Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328454.pdf: 2164856 bytes, checksum: 02a1c3987d59ad6977f5905f6baf267e (MD5) Previous issue date: 2014 / Os processos biológicos mais conhecidos para o tratamento de águas residuárias com alta carga de nitrogênio são a nitrificação e a desnitrificação. Por serem tecnologias que envolvem a atuação de bactérias, vários fatores podem interferir no processo, promovendo a diminuição da atividade biológica e resultando na diminuição da eficiência no tratamento das águas residuais. O cloro é comumente utilizado para limpeza de equipamentos e instalações, podendo entrar na corrente do efluente e promover toxicidade ou inibição nas bactérias utilizadas no tratamento biológico. O cloro livre em contato com micro-organismos difunde-se facilmente pela parede celular das bactérias inativando enzimas e comprometendo, de forma parcial ou total, o metabolismo celular. Desta forma, o presente trabalho busca avaliar o efeito do cloro livre sobre a cinética de consumo dos substratos das bactérias desnitrificantes e nitrificantes, para obtenção de dados referentes à toxicidade aguda do cloro sobre estes grupos microbianos. Com este propósito, inóculos de bactérias desnitrificantes e nitrificantes foram aclimatados e enriquecidos para utilização nos experimentos em batelada de toxicidade aguda. Foi utilizado nos testes de toxicidade hipoclorito de sódio nas concentrações de cloro livre de 0,00 a 100,00 mg Cl2.L-¹. Inicialmente a biomassa foi exposta ao cloro por 20 minutos e, posteriormente, centrifugada para a retirada do cloro, dando então início aos ensaios para avaliação das cinéticas de consumo dos substratos. Com este procedimento foi possível identificar as IC50 de 42,9 e 40,3 mg Cl2.L-¹, em concentrações celulares iniciais de 1,77 g SSV.L-¹ e 1,53 g SSV.L-¹ e pH de 7,3 e 7,4, para a desnitrificação e nitrificação, respectivamente. Foi realizado também um experimento utilizando a IC50 obtida na desnitrificação variando a concentração de biomassa. Pôde-se observar que o cloro livre na concentração da IC50 obtida teve um efeito inibitório completo até a concentração de 1,0 g SSV.L?¹ e acima desta concentração a desnitrificação foi estabelecida através da biomassa que ainda permanecia ativa. Desta forma, os dados obtidos neste trabalho apontam para um mecanismo de ação do cloro que resulta na inativação de uma quantidade fixa de biomassa para uma dada concentração de cloro livre, e não um percentual da mesma como é pressuposto no conceito de IC50.<br> / Abstract : The best known biological processes for the treatment of wastewater with high nitrogen load are nitrification and denitrification. Since those technologies involve the action of bacteria, many factors can interfere in the process, leading to a reduction of biological activity, resulting in decreased efficiency of the wastewater treatment. Chlorine is commonly used for cleaning of equipment and facilities, and may get in the wastewater stream and promote toxicity or inhibition in the bacteria used in biological treatments. Free chlorine in contact with microorganisms diffuses easily through cell walls, particularly of bacteria, and inactivates enzymes thus compromising partially or totally the cellular metabolism. This study aims to assess the effect of free chlorine on the kinetics of substrate consumption of nitrifying and denitrifying bacteria to obtain data on the acute toxicity of chlorine on these microbial groups. For this purpose, an inoculum of denitrifying and nitrifying bacteria were acclimated and enriched for use in batch experiments of acute toxicity. Sodium hypochlorite was used to evaluate toxicity of free chlorine concentrations from 0.00 to 100.00 mg Cl2.L-¹. Initially, biomass was exposed to chlorine for 20 minutes and then centrifuged to remove the chlorine, so the assays for evaluation of the kinetics of substrate consumption could be performed. With this procedure it was possible to identify IC50 of 42.9 and 40.3 mg Cl2·L-¹ for initial cell concentrations of 1.77 g SSV.L-¹ and 1.53 g SSV.L-¹, and pH 7.3 and 7.4, for the nitrification and denitrification, respectively. An experiment was also performed using the IC50 obtained in the denitrification by varying the biomass concentration. It was observed that the concentration of free chlorine in the obtained IC50 had a complete inhibitory effect up to a concentration of 1.0 g SSV.L-¹; above this concentration the denitrification was evaluated by the biomass which was still active. Thus, the data obtained in this study point to a mechanism of action of chlorine that results in the inactivation of a fixed amount of biomass for a given concentration of free chlorine, and not of a percentage of it as usually assumed for the determination of IC50.