Harvesting of Chlorella sorokiniana BR001 cultivated in a low-nitrogen medium using different techniques / Colheita de Chlorella sorokiniana BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio utilizando diferentes técnicas

ABSTRACT: The harvesting process is a current challenge for the commercial production of microalgae because the biomass is diluted in the culture medium. Several methods have been proposed to harvest microalgae cells, but there is not a consensus about the optimum method for such application. Herein, the methods based on sedimentation, flocculation, and centrifugation were evaluated on the recovery of Chlorella sorokiniana BR001 cultivated in a low-nitrogen medium. C. sorokiniana BR001 was cultivated using a low-nitrogen medium to trigger the accumulation of neutral lipids and neutral carbohydrates. The biomass of C. sorokiniana BR001 cultivated in a low-nitrogen medium showed a total lipid content of 1.9 times higher (23.8 ± 4.5%) when compared to the biomass produced in a high-nitrogen medium (12.3 ± 1.2%). In addition, the biomass of the BR001 strain cultivated in a low-nitrogen medium showed a high content of neutral carbohydrates (52.1 ± 1.5%). The natural sedimentation-based process was evaluated using a sedimentation column, and it was concluded that C. sorokiniana BR001 is a non-flocculent strain. Therefore, it was evaluated the effect of different concentrations of ferric sulfate (0.005 to 1 g L-1) or aluminum sulfate (0.025 to 0.83 g L-1) on the flocculation process of C. sorokiniana BR001, but high doses of flocculant agents were required for an efficient harvest of biomass. It was evaluated the centrifugation at low speed (300 to 3,000 g) as well, and it was possible to conclude that this process was the most adequate to harvest the non-flocculent strain C. sorokiniana BR001.

RESUMO: O processo de colheita é um desafio atual para a produção comercial de microalgas porque a biomassa é diluída no meio de cultivo. Diversos métodos têm sido propostos para coletar células de microalgas, porém não existe um consenso sobre um método ótimo para tal aplicação. Neste estudo, métodos baseados em sedimentação, floculação e centrifugação foram avaliados na recuperação de Chlorella sorokiniana BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio. C. sorokiniana BR001 foi cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio para induzir ao acúmulo de lipídeos e carboidratos neutros. A biomassa de C. sorokiniana BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio apresentou um teor de lipídeos 1,9 vezes superior (23,8 ± 4,5%), quando comparada à biomassa produzida em um meio com alto teor de nitrogênio (12,3 ± 1,2%). Adicionalmente, a biomassa da linhagem BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio apresentou alto teor de carboidratos neutros (52,1 ± 1,5%). O processo baseado em sedimentação natural foi avaliado utilizando uma coluna de sedimentação e concluiu-se que C. sorokiniana BR001 é uma linhagem não floculante. Portanto, o efeito de diferentes concentrações de sulfato férrico (0,005 a 1 g L-1) ou sulfato de alumínio (0,025 a 0,83 g L-1) foram avaliados no processo de floculação de C. sorokiniana BR001, mas altas doses de floculantes foram necessárias para uma colheita de biomassa eficiente. Também foi avaliada a centrifugação em baixa velocidade (300 a 3.000 g), e foi possível concluir que este processo constituiu o mais adequado para a colheita da linhagem não floculante C. sorokiniana BR001.

Aloe Vera (L. ) como floculante para remoción de turbidez de aguas superficiales / Aloe Vera (L. ) as a flocculant to remove turbidity from surface water

El acceso al agua potable por red pública es un problema de la población rural en el departamento de Huánuco, por ende, se suele realizar el consumo de este recurso sin previo tratamiento, produciéndose así enfermedades estomacales. El uso de agentes naturales como el Aloe vera (L.) (Sábila) viene a ser una alternativa como floculante para el tratamiento convencional del agua, por tal motivo, en esta investigación se visualizaron experimentalmente las características y reacciones del gel de A. vera como floculante en la remoción de la turbidez. La turbidez del agua se simuló con el caolín, y se determinó la concentración óptima de alúmina y sábila (1%) a valores diferentes de pH y turbidez iniciales, con los datos resultantes se optimizó las dosis mediante el modelo matemático de superficie de respuesta, para después realizar su respectiva validación mediante métodos gráficos e índices matemáticos; los resultados reflejaron que la turbidez inicial, pH inicial y la dosis del coagulante influyen significativamente en la remoción de la turbidez de agua, de forma individual, concluyendo según el modelo de superficie de respuesta que el volumen óptimo de sábila al 1% alcanza su mayor eficiencia a 0,1 mL y 0,4 mL por cada 500 mL, dosis que varía de acuerdo a su pH y turbidez inicial, este modelo matemático se ajusta para aguas superficiales de la ciudad de Tingo María(AU)

