photobioreactor through air conditioning as well as by direct heat exchanger systems in between.
- Oxidation of the microalgae medium is also a stressor, as the function of cell encystation is to produce an antioxidant, astaxanthin, avoiding these processes.
- Oxidation of the medium may be performed by the addition of iron (Fe), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), ozone (O 3 ) and / or in combination.
- nutrient depletion / depletion will occur in microalgae cultivation, where it will naturally affect its growth, being one of the stressors in organisms inducing cell encystation and consequent astaxanthin production; This will occur as microalgae utilize the nutrients available in the medium for growth to below optimal concentrations, becoming a limiting nutrient for algae.
- the microalgae After these completed steps the microalgae will be in its full encysted state, with maximum astaxanthin production due to environmental stress (s) and therefore ready to be removed from the medium and processed for its different purposes. This process will take between 7 and 30 days and the levels of astaxanthin may vary between 0, 1 and 10.0% of the total composition of the microalgae, depending on the effluent characteristics, pretreatment / suitability, cultivation / stress methods and also the climatic conditions of the system installation site.
- the biomass is separated (IV), thus obtaining as product "treated water” for reuse or disposal and microalgae biomass.
- This separation can be done by different known methods or a sequence thereof, such as “decanting”, which may be the first step in obtaining microalgae biomass from cells encysted in stress systems, either photobioreactors or tanks. This will occur due to the shutdown of the aeration system. This will occur due to the microalgae having higher density than water as well as the agglomeration of some cells, since they will be without flagella and eventually adsorb into each other forming a kind of algae flakes, which consequently become heavier and tend decanting to the bottom.
- a supernatant layer of water, formerly effluent, will be formed at the top of the system.
- This supernatant may be removed by suction / pumping systems and passed through a filtration system to retain any suspended microalgae as well as sterilization to be reusable without causing any damage to the industry;
- Such filtration may comprise passing through only one or a series of screen filters with different pore sizes, reducing the pore diameter from the first to the last filter, ranging from 50 to 10 ⁇ m.
- the biomass retained in the filters may be subjected to a centrifugation process with the purpose of almost total removal of water retained between the microalgae cells.
- This procedure will generate the other portion of water for industrial reuse, considering that it will be smaller volumes than those obtained in the previous step, but the focus of this process step is the drying (V) of microalgae biomass.
- V drying purposes
- it may be necessary to use more efficient methods, such as exposure of the biomass to the sun, in hot greenhouse systems, with temperatures varying between 30 and 120 ° C, mat with hot spray, lyophilization and / or combined spray. With this the process will be complete, obtaining dry biomass from micro-algae H. pluvialis rich in astaxanthin carotenoid.
- biomass Once dry biomass has been obtained, it can be used for several end applications (VI).
- the biomass may be crushed for the purpose of making available the astaxanthin present in microalgae; the astaxanthin carotenoid may be extracted by known methods physicochemical processes or combined thereof which include extraction with alcohol, acetate and / or supercritical CO 2 extraction. Carrying out all these steps of the process described in this report will result in a treated effluent, resulting in clarified water for industrial reuse and biomass of the astaxanthin carotenoid enriched H. pluvialis microalgae. presented for various end applications (VI). Depending on the uses for microalgae biomass or astaxanthin extract should be performed different types of storage, all in order to maintain the beneficial characteristics of this product.
Abstract
Processo de tratamento sequencial do efluente da indústria abatedoura aviária utilizando a microalga haematococcus pluvialis e processo de obtenção da biomassa da microalga haematococcus pluvialis descreve o processo de tratamento de "efluentes aviário" utilizando a microalga Haematococcus Pluvialis como realizadora do dito tratamento e servindo o dito efluente como meio de cultivo para a microalga Haematococcus Pluvialis bem como a indução da produção da astaxantina em sua biomassa para aplicações diversas.
Description
PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA
H. PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA H. PLUVIALIS
[001] O objeto do presente pedido de patente descreve o processo de tratamento de efluentes (resíduos líquidos) da indústria aviária e processo de obtenção da biomassa da microalga H. pluvialis através do dito tratamento. Dito processo resulta na obtenção da água tratada, proveniente do efluente da indústria aviária, para reuso ou descarte, bem como na obtenção da biomassa da microalga H. pluvialis enriquecida de carotenóide astaxantina, utilizada para diversas finalidades.
[002] Atualmente são observados inúmeros métodos para o tratamento dos efluentes gerados em processos de abate, referindo- se especialmente à industria aviária, podendo ser separados em processos físicos, químicos, biológicos e/ou processos combinados.
[003] No atual estado da técnica, também são conhecidas diversas formas de cultivo da microalga H. pluvialis em meios sintéticos tais como o MES, BBM, MCM, K, F/2, O.V. e diversas aplicações deste organismo para variadas finalidades. Normalmente este cultivo é realizado em meios sintéticos compreendendo água potável ou destilada, e elementos macronutrientes considerados essenciais tais como o carbono, fósforo, nitrogénio, hidrogénio, oxigénio, enxofre, cálcio, magnésio, potássio de sódio e cloro bem como elementos micronutrientes como ferro, boro, manganês, cobre, molibdênio, vanádio, cobalto, níquel, silício e selênio (Suh e Lee, 2003). Estes componentes essenciais, com parâmetros devidamente
ajustados determinam o bom crescimento e obtenção especialmente da astaxantina: um carotenoide com altíssimo poder antioxidante,
[004] Alguns documentos de patentes ao redor do mundo já descrevem alguns processos de obtenção deste carotenoide, onde podemos destacar a patente chinesa CN 101974599. Esta microalga pode ser utilizada na produção de cápsulas de consumo humano com fins nutracêuticos, bem como pode ser utilizado na fabricação de ração animal, conforme descrito no documento de patente
US4871551 da empresa americana Cyanotech, e mais especificamente para nutrição de frangos o que é descrita na patente chinesa CN 101940250. No Brasil pode ser citado o documento de patente PI0804611-5 que descreve um processo de cultivo de biomassa e proteínas por microalgas usando rejeitos da indústria de álcool e utilizando outro tipo microalgas e com outros fins referente ao produto final.
[005] Para fins de contextualização, apenas no Brasil, aproximadamente 43% da carne consumida é de frango, desta forma um dos setores industriais alimentícios de maior importância são os criadouros e abatedouros destas aves, os quais posicionam o país como 3º maior produtor e maior exportador de frango de corte no mundo (União Brasileira de Avicultura, 2012). Em função desta larga escala de produção, um grande volume de efluente líquido é gerado no processo de abate, em média 30 litros por ave e que, por legislação ambiental, necessitam ser corretamente tratados antes de serem lançados no meio ambiente, mesmo que ainda causem efeitos negativos aos corpos d'água de despejo.
