Por meio das mudanças de paradigmas relacionados à gestão ambiental e elevação dos custos de lançamento de efluente, captação e tratamento de água, as indústrias passam por processos de inovação que resultam em melhor utilização dos recursos e maior diminuição dos custos. Além disso, as empresas estão sujeitas a maiores exigências quanto à legislação ambiental vigente impulsionando-as a implantar sistemas de reúso de efluentes. Apesar de representar uma importante atividade econômica, a indústria de laticínios é responsável pela geração de efluentes líquidos com alto potencial poluidor. O presente trabalho teve como objetivo a redução de contaminantes e melhoria da biodegradabilidade de efluentes de laticínios utilizando tratamentos combinados, em destaque, coagulação/floculação, processos com membranas e oxidação/redução química fotocatalítica. Os efluentes foram provenientes de uma indústria da região, oriundos da etapa de nanofiltração do soro ultrafiltrado. Eles foram divididos em duas correntes, denominadas de concentrado de nanofiltração (corrente 1) e permeado de nanofiltração (corrente 2). Para o tratamento da corrente 1 foi proposto inicialmente coagulação/floculação utilizando diferentes agentes coagulantes naturais (quitosana, derivado de tanino e extrato de moringa), seguido do uso de processos com membranas do tipo microfiltração (0,40 ?m em polieterimida) e ultrafiltração (50 kDa em polietersulfona). Para a corrente 2 foi proposto a utilização de Processos Oxidativos e Redutivos Avançados. Em todas as etapas foi utilizada a Metodologia da Superfície de Resposta para identificação das condições otimizadas. Para o tratamento de coagulação/floculação da corrente 1 foram avaliadas as influências do pH, dos coagulantes naturais e da agitação sobre as variáveis resposta reduções de carbono orgânico total (COT), demanda química de oxigênio (DQO) e turbidez. Na condição indicada como ótima foram alcançadas reduções de 18,3% de COT, 12,7% de DQO e 19,6% de turbidez. A partir da condição otimizada a corrente 1 foi submetida aos processos com membranas, sendo selecionada a microfiltração como melhor tratamento. O uso dessas membranas possibilitou reduções de 1,25% em COT, 5,21% em DQO e 87,4% em turbidez. A combinação destas tecnologias possibilitou a eliminação de 20,1%, 18,0%, 89,8% em COT, DQO e turbidez, respectivamente. Para o tratamento da corrente 2 foram utilizados diferentes tipos de processos oxidativos avançados sendo eles, foto-Fenton (íons ferrosos) e foto-Fenton avançado (uso de ferro metálico). Nestes casos foram avaliadas a influência das concentrações de peróxido de hidrogênio e íon ferroso e ferro metálico considerando como variáveis resposta reduções de COT e DQO. Os resultados otimizados obtidos para o POA foto-Fenton permitiram reduções de 89,9% em COT e 50,8% em DQO, enquanto os resultados otimizados para POA foto-Fenton avançado foram reduções de 74,9% de COT e 41,0% de DQO. / Through the paradigm changes related to environmental management and rising costs of effluent discharge, water abstraction and treatment, industries undergo innovation processes that result in better use of resources and greater reduction in costs. Moreover, companies are submitted to greater requirements regarding environmental regulations driving them to deploy reuse of wastewater systems. Despite representing an important economic activity, the dairy industry is responsible for producing wastewater with high pollution potential. The present work was carried out in order to reduce contaminants and improve the biodegradability of dairy effluent by using an hybrid wastewater treatment based on coagulation/flocculation, membrane process and photocatalytic chemical oxidation/reduction. The effluents came from a regional industry and originating from the nanofiltration step of an ultrafiltrate whey. They were divided into two streams, called nanofiltration concentrate (stream 1) and nanofiltration permeate (stream 2). For the treatment of stream 1 was initially proposed coagulation/flocculation using different natural coagulant agents (chitosan, derivative tannin and moringa extract), followed by membrane processes type of microfiltration (0.40 ?m in polyetherimide) and ultrafiltration (50 kDa in polyethersulfone). For the stream 2 Advanced Oxidation and Reductive Processes were performed. In all steps of the work Response Surface Methodology was used to identify the optimum conditions. For the coagulation/flocculation treatment, the influence of the pH, natural coagulants and agitation were evaluated on the response variables total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD) and turbidity reductions. The optimized results reduced of 18.3% TOC, 12.7% COD and 19.6% turbidity. From the indicated condition stream 1 was submitted to membrane processes, being selected the microfiltration as the best treatment. The use of theses membranes provided 1.25% TOC, 5.21% COD and 87.4% turbidity reductions. The combination of these technologies has enabled the elimination of 20.1%, 18.0%, 89.8% in TOC, COD and turbidity, respectively. For the treatment of the stream 2 different types of Advanced Oxidation Processes were used being them, photo-Fenton (ferrous ions) and advanced photo-Fenton (metallic iron). In this cases the influence of the hydrogen peroxide, ferrous ion and metallic iron concentrations were evaluated, considering as response variables TOC and COD reductions. The optimized results for the photo-Fenton AOP allowed 89.9% TOC and 50.8% COD reductions, while the results optimized for advanced photo-Fenton AOP were 74.9% TOC and 41.0% COD reductions.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 442800 bytes, checksum: 976975bef3a9982c455505f10840bbdb (MD5) Previous issue date: 2009-02-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the south of the Espírito Santo State, Brazil, the wastewater generated in the coffee grain processing (CGPW) is disposed by the farmers in dumping holes in the soil. This practice has the advantages of the requirement of small areas, the low costs, and the feasibility of construction, operation and management. However, it has to be appropriately executed in order to avoid the contamination of the underground water and the occurrence of changes in the soil chemical and physical characteristics. It was made the characterization of the disposed CGPW and determined the chemical and physical characteristics in soil samples collected near the dumping holes used for CGPW disposal in counties from the Espírito Santo State. The samples were collected at distances up to 5 in the lateral of the hole, at different depths and in the bottom of the dumping hole. The disposed CGPW presented salinity, acid pH, high concentration of total solids and high organic content, with the element N being the most concentrated. The exchangeable K increased in almost all soil samples collected in the lateral positions. This caused a higher electrical conductivity in the saturation extract, a higher percentage of dispersed clay in the soil, mainly in the samples closer to the dumping hole, a decrease in the potential acidity, and changes in the pH of some samples. The soil exchangeable Ca and Mg also increased in the samples closer to the dumping holes with increase of the sum of bases and index of base saturation. The available P decreased in the samples more distant from to the dumping holes. There was no detection of Na in the samples and no variation of exchangeable Al concentration, but the Al saturation index decreased closer to the dumping hole. The cation exchangeable capacity (CEC), at pH 7, decreased in most of the samples whereas the effective CEC increased in the samples closer to the dumping holes. The organic matter content and the remaining P increased in some samples located at 50 cm from the dumping holes. In the soil samples collected at the bottom of the holes, the pH, the Mg concentration, the sum of bases and índex of base saturation decreased whereas the electrical conductivity, clay disperse in water, organic matter content, moisture equivalent, potential acidity, Al saturation and CEC, at pH 7, increased. There was increase also in the available P, remaining P, and exchangeable Ca and Al. The exchangeable K and the effective CEC did not show variation in the samples collected in different depths at the bottom of the hole. / No sul do Estado do Espírito Santo, a técnica de disposição da água residuária do descascamento/despolpa dos frutos do cafeeiro (ARC) em valas de infiltração/percolação é muito utilizada por produtores, por necessitar de pequenas áreas para se efetuar a disposição da ARC, ser de baixo custo e fácil implantação, operação e manutenção. No entanto, se esta técnica for realizada de forma inadequada, poderá causar contaminação do lençol subterrâneo e alterações nas características químicas e físicas do solo. Em razão disso, foi realizada a caracterização da ARC disposta em valas, sendo avaliadas também as características químicas e físicas do solo de amostras coletadas na área de influência de valas utilizadas para disposição da ARC, em municípios do sul do Estado do Espírito Santo. As amostras de solo foram coletadas em até 5 m de distância lateral das valas, em diferentes profundidades e no fundo das mesmas. Observou- se que a ARC disposta nas valas apresentou salinidade, pH ácido, grande concentração de sólidos totais e elevada carga orgânica, sendo o N o elemento químico em maior concentração. O K trocável aumentou em praticamente todas as amostras de solo coletadas nas posições laterais às valas, proporcionando aumento da condutividade elétrica do extrato de saturação (CE) e da argila dispersa em água do solo (ADA), notadamente nas amostras coletadas mais proximamente às valas. Além disso, proporcionou diminuição na acidez potencial, em todas as amostras de solo analisadas e, ainda, influenciou os valores do pH, em algumas amostras. As concentrações de Ca e Mg trocáveis também aumentaram em amostras mais próximas às valas, devido à presença destes elementos químicos na ARC, o que proporcionou, na maioria das amostras de solo analisadas, aumento no valor da soma de bases (SB) e na saturação por bases (V). Em amostras de solo coletadas a maiores distâncias das valas, houve diminuição nas concentrações de P disponível. Não foi detectada a presença de Na e as concentrações de Al trocável não foram alteradas nas amostras, independente da posição de coleta, entretanto a saturação por Al diminuiu em amostras coletadas mais proximamente às valas. A capacidade de troca catiônica potencial (CTC a pH 7) diminuiu na grande maioria das amostras de solo e a CTC efetiva aumentou em amostras coletadas mais proximamente das valas. O conteúdo de matéria orgânica (MO) e a concentração de P-remanescente aumentaram em algumas amostras localizadas a 50 cm das valas. Nas amostras coletadas no perfil de solo a partir do fundo das valas, o pH, a concentração de Mg, a SB e V diminuíram, enquanto a CE, a ADA, o equivalente de umidade (EU), a acidez potencial, a saturação por Al, a CTC a pH 7, o conteúdo de matéria orgânica e as concentrações de P disponível, P- remanescente, Ca e Al trocáveis aumentaram. A concentração de K trocável e a CTC efetiva permaneceram praticamente constantes ao longo do perfil de solo amostrado a partir do fundo da vala.

Neste trabalho foi estudada a degradação de efluentes de curtume utilizando os processos eletroquímico, fotocatalítico e fotoeletroquímico. Nesses estudos foram utilizados efluentes coletados em uma indústria e soluções preparadas em laboratório que simularam os efluentes reais. No processo eletroquímico, os efeitos do material anódico, da densidade de corrente, da presença de íons sulfato e cloreto, da concentração de cloreto e do pH foram avaliados. Eletrodos do tipo DSA® de diferentes composições, SnO2-Sb2O5 e BDD foram utilizados como ânodo. A oxidação eletroquímica do corante preto ácido 210 utilizando o eletrodo de BDD em soluções tampões de fosfato também foi estudada. A degradação eletroquímica dos efluentes de curtume foi capaz de promover a diminuição da concentração de fenóis totais, do TOC, da COD, da absorbância nas regiões UV-Vis e da toxicidade para Daphnia similis. Maiores concentrações de cloreto resultaram em remoções mais rápidas de fenóis totais, TOC e COD. Apesar disso, a redução da toxicidade do efluente foi menor para maiores concentrações de cloreto, devido à formação de maiores concentrações de AOX. A presença de Na2SO4 dificultou a oxidação das substâncias orgânicas presentes no efluente. Na ausência de cloreto, os melhores resultados foram obtidos quando BDD foi utilizado como ânodo e esses resultados não foram afetados pelo pH. Entretanto, os melhores resultados para a degradação eletroquímica do corante preto ácido 210 foram obtidos em solução alcalina contendo íons fosfato, provavelmente devido à formação de espécies oxidantes a partir desses íons. O tratamento fotocatalítico do efluente de curtume foi realizado utilizando TiO2 P25 da Degussa suportado sobre as paredes do foto-reator. Duas lâmpadas de 15 W, uma de luz negra e a outra germicida, foram utilizadas para avaliar o efeito da fonte de radiação. A lâmpada de luz negra não modificou as características do efluente e os resultados obtidos com a lâmpada germicida na presença e ausência de TiO2 foram equiparáveis. O tratamento fotoeletroquímico foi realizado utilizando uma lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão de 125 W como fonte de radiação e um eletrodo de composição nominal Ti/Ru0,30Ti0,70O2 como ânodo. O efeito dos íons sulfato e cloreto sob a eficiência do processo fotoeletroquímico foi avaliado. Os resultados obtidos com o processo eletroquímico na presença de cloreto foram melhores do que aqueles obtidos com o processo fotoeletroquímico na presença de sulfato. Além disso, os resultados alcançados com o processo fotoeletroquímico na presença de NaCl foram melhores do que os alcançados com os processos eletroquímico e fotoquímico aplicados separadamente. / In this work the degradation of tannery wastewaters using electrochemical, photocatalytic and photoelectrochemical processes was studied. Wastewaters collected in an industry and solutions prepared in the laboratory, which simulated real wastewaters, were used in these studies. Effects of the anodic material, current density, presence of sulfate and chloride ions, chloride concentration, and pH on the electrochemical process were evaluated. Different compositions of DSA®-type electrodes, SnO2-Sb2O5 and BDD were employed as anode. The electrochemical oxidation of acid black 210 dye in phosphate buffer solutions was also studied using the BDD electrode. The electrochemical degradation of tannery wastewaters was able to promote the decrease in the concentration of total phenols, TOC, COD, absorbance in the UV-Vis region, and toxicity for Daphnia similis. However, the higher the chloride concentration in the wastewater, the lower the toxicity reduction because of the higher AOX concentration. The presence of Na2SO4 made the oxidation of organic compounds in the wastewater more difficult. In the absence of chloride, the best results were obtained when BDD was used as anode, and these results were not affected by the pH. However, the best results for the electrochemical degradation of acid black 210 dye were reached in alkaline solution containing phosphate ions, which is probably due to the formation of oxidizing species from these ions. The photocatalytic treatment of the tannery wastewater was performed with TiO2 P25 Degussa supported on the photoreactor walls. Two 15 W-lamps, a black light lamp and a germicide lamp, were used to evaluate the effect of the radiation source. The black light lamp did not change the wastewater characteristics, while the results obtained with the germicide lamp in the presence and absence of TiO2 were similar. The photoelectrochemical process was performed using a 125 W high-pressure mercury vapor lamp as radiation source and an electrode of nominal composition Ti/Ru0.30Ti0.70O2 as anode. Effects of sulfate and chloride ions on the efficiency of the photoelectrochemical process were evaluated. The results obtained with the electrochemical process in the presence of chloride were better than those obtained with the photoelectrochemical process in the presence of sulfate. Moreover, the results obtained with the photoelectrochemical process in the presence of chloride were better than those obtained with the electrochemical and photochemical processes applied separately.

This thesis presents an assessment of the availability and quality of biomass from the wastewaters in a traditional corn mill in Mexico City for biogas production. To date, these wastewaters (called nejayote) are discharged untreated to the sewer with a chemical composition that surpasses the maximum permissible levels of pollutants established in the Official Mexican Standards (NOMs). From the study case four scenarios were proposed to tackle this problem: 1) separate the suspended solids (SS) by sedimentation in order to reduce the organic content of nejayote, 2) recover a protein-rich microbial biomass for animal feed through the aerobic treatment of these wastewaters, 3) produce biogas to cover part of the energy demand of the corn mill under study, and 4) switch to the alkaline extrusion of corn as an alternative the traditional corn-cooking technique known as nixtamalization. Despite their environmental benefits, none of the proposed scenarios offer, separately, the economic incentives to change the business as usual in this traditional corn mill. Yet, biogas production can be combined with other alternatives like the alkaline extrusion of corn in a two-stage technological package. This processing technology would completely eliminate nejayote while preserving the nutritive value of the nixtamal dough and most importantly, the organoleptic uniqueness of the traditionally-made tortillas.

The aim of diploma thesis was finding of the method for the determination of drug residua in sewage sludge from wastewater treatment plant. Selected sulfonamide and diaminopyrimidine antibiotics, which are used in human and veterinary medicine, were selected as target comopounds. They are discharged to the sewer systems together with the urine and faeces and enter the sewage treatment plant, where they are not completely removed. They can be found in treated waste water or in sewage sludge. They can enter to the environment, where they can induce negative effects on organisms in soil and water ecosystem. An optimized method was used for identification and determination of these antibiotics in real samples from the large-scale waste water treatment plant in Brno-Modřice and from the waste water treatment plant situated in the area of Veterinary and Pharmaceutical University Brno. Antibiotics were extracted from sewage sludge by ultrasonic and by pressure solvent extraction (PSE). Waste water and sewage sludge real samples were concentrated and cleaned by solid phase extraction (SPE). For determination these antibiotics high performance liquid chromatography with diode array detector (HPLC - DAD) was used.

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[pt] A poluição por metais pesados vem se tornando um sério problema ambiental. O uso de biomassas como material sorvente para a destoxificação de efluentes industria is contendo metais aparece como uma alternativa promissora às tecnologias existentes. O objetivo desta dissertação foi determinar a capacidade de adsorção da casca de coco (Cocos nucifera) para diferentes metais pesados. No processo de biossorção foram ava liados o pH da solução, a concentração inicial dos íons metálicos, o tamanho de partícula e a cinética do processo. As características da superfície da casca de coco foram investigadas utilizando medições de potencial zeta e análises com microscópio eletrônico de varredura. Obtiveram-se altas percentagens de remoção para o Cd, Cr(III) e Cr(VI) dentre as seis espécies metálicas estudadas (As(V), Cd, Cr(III), Cr(VI), Ni e Zn). Os valores ótimos de pH utilizados foram de 7 para o cádmio e cromo (III) e de 2 para o cromo (VI). Em concentrações inicias inferiores a 100 mg/L foram obtidas percentagens de remoção superiores a 95%, 85% e 80% para o cádmio, cromo (III) e cromo (VI), respectivamente. Em concentrações inicias menores que 1000 mg/L, a percentagem de remoção para o cádmio e o cromo (III) foi de 80% e 85%, respectivamente. Foram utilizados os modelos de Langmuir e Freundlich para avaliar a capacidade de adsorção de metais pesados pela casca de coco. O modelo de Langmuir mostrou-se mais adequado para o cádmio e o cromo (VI), enquanto que para o cromo (III) o modelo de Freundlich foi o mais adequado. A cinética do processo de biossorção foi estudada para o cádmio mediante as análises integral e diferencial. Foi observado que o processo de biossorção de cádmio por casca de coco verde obedece a um modelo de pseudo-segunda ordem. Os resultados apresentados mostram que a casca de coco apresenta as características apropriadas para o processo de biossorção de cádmio, cromo (III) e cromo (VI) e que pode ser utilizada como uma alternativa aos processos clássicos de destoxificação de efluentes. / [en] Heavy metal pollution has become one of the most serious problems today, and the use of organic material biomass for the detoxification of industrial effluents for environmental protection offers a potential alternative to existing trea tment technologies. The aim of this work was determined the biosorption capacity of coconut fibers (Cocos nucifera) for different heavy metals. The effect of pH, initial concentration, size of particle and kinetics were studied. The characteristics of the surface of coconut fibers had been investigated using measurements of potential zeta and analyses with scanning electron microscope. The removal was found to be higher for cadmium, chromium (III) e chromium (VI) among the 6 metallic species studied (As, Cd, Cr (III), Cr (VI), Ni e Zn). The values of pH used were 7 for cadmium and chromium (III) and of 2 for chromium (VI). For cadmium, chromium (III) and chromium (VI), with an initial metal concentration lower than 100 mg/L, removal rates of 95%, 85% and 80% respectively had been observed. For cadmium and chromium (III), with an initial concentration lower than 1000 mg/L, removal rates of 80% and 85% respectively were found. The adsorption capacity of coconut fibers for heavy metals had been evaluated using Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. The Langmuir´s model gave best results for cadmium and chromium (VI) and Freundlich´s model for chromium (III). The kinetics of the process was studied just for cadmium, because it presented the best removal rates. The kinetics study showed that the biosorption process followed a pseudo second order model. This suggests that coconut fibers represent a good option for biosorption process and can be used as an alternative to the classical technologies for effluent decontamination.

<p>Потражња за ксантаном, од момента његовог открића шездесетих година двадесетог века, константно се повећава због његове широке употребне вредности у различитим гранама индустрије, а процењује се да ће тржишна вредност овог значајног биополимера у 2020. години износити 987,7 милиона америчких долара. Биотехнолошка производња ксантана,&nbsp; микробиолошког секундарног метаболита, је каракте-ристична по неспецифичности угљенохидратног супстрата, минималним потребама за нутријенатима и огромним захтевима за процесном водом. Стандарди квалитета процесне воде су специфични и условљени примењеним биокатализаторима. Како квалитет ове воде одговара квалитету воде за пиће, ограниченост водних ресурса и трошкови припреме воде захтеваног квалитета намећу потребу за проналажењем алтернативних супстрата. Све наведено указује да се за биосинтезу овог тржишно вредног биопроизвода могу употребити отпадне воде које генерише индустрија вина. С обзиром да је производња ксантана веома захтевна и у погледу регулације процесних параметара одговорних за растворљивост кисеоника велики напори непрестано се улажу у унапређење овог сегмента биопроцеса.</p><p>Основни циљ ове докторске дисертације је оптимизација производње ксантана у лабораторијском биореактору одговарајућих геометријских односа запремине 7 l, метаболичком активношћу референтног соја Xanthomonas campestris ATCC 13951 на култивационом медијуму оптималне формулације чија су основа отпадне воде винарија, у погледу процесних параметара значајних за садржај раствореног кисеоника.</p><p>У оквиру истраживања која су обухваћена овом докторском дисертацијом оптимизација вредности процесних параметара значајних за садржај раствореног кисеоника изведена је применом методе жељене функције у комбинацији са дефинисаним математичким моделима. Као услови задати су максимална продукција ксантана којег карактерише максимална молекулска маса, али и максималан вискозитет раствора. Дефинисане оптималне вредности испитиваних фактора, при којима жељена функција има највећу вредност (0,969), су температура од 29,33&deg;C, интензитет аерације од 1,95 l/l/min и брзина мешања од 475,54 o/min, док су моделом предвиђене вредности показатеља тока, као и показатеља успешности биосинтезе ксантана следеће: садржај биомасе од 137,34&bull;108 cfu/ml, садржај раствореног кисеоника од 10,15%, садржај шећера од 2,84 g/l, садржај укупног азота од 137,56 mg/l, садржај асимилабилног азота од 4,78 mg/l, садржај укупног фосфора од 5,18 mg/l, вискозитет култивационе течности од 237,92 mPa&bull;s, садржај ксантана од 24,18 g/l, молекулска маса ксантана од 7,73&bull;105 g/mol и вискозитет раствора ксантана од 60,48 mPa&bull;s.&nbsp; На основу резултата оптимизације изведена је производна фаза биопроцеса на температури од 29&deg;C, при интензитету аерације од 2 l/l/min и брзини мешања од 475 o/min при чему је добијен садржај ксантана, одговарајућег квалитета, од<br />23,85 g/l и остварен степен конверзије извора угљеника у производ од 79,17%, док садржај раствореног кисеоника није опао испод критичне вредности.</p><p>Са технолошког аспекта, резултати ових истраживања представљају поуздан извор информација за увећање размера предложеног биопроцеса и пројектовање биореактора одговарајућих карактеристика.</p> / <p>Potražnja za ksantanom, od momenta njegovog otkrića šezdesetih godina dvadesetog veka, konstantno se povećava zbog njegove široke upotrebne vrednosti u različitim granama industrije, a procenjuje se da će tržišna vrednost ovog značajnog biopolimera u 2020. godini iznositi 987,7 miliona američkih dolara. Biotehnološka proizvodnja ksantana,&nbsp; mikrobiološkog sekundarnog metabolita, je karakte-ristična po nespecifičnosti ugljenohidratnog supstrata, minimalnim potrebama za nutrijenatima i ogromnim zahtevima za procesnom vodom. Standardi kvaliteta procesne vode su specifični i uslovljeni primenjenim biokatalizatorima. Kako kvalitet ove vode odgovara kvalitetu vode za piće, ograničenost vodnih resursa i troškovi pripreme vode zahtevanog kvaliteta nameću potrebu za pronalaženjem alternativnih supstrata. Sve navedeno ukazuje da se za biosintezu ovog tržišno vrednog bioproizvoda mogu upotrebiti otpadne vode koje generiše industrija vina. S obzirom da je proizvodnja ksantana veoma zahtevna i u pogledu regulacije procesnih parametara odgovornih za rastvorljivost kiseonika veliki napori neprestano se ulažu u unapređenje ovog segmenta bioprocesa.</p><p>Osnovni cilj ove doktorske disertacije je optimizacija proizvodnje ksantana u laboratorijskom bioreaktoru odgovarajućih geometrijskih odnosa zapremine 7 l, metaboličkom aktivnošću referentnog soja Xanthomonas campestris ATCC 13951 na kultivacionom medijumu optimalne formulacije čija su osnova otpadne vode vinarija, u pogledu procesnih parametara značajnih za sadržaj rastvorenog kiseonika.</p><p>U okviru istraživanja koja su obuhvaćena ovom doktorskom disertacijom optimizacija vrednosti procesnih parametara značajnih za sadržaj rastvorenog kiseonika izvedena je primenom metode željene funkcije u kombinaciji sa definisanim matematičkim modelima. Kao uslovi zadati su maksimalna produkcija ksantana kojeg karakteriše maksimalna molekulska masa, ali i maksimalan viskozitet rastvora. Definisane optimalne vrednosti ispitivanih faktora, pri kojima željena funkcija ima najveću vrednost (0,969), su temperatura od 29,33&deg;C, intenzitet aeracije od 1,95 l/l/min i brzina mešanja od 475,54 o/min, dok su modelom predviđene vrednosti pokazatelja toka, kao i pokazatelja uspešnosti biosinteze ksantana sledeće: sadržaj biomase od 137,34&bull;108 cfu/ml, sadržaj rastvorenog kiseonika od 10,15%, sadržaj šećera od 2,84 g/l, sadržaj ukupnog azota od 137,56 mg/l, sadržaj asimilabilnog azota od 4,78 mg/l, sadržaj ukupnog fosfora od 5,18 mg/l, viskozitet kultivacione tečnosti od 237,92 mPa&bull;s, sadržaj ksantana od 24,18 g/l, molekulska masa ksantana od 7,73&bull;105 g/mol i viskozitet rastvora ksantana od 60,48 mPa&bull;s.&nbsp; Na osnovu rezultata optimizacije izvedena je proizvodna faza bioprocesa na temperaturi od 29&deg;C, pri intenzitetu aeracije od 2 l/l/min i brzini mešanja od 475 o/min pri čemu je dobijen sadržaj ksantana, odgovarajućeg kvaliteta, od<br />23,85 g/l i ostvaren stepen konverzije izvora ugljenika u proizvod od 79,17%, dok sadržaj rastvorenog kiseonika nije opao ispod kritične vrednosti.</p><p>Sa tehnološkog aspekta, rezultati ovih istraživanja predstavljaju pouzdan izvor informacija za uvećanje razmera predloženog bioprocesa i projektovanje bioreaktora odgovarajućih karakteristika.</p> / <p>Demand for xanthan has been increasing since its discovery in the 1960s due to its wide application in various branches of industry, and it is estimated that market value of this important biopolymer will rise up to<br />987.7 million US dollars by 2020. Biotechnological production of xanthan, a secondary microbial metabolite, is characterized by its non-specific carbon substrate, minimal nutrient and large process water requirements. Process water quality standards are specific and conditioned by the used biocatalysts. Since the quality of this water matches the quality of drinking water, limited water resources and costs of preparing water of the required quality result in the need for alternative substrates. The aforementioned suggests that winery wastewaters could be used for the biosynthesis of this valuable bioproduct. Since xanthan production is very complicated regarding regulation of process parameters responsible for oxygen solubility, great efforts are investing in the improvement of this particular bioprocess segment.</p><p>The main goal of this PhD thesis is to optimize xanthan production in a 7 L laboratory bioreactor of specific geometric ratio, using the metabolic activity of the Xanthomonas campestris ATCC 13951 reference strain in optimal cultivation media based on winery wastewaters, focusing on process parameters significant for the content of dissolved oxygen.</p><p>Within the research of this PhD thesis, optimization of process parameters significant for the content of dissolved oxygen was performed using the desirability function approach combined with defined mathematical models. The set conditions were the maximum production of xanthan characterized by maximum molecular weight as well as maximum solution viscosity. The defined optimal values for which the desirability function has the highest value (0.969) were temperature of 29.33&deg;C, aeration rate of 1.95 vvm and agitation speed of 475.40 rpm, while the model predicted values of the indicators of the course and the success of xanthan biosynthesis were: biomass content of 137.34&bull;108 cfu/mL, dissolved oxygen content of 10.15%, sugar content of 2.84 g/L, total nitrogen content of 137.56 mg/L, assimilable nitrogen content of 4.78 mg/L, total phosphorus content of 5.18 mg/L, cultivation broth viscosity of 237.92 mPa&bull;s, xanthan content of<br />24.18 g/L, xanthan molecular weight of 7.73&bull;105 g/mol and xanthan solution viscosity of 60.48 mPa&bull;s. Based on optimization results, the production phase of the bioprocess was performed at a temperature of&nbsp; 29&deg;C, aeration rate of 2 vvm and agitation speed of 475 rpm, which resulted in the high quality xanthan content of 23.85 g/L and conversion rate of carbon source into product of 79.17%, while dissolved oxygen content did not decrease below its critical value.</p><p>From a technological aspect, the results of this research represent a reliable source of data for scaling up the suggested bioprocess and designing a bioreactor with the required characteristics.</p>

Este trabalho apresenta as avaliações de desempenho, das demandas operacionais e dos fatores intervenientes no aumento da escala da unidade piloto do Reator anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) no tratamento de esgoto sanitário após passagem por peneira com malha de 1 mm, durante dois anos de operação. O reator dispunha de volume total de 237,5 1, construídos com tubos comerciais de PVC de 14,5 cm de diâmetro (D), dispostos em cinco módulos horizontais em série de 2,88 m, perfazendo um comprimento total de (L) de 14,4 m e relação de total de L/D de 100. O suporte de imobilização de biomassa, espuma de poliuretano em matrizes cúbicas de 1 cm de aresta, mostrou-se adequado ao desenvolvimento do biofilme. Em partida, sem inoculação prévia, ocorreu a sua consolidação a partir de 70 dias, com predominância de morfologia semelhante a Methanosaeta sp. em relação a da Methanosarcina. Em torno de 90 dias com afluente de 350 mg/l de DQO, observe-se a melhor qualidade do efluente, com valor de 100 mg/l de DQO. Em longa operação ocorreu queda de rendimento e menor reprodutibilidade das previsões do projeto, atribuída aos constantes entupimentos e ineficácia das operações de limpeza, com o comprometimento de volume reacional verificados por estudos de hidrodinâmica. Da investigação das origens dos equipamentos observou-se tratar mais de um efeito local e qualitativamente relacionado à biomassa retida que propriamente quantitativo e extensivo ao longo de todo reator, com produção continuada de polímeros extracelulares, promovendo um efeito sinérgico com os predominantes organismos filamentosos e com os sólidos particulados retidos no leito. Diante das potencialidades desta configuração de reator apontam-se alternativas de mitigação dos entupimentos e o direcionamento dos estudos necessários para novo aumento de escala para o tratamento de esgoto sanitário. / This work evaluated the performance, the operational demands and the intervenient factors in the scale-up of the horizontal flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor pilot unit, treating domestic sewage previously screened. The operation was monitored for two years. The five- module (2.88 m length each) reactor volume was 237.5 liters and it was built with commercial PVC pipes of 14.5 cm of diameter (D), resulting in a total length (L) of 14.4 m and in a total ratio L/D of approximately 100. The immobilization support, cubic matrices of polyurethane foam (1 cm edge), showed to be suitable for the anaerobic biofilm development. During the start-up, without previous inoculation, the biofilm seemed to be consolidated after 70 days, and Methanosaeta sp. morphology predominated, in detriment of Methanosarcina. With an affluent of 350 mg COD/L, the best reactor performance was observed in about 90 days of operation (100 mg COD/L in the effluent). However, with the continuous operation, its performance decreased and the project predictions did not seem to fit anymore. These facts were probably due to the frequent cloggings ant the inefficiency of the backwashing procedures, leading to a decreasing of the operational volume. The origin of the clogging seemed to be related to the extracellular polymer production, linked to a synergic effect with the filamentous organisms and the particulate solids in the bed. Despite these operational problems, there were found alternatives to mitigate the clogging, and studies about a new scale-up methodology, in order to treat domestic sewage, were strongly recommended.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JessicaHBR_DISSERT.pdf: 2230211 bytes, checksum: 195b09308391e65d611133f2836eb66d (MD5) Previous issue date: 2011-01-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work, the treatment of synthetic wastewaters containing Remazol Red BR (RRB) and Novacron Blue C-D (NB) by anodic oxidation using boron doped diamond anodes (BDD) and Novacron Yellow (YN) using BDD and Platinum (Pt) anodes was investigated. Galvanostatic electrolyses of RRB and NB synthetic wastewaters have led to the complete decolorization removal at different operating conditions (current density, pH and temperature). The influence of these parameters was investigated in order to find the best conditions for dyestuff colour removal. According to the experimental results obtained, the electrochemical oxidation process is suitable for decolorizing wastewaters containing these textile dyes, due to the electrocatalytic properties of BDD and Pt anode. Energy requirements for removing colour during galvanostatic electrolyses of RRB, NB and YN synthetic solutions depends mainly on the operating conditions; for example for RRB, it passes from 3.30 kWh m-3 at 20 mA cm-2 to 4.28 kWh m-3 at 60 mA cm-2 (pH = 1); 15.23 kWh m-3 at 20 mA cm-2 to 24.75 kWh m-3 at 60 mA cm-2 (pH = 4.5); 10.80 kWh m-3 at 20 mA cm-2 to 31.5 kWh m-3 at 60 mA cm-2 (pH = 8) (data estimated per volume of treated effluent). In order to verify the Brazilian law regulations of NB and RRB synthetic solutions after electrochemical decolourisation treatment, Hazen Units values were determined and the total colour removal was achieved; remaining into the regulations. Finally, electrical energy cost for removing colour was estimated / Neste trabalho, o tratamento de efluentes sint?ticos, contendo Vermelho de Remazol BR (RRB) e Azul de Novacron CD (NB) por oxida??o an?dica com ?nodos de Diamante Dopado com Boro (BDD) e Amarelo de Novacron (YN) com ?nodo de Platina (Pt) e DDB foram investigados. A eletr?lise galvanost?tica dos efluentes sint?ticos RRB, NB e YN t?m levado ? remo??o completa da cor em diferentes condi??es operacionais (densidade de corrente, pH e temperatura). A influ?ncia destes par?metros foi investigada a fim de encontrar as melhores condi??es para a remo??o da cor do corante. De acordo com os resultados experimentais obtidos, o processo de oxida??o eletroqu?mica ? adequado para descolora??o de ?guas residuais contendo esses corantes t?xteis, devido ?s propriedades eletrocatal?ticas dos ?nodos DDB e Pt. Exig?ncias de energia para a remo??o de cor durante eletr?lises galvanost?ticas das solu??es sint?ticas de RRB, NB e YN depende principalmente das condi??es de funcionamento, por exemplo, RRB, passa de 3,30 kWh m-3 em 20 mA cm-2 para 4,28 kWh m-3 em 60 mA cm -2 (pH = 1); 15,23 kWh m-3 em 20 mA cm-2 para 24,75 kWh m-3 em 60 mA cm-2 (pH = 4,5); 10,80 kWh m-3 em 20 mA cm-2 para 31,5 kWh m-3 em 60 mA cm- 2 (pH = 8) (dados estimados por volume de efluente tratado). A fim de verificar a regulamenta??o da lei brasileira dos efluentes sint?ticos ap?s descolora??o pelo tratamento eletroqu?mico, determinou-se os valores de Unidades Hazen e a remo??o total da cor foi alcan?ada, permanecendo na regulamenta??o. Finalmente, o custo de energia el?trica para remo??o da cor foi estimado