Access to drinking water through the public network is a problem for the rural population in the department of Huánuco, therefore, this resource is usually consumed without prior treatment, thus producing stomach illnesses. The use of natural agents such as Aloe vera (L.) becomes an alternative as a flocculant for conventional water treatment, for this reason, in this investigation the characteristics and reactions of the A. vera gel were visualized experimentally as a flocculant in the removal of turbidity. The turbidity of the water was simulated with kaolin, and the optimum concentration of alumina and aloe vera (1%) was determined at different values of initial pH and turbidity. With the resulting data, the doses were optimized using the mathematical model of the response surface. to later carry out their respective validation through graphic methods and mathematical indices; The results showed that the initial turbidity, initial pH and the dose of the coagulant significantly influence the removal of the turbidity of the water, individually, concluding according to the response surface model that the optimal volume of aloe at 1% reaches its highest level. efficiency at 0.1 mL and 0.4 mL per 500 mL, a dose that varies according to its pH and initial turbidity, this mathematical model is adjusted for surface waters of the city of Tingo María(AU)

Eficiencia del quitosano como coagulante en el postratamiento de efluentes de una planta de sacrificio de cerdos / Efficiency of chitosan as a coagulant in the after-treatment of effluents from a pig slaughter plant / Eficiência da quitosana como coagulante no pós-tratamento de efluentes de uma instalação de abate de porcos

Resumen Los efluentes provenientes del sacrificio de cerdos son una fuente de contaminación debido a las altas concentraciones de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, grasas, sólidos totales y coliformes fecales. En esta investigación se evaluó la efectividad del quitosano como coagulante en el postratamiento de efluentes porcícolas provenientes de un reactor discontinuo secuencial, con el fin de remover las fracciones no biodegradables remanentes del proceso biológico. El tratamiento terciario consistió en la coagulación, floculación y sedimentación. Se caracterizó el efluente tratado biológicamente mediante los siguientes parámetros: pH, DQO, turbidez, color, sólidos totales (ST), nitrógeno total Kjeldahl (NTK), nitrito, nitrato, fosforo total (PT) y alcalinidad total (AT). El tratamiento fisicoquímico se llevó a cabo mediante el uso de la prueba de Jarra a través de corridas exploratorias con dosis entre 50 y 800 mg/L de quitosano disuelto en ácido acético. Se comparó la efectividad del quitosano (700 mg/l) con sulfato de aluminio (430mg/l) y poliacrilamida (90 mg/l), los cuales son utilizados como coagulantes de uso convencional en el tratamiento de aguas residuales. El experimento se condujo mediante un diseño completamente al azar con un total de tres tratamientos (quitosano, sulfato de aluminio y poliacrilamida) y tres repeticiones cada uno. La dosis de quitosano (700 mg/l) permitió obtener porcentajes de reducción de turbidez de 83,1%, color de 64,7%, DQO de 84,6%, y 78,2% de NT para valores iniciales de 15,6 NTU, 26 UC Pt-Co, 865 mg DQO/L y 89 mg NT/L. Se encontraron diferencias significativas (P≤0,05) entre la dosis quitosano (700 mg/l) y los coagulantes convencionales (430 mg/l de sulfato de aluminio y 90 mg/l de poliacrilamida) en la reducción de NT, siendo el tratamiento con quitosano el coagulante con las mayores eficiencias de reducción. El tratamiento con quitosano con una dosis de 700 mg/l representó una opción viable para el tratamiento terciario de los efluentes proveniente del proceso de sacrificio de cerdos tratados biológicamente.

