A remoção de compostos sulfurosos (sulfeto/sulfato) de águas residuárias tem grande importância para a saúde humana e para o ambiente. A biorremediação desses compostos, através da utilização de bactérias fototróficas anoxigênicas apresenta-se como alternativa viável ecológica e economicamente. Neste projeto de pesquisa realizaram-se ensaios em reatores em batelada expostos à iluminação fluorescente, com a finalidade de avaliar a utilização de sulfeto por cultura enriquecida de sulfubactérias fototróficas verdes, proveniente de sedimento de lagoa de estabilização. A avaliação da utilização de sulfeto e os resultados da cinética de crescimento da cultura visam a possibilidade de aplicação das bactérias fototróficas anoxigênicas no tratamento de águas residuárias. Na avaliação cinética de crescimento da cultura enriquecida de sulfubactérias fototróficas verdes foi verificado diminuição na velocidade de crescimento de 0,0346 h-1 para 0,0035 h-1 com o aumento da concentração inicial de sulfeto de 11,4 para 529,6 mg-S/L, respectivamente. O tempo de geração apresentou comportamento crescente com valores iguais a 19,98 h e 119,18 h, respectivamente. Os valores do coeficiente de conversão de sulfeto relativo ao crescimento de microrganismos (Yx/s), apresentaram diminuição progressiva com o aumento da concentração inicial de sulfeto, sendo esta queda mais acentuada no intervalo de concentrações de 40,5 a 147,2 mg-S/L. / The removal of sulphur compounds (sulfide/sulfate) from wastewaters is very important for human and for the environmental. The bioremediation of these compounds, applying anoxigenic phototrophic bacteria has been presented as a possible alternative. The aim of this work is to evaluate the utilization of sulfide by the enrichment of green sulphur bacteria proceeding from stabilization pond sediment, through the realization of batch reactors assays, which are exposed to fluorescent ilumination. The determination of the sulfide utilization and the results of the kinetic growth were done to clarify the possibility of the application of anoxigenic phototrophic bacteria in the wasterwater systems. In kinetic experiments it was observed that the specific rate of bacterial growth changed from 0.0346 h-1 to 0.0035 h-1. Then the initial sulfide concentration was increased form 11.4 mg-S/L to 529.6 mg-L. The doubling time showed an increase from 19.98 h to 119.18 h. The sulfide conversion to microorganism biomass (Yx/s) progressively decrease with the increase of sulfide concentration. Such a decrease was higher in between sulfide concentrations of 40.5 mg-S/L to 147.2 mg-S/L.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento de arquéias metanogênicas e bactérias redutoras de sulfato na presença de oxigênio, em reatores anaeróbios em batelada, sob condições sulfetogênicas e mesofílicas. Os reatores foram inoculados com lodo anaeróbio proveniente de reator UASB utilizado no tratamento de água residuária de avicultura. Triplicatas de reatores foram alimentadas com meio basal ZINDER, acrescido de acetato de sódio, etanol ou lactato de sódio e sulfato de sódio, de modo a se obter relações DQO/sulfato iniciais de 1,1-1,5. O headspace dos reatores foi preenchido com \'N IND.2\' (100%) acrescido de oxigênio puro comercial (3-3,5 mg/L de oxigênio dissolvido). Os reatores anaeróbios controle foram alimentados com os mesmos substratos orgânicos, entretanto, seu headspace foi preenchido com \'N IND.2\'/\'CO IND.2\' (70/30%). Nos reatores com acetato de sódio, etanol e lactato de sódio as velocidades de produção de metano foram de 0,30 mmol/L.h, 0,41 mmol/L.h e 0,16 mmol/L.h, respectivamente, para os reatores controle. Em relação aos reatores com oxigênio os valores foram de 0,27 mmol/L.h, 0,40 mmol/L.h e 0,08 mmol/L.h, respectivamente. Na presença de acetato, etanol e lactato a redução de sulfato foi de 57% e 97%; 59,6% e 76,6%; 77,5% e 41,9%, respectivamente, nos reatores controle e com oxigênio. Nos reatores com acetato e etanol houve predomínio de organismos do domínio Archaea nos reatores controle (59,2% e 58,8%) e com oxigênio (60,7% e 54,5%), respectivamente. No reator controle contendo lactato, também ocorreu o predomínio de arquéias metanogênicas (56,2%), enquanto na presença de oxigênio houve predomínio de organismos do domínio Bacteria (63,9%). As proporções de BRS nos reatores controle e com oxigênio contendo acetato, etanol e lactato foram de 22% e 17,3%; 28% e 16,9%; 19,5% e 21,9%, respectivamente. O oxigênio não inibiu a metanogênese e nem a redução de sulfato nos reatores contendo acetato e etanol. / This work aimed to evaluate the behavior of methanogenic archaea and sulfate reducing bacteria in the presence of oxygen, using anaerobic batch reactors under sulfidogenic and mesophilic conditions. The reactors were inoculated with anaerobic sludge from UASB reactor treating poultry wastes. Third copies of the reactors were fed with ZINDER medium, increased with sodium acetate, ethanol or sodium lactate and sodium sulfate, in order to get COD/sulfate ratio of 1,1-1,5. The headspace of the reactors was filled with \'N IND.2\' (100%) and increased with oxygen (OD concentration of 3-3.5 mg/L). The anaerobic control reactors were fed with the same organics substrates, however, the headspace was filled with \'N IND.2\'/\'CO IND.2\' (70/30%). The rates of methane production were 0.30 mmol/L.h, 0.41 mmol/L.h and 0.16 mmol/L.h, in acetate, ethanol and lactate controls reactors, respectively. In oxygen reactors, the rates of methane production were 0.27 mmol/L.h, 0.40 mmol/L.h and 0.08 mmol/L.h in acetate, ethanol and lactate reactors, respectively. The rates of sulfate reduction in acetate, ethanol and lactate reactors were 57% and 97%; 59.6% and 76.6%; 77.5% and 41.9%, respectively, in control reactors and oxygen reactors. In acetate and ethanol reactors, were verified predominance of Archaea domain in control reactors (59.2% and 58.8%) and oxygen reactors (60.7% and 54.5%), respectively. In lactate control reactor also was verified predominance of Archaea domain (56.2%), whereas in lactate oxygen reactors there was predominance of cells belonging to Bacteria domain (63.9%). BRS ratio in acetate, ethanol and lactate control reactors and oxygen reactors corresponded to 22% and 17.3%; 28% and 16.9%; 19.5% and 21.9%, respectively. The addition of oxygen didn\'t inhibit the methanogenesis and sulfate reduction in acetate reactors and in ethanol reactors.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

O processamento anaeróbio da vinhaça se apresenta como uma alternativa para a recuperação de energia (biogás), e reaproveitamento das suas características nutricionais através da disposição no solo. Com o intuito de elevar a eficiência energética, o presente trabalho teve como objetivo estimular a produção de metano em reatores anaeróbios em batelada de lodo granular adaptado, alimentados com vinhaça de usina sucroalcooleira, por meio da adição de metais traço. Foram avaliadas as suplementações da vinhaça com Co, Zn, Mo, Ni, Mn e W. Na Fase 1 foram realizados 4 ensaios, os reatores foram analisados individualmente nas concentrações 200 μg.L-1, 350 μg.L-1, 500 μg.L-1 e 800 μg.L-1. Na Fase 2 verificou-se o comportamento dos metais em conjunto, à concentração de 350 μg.L-1 de cada micronutriente (Co, Ni, Zn, Mo, Cu e Mn). Os dados de produção acumulada de CH4 foram ajustados pelo modelo modificado de Gompertz, e foram obtidas as constantes cinéticas. Na Fase 1, verificou-se que a concentração de 200 μg.L-1 de Co foi a mais adequada aos experimentos e apresentou a maior velocidade máxima de produção de CH4, 121,30 mL.d-1 (aumento de 17% na taxa de produção de metano). Nesta mesma Fase, o W apresentou indícios de inibição à concentração de 800 μg.L-1, e os demais metais exibiram os melhores resultados nesta mesma concentração, a velocidade de produção (Rm) aumentou para o Mn (26%), Ni (25%), Cu (21%) e Mo (19%), e os rendimentos mais expressivos foram para Mo (0,267 mL CH4.mg-1 DQOrem), Zn (0,240 mL CH4.mg-1 DQOrem) e Ni (0,232 mL CH4.mg-1 DQOrem). A Fase 2 não apresentou resultados satisfatórios, as verificações não indicaram variação relevante entre os reatores do ensaio e controle. / Anaerobic processing of vinasse is presented as an alternative to energy recovery (biogas), and reuse of its nutritional characteristics through the provision on the ground. In order to increase energy efficiency, this study aimed to stimulate methane production in adapted anaerobic batch reactors with granular sludge fed with vinasse from sugarcane biorefineries, through the addition of trace metals. The supplementation vinasse were evaluated with Co, Zn, Mo, Ni, Mn and W. In phase 1 four essays were realized, and micronutrient were analyzed individually in concentrations of 200 μg.L-1, 350 μg.L-1, 500 μg.L-1 and 800 μ.L-1. In phase 2 it was observed the behavior of metal together, with micronutrients concentration of 350 μg.L-1 (Co, Ni, Zn, Mo, Cu e Mn). The data of methanes production were adjusted by Gompertz modified model and kinetics constants were obtained. In phase 1 it was verified that the concentration of 200 μg.L-1 of Co was optimal for the experiments and showed the highest maximum production velocity of CH4, 121,30 mL.d-1 (increase of 17%). In this phase W showed evidence of inhibition at a concentration of 800 μg.L-1, and other metals showed the best results in the same concentration. The velocity of production (Rm) increased to Mn (26%), Ni (25%), Cu (21%) e Mo (19%), and the most significant yields were to Mo (0,267 mL CH4.mg-1 DQOrem), Zn (0,240 mL CH4.mg-1 DQOrem) and Ni (0,232 mL CH4.mg-1 DQOrem). Phase 2 did not show satisfactory results.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-03-07T17:48:08Z No. of bitstreams: 2 Edward_SeabraJunior2017.pdf: 2875322 bytes, checksum: 57310f51cbc8163b39267e4846dd312f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-07T17:48:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Edward_SeabraJunior2017.pdf: 2875322 bytes, checksum: 57310f51cbc8163b39267e4846dd312f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-09-18 / In the face of the depletion of natural resources, the discussions involving energy issues are seeking a sustainable and conscious use of energy inputs. In Brazil about 30 % of the energy used comes from renewable sources (hydroelectric or biomass). The use of biomass as a renewable source degrades the energy matrix and represents a low cost alternative with high energy potential. This work will present a bench test to measure the production of the biogas volume and its components, through the BMP - Biochemichal Potential Methane test. A blend of biomass, sugarcane bagasse in the proportion by weight of 70 % was used, varying its granulometry in three types of sieves, and 30 % swine manure, inoculated in batch biodigesters. The study was carried out with 4 treatments and 3 replicates, aiming to verify in which of the treatments the largest volume of biogas production occurred, observing the inherent characteristics of the gases present (CH4, CO2, H2S), besides estimating parameters as percentage of fixed solids , volatiles, totals, removal of total, fixed and volatile solids, biogas yield in relation to total and volatile solids, total methane production in relation to total and volatile solids and total methane production. The hypothesis of this study is that the higher biogas production occurs in the treatment with smaller particle size of the sugarcane bagasse, due to the increase of the contact surface favoring the attack of the bacteria. The results of the evaluated parameters, showed that the experiment with smaller T4 particle size obtained superior performance to the others. It was concluded that, in the treatment with smaller particle size of sugarcane bagasse, greater biogas production occurred. / Diante o esgotamento de recursos naturais aumenta-se as discussões envolvendo questões energéticas buscando aproveitamento sustentável e consciente dos insumos energéticos. No Brasil cerca de 30 % da energia utilizada é proveniente de fontes renováveis (hidroelétrica ou da biomassa). O uso da biomassa como fonte renovável desonera a matriz energética e representa alternativa de baixo custo com alto potencial energético. Esse trabalho apresentará um teste de bancada para mensuração da produção do volume do biogás e de seus componentes, por meio do teste BMP – Biochemichal Potential Methane. Utilizou-se um blend de biomassas, bagaço de cana na proporção em peso de 70 % variando sua granulometria em três tipos de peneiras, e dejetos de suinocultura a 30 %, inoculados em biodigestores batelada. O estudo foi realizado com 4 tratamentos e 3 repetições, objetivando verificar em qual dos tratamentos ocorreu o maior volume de produção do biogás, observando as características inerentes aos gases presentes (CH4, CO2, H2S), além de estimar parâmetros como percentual de sólidos fixos, voláteis, totais, remoção de sólidos totais, fixos e voláteis, rendimento do biogás com relação a sólidos totais e voláteis, produção total de metano com relação a sólidos totais e voláteis e produção total de metano. A hipótese deste estudo é que a maior produção de biogás ocorra no tratamento com menor tamanho de partícula do bagaço de cana, em função do aumento da superfície de contato favorecendo assim o ataque das bactérias. Os resultados dos parâmetros avaliados, mostraram que o experimento com menor tamanho de partícula T4 obteve desempenho superior aos demais. Concluiu-se assim, que no tratamento com menor tamanho de partículas do bagaço de cana ocorreu maior produção de biogás.

Batch reactor is an essential unit operation in almost all batch-processing industries. Different types of reaction schemes (such as series, parallel and complex) and different order of model complexity (short-cut, detailed, etc. ) result in different sets of model equations and computer coding of all possible sets of model equations is cumbersome and time consuming. In this work, therefore, a general computer program (GBRM - General Batch Reactor Model) is developed to generate all possible sets of equations automatically and as required. GBRM is tested for different types of reaction schemes and for different order of model complexity and its flexibility is demonstrated. The above GBRM computer program is lodged with Dr. I. M. Mujtaba. One of the challenges in batch reactors is to ensure desired performance of individual batch reactor operations. Depending on the requirement and the objective of the process, optimisation in batch reactors leads to different types of optimisation problems such as maximum conversion, minimum time and maximum profit problem. The reactor temperature, jacket temperature and jacket flow rate are the main control variables governing the process and these are optimised to ensure maximum benefit. In this work, an extensive study on mainly conventional batch reactor optimisation is carried out using GBRM coupled with efficient DAEs (Differential and Algebraic Equations) solver, CVP (Control Vector Parameterisation) technique and SQP (Successive Quadratic Programming) based optimisation technique. The safety, environment and product quality issues are embedded in the optimisation problem formulations in terms of constraints. A new approach for solving optimisation problem with safety constraint is introduced. All types of optimisation problems mentioned above are solved off-line, which results to optimal operating policies. The off-line optimal operating policies obtained above are then implemented as set points to be tracked on-line and various types of advanced controllers are designed for this purpose. Both constant and dynamic set points tracking are considered in designing the controllers. Here, neural networks are used in designing Direct Inverse and Inverse-Model-Based Control (IMBC) strategies. In addition, the Generic Model Control (GMC) coupled with on-line neural network heat release estimator (GMC-NN) is also designed to track the optimal set points. For comparison purpose, conventional Dual Mode (DM) strategy with PI and PID controllers is also designed. Robustness tests for all types of controllers are carried out to find the best controller. The results demonstrate the robustness of GMC-NN controller and promise neural controllers as potential robust controllers for future. Finally, an integrated framework (BATCH REACT) for modelling, simulation, optimisation and control of batch reactors is proposed.

Le furfural, identifié comme l'un des 30 principaux produits chimiques biologiques, est une molécule importante en terme de chimie verte et développement durable. L'objectif de ce travail de doctorat est de réaliser la synthèse et la conversion du furfural en flux continu et par lots. Ici, nous avons développé des méthodes plus éco-efficiente pour la synthèse du furfural, et valorisé le furfural en produits à haute valeur ajoutée, tels que le 2-furonitrile, l'alcool furfurylique, etc... Plusieurs questions clés ont été identifiées afin de concevoir des processus plus écologiques que les processus actuels. En détail, des expériences de synthèse du furfural ont été réalisées dans l'eau pure ou dans un mélange eau-solvants organiques lorsque des co-solvants (verts ou écologiques) sont nécessaires. L'irradiation par micro-ondes a été choisie comme méthode de chauffage pour accélérer le processus de déshydratation, et un réacteur à flux continu à micro-ondes a également été utilisé pour améliorer la productivité du furfural. En partant du furfural pour produire des produits chimiques à haute valeur ajoutée, des réacteurs à flux efficace, tels que Pheonix, H-cube Pro ainsi que des micro-ondes à flux continu avec micro-réacteur, ont également été identifiés comme des alternatives intéressantes pour améliorer la productivité des composés cibles. En conséquence, certains résultats prometteurs ont été obtenus du point de vue de l'industrie. / Furfural, which has been identified as one of top 30 bio-based chemicals, is an important green platform molecule, The aim of this PhD work is to realize the synthesis and conversion of furfural in batch and continuous flow. Here, we developed sorne greener methods for furfural synthesis, and valorized furfural into high value-added products, such as 2-furonitrile, furfuryl alcohol etc. Several keys issues were identified in order to design processes greener than the current ones. ln detail, experiments for furfural synthesis were performed in water or in water and organic solvent when co-solvents (green or eco-friendly) are necessary. Microwave irradiation has been chosen as the heating method to accelerate the dehydration process, and microwave continuous flow reactor was also applied to improve furfural productivity. When starting from furfural to produce high value-added chemicals, efficient flow reactors, suc as Pheonix, H-cube Pro as well as microwave continuous flow With micro-reactor, were also identified as interesting alternatives to improve the productivities of target compounds. As a result, some promising results were obtained in the viewpoint of industry.

O presente trabalho avaliou a degradação anaeróbia de tolueno por Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS), utilizando como inóculo lodo anaeróbio proveniente de reator UASB. Os ensaios foram realizados com reatores em batelada de 2300 mL contendo meio de cultura específico para o crescimento de BRS. No ensaio de enriquecimento, com lactato de sódio (2230 mg/L) e acetato de sódio (670 mg/L) na ausência de tolueno, ocorreu consumo total de sulfato (aproximadamente 1070 mg/L) em 192 horas e percentual de metano de 31% em 72 horas. A degradação do tolueno foi realizada em reatores sulfetogênicos e metanogênicos. Nos reatores sulfetogênicos alimentados com 2,1 mg/L e 7,7 mg/L houve degradação total do tolueno em 264 e 792 horas, respectivamente. Nesses reatores foi observado consumo total de sulfato e percentual de metano de aproximadamente 20,9%. Nos reatores metanogênicos a degradação do tolueno foi de, no máximo, 53%, e percentual de metano de 27,3% em 1032 horas. Nas condições sulfetogênicas, a degradação do tolueno foi mais rápida se comparada às condições metanogênicas. E em ambas as condições, a produção de metano foi relacionada aos bacilos hidrogenotróficos. As alterações na diversidade da população microbiana presente nos reatores, observadas em microscopia ótica, foram confirmadas nas análises por biologia molecular. / The present work evaluated the anaerobic degradation of toluene by sulfate reducing bacteria (SRB), using anaerobic sludge from reactor UASB as inoculum. The essays were accomplished in batch reactors of 2300 mL containing specific culture medium for the growth of SRB. In the enrichment essay with sodium lactate (2230 mg/L) and sodium acetate (670 mg/L) without toluene accured total consumption of sulfate (approximately 1070 mg/L) in 192 hours and percentile of methane of 31% in 72 hours. The toluene degradation it was accomplished in sulfetogenics and methanogenics reactors. In the sulfetogenics reactors fed with 2,1 mg/L and 7,7 mg/L there was total degradation of toluene in 264 and 792 hours, respectively. In those reactors it was observed total consumption of sulfate and percentile of methane of approximately 20.9%. In the methanogenic reactors the degradation of toluene was to the utmost of 53%, accompanied of production of 27.3% of methane in 1032 hours. In the sulfetogenics conditions, the degradation of tolueno was faster if compared to the methanogenic conditions. In both conditions, the methane production was related to the hidrogenotrophic bacilli. The alterations in the diversity of the microbial population present in the reactors, observed by optic microscopy, were confirmed in the analysis by molecular biology.