Results using the data obtained at one wavelength: 254 nm

Os fotobiorreatores foram montados em frascos de vidro com volume útil de 2,8 L de geometria cilíndrica com 0,25 m de altura e 0,15 m de diâmetro. Com o objetivo de manter a temperatura constante em torno de 24 _{⁰C foi instalado dentro dos fotobiorreatores um termostato (Roxin HT-} 1900). Para impedir a entrada de luz pelas laterais dos fotobiorreatores, esses foram encapados

43 lateralmente, com tecido não tecido (TNT) preto, e isolados em baias revestidas com placas de isopor encapadas, também, com TNT preto.

Para uniformizar o contato da biomassa com a luz disponibilizada foi instalada uma bomba de aquário submersa da marca Salor Better (SB1000C). Devido ao calor dissipado pela bomba de aquário no meio líquido, a bomba foi programada por meio de um temporizador (FOX LUX FX TBD) para funcionar por três minutos e por 69 ficar desligada, repetindo este ciclo 20 vezes/dia, durante toda a operação do fotobiorreator.

A ideia inicial nos experimentos era utilizar refletores holofote de LED RGB (IP65). Entretanto, devido ao vidro o fluxo luminoso máximo necessário (2000 µE m-2 _s-1_{) não foi alcançado. Para} obter um fluxo luminoso desejado os refletores foram desmontados e retirou-se os LEDs. Esses foram fixados em placas metálicas com 6 × 6 cm. A placa foi fixada em um suporte universal de laboratório e um cooler foi fixado no suporte para evitar o aquecimento do LED, o que poderia levar ao mau funcionamento, Figura 12.

Foi instalada dentro dos fotobiorreatores uma régua para medir o nível do líquido e diariamente o nível era completado com água destilada. Ao completar o tempo de funcionamento de cada fotobiorreator, os mesmos eram desmontados e as análises realizadas. Os fotobiorreatores foram completados com 10% de inóculo (0,28 L) e 90% de efluente (2,52 L). Vale ressaltar que os fotobiorreatores operaram com iluminação constante (24 h/dia) e estavam isolados de outras fontes de iluminação externa.

Figura 12 - Esquema do fotobiorreator utilizado no planejamento experimental multivariado.

44

4.2.1 Planejamento experimental

Sabe-se que muitos fatores são responsáveis pelo crescimento e composição da biomassa, tais como: luz (comprimento de onda e intensidade), pH, temperatura, CO2, composição do meio de cultivo e relação N:P. Entretanto, o fluxo luminoso e o comprimento de onda são essenciais para a fotossíntese, que é o processo gerador de energia para as microalgas.

Portanto, nesse trabalho foi definido que seriam testados diferentes comprimentos de onda em diferentes fluxos luminosos, que é a primeira variável. Optou-se pelos comprimentos de onda representados pelas cores vermelho, azul e branco, pois de acordo com os trabalhos de Yan et al. (2013), Yan et al. (2012), Wang et al. (2007), Choi e Lee (2015), Koi et al. (2012) e Atta et al. (2013) estes foram os que apresentaram os melhores resultados para crescimento de biomassa. A segunda variável estudada nesse trabalho foi o tempo, visto que em um fotobiorreator é essencial conhecer o melhor tempo para a remoção dos poluentes e crescimento da biomassa. A definição dos níveis nos quais as variáveis seriam estudadas na triagem se deu a partir dos testes preliminares feitos em laboratório e da literatura. Para a variável fluxo luminoso partiu-se do princípio que a luz é essencial para o crescimento das microalgas, mas em excesso pode causar danos ao fotossistema. De acordo com estudos de Yan et al. (2013) e Yan et al. (2012), fluxos luminosos superiores a 3000 µE m-2 _s-1 _{podem levar ao fenômeno de fotoinibição.}

Nos estudos de Yan et al. (2013), Yan et al. (2012) e Wang et al. (2007) foram testados fluxos luminosos de 300 a 3000 µE m-2 _s-1 _{e foi observado que nas intensidades inferiores o crescimento} da biomassa foi pequeno ou próximo a zero, e nos fluxos superiores o crescimento de biomassa também foi menor do que nos fluxos intermediários. As melhores taxas de crescimento foram em torno de 2000 µE m-2 _s-1_{. Entretanto, os trabalhos de Choi e Lee (2015), Koi et al. (2012) e} Atta et al. (2013) testaram fluxos luminosos abaixo de 300 µE m- 2 _s-1 _{e obtiveram resultados} satisfatórios em termos de crescimento de biomassa. Portanto, optou-se na etapa de triagem definir os níveis de 500 e 2000 µE m-2 _s-1 _{para que pudesse avaliar todo o intervalo que os estudos citados} investigaram e na etapa de superfície de resposta chegar ao ponto ótimo. Caso a etapa de triagem indicasse que as melhores respostas estivessem na faixa de 500 µE m-2 _s-1_{, por exemplo, seriam} avaliados na superfície de resposta, valores na faixa de 100 a 800 µE m-2 _s-1_.