Abstract Effluents from pig slaughter are a source of contamination due to high concentrations of organic matter, nitrogen, phosphorus, fats, total solids and fecal coliforms. This research evaluated the effectiveness of chitosan as a coagulant in the post-treatment of wastewater from the slaughter of pigs, in order to remove the remaining recalcitrant fractions from the biological process in a sequential batch reactor. The tertiary treatment consisted of coagulation, flocculation and sedimentation. The effluent was characterized by the parameters: pH, COD, turbidity, color, total solids (ST), Kjeldahl total nitrogen (NTK), nitrite, nitrate, total phosphorus (PT) and total alkalinity (AT). The treatment was carried out by using the jar test through exploratory runs with doses between 50 and 800 mg/L of chitosan dissolved in acetic acid. The effectiveness of chitosan with conventional coagulants in the treatment of wastewater, such as aluminum sulphate and polyacrylamide, was compared. The experiment was conducted using a completely randomized design with a total of three treatments and three replicates each. The evaluated range of doses of chitosan allowed to obtain percentages of turbidity removal of 83,1%, color of 64,7%, COD of 84,6%, and 78,2% NT for initial values ​​of 15,6 NTU, 26 UC, 865 mg COD/L and 89 mg NT/L, using as optimal dose 700 mg chitosan /L. Significant differences (P≤0,05) were found between chitosan and conventional coagulants in NT removal, with chitosan being the coagulant with the highest removal efficiencies. The treatment with chitosan represents a viable option for the tertiary treatment of the effluents coming from the slaughter of pigs.

Resumo Efluentes de abate de suínos são uma fonte de contaminação devido às elevadas concentrações de matéria orgânica, azoto, fósforo, gordura, sólidos totais e coliformes fecais. Nesta pesquisa foi avaliada a eficácia de quitosana como um coagulante nos efluentes porcícolas de pós-tratamento, a fim de remover restantes fracções recalcitrantes de um processo biológico em um reactor de carregamento sequencial. O tratamento terciário consistiu em coagulação, floculação e sedimentação. O efluente tratado foi caracterizado biologicamente pelos parâmetros: pH, DQO, turbidez, cor, sólidos totais (ST), nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrito, nitrato, fósforo total (PT) e alcalinidade total (AT). O tratamento foi realizado usando jarro teste é executado através exploratórios com doses entre 50 e 1250 mg / L de quitosano dissolvido em ácido acético. A eficácia do quitosano com sulfato de alumínio y poliacrilamida foi comparada. O experimento foi conduzido usando um desenho completamente aleatório com um total de três tratamentos e três repetições. A gama de dose de quitosana avaliada produziu percentagens de remoção de turvação de 83,1% cor 64,7% de CQO de 84,6%, e 78,2% de NT para os valores iniciais de 15,6 NTU, 26 UC Pt-Co, 865 mg CQO / L e 89 mg de NT / L, usando dose óptima de 700 mg de quitosana/L. Diferenças significativas (P≤0,05) entre quitosano e coagulantes convencionais na remoção de NT foram encontrados para ser um tratamento com o coagulante quitosano com as eficiências mais altas de remoção. O tratamento com quitosana representa uma opção viável para o tratamento terciário do efluente opção abate de porco.

Redes neurais artificiais aplicadas ao processo de coagulação / Artificial neural networks applied to the coagulation process

A coagulação é uma etapa de tratamento da água, e para tal são realizados ensaios de teste de jarro que permitem determinar a dose necessária dos agentes coagulante e químico de ajuste de pH no processo de coagulação. Contudo, esses ensaios demoram a ser executados, não respondendo em tempo real às mudanças da qualidade da água bruta. Para superar tal limitação, redes neurais artificiais multicamadas foram construídas (e seus pesos sinápticos ajustados), validadas e testadas para predizer a dosagem do hidróxido de sódio e do sulfato de alumínio - utilizados como agentes químico de ajuste de pH e coagulante, respectivamente. Os resultados dos modelos obtidos são compatíveis com os dados experimentais tendo em vista que as incertezas das estimativas estão na mesma ordem de grandeza das faixas indicadas pelos ensaios realizados de testes de jarro ao longo de quase seis anos.

Coagulation is a stage in water treatment and, for this, jar tests are performed, which allows determining the optimal coagulant and alkalizer doses in coagulation process. However, these tests are time-consuming and do not enable real-time responses to changes in raw water quality. To overcome these limitations, artificial multilayer perceptron neural networks were built, trained, validated and tested to predict the aluminum and sodium hydroxide doses - used as coagulant and alkalizer, respectively. The results of these models are encouraging to consider that the estimated uncertainties have the same order of the variation limits magnitude indicated by the jar tests for almost a six-year period.