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T08:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286371.pdf: 1947104 bytes, checksum: 68df212a986afad58f62e633e601bcc8 (MD5) / Patógenos virais humanos têm sido associados a muitos episódios de gastrenterites, bem como a doenças relacionadas ao consumo de moluscos contaminados. O risco pode ser reduzido por um tratamento destes moluscos visando sua auto-limpeza previamente a sua comercialização. A depuração de moluscos reduz os níveis de microrganismos presentes na carne, diminuindo a chance de uma potencial infecção associada ao seu consumo in natura. Em um sistema de depuração, a água do mar pode ser recirculada pelo menos por 24 horas e, durante este ciclo, a água é tratada química ou fisicamente para eliminar a contaminação por microrganismos. Neste trabalho, um sistema fechado de depuração de moluscos foi testado para eliminar os patógenos virais em ostras. Além disso, a capacidade do cloro livre em inativar esses vírus, bem como a estabilidade viral em água do mar, com e sem radiação U.V. foram investigadas. Para os ensaios de depuração, ostras (Crassostrea gigas) foram artificialmente contaminadas em aquários, contendo água do mar semeada com Vírus da Hepatite A (HAV) e Adenovírus Humano (HAdV5). Em seguida, as ostras foram colocadas no tanque de depuração, e foram analisadas após 48h, 72h e 96h. Em cada amostragem, o trato gastrointestinal das ostras foi homogeneizado e processado visando a eluição das partículas virais. Para os estudos de desinfecção pelo uso do cloro, água do mar natural e artificial foram semeadas com Norovírus Murino 1 (MNV-1), HAdV2 e Poliomavírus JC (JCPyV) e tratadas com uma concentração inicial de cloro livre de 2,5 mg/l, por 60min. Para os ensaios de estabilidade viral em água do mar e desinfecção viral por luz U.V., 300L de água do mar foram semeadas com o HAV, MNV-1 e HAdV2 e tratados com U.V. (36W), em um mini-tanque de depuração, com recirculação por 120h. Um litro de água do mar foi coletado a cada 24h em até 120h e as amostras de água foram tratadas pelo método de floculação com leite acidificado para adsorção e concentração das partículas virais. O monitoramento viral nos tecidos das ostras e água do mar foi avaliado por métodos moleculares (PCR e q(RT)-PCR), e por métodos de cultura celular associados a métodos moleculares ou imunológicos (ICC-PCR, RT-PCR ICC, IFA, Citometria de Fluxo e Ensaio de Placas de Lise). A detecção por PCR, em amostras de ostras, mostrou que o genoma de HAdV5 foi detectado em todos os períodos de amostragem, e o genoma do HAV foi detectado até 72 h. Os testes envolvendo viabilidade viral por ICC-PCR, demonstraram uma inativação viral progressiva, nas ostras, ao longo das 96h de recirculação de água do mar tratada com luz U.V. Nos ensaios de desinfecção por cloro, após 30 minutos de tratamento de água do mar, foi observada uma redução de ~2log10 e ~3log10 para MNV-1 e HAdV2, respectivamente, com base nos resultados q(RT) PCR. Quando a infecciosidade viral foi analisada, uma redução de mais de 4log10 foi observada para MNV-1, enquanto HAdV2 apresentou uma redução de ~ 2.3log10, mantendo-se infeccioso após 60 minutos. JCPyV apresentou em média uma redução de 1,6 log10, quando avaliado por qPCR. Não houve diferenças na cinética de desinfecção viral observadas em água do mar natural e artificial. Para os ensaios de estabilidade viral em água do mar tratada ou não com luz U.V., com base nos resultados q(RT)-PCR, foram observadas cinéticas diferentes para cada vírus em 120 horas de contato. Reduções de ~ 5log10 e 3log10, em 120h, para HAdV2 e HAV, respectivamente; para MNV-1, foi observada uma redução de ~4,5 log10 em 72h sob tratamento com luz U.V. Apesar da detecção do genoma, HAdV2 foi capaz de permanecer infeccioso até 72h, de acordo com resultados de ICC-RT-PCR. Ensaios envolvendo estabilidade viral sem radiação U.V. demonstraram uma redução progressiva da carga viral ao longo das 120h de recirculação de água do mar para os três vírus (~ 2log10 para HAdV2; ~ 2,5 log10 para HAV e ~ 3log10 para MNV-1). Esta cinética diferente provavelmente está associada às espécies de cloro presentes, ao tempo de contato com a radiação U.V. e a características estruturais peculiares de cada um dos vírus. A diminuição natural da carga viral pode ser devido à existência de fatores ambientais, tais como força iônica e compostos encontrados naturalmente na água do mar. Este trabalho confirmou que HAdV é um patógeno viral particularmente resistente e exige mais tempo para inativação. Estes dados serão úteis para a otimização de desinfecção da água nos tanques de depuração de moluscos. / Viruses have been linked to nearly all episodes of gastroenteritis as well as outbreaks of illnesses related to consumption of contaminated shellfish. The risk may be reduced by appropriate treatment following harvesting as well as by depuration, which is a method that reduces the levels of microorganisms present in mollusk meat, decreasing the potential for infections associated with mollusk consumption in natura. In a depuration system, seawater may be recirculated for at least 24h, and during this cycle, the water must be chemically or physically treated to eliminate microbial contamination. In this work, a shellfish depuration closed system was tested to eliminate viral pathogens from oysters. Moreover, the chlorine capability to inactivate these viruses, as well as the viral stability and disinfection in seawater with and without U.V. irradiation were investigated. For depuration assays, oysters (Crassostrea gigas) were first artificially contaminated in aquariums containing seawater seeded with Hepatitis A virus (HAV) and Human Adenovirus (HAdV5). Then, the oysters were placed into the depuration tank, and were harvested after 48h, 72h and 96h. After each sampling, the gastrointestinal tracts were homogenized and the viral particles were eluted. To chorine disinfection assays, natural and artificial seawater were seeded with selected viruses (Murine Norovirus 1, MNV-1; HAdV2; JC Polyomavirus, JCPyV) and treated by adding initial free chlorine concentration of 2.5mg/l for up to 60min. For the stability assays, 300L of natural seawater were seeded with HAV, MNV-1 and HAdV2, and treated by 36W U.V. lamp, into the mini depuration tank, with recirculation, for up to 120h. One liter of viral seeded seawater was harvested every 24h and viral particles were concentrated by flocculation method using skimmed milk. The kinetics of viral decay in oysters and seawater was evaluated by molecular techniques (PCR and q(RT)-PCR), and by cell culture associated with molecular and immunological methods to access the viral infectivity (ICC-PCR, ICC RT-PCR, IFA, Flow Cytometry and Plaque Assay). The molecular detection by PCR for both viruses showed that the presence of HAdV5 genome was positive in all of the sampling periods, and the HAV genome was detected until 72 h. The tests involving viral viability by ICC-PCR, demonstrated a progressive viral inactivation along the 96h of seawater recirculation under U.V. light irradiation. After 30 minutes of treatment of natural seawater a ~2log10 and ~3log10 reduction where observed for MNV-1 and HAdV2, respectively, based on q(RT)PCR results. When viral infectivity was analyzed, a reduction of more than 4log10 was observed for infectious MNV-1, while HAdV2 presented ~2.3log10 reduction, remaining infective viruses present after 60 minutes. JCPyV presented a average reduction of 1,6 log10, analysed by qPCR. No differences in the disinfection kinetics have been observed between natural and artificial seawater. Based on qPCR results, the kinetics observed were different for each virus, reaching, at 120h of contact time, ~5log10 and ~3log10 reduction for HAdV2 and HAV, respectively; for MNV-1, was observed a ~4,5log10 reduction at 72h under U.V. treatment. Despite the genome detection, HAdV2 was able to remain infectious only up to 72h, according ICC-RT-PCR results. Assays involving viral stability without U.V. irradiation, demonstrated a progