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No contexto do projeto, o principal objetivo é tratar o esgoto de até 50 pessoas gerado na Universidade Federal de Pelotas de forma superior e sustentável aos tratamentos convencionais através da implementação do Reator de Biorremediação, Bioconversão e Biorrefinaria (REB3). A partir disso, gerar biomassa útil e bioprospectar produtos de alto valor agregado da mesma. Durante o processo, o conhecimento gerado será fundamental para o preenchimento de lacunas do atual estado da arte desse tipo de tratamento de efluentes, sendo compulsória a produção de artigos e patentes.

Amostragem, isolamento e identificação de microalgas nativas

Amostras ambientais de água doce serão coletadas em tubos de polietileno de 50 mL em diferentes pontos do Campus Universitário Capão do Leão da Universidade Federal de Pelotas e mantidos sob temperatura ambiente (25ºC). Após a coleta, as amostras serão identificadas de acordo com o local de coleta e a identificação taxonômica das microalgas será realizada através da microscopia óptica, utilizando características morfológicas e literatura especializada (Bicudo; Menezes, 2006; Bold, 1985; Ferrer; Cáceres, 2005; Garduño-Solórzano et al., 2021; Bicudo; Pereira, 2003). O isolamento se inicia inoculando uma pequena fração da amostra coletada em diferentes meios de cultura enriquecidos (BBM e F/2) (Andersen; Kawachi, 2005). Após o crescimento microalgal nessa etapa serão feitas diluições seriadas utilizando placas de 24 poços e a separação de microalgas utilizando sucção por micropipeta (Andersen; Kawachi, 2005). Ao final dessa etapa espera-se obter culturas unialgais de espécies nativas do ambiente em questão.

Taxas de crescimento e otimização de cultura

A partir do isolamento de culturas unialgais, estas passaram por uma avaliação de crescimento nos meios Basal Bold Medium (BBM), F/2, Modified acid medium (MAM), WC e BG11 (Stein, 1973; Rippka Et Al., 1979; Guillard, 1975; Olaveson, et al., 1989; Anderson, 2005). Nos quais serão avaliados a partir da taxa de crescimento em condições de temperatura e luz fixas (21ºC e 70 µmol fótons m-2.s-1) em estufa de incubação B.O.D. determinada pela contagem celular utilizando câmera de Neugebauer, teor de peso seco e densidade óptica em espectrofotômetro a 540 nm como descrito por Anderson (2005), após 72hrs do início do experimento e depois a cada dois dias até 120 horas.
Com a definição dos meios serão testadas novas condições de temperatura (20 ºC, 21 ºC, 22 ºC, 23 ºC, 24 ºC e 25 ºC), luz (50, 100, 140 µmol fótons m-2.s-1), e variações nos teores de nitrogênio e fosfato dos meios de cultura. Para isso será utilizado um planejamento experimental fatorial visando otimizar as condições de cultura.

Ensaio de biorremediação por microalgas

O ensaio visa definir as condições de maior remoção de poluentes do esgoto, no qual será testado o pré-tratamento do esgoto por floculação com sulfato de alumínio (550 mg/L) e diferentes concentrações de inóculo inicial (5%, 10% e 20%). O teste será conduzido com triplicatas de erlenmeyers de 250 ml que conterão 150 ml de esgoto pré-tratado e 15 e 7,5 ml de inóculo microalgal. Os frascos serão mantidos sob aeração constante, na estufa de cultivo, a 21 ºC, sob irradiância constante de 70 µmol fótons m-2.s-1. A avaliação da eficiência de biorremediação será determinada pela capacidade de remoção de amônio (NH4) e ortofosfato (PO34), quantificados ao início e no fim do experimento (240 horas) utilizando métodos colorimétricos padrões (Strickland; Parsons, 1972).
Após os testes iniciais, o experimento será conduzido em reatores de 500 litros, com aeração constante e iluminados com LED. Serão testadas as mesmas condições e feitas as mesmas medições e análises.

Monitoramento de parâmetros essenciais dos Reatores de Biorremediação, Bioconversão e Biorrefinaria

Os reatores de biorremediação serão estruturados para avaliar a eficácia na remoção de contaminantes do efluente em larga escala. Serão monitorados parâmetros essenciais como pH, condutividade, concentração de nutrientes e demanda bioquímica de oxigênio (DBO) ao longo do tempo. Do mesmo modo as variáveis ambientais temperatura e irradiância serão monitoradas e relacionadas com o crescimento algal.
O ensaio de eficiência da REB3 envolverá a avaliação da capacidade de absorção de contaminantes do efluente. Serão utilizadas amostras de efluente produzido no campus universitário Capão do Leão para testar a eficácia da REB3 em reduzir a concentração de poluentes, especialmente metais e substâncias orgânicas.

Avaliação ecotoxicológica do efluente final gerado em Zebrafish

O efluente final tratado será submetido a ensaios ecotoxicológicos utilizando zebrafish como organismos-modelo. Será avaliada a influência do efluente tratado na saúde e no desenvolvimento dos peixes, incluindo a análise de parâmetros como taxa de sobrevivência, crescimento, desenvolvimento embrionário e comportamento. O objetivo é determinar a segurança ambiental e a qualidade do efluente tratado em termos de impacto sobre os organismos aquáticos.