[006] As características químicas, físicas e biológicas dos efluentes gerados pelos abatedouros de aves embora possam variar entre as empresas, são bastante conhecidas, apresentando grandes concentrações de material orgânico dissolvidos, principalmente compostos nitrogenados e fosfato inorgânico, sendo que MORAES (1999) através de um levantamento bibliográfico expôs tais características, conforme tabela abaixo.
[008] Na maioria dos casos os estabelecimentos lançam seu efluente diretamente no corpo hídrico mais próximo, que se for volumoso, apresenta uma diluição maior do material poluidor, mas na maioria dos casos, os rios são pequenos e o efluente que chega a grande volume torna a água imprópria para a vida aquática, atividades agrícolas, além do abastecimento industrial, comercial e de recreação, constituindo-se então como agente de poluição das águas em ameaça a saúde pública. Por este motivo, estes efluentes devem ser devidamente tratados para seu correto descarte, onde são utilizados diferentes tipos de processos, conforme já mencionado. Um grande problema relacionado a estes tipos de processos conhecidos é que mesmo apresentando eficiência, no que diz respeito à legislação ambiental, ainda assim apresentam uma série de problemas relacionados a compostos poluidores para o corpo hídrico e que resulta em adição de etapas suplementares, maiores tempos, custos para o processo de tratamento.
[009] O tratamento de efluentes, bem como tratamentos de efluentes específicos para a indústria aviária, na maioria das vezes consiste num conjunto de técnicas que podem ser classificadas em: tratamento primário; tratamento secundário; e tratamento terciário. O tratamento primário que usualmente é realizado, envolve a remoção de sólidos suspensos e gorduras, a partir de técnicas, tais como, gradeamento simples, peneiras vibratórias e estáticas, sedimentação
e flotação dentre outros. No tratamento secundário ocorre a remoção de matéria orgânica biodegradável, dissolvida ou coloidal, bem como, em muitos casos, são removido nutrientes, tais como, o nitrogénio e o fósforo. O tratamento terciário, destina-se à melhoria da qualidade dos efluentes a partir das remoções de cor residual e turbidez, que engloba a remoção de colóides, metais pesados, nitrogénio, fósforo e compostos orgânicos refratários dos níveis de tratamento anteriores. Este tratamento, bem como o tratamento secundário, é comumente realizado em lagoas de estabilização anaeróbicas e/ou aeróbicas, ou através de produtos químicos.
[010] A maioria das indústrias vem optando para o tratamento do efluente através de lagoas de decomposição bacteriana devido à alta eficiência desse método do ponto de vista legai, porém, se for analisado do ponto de vista ambientai, o potencial poluidor mesmo que reduzido ainda deve ser considerado como séria ameaça à saúde pública. Sabe-se que elevadas cargas de nitrogénio e fósforo em um corpo hídrico, podem desencadear o processo de eutrofização, onde algas se desenvolvem em ritmo acelerado, mais conhecido como "Bloom", gerando uma grande biomassa, mas que normalmente pela limitação de fósforo no meio, resulta na morte da mesma, que se deposita no fundo do corpo hídrico. A matéria orgânica em abundância atrai organismos decompositores heterotróficos que implica em um elevado consumo de oxigénio, podendo chegar às condições de anaerobiose. Deste modo, podem criar-se condições redutoras no fundo do sistema aquático, dando-se a eventual libertação de compostos responsáveis por cheiros desagradáveis, tais como ácido sulfídrico, metano, e outros, que podem, pelo mau cheiro, prejudicar as populações vizinhas (Silva, 2007). A remoção completa,
ou a mais próxima disso, destes compostos com potencial poluidor presentes no efluente demanda um tratamento adicional, que implica em maiores custos para a indústria, o que é considerado inviável, uma vez que não são gerados subprodutos que compensem o investimento.
[011] Devido a estes grandes investimentos necessários para se atingir um ótimo nível de tratamento de efluentes, novas alternativas vem sendo estudadas, como por exemplo a utilização de microorganismos fotossintetizantes, os quais podem absorver poluentes presentes nos rejeitos. Nessa categoria podemos citar como exemplo as microalgas, que há muitos anos vem sendo estudadas para este fim (VOLTOLINA, 1999), uma vez que existem algumas microalgas que, quando corretamerite utilizadas, apresentam características de tratamento destes efluentes, como por exemplo, a H. pluvialis. Estas porém, são ainda muito pouco utilizadas pelas indústrias e em sua maioria apresentam-se em estado de pesquisa.
[012] A microalga H. pluvialis, por exemplo, é uma microalga que em condições específicas apresenta características de tratamento destes efluentes. É uma alga verde, flagelada, unicelular e fotossintetizante que produz e acumula o pigmento astaxantina de acordo com as condições do meio de crescimento. Galvão (2012) explica que de um modo geral, a microalga em questão é formada por carotenóides, ácidos graxos, proteínas, carboidratos e minerais. Alguns estudos desenvolvidos mostraram que a H. pluvialis possui intrínseca e complexa relação entre seu crescimento, a quantidade e forma de nutrientes disponíveis, a forma daâ células e a produção de astaxantina (DROOP, 1955; CORDERO et al., 1996). O pigmento astaxantina é produzido pela microalga H. pluvialis na sua fase
adulta, como resultado de uma mudança morfológica da célula em momentos de estresse ambiental e apresenta grande capacidade antioxidante (CAPELLI; CYSEWSKI, 2005) e valor comercial. Dados levantados por Higuera-Ciapara, Felix Valenzuela e Goycoolea (2005) mostram que o carotenóide astaxantina é o antioxidante mais forte da natureza, apresentando 550 vezes mais poder antioxidativo que a Vitamina-E. Outros benefícios são obtidos através do consumo de astaxantina, como: redução do desenvolvimento de tumores, prevenção de doenças cardiovasculares, melhora do sistema imunológico, aumento da proteção contra raios UV, maior capacidade antiinflamatória do organismo, entre outros. Portanto, microalga poderia ser pensada como uma alternativa ao uso de compostos sintéticos. A microalga H. pluvialis, é um organismos bastante valorizado pelo mercado farmacêutico, o qual tem interesse no organismo por este apresentar-se composto por inúmeras substâncias bioativas e com fins nutracêuticos.
[013] O objeto do presente pedido de patente resolve o problema relacionado ao tratamento de efluentes da indústria aviária, bem como garante a obtenção da biomassa da microalga H. pluvialis. O objeto da invenção consiste no processo de obtenção da biomassa da microalga H. pluvialis e no tratamento sequencial do efluente da indústria abatedora aviária, utilizando a microalga H. pluvialis. Não se mostrou conhecido no atual estado da técnica o processo de tratamento conforme apresentado no presente relatório, utilizando microalga H. pluvialis em condições controladas específicas conforme doravante descrita.
[014] O processo de produção de biomassa de H. pluvialis através do tratamento de efluentes é aplicado especialmente no setor
de frigoríficos de abate de aves que podem ter passado por um, ou pela combinação dos métodos de tratamento primário e que também podem ter passado por etapas de equalização e tratamento secundário, como por exemplo, lagoas de estabilização anaeróbias, processo anaeróbio de contato, filtros anaeróbios, digestores anaeróbios de fluxo, lagoas de estabilização aeróbias, filtros biológicos aeróbios, biodiscos, lodos ativados, valos de oxidação, ou outros, para remoção de sólidos coloidais, dissolvidos e emulsionados.
[015] Alternativamente, o tratamento apresentado poderá vir após o tratamento de remoção suplementar de sólidos e/ou organismos patogênicos e/ou poluentes específicos. Todavia, conforme supracitado, o objeto apresentado como pedido de patente apresenta processo de tratamento de efluente, em especial da indústria aviária, totalmente diferenciado frente às soluções técnicas conhecidas.
[016] Como mencionado anteriormente, os sistemas de tratamento de efluentes utilizados atualmente não geram subprodutos de forma direta ao final dos diferentes métodos propostos. O sistema proposto tem como principal característica o tratamento do efluente de abatedouros de aves, juntamente com a geração de um subproduto, a biomassa de microalga H. pluvialis.
[017] Do ponto de vista de produção de biomassa de microalga, o processo posposto está caracterizado pelo fato de se fazer o aproveitamento do efluente do processo de abate de aves para produção da microalga H. pluvialis, diferentemente dos meios de cultivos sintéticos, onde é necessária a adição de diversos nutrientes
para o desenvolvimento do cultivo bem como demanda água, um recurso cada vez mais escasso. Sabendo que esse tipo de efluente é rico em nutrientes necessários para o desenvolvimento de microalgas, sua utilização como meio de cultivo pára a microalga H. pluvialis gera uma economia com nutrientes e água para produção de biomassa.
[018] Outra característica do processo de tratamento utilizando a microalga H. pluvialis, é o favorecimento de um aumento na produção dessa microalga, que possui grande demanda no mercado mundial, principalmente para suplementação animal e mais especificamente na aquicultura, que demanda cada vez mais de fontes naturais do carotenóide astaxantina, para sua adição na ração de peixes, como por exemplo, o salmão e a truta, considerando que cerca de 95% do mercado de astaxantina utiliza sua forma sintética, a qual também pode trazer problemas para saúde como mostram alguns estudos.
[019] Analisando o tratamento do efluente, é característica do presente pedido o fato da utilização específica da microalga H. pluvialis para a remoção de nutrientes dissolvidos e metais presentes no efluente durante um ciclo produtivo. O processo de tratamento proposto apresenta eficiência na remoção de compostos nitrogenados, fósforo e ferro presentes no efluente, apresentando vantagens em relação aos tratamentos já conhecidos.
[020] Outra grande vantagem do processo está no fato de ser totalmente biológico, sem adição de produtos químicos, garantindo uma melhor qualidade do efluente que chega ao meio ambiente sem disposição de compostos sintetizados quimicamente.
[021] Usualmente a remoção de fósforo é feita através de processos químicos, onde se usam substâncias coagulantes. Embora esse processo seja bastante eficiente para remoção de fósforo, demanda de espaço para um tanque de mistura e posteriormente de um tanque de decantação (SILVA et. ai., 2011), onde ao final do processo tem-se um complexo químico que deve receber uma destinação correta acarretando ainda mais custos, além dos gastos principalmente com produtos químicos que passam a ser elevados dependendo da quantidade de efluente gerado pela indústria. Utilizando a microalga H, pluvialis, no tratamento do efluente, se tem a remoção de fósforo de forma natural, sem a necessidade de estruturas adicionais ou adição de componentes no efluente, sendo que a absorção é feita durante o desenvolvimento da própria microalga gerando subproduto com valor agregado.
[022] A remoção de compostos nítrogenados destes tratamentos de efluentes é feita usualmente por processos biológicos bacterianos (SILVA et. a!., 2011 ), demandando grande espaço, o que na maioria das vezes se torna um problema ainda maior, pela necessidade de lagoas sequenciais. Esse tipo de tratamento embora eficiente possui também uma grande limitação devido ao mau cheiro gerado durante o processo, além de que não são gerados subprodutos com aplicabilidade direta. Diferentemente do método bacteriano, o processo descrito, objeto do presente relatório, possui capacidade de remoção desses compostos nítrogenados em um único sistema, sem geração de maus odores e sem a necessidade de processos sequenciais.
[023] Outra característica do processo de tratamento, objeto do presente pedido de patente, está na vantagem da clarificação do
efluente, onde a microalga possui capacidade de remoção de compostos dissolvidos e ao final do processo, com a filtração para separação da biomassa de microalga, tem-se uma água com ótimo nível de claridade, não sendo necessária a adição de qualquer outro produto químico para a realização da clarificação da água, eliminando mais etapas do processo, maiores custos de tratamento, etc.
[024] O processo de tratamento, objeto do presente pedido de patente, ainda apresenta como característica a possibilidade da inserção de dióxido de carbono captado de fontes externas, como por exemplo, de processos industriais de queima, contribuindo para a diminuição de gases estufa na atmosfera, afinal a microalga utiliza o CO2 para construir sua estrutura celular e disponibiliza oxigénio em troca.
[025] Outra vantagem do processo de tratamento apresentado é o aproveitamento da energia luminosa proveniente do sol, que é considerada menos poluente se comparada a outras fontes, tanto no aproveitamento direto pela microalga H. pluvialis no sistema de tratamento, como através da captação em células fotovoltaicas.
[026] As figuras apresentadas, a título de exemplo e ilustração, juntamente com a descrição detalhada doravante apresentada, darão melhor compreensão ao processo de tratamento sequencial terciário do efluente da indústria abatedoura aviária, utilizando a microalga H. pluvialis, com o processo de obtenção da biomassa da microalga H. pluvialis, que é o objeto do presente pedido de patente, das quais:
[027] A figura 1 mostra um fluxograma esquemático das etapas do processo que envolve o tratamento de efluente da indústria
abatedoura aviária utilizando a microalga H. pluvialis, com produção da biomassa da dita microalga.
[028] A figura 2 mostra um fluxograma das etapas do pré- tratamento do efluente proveniente da indústria aviária para o tratamento e cultivo da microalga H. pluvialis e com a produção da sua biomassa.
[029] A figura 3 mostra em gráfico a triplicata da curva de crescimento de H. pluvialis em erlenmeyers de 250 ml em meio padrão MES utilizando luz artificial durante 24h.
[030] A figura 4 mostra em gráfico a triplicata da curva de crescimento de H. pluvialis em erlenmeyers de 250 ml, de efluente na concentração 25% diluído em água destilada utilizando luz artificiai durante 24h.
[031] A figura 5 mostra em gráfico, a duplicata da curva de crescimento de H. pluvialis em erlenmeyers de 250 ml, de efluente na concentração 50% diluído em água destilada utilizando luz artificial durante 24h.
[032] Cumpre salientar que os desenhos em anexo e a descrição detalhada que segue são apresentadas a título de exemplo, visto que detalhes das etapas envolvidas, bem como variações e omissões de alguns detalhes em específicos das etapas apresentadas não devem ser interpretados como uma variação do objeto inventado, visto que a presente descrição trata-se apenas como uma base representativa para as reivindicações e para o ensino de um perito na arte de empregar e colocar em prática o desenvolvimento do processo proposto, com base na descrição doravante detalhada, visto que
pode, ou poderão, haver variações que não descaracterize a ideia inventiva do processo descrito no presente relatório.
[033] Conforme já discorrido, o objeto do presente pedido está no fato do tratamento de efluentes da indústria aviária apresentado e no processo de obtenção da microalga H. pluvialis através do dito tratamento.
[034] Conforme mostra figura 1, o processo é compreendido basicamente em modificar o tratamento convencionai de efluentes da indústria aviária, aqui denominado de "efluentes aviários", mais especificamente o seu tratamento terciário, realizando além do tratamento o cultivo da microalga H. pluvialis. e a indução da produção da sua biomassa rico no carotenóide astaxantina. Dito processo será descrito detalhadamente.
[035] Conforme pode ser acompanhado pela figura 1 , o "efluente aviário" passa por seu tratamento convencional, sendo que mais especificamente em seu "tratamento terciário" ocorre o processo conforme descrito no presente pedido. Inicialmente, nesta etapa, ocorre o pré-tratamento(l), que consiste na realização de processos físico-químicos para a preparação ou adequação do "efluente aviário" para o seu posterior tratamento e cultivo(ll) propriamente dito. No tratamento e cultivo(ll) é onde ocorre o total tratamento do "efluente aviário" e o cultivo da microalga H. pluvialis. Após tratamento e cultivo(ll) é realizado a processo de indução da produção da astaxantina (III), e assim como descrito, tem por finalidade induzir o encistamento das células de H. pluvialis, com consequente produção do carotenóide astaxantina pela microalga, pigmento de interesse do processo. A próxima etapa consiste na separação(IV) do produto
obtido pelo processo, que consiste na "água tratada" para reutilização ou descarte e na biomassa proveniente do cultivo da microalga, que pode ser submetida à um processo de secagem(V) para diversas aplicações finais(VI).
[036] Detalhadamente pode-se iniciado pelo processo de pré-tratamento(l), mostrado também na figura 1 , que consiste na realização de processos flsico-químicos para a preparação ou adequação do "efluente aviário" para o seu posterior tratamento(ll). A figura 2 mostra em fluxograma as etapas que compreende o dito pré- tratamento(l).
[037] - Filtração(IA) do Efluente: a filtração(IA) do efluente ocorrerá em filtros de caixas de areia com diferentes tipos de areia e tamanho dos grãos, telas com diferentes tamanhos de abertura dos poros da malha (1-500um), filtros de cartucho com elementos filtrantes de 1 a 100um e/ou combinados destes processos. Estas diferentes formas de executar a filtração se devem a cada efluente possuir composições específicas diferentes em função dos diferentes processos industriais dentre os abatedouros. Este procedimento tem a finalidade de retirar os compostos de maior tamanho que não podem ser assimilados pelas microalgas principalmente pelo seu tamanho e forma química/física e que são potenciais causadores de danos ao meio ambiente pois elevam os valores de DBO (demanda biológica de oxigénio).
[038] - Floculação/decantação(IB): servirá no auxílio de remoção de alguns compostos particulado/dissolvido no efluente que não podem ser utilizados pelas microalgas. Isto ocorrerá através da adsorção do floculante ao material em suspensão e desta forma o
composto aumentará seu peso e irá decantar os compostos indesejados para que possam então ser retirados. Como exemplo dos floculantes que poderão ser utilizados temos o sulfato de alumínio, o polímero poliacrilamida (aniônica/catíônica) dentre outros.
[039] - Autociavação(iC) do efluente: é necessário para fins de esterilização, visto que este material possui milhares de microorganismos indesejados pois é proveniente das lagoas de estabilização (tratamento secundário) os quais são feitos através da decomposição da matéria orgânica por bactérias anaeróbias dentre outros microorganismos. Este processo de esterilização ocorre devido à alta pressão e temperatura que o equipamento de autociave exerce no efluente durante tempo pré-determínado em cerca de 20-30 minutos;
[040] - Ozonização(ID) do efluente - necessário para os mesmo fins de esterilização. Visto que as concentrações de ozônio a serem injetadas no sistema dependem da composição do efluente podendo variar entre 0,1 e 100%.
[041] - Desinfecção(IE) - necessária em alguns casos; é realizada através de filtros com lâmpadas que emitem radiação ultra- violeta (UV) sobre o efluente funcionando com um bactericida. O comprimento de onda varia abaixo da luz visível até os raios-x entre 380nm e 1 nm sendo as lâmpadas de diferentes watts de potência porém principalmente com no mínimo 10 watts.
[042] - Diluição do efluente erri água(IF) - pode ser necessária conforme composição do efluente, visto que estes possuem altas cargas de compostos particulados e dissolvidos em sua composição, sendo na maioria dos casos nutrientes demasiados
para que as microalgas consigam se desenvolver. As diluições podem variar entre 1 a 100% de efluente misturado com água doce. Dependendo do caso o efluente já tratado uma vez peias microalgas pode ser reutilizado para mais um ciclo de cultivo, visto que ainda podem haver nutrientes suficientes para crescimento dos organismos. As figuras 3, 4 e 5 mostram gráficos de resultados de testes de análise de crescimento das microalgas em diferentes faixas de diluições, onde a figura 3 mostra a curva de crescimento de H. pluvialis em erlenmeyers de 250 ml em meio padrão MES, utilizando luz artificial durante 24h; a figura 4 mostra a curva de crescimento em erlenmeyers de 250 mi de efluente na concentração 25% diluído em água destilada, utilizando luz artificial durante 24h; e a figura 5 mostra em gráfico, a duplicata da curva de crescimento de H. pluvialis em erlenmeyers de 250 ml de efluente na concentração 50% diluído em água destilada utilizando luz artificial durante 24h. Esta análise demonstra que uma faixa mais adequada pára as diluições fica entre 25-50% de efluente, sendo que as microalgas chegaram a crescer mais do que em meio de cultura padrão MES.
[043] - Ajuste(IG) das condições físico-químicas do efluente: consiste em ajustes tais como o potenciai h idrogeniônico (pH) que deve ser entre 6,0 e 8,0; porém o valor ótimo para crescimento das microalgas é 7,0. Este ajuste pode ser realizado através da adição de diversos ácidos ou bases no efluente tais como o ácido clorídrico (HCI) e/ou hidróxido de carbono (C02) e o hidróxido de sódio (NaOH), déntre outros. Pode ser realizado também o tamponamento do material para que este não sofra posterior variação de pH em função da atividade das microalgas que tendem a aumentar o pH, alcalinizando o meio.
[044] - Outros ajustes(IH): poderá ser necessário a realização de outros ajustes(IH) no efluente para que se torne passível de cultivar microalgas; este se refere à adição de alguns nutrientes, sais e metais essenciais para o crescimento das microalgas e que pode estar faltante na composição do material. São alguns deles, Ca(NO3)2. 4H2O (Nitrato de cálcio), Na2glycerophosphate.5H2O (Beta-glicerofosfato dissódico), MgSO4. 7H2O (Sulfato de magnésio), KCI (Cloreto de potássio), NH4CI (Cloreto de amónio), Biotina (Vitamina do complexo B), Vitamina B12, FeCI3. 6H2O (Cloreto férrico), MnCI2. 4H2O (Cloreto de manganês), ZnCI2 (Cloreto de zinco), CoCI2. 6H2O (Cloreto de cobalto), Na2MoO4. 2H2O (Molibdato de sódio) dentre outros que compõem os meios de cultivos sintéticos citados anteriormente, podendo ser inseridos isolados ou combinados dependendo da composição do efluente, em concentrações variando de gramas, miligramas, microgramas, nanogramas e até picogramas em um litro. Feito isso a etapa de pré- tratamento(l) está realizada as adequações para iniciar o processo de tratamento e cultivo(ll).
[045] A etapa subsequente consiste no tratamento e cultivo(ll). Esta etapa será onde de fato ò efluente passará pelo tratamento e ocorrerá também o cultivo da microalga H. pluvialis. É nesta etapa que serão retirados os compostos tóxicos ao meio ambiente presentes no efluente bem como será produzida a biomassa de algas. Este tratamento pode ocorrer em variados modelos de sistemas de tratamento/cultivo, tais como sistemas abertos, fechados e semi-fechados, contínuos, descontínuos ou semi-contínuos, os quais incluem tanques em céu aberto (quadrados, retangulares, circulares), sistemas tubulares horizontais, verticais ou inclinados de
diferentes diâmetros (5-100cm) e comprimento(0,5-1000m), placas planas horizontais, verticais e inclinadas com diferentes áreas (1- 100m2) e espessuras (1-100cm).
[046] Mais especificamente o sistema de cultivo proposto para o tratamento e cultivo(ll) de efluentes será disposto dentro de estruturas de galpões do tipo "Greenhouse", que possuem características e finalidades de uma casa de vegetação/estufa a qual possibilita o crescimento de organismos fotossintetizantes, que necessitam de luz para se desenvolver, visto que estas estruturas são construídas com materiais que permitem a passagem de luminosidade, além de permitir maior controle de contaminações por organismos indesejados. Neste modelo de sistema deve ser previsto conjunto de fotobiorreatores fechados do tipo sacos plásticos suspensos, ligados por tubulação específica à uma fonte de armazenamento de alimentação de efluente,, por onde é alimentado o efluente, por meio de bombeamento ou outra solução compatível; ditos sacos devem estar ligados também à um tanque de indução, por meios compatíveis, como tubulações por exemplo, onde ocorrerá a etapa da indução da produção(lll) da astaxantina na biomassa, através de processos específicos e/ou combinados; devendo apresentar meios para alimentação de outros elementos necessário para realização de tal processo, como alimentação de CO2, ar, fonte de luz, dentre outros. Tais sistemas permitem a captação da luminosidade tanto solar como artificial dé forma eficiente e efetiva para que as microalgas realizem fotossíntese para seu crescimento. As dimensões e materiais destes sistemas podem variar dependendo das condições climáticas, de luminosidade e de características esperadas para o produto final. Dito ambiente deve prever ainda
dispositivos para controle das variáveis envolvidas no processo, tais como temperatura, luminosidade, além de butros componentes que poderá ser necessário para um perfeito controle do processo apresentado.
[047] Conforme pode ser acompanhado ainda pela figura 1 , as microalgas H. pluvialis, serão inoculadas/introduzidas em concentrações de 1 a 50% do volume total de efluente em sistemas de cultivo de diferentes modelos e com dimensões variadas. Ditas microalgas sâo preferencialmente produzidas em laboratório, visto que cada localidade possui suas características relacionadas às condições climáticas, de temperatura, pluviosidade, grau de mudanças sazonais de estações, incidência de luz solar, dentre outras condicionantes ambientais que influenciarão na eficiência das estações de tratamento bem como na composição química da biomassa de microalgas e na produção do carotenóide astaxantina.
[048] Juntamente com a introdução da microalga são introduzidos e controlados uma série de outros elementos, que garantem o tratamento do "efluente aviário" e o cultivo das microalgas. Na figura 1 pode-se acompanhar que, no sistema onde ocorrerá o tratamento e cultivo(ll) deve compreender:
[049] - A introdução e controle de luminosidade "LUZ": é extremamente importante pois determina as taxas de fotossíntese da microalga e portanto sua produção de biomassa e de astaxantina. A luminosidade incidente sistema poderá ser natural proveniente do sol ou artificiai através de lâmpadas e/ou combinados dependendo da disponibilidade de luz soiar da região e do tipo de sistema utilizado. As faixas de luminosidade ótima para o crescimento de H. pluvialis
variam entre 20-500umol.m-2.s-1. Deve-se considerar que em dias com muito sol a luminosidade pode atingir mais de 2000umol.m-2.s-1, muito mais que o necessário para crescimento da microalga podendo causar fotoinibição e desta forma pode ser necessária a adaptação da incidência da luz através de cobertura dos fotobiorreatores ou através da colocação de películas que atenuem a incidência luminosa sobre o mesmo. Bem como em dias com pouca luz, nublado, chuvoso ou inverno (menos horas de sol) pode ser necessário algum ajuste através de luminosidade artificial por lâmpadas. O tempo de luz em horas poderá ser diferente para cada caso especifico dependendo do que se espera como resultados finais de tempo de produção, biomassa e teores de astaxantina, podendo variar de períodos com 12 horas de luz e 12 horas de escuro (padrão natural solar de luminosidade) ou então ser iluminado durante 24 horas direto (com auxilio de luzes artificiais) durante a noite.
[050] - Controle da Temperatura "°C": paralelamente deve ser controlada a temperatura do cultivo de microalgas visto que esta variável tem influência nas taxas metabólicas dos microorganismos e desta forma pode também determinar em parte suas taxas de crescimento. Esta variável também será influenciada pela luminosidade incidente nos fotobiorreatores, quanto maior a incidência de raios solares sobre a estrutura a tendência é que a temperatura ambiente aumente também. Este controle de temperatura pode ser. controlado tanto no ambiente transmitindo a temperatura desejada para cultivo como diretamente no efluente no qual as microalgas estarão inseridas. Em tratamento e cultivo realizado em sistemas do tipo "GreenHouse", estes poderão ser equipados com ar- condicionado, exaustores e ventiladores industriais, aquecedores e
resfriadores de água elétricos, aquecedores solares de água, sistemas de trocadores de calor e/ou combinados para garantir maior aproveitamento do sistema. A temperatura ideal fica compreendida entre 15 e 30°C sendo que o valor ótimo para crescimento das microalgas é de 25°C na fase vegetativa da célula.
[051] - Controle do pH: consiste em outra variável extremamente importante para o ótimo desenvolvimento das microalgas. O potencial hidrogeniônico (pH) tem interferências nas taxas de assimilação de nutrientes por parte dos organismos. Conforme ocorre o crescimento das microalgas existe uma tendência ao meio de cultivo/efluente ficar cada vez mais básico (pH mais alto) que pode influenciar no desenvolvimento dos organismos. Dito isso será necessário manter um controle desta variável, a qual deve ser entre 5,0 e 9,0 porém para fins de obtenção de melhores taxas de assimilação de nutrientes o pH deverá ser mantido em 7,0. Este processo poderá ser realizado através da inserção de alguns reagentes tais como o hidróxido de sódio (NaOH), uma base que fará aumentar o pH bem como o ácido clorídrico (HCI) ou hidróxido de carbono (CO2) com finalidade de dimuição, do pH. Outra forma de controlar esta variável será através da inserção de CO2 concentrado no sistema de cultivo.
[052] - Controlar Aeração "Ar": é necessário que seja feito um sistema de aeração no cultivo/tratamento pois na composição do ar cerca de 0,03% é gás carbónico (CO2), o qual é utilizado/assimilado pelas microalgas para incorporação em sua estrutura celular. Sem fontes de carbono (C) não é possível o desenvolvimento destes microorganismos pois impede a realização da fotossíntese. A aeração do sistema será feita pela injeção de ar capturado da atmosfera para
disponibilizar o carbono necessário para o crescimento das microalgas. Este ar deve passar por um sistema de filtros de cartucho com porosidade inferior a 1 um para retenção das partículas em suspensão no ar que podem ser prejudiciais para as algas bem como para evitar a contaminação. A quantidade de ar injetada no sistema poderá variar de 10 a 500ml.L-1.min-1 de cultivo/efluente. Uma segunda função da injeção de ar no sistema de fotobiorreatores será a de circulação da água. Isto irá ocorrer em função do ar ser injetado no fundo dos sacos suspensos, desta forma as bolhas formadas irão subir e expandir fazendo com que a água fique em movimento, o cultivo circule e consequentemente haja homogeneidade, ou seja, todas as algas tenderão a passar pelas mesmas condições de luz, temperatura, encontro de nutrientes dentre outros.
[053] - Injeção de CO2: paralelamente ao processo de injeção de ar no sistema poderá ser incluído outro sistema para injeção do CO2, visto que este composto é de extrema importância para o ótimo desenvolvimento das microaigas e se injetado uma concentração acima do contido na composição do ar atmosférico pode-se obter melhores resultados. As concentrações a serem dispostas no sistema de aeração podem variar de 0,03 até 15% de CO2 do volume total de ar injetado e serão realizados através de cilindros com CO2 comprimido ou então através da captação direta do CO2 produzido pela indústria de abate previamente processado.
[054] Outro cuidado que deve ser tomado é o controle da disponibilidade de nutrientes no efluente/meio, pois conforme ocorre o crescimento da microalga tais nutrientes vão sendo consumidos e desta forma pode acabar ocorrendo escassez dos mesmos. Sendo assim é necessária uma retroalimentação destes nutrientes, ou seja,
uma nova inserção de nutrientes no sistema de tratamento. Isto poderá ser feito por adição de mais efluente concentrado/rico em nutrientes no sistema de tratamento nos fotobiorreatores. Desta forma acaba-se garantindo que haja um bom crescimento pelas microalgas atingindo altas concentrações de biomassa.
[055] Com estes controles apresentados, obtém-se o processo de tratamento do "efluente aviário" e o cultivo da microalga H. pluvialis. O tempo necessário para o tratamento e cultivo(ll) apresentado poderá variar entre 2 e 15 dias dependendo das condições do "efluente aviário" a ser tratado e também das condições climáticas da região onde for instalado o sistema e também do tipo de sistema escolhido.
[056] Com o correto controle destes parâmetros apresentados, ocorre internamente ao sistema a retirada dos compostos tóxicos, em especial o Nitrogénio (N) e Fósforo (P) dentre outros, bem como o Ferro (Fe) caracterizando o polimento ao "efluente aviário", e desta forma tornando-o passível de utilização como água para fins industriais. Esta retirada é realizada pela própria microalga H. pluvialis, resultando no seu crescimento. Feito isso, a etapa de crescimento e obtenção de biomassa da microalga e o consequente tratamento do efluente estarão concluídos.
[057] A terceira etapa do processo, consiste na indução da produção(lll) da astaxantina pela microalga H. pluvialis e assim como descrito, tem por finalidade induzir o encistamento das células de H. pluvialis com consequente produção do carotenóide astaxantina pela microalga, pigmento de interesse do processo. Poderão estes processos ocorrer isolados e/ou combinados. Esta etapa ocorrerá
posteriormente ao tratamento e cultivo(ll) podendo ser feita nos mesmos sistemas da etapa anterior, ou em sistemas separados, tais como tanques abertos ou fechados de diferentes formatos. Tais sistemas necessitam de quase todas as mesmas características dos sistemas de cultivo apresentado anteriormente, visto que é necessário manter a sobrevivência das microaigas porém em condições desfavoráveis para que seja induzido o encistamento da célula.
[058] Neste caso os elementos devem ser controlados de modo a criar uma condição desfavorável à microalga. Conforme a figura 1 pode se visualizar as variáveis que devem ser manipuladas para que ocorra tal indução:
[059] - Aumento da temperatura, efeito que faz indução da produção de astaxantina; as temperaturas ótimas para o stress variam entre 30-50°C. Estas podem ser feitas pelo aumento da incidência da luz do sol, aumento da temperatura do ambiente no fotobiorreator através de condicionamento do ar bem como por sistemas diretos no meio com trocadores de calor.
[060] - Aumento da luminosidade "LUZ", que pode também ser por aumento da luz solar incidente no fotobiorreator sendo que a irradiância pode passar de 2000umol.m-2.s-1 bem como por sistemas com luz artificial por lâmpadas que variam em valores acima de 500 umol,m-2.s-1 em irradiância, dependendo das lâmpadas utilizadas e a distância que se encontram dos fotobiorreatores.
[061] - Adição de sal (NaCI), ao meio em que estão dispostas as microaigas. Sendo que as faixas de salinidade podem variar entre 1-20% relacionado ao volume total do meio. Deve-se considerar que isto ocorre devido à microalga ter origem natural em água doce e com
esta variável introduzida no meio induz o encistamento da célula como uma resistência ao sal. A faixa ótima para adição de sal é de 3-9% do volume total do efluente.
[062] - A oxidação do meio das microalgas é também um fator estressante, visto que a função do encistamento celular é produzir um antioxidante, a astaxantina, evitando estes processos. Pode ser realizada a oxidação do meio por adição de ferro (Fe), peróxido de hidrogénio (H2O2), ozônio (O3) e/ou combinados.
[063] - Aumento do fluxo de aeração, com maior injeção de ar no sistema. Desta forma com mais turbulência haveria indução da produção de astaxantina.
[064] - Aumento do fluxo de injeção de concentrações de CO2 também induzirão à produção de astaxantina, sendo estas maiores que 15%.
[065] Com os devidos controles, conforme relacionados, ocorrerá a depleção/diminuição de nutrientes no cultivo da microalga, onde naturalmente afetará o seu crescimento, sendo um dos causadores de stress nos organismos induzindo ao encistamento da célula e consequente produção de astaxantina; isto ocorrerá conforme as microalgas utilizarem os nutrientes disponíveis no meio para seu crescimento até o ponto de concentrações abaixo do ideal, se transformando em um nutriente limitante para as algas.
[066] Após estas etapas concluídas a microalga estará em seu estado de encistamento total, com produção máxima de astaxantina devido ao(s) stress ambientais e portanto pronta para ser retirada do meio e processada para seus diferentes fins. Este processo levará entre 7 e 30 dias podendo os teores de astaxantina
variar entre 0, 1 e 10,0% da composição total da microalga, dependendo das características do efluente, seu pré- tratamento/adequação, os métodos de cultivo/stress e também das condições climáticas do local de instalação do sistema.
[067] A partir de então é realizada a separação(IV) da bio massa, obtendo assim como produto a "água tratada" para reutilização ou descarte e a biomassa de microalgas. Esta separação pode ser feita por diferentes métodos conhecidos ou uma sequência destes, como por exemplo, a "decantação", que pode ser o primeiro passo para obtenção da biomassa de microalgas das células encistadas nos sistemas de stress, sejam nos fotobiorreatores ou nos tanques. Isto irá ocorrer em função do desligamento do sistema de aeração. Isto ocorrerá devido à microalga ter densidade maior que da água bem como pela aglomeração de algumas células, visto que estas estarão sem flagelos e acabam por adsorver-se umas nas outras formando uma espécie de flocos de algas, os quais consequentemente ficam mais pesados e tendem a decantar para o fundo. Com a decantação será formada uma camada sobrenadante de água, antes efluente, na parte superior do sistema. Este sobrenadante pode ser retirado por sistemas de sucção/bombeamento e passados por sistema de filtração para retenção de possíveis microalgas que estiverem suspensas e também de esterilização para ser passível de reutilização sem causar nenhum dano à indústria; essa filtração pode compreender a passagem por apenas um, ou por uma série de filtros de tipo tela com diferentes tamanhos de poros, diminuindo o diâmetro dos poros do primeiro até o último filtro, variando entre 50 e 10um. Feito isso será obtida parte da água, apresentado na figura 1 como "água tratada", para reusos
industriais gerais ou descarte. Para fins de melhorar ainda a separação(IV) da água da biomassa. Após a filtração a biomassa retida nos filtros poderá ser submetida ainda a um processo de centrifugação com a finalidade de retirada quase total da água retida dentre as células de microalgas. Este procedimento irá gerar a outra parcela da água para reuso industrial, considerando que serão volumes menores que os obtidos na etapa anterior, porém o foco desta etapa do processo é a secagem(V) da biomassa de microalgas. Para fins de secagem (V) da biomassa poderá ser necessário ainda a utilização de métodos mais eficientes, com por exemplo, a exposição da biomassa ao sol, em sistemas de estufas quentes, sendo as temperaturas variáveis entre 30 e 120°C, sistemas de esteira com borrifos de spray quente, liofilização e/ou combinados. Com isso o processo estará completo, com obtenção de biomassa seca de microalgas H. pluvialis rica em carotenóide astaxantina.
[068] Após a obtenção da biomassa seca, esta pode ser utilizada em diversas aplicações finais(VI). A biomassa pode ser triturada para fins de disponibilização da astaxantina presente na microalga; o carotenóide astaxantina pode ser extraído por métodos conhecidos processos físico-químicos ou combinados destes os quais incluem extração com álcool, acetato e/ou extração com sistema de CO2 super-crítico. A realização de todas estas etapas do processo descrito no presente relatório resultarão num efluente tratado, retornando como resultado água clarificada, para reuso industrial, e biomassa da microalga H. pluvialis enriquecida com carotenóide astaxantina, podendo ainda ser extraída no seu formato em pó, conforme apresentado para diversas aplicações finais(VI). Dependendo das utilizações que se darão à biomassa de microalga
ou extrato da astaxantina deverão ser realizados diferentes tipos de armazenamento, todos com finalidade de manter as características benéficas deste produto.
Claims
1. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS" realizados em sistemas de tratamento, abertos, fechados, contínuos, descontínuos, ou semi-contínuos, caracterizado por utilizar a microalga Haematococcus pluvialis;
2. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", realizados em sistemas de tratamentos de efluentes, abertos, fechados, contínuos, descontínuos, ou semi-contínuos, caracterizado por ter como meio de cultivo o "efluente aviário";
3. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", pelo sistema de tratamento ser estruturas de galpões do tipo "Greenhouse caracterizado por prever conjunto de fotobiorreatores fechados do tipo sacos plásticos suspensos ligados por tubulação específica à uma fonte de armazenamento de alimentação de efluente, e estar ligados por tubulações à um tanque de indução, e apresentar meios para alimentação de CO2, ar, fonte de
luz, água; e prever ainda dispositivos para controle da temperatura e luminosidade;
4. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", caracterizado por compreender as etapas de:
- pré-tratamento(l) do "efluente aviário";
- tratamento e cultivo(ll);
- indução e produção(lll) de astaxantína, através do encistamento das células de H. pluvialis;
- separação(IV) da biomassa;
- secagem (V) da biomassa;
- aplicações finais(VI)
5. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", de acordo com reivindicação 4, caracterizado pelo tempo necessário para o tratamento e cultivo(ll) ser de 2 a 15 dias;
6. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS
PLUVIALIS", de acordo com reivindicações 4, caracterizado pelo pré- tratamento(l) compreender as etapas de:
- Filtração(IA) do Efluente;
- Floculação/decantação(IB);
- Autoclavação(IC) do efluente;
- Ozonização(ID) do efluente;
- Desinfecção(IE) do efluente;
- Diluição do efluente em água(IF);
- Ajuste Físico-químícos(IG), do pH do efluente entre 6,0 e 8,0;
- Outros ajustes(IH);
7. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", de acordo com reivindicação 4, pelo tratamento e cultivo(ll) ser caracterizado por:
- introduzir/inocular a microalga H. pluvialis em concentrações de 1 a 50% do volume total de efluente;
- controlar a luminosidade "LUZ" nas faixas de 20-500umol.m-2.s-1;
- controlar a temperatura entre 15 e 30 °C;
- controlar o pH entre 5,0 e 9,0;
- controlar injeção de ar entre 10 e 500 ml. L-1. min-1 de cultivo;
- injetar CO2 na faixa de 0,03 até 15% de CO2 do volume total de ar injetado;
8. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A
MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIAUS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVÍALIS", de acordo com reivindicação 4, pela etapa da indução da produção(lll) da astaxantina pela microalga H. pluvialis, ser caracterizado por:
- Aumentar a temperatura entre as faixas 30-50° C;
- Aumentar a luminosidade "LUZ", de modo que a irradiância apresentem valores superiores a de 500umol.m-2 s-1 em sistemas com luz natural, ou de modo que a irradiância apresentem valores acima de 500umol.m-2.s-1 em sistemas com luz artificial;
- Adicionar NaCI, em concentrações entre 1-20% relacionado ao volume total do meio.
- Realizar a oxidação do meio através da adição de Ferro (Fe), ou Peróxido de Hidrogénio (H2O2), ou Ozônio (O3);
- Aumentar o fluxo de aeração, com maior injeção de ar no sistema;
- Aumentar o fluxo de CO2, no sistema;
9. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIAUS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIAUS", de acordo com reivindicação 6, caracterizado pelo tempo de Autoclavação(IC), no pré-tratamento(l), ser de 20 a 30 minutos;
10. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIAUS E PROCESSO DE
OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", de acordo com reivindicação 6, caracterizado pela Desinfecção(IE), no pré-tratamento(l), ser realizada através de filtros com lâmpadas com emissão de radiação ultra-violeta (UV) sobre o efluente e o comprimento de onda desta emissão ser na ordem de 380nm e 1 nm; e as lâmpadas possuir no mínimo 10 watts de potência;
11. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEQOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", de acordo com reivindicação 6, caracterizado pela faixa das diluições do efluente, no pré-tratamento(l), ser de 25 a 50% do efluente em água;
12. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS', de acordo com reivindicação 6, pelos outros ajustes(IH), no pré-tratamento(l), ser a adição, em concentrações variadas, de nutrientes, sais e metais essenciais para o crescimento das microalgas faltante na composição do material, caracterizado por;
- adicionar Ca(NO3)2. 4H2O (Nitrato de cálcio);
- adicionar Na2glycerophosphate.5H2O (Beta-glicerofosfato dissódico);
- adicionar MgSO4. 7H2O (Sulfato de magnésio);
- adicionar KCI (Cloreto de potássio);
- adicionar NH4CI (Cloreto de amónio);
- adicionar Biotina (Vitamina do complexo B);
- adicionar Vitmaina B12, FeCI3. 6H2O (Cloreto férrico);
- adicionar MnCI2. 4H2O (Cloreto de manganês);
- adicionar ZnCI2 (Cloreto de zinco);
- adicionar CoCI2. 6H2O (Cloreto de cobalto);
- adicionar Na2MoO4. 2H2O (Molibdato de sódio);
13. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS', de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo tempo de exposição em luz, no tratamento/cultivo(ll), ser de períodos com 12 horas de luz e 12 horas de escuro em padrão natural solar de luminosidade; ou ser de 24 horas direto, com auxílio de luzes artificiais;
14. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", de acordo com reivindicação 8, caracterizado pela adição de NaCI ser na faixa de 3 a 9%;
15. "PROCESSO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA ABATEDOURA AVIÁRIA UTILIZANDO A MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS E PROCESSO DE
OBTENÇÃO DA BIOMASSA DA MICROALGA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS", de acordo com reivindicação 8, caracterizado pelo tempo necessário, para a etapa da indução da produção(lll) da astaxantina, ser de 7 a 30 dias.
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