Uso de Chlorella vulgaris em tratamento de águas residuárias associado à produção de biodiesel - um estudo computacional a partir do caso do rio Tietê, São Paulo
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Julieta Andrea Puerto Rico
André Felipe Simões
Eduardo Coutinho de Paula
André Felipe Simões
Eduardo Coutinho de Paula
Resumo
Este trabalho consiste em uma simulação simplificada do crescimento da microalga Chlorella vulgaris utilizando-se de água de águas residuárias urbanas como substrato. Além disto, considera também os gastos com a construção de uma estação de tratamento de efluentes (ETE) que se utilize destas microalgas na limpeza das águas residuárias e os lucros obtidos de seus derivados. Para tanto, foram coletados dados secundários, oriundos de literatura científica e documentos oficiais do governo do estado de São Paulo. Estes dados foram utilizados em associação com as equações de Michaelis-menten para o crescimento microbiológico e o software COMSOL Multiphysics, em sua Versão 5.3 para permitir as simulações de desenvolvimento das algas. Para o estudo de caso foram utilizados dados sobre as concentrações de nitrogênio e fósforo presentes em quatro pontos do Rio Tietê, coletados e disponibilizados on-line pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB). Os resultados encontrados indicam boa capacidade de remoção de nitrogênio por parte da cultura de C. vulgaris, embora a remoção de fósforo não tenha sido satisfatória. Além disso, os indicadores econômicos escolhidos revelam que pontos mais próximos de centros urbanos seriam capazes de retornar lucro ao estado com a venda de biocombustíveis, tornando-se uma opção possivelmente atrativa ao tratamento convencional de águas residuárias. Por fim, o trabalho traz em sua conclusão as dificuldades encontradas durante a sua construção, muito em parte devido à variabilidade dos processos biológicos; este estudo ressalta, também, a deficiência de estudos econômicos mais robustos quanto à cultura de algas em território brasileiro.
Abstract
This document consists of a simplified simulation of the microalgae Chlorella vulgaris growth
utilizing urban wastewater as media. It also considers the construction costs of a wastewater
treatment plant (WWTP) adapted to utilize such organisms in the process of wastewater
cleansing as well as the profits that could come from such treatment. Therefore, secondary data
was collected from scientific literature and governmental documents made available on-line by
the government of São Paulo. These were used in conjunction with the Michaelis-Menten
equations of microbial growth and the software COMSOL Multiphysics, ver. 5.3., in order to
allow a visualization of the impacts of growing these specific algae on wastewater.
The case study was made utilizing the data collected from the Ambiental Company of the São
Paulo Estate (CETESB) and the models inserted in COMSOL to evaluate nitrogen and
phosphorus removal triggered by the microalgae’s growth. The results seem to point that C.
vulgaris culture is well capable of removing nitrogen to acceptable levels but the phosphorus
removal was found inefficient. The resulting economic indicators also seem to point out that
investing in this kind of wastewater treatment could be very profitable, despite the lack of
analysis by brazilian researchers. Lastly, the document points out its shortcomings, especially
When it comes to the simplifications that were needed to allow the simulations to work due the
complexity of biological systems.
Assunto
Engenharia nuclear, Águas residuais - Purificação, Microalga, Simulação (Computadores)
Palavras-chave
Microalgas, Tratamento de águas residuárias, Simulação computacional
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