Extração e análise de lipídeos, proteínas, carboidratos e pigmentos.

Serão realizadas extrações de lipídios, proteínas, carboidratos e pigmentos das microalgas cultivadas nos reatores de biorremediação (metodologias de extração). As amostras obtidas serão analisadas quantitativamente para determinar a composição e a concentração desses componentes (metodologias de análise). Essa análise permitirá avaliar o potencial das microalgas para produção de bioprodutos, como biocombustíveis, suplementos animais, pigmentos naturais e antioxidantes.

Testes de potencial de biofertilizante

A biomassa algal obtida será coletada e analisada quanto à sua composição, incluindo teores de nutrientes essenciais para o crescimento de plantas. Os testes envolverão a aplicação da biomassa algal como fertilizante foliar e no solo e a monitoração do crescimento vegetal para avaliar sua eficácia como fonte de nutrientes. (metodologias e plantas)

Fermentação e produção de hidrogênio

A biomassa algal será submetida a ensaios de fermentação para produção de hidrogênio (). As condições de fermentação serão otimizadas para maximizar a produção de hidrogênio a partir da biomassa. Serão monitorados parâmetros como pH, taxa de produção de hidrogênio e eficiência do processo ao longo do tempo. O objetivo é avaliar a viabilidade da biomassa algal como substrato para produção de hidrogênio, contribuindo para possíveis aplicações energéticas.

Formulação de nanopartículas

Será realizada a síntese e caracterização das nanopartículas, utilizando a biomassa algal como material redutor. A análise das propriedades e aplicações das nanopartículas será conduzida para determinar seu potencial em diferentes áreas, como catalisadores e materiais avançados. (metodologias)
Quantificação de fixação de carbono
A capacidade de fixação de carbono pelas microalgas será quantificada utilizando o equipamento CNHS-Vario Elementar. A partir da determinação do teor de carbono da biomassa algal será possível estimar sua eficiência de fixação. (buscar fórmulas e metodologias alternativas)

Metas:
● Isolar e identificar cepas de microalgas nativas presentes no ecossistema local com potencial para crescer em águas residuais.
● Avaliar e caracterizar a capacidade de crescimento das microalgas isoladas em diferentes composições de meios de cultura, selecionando as cepas mais resistentes e eficientes.
● Isolar e manter em cultura uni-algais das cepas selecionadas.
● Realizar ensaios para determinar a eficiência das microalgas em remover contaminantes-chave, como nitrogênio (N) e fósforo (P), além de outros poluentes presentes no esgoto.
● Comparar a taxa de crescimento algal em esgoto bruto e pré-tratado.
● Comparar a taxa de crescimento algal durante a biorremediação com diferentes inóculos iniciais (5%, 10% e 20%).
● Monitorar a evolução da qualidade da água ao longo do REB3 analisando parâmetros físico-químicos, como pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, concentração de nutrientes, metais e coliformes.
● Monitorar parâmetros ambientais como temperatura e irradiância em tempo real e relacionar com a produção de biomassa.
● Quantificar a fixação de carbono feita pelas microalgas durante o biorremediação de esgoto.
● Analisar a qualidade do efluente tratado a partir de testes ecotoxicológicos em modelo animal Zebra Fish.
● Extrair e avaliar a composição de lipídeos, proteínas, pigmentos e carboidratos da biomassa microalgal após o processo de biorremediação.
● Realizar testes de aplicação da biomassa como biofertilizante em diferentes tipos de solo e plantas, avaliando sua eficácia na promoção do crescimento vegetal e na melhoria da saúde do solo.
● Produzir hidrogênio a partir da fermentação da biomassa microalgal.
● Utilizar a biomassa microalgal para formulação de nanopartículas.


Resultados esperados:

A partir do desenvolvimento do projeto espera-se obter cepas de microalgas capazes de biorremediar o efluente gerado na universidade ao mesmo passo que esse efluente é biotransformado em produtos de alto valor agregado. De tal modo que esse processo seja otimizado para a máxima obtenção de remediação e crescimento algal.
Microalgas são fontes promissoras de diversos produtos e processos industriais, desde a formulação de cosméticos a nanopartículas. Essas são as mais recentes pesquisas no campo da biotecnologia verde. O presente projeto pode contribuir para compreensão do funcionamento de sistemas de ficorremediação em larga escala e na bioprospecção a partir desse tratamento.
É importante ressaltar o grande desenvolvimento e investimento de diversos setores em economia circular, na busca por novos produtos a partir de processos sustentáveis e que reduzem a pegada de carbono. Nesse projeto é possível unir todas essas vertentes de desenvolvimento mundial que grandes potências se direcionam a partir de tecnologia verde, própria e oriunda da biodiversidade brasileira. Desse modo a inovação presente nesse projeto está na vanguarda mundial em relação a geração de novos produtos biotecnológicos oriundos de processos sustentáveis e circulares Ao mesmo tempo que possibilita remediar um problema local, a falta de tratamento de esgoto.
Este projeto será conduzido como parte de uma tese de doutorado e…. Além disso, oferecerá oportunidades de treinamento para estudantes de graduação que participarão como iniciação científica. Espera-se que os resultados do projeto resultem em artigos científicos publicados em revistas de alcance internacional e patentes.