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Publicação
Assessing the potential of Algal Biofilms for nutrient removal in wastewaters
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
This study seeks to assess the performance of lab-scale microalgal-based biofilm systems in regards to
nutrient removal and biomass growth. This entails the utilization of two bioreactors (A and B), with a
raceway pond configuration. In the case of B, a moving bed biofilm reactor (MBBR) format was
achieved by introducing polypropylene carriers as a substrate for microbial growth.
The results revealed that B was able to accumulate 23 times more biomass than A. This higher
biomass retention capacity is attributed to the presence of carriers that provided an extra surface for
biofilm growth. Only 4% of the total biomass consisted of suspended cells in B. Additionally, the re-
moval of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) was similar in both reactors, indicating that the
incremental biomass present B did not lead to an optimized bioremediation by the culture. TP mass
balance revealed high retention of P in A and B which hindered effective TP assimilation. Moreover,
complete removal of ammonium (N-NH4+) was achieved in B earlier than A due to the presence of
Ammonium Oxidizing Bacteria (AOB). N-NH4+, nitrate (N-NO3-) and chemical oxygen demand (COD)
analysis demonstrated signs of nitrification, however, despite the adjustments made to the photoperiod,
high dissolved oxygen (DO) levels prevented the system from transitioning into anoxic conditions re-
quired for denitrification and consequently, a higher TN removal.
Limitations to the study included accurate sampling of the biofilm, establishing a microbial
population capable of efficiently achieving TN and COD removal and understanding the intricacies of
P removal by the culture. Future research aims to tackle these limitations through indirect methods of
biofilm quantification, adjustments to photoperiod and the nutrient composition of the growth medium.
Este estudo visa avaliar o desempenho de sistemas de biofilme de microalgas em escala laboratorial em relação à remoção de nutrientes e à produção de biomassa. Isto envolveu a utilização de dois birreatores (A e B), com a configuração de lagoa em circuito fechado. No caso de B, foram adicionados carriers de polipropileno como substrato para o crescimento microbiano garantindo à este reator uma configuração de reator de leito móvel. Os resultados revelaram que o reator B foi capaz de acumular 23 vezes mais biomassa do que o reator A. Esta maior capacidade de retenção de biomassa no sistema B foi atribuída à presença de carriers, que forneceram uma superfície adicional para o crescimento do biofilme. Apenas 4% da biomassa total no sistema B consistia em células em suspensão. Ademais, a remoção de azoto total (AT) e fósforo total (FT) demonstrou tendências semelhantes em ambos os reatores, o que indica que o aumento da biomassa no sistema B não otimizou a biorremediação. O balanço de massa de FT revelou uma retenção significativa de F em ambos os reatores, refletindo uma assimilação ineficaz de FT. A remoção completa de azoto amoniacal (N-NH4+) ocorreu mais tardiamente em A do que em B devido à presença de bactérias nitrificantes (AOB). Análises de N-NH4+, nitrato (N-NO3-) e carência química de oxigênio (CQO) demonstraram sinais de nitrificação. No entanto, apesar dos ajustes feitos no fotoperíodo, os altos níveis de oxigênio dissolvido (OD) impediram a transição do sistema para condições anaeróbicas necessárias para a desnitrificação e, consequentemente, uma maior remoção de AT. As limitações do estudo incluíram desafios relacionados à amostragem precisa do biofilme, ao estabelecimento de uma população microbiana capaz de alcançar eficientemente a remoção de AT e COD e à compreensão das complexidades da remoção de P pela cultura. Pesquisas futuras visam abordar estas limitações por meio de métodos indiretos de quantificação de biofilme, ajustes no fotoperíodo e na composição de nutrientes do meio de crescimento.
Este estudo visa avaliar o desempenho de sistemas de biofilme de microalgas em escala laboratorial em relação à remoção de nutrientes e à produção de biomassa. Isto envolveu a utilização de dois birreatores (A e B), com a configuração de lagoa em circuito fechado. No caso de B, foram adicionados carriers de polipropileno como substrato para o crescimento microbiano garantindo à este reator uma configuração de reator de leito móvel. Os resultados revelaram que o reator B foi capaz de acumular 23 vezes mais biomassa do que o reator A. Esta maior capacidade de retenção de biomassa no sistema B foi atribuída à presença de carriers, que forneceram uma superfície adicional para o crescimento do biofilme. Apenas 4% da biomassa total no sistema B consistia em células em suspensão. Ademais, a remoção de azoto total (AT) e fósforo total (FT) demonstrou tendências semelhantes em ambos os reatores, o que indica que o aumento da biomassa no sistema B não otimizou a biorremediação. O balanço de massa de FT revelou uma retenção significativa de F em ambos os reatores, refletindo uma assimilação ineficaz de FT. A remoção completa de azoto amoniacal (N-NH4+) ocorreu mais tardiamente em A do que em B devido à presença de bactérias nitrificantes (AOB). Análises de N-NH4+, nitrato (N-NO3-) e carência química de oxigênio (CQO) demonstraram sinais de nitrificação. No entanto, apesar dos ajustes feitos no fotoperíodo, os altos níveis de oxigênio dissolvido (OD) impediram a transição do sistema para condições anaeróbicas necessárias para a desnitrificação e, consequentemente, uma maior remoção de AT. As limitações do estudo incluíram desafios relacionados à amostragem precisa do biofilme, ao estabelecimento de uma população microbiana capaz de alcançar eficientemente a remoção de AT e COD e à compreensão das complexidades da remoção de P pela cultura. Pesquisas futuras visam abordar estas limitações por meio de métodos indiretos de quantificação de biofilme, ajustes no fotoperíodo e na composição de nutrientes do meio de crescimento.
Descrição
Palavras-chave
WWT microalgae suspended systems moving bed biofilm reactor nutrient removal biomass growth