45 A partir dos testes preliminares e da literatura constatou-se que o tempo também é uma variável importante no sistema, pois as microalgas necessitam de tempo para assimilar os nutrientes presentes dos efluentes. Nos testes preliminares foi definido o intervalo de tempo de 15 dias para a execução do experimento, e partir dos resultados decidiu-se levar para a etapa de triagem um tempo de 12 dias, como nível superior, e quatro dias como nível inferior, visto que nesse tempo inferior já foi possível notar a eficiência do sistema para a remoção de alguns poluentes. Não foram encontrados trabalhos que analisassem o tratamento de efluentes com o uso de microalgas e LEDs a partir do processo de otimização multivariada.

Com a seleção das variáveis e dos níveis em que elas seriam estudadas, aplicou-se o planejamento fatorial completo 22 _{com quadruplicata no ponto central, e foram usadas as planilhas eletrônicas de} Teófilo e Ferreira (2006) no software Microsoft Excel® _{2013. A Tabela 7 apresenta as variáveis e} os níveis em que elas foram estudadas na triagem e a Tabela 8 mostra os ensaios gerados pela planilha.

Cada fotobiorreator operou de acordo com o tempo e fluxo luminoso apresentado na coluna “Tempo Valor decodificado” da Tabela 8. O fluxo luminoso foi medido com um Foto/Radiômetro Delta OHM HD21012.

Além dos experimentos gerados pela planilha, foram montados três fotobiorreatores controle, que eram iluminados pela luz solar, com o tempo definido a partir dos experimentos gerados pela planilha citada anteriormente, Tabela 9. Os fotobiorreatores controle tinham como objetivo comparar a eficiência da luz de LED com a luz solar.

Tabela 7 - Variáveis e níveis avaliados no planejamento de triagem.

Variáveis _-1 Níveis _{0 1}

X1 Fluxo Luminoso (µE m-2 s-1) 500 1250 2000

X2 Tempo (dias) 04 08 12

46 Tabela 8 - Ensaios do planejamento fatorial completo 22_{. B: fotobiorreatores com a luz branca; V: fotobiorreatores}

com a luz vermelha; A: fotobiorreatores com a luz azul.

Ensaios (Fotobiorreatores)

Variáveis

Fluxo luminoso (X1) Tempo (X2)

Valor

codificado decodificado Valor (µE m-2 _s-1₎

Valor

codificado decodificado Valor (dias) B1 V1 A1 -1 500 -1 4 B2 V2 A2 1 2000 -1 4 B3 V3 A3 0 1250 0 8 B4 V4 A4 0 1250 0 8 B5 V5 A5 0 1250 0 8 B6 V6 A6 0 1250 0 8 B7 V7 A7 -1 500 1 12 B8 V8 A8 1 2000 1 12

Fonte: elaborado pela autora (2016).

Tabela 9 - Ensaios do controle da etapa de triagem.

Ensaios (Fotobiorreatores)

Variáveis

Fluxo luminoso Tempo (dias)

C1 C4 C7 Luz solar 4

C2 C5 C8 Luz solar 8

C3 C6 C9 Luz solar 12

Fonte: elaborado pela autora (2016). C: fotobiorreatores iluminados pela luz solar.

A etapa de triagem foi feita para três comprimentos de onda vermelho, branco e azul, Figura 13. Após realizar todos os experimentos da triagem foram selecionadas as condições que geraram os melhores resultados para a remoção de nitrogênio, fósforo, E. coli e matéria orgânica aliadas ao menor consumo energético. Dessa forma, foi possível selecionar as variáveis significativas e os níveis em que elas seriam estudadas na metodologia de superfície de resposta.

Na etapa da superfície de resposta foi aplicado o planejamento composto central – modelo quadrático esférico de duas variáveis (CCD). Foram utilizadas as planilhas eletrônicas de Teófilo e Ferreira (2006) no software Microsoft Excel® _2013.

47 Figura 13 - Experimentos realizados na etapa de triagem.

Fonte: elaborado pela autora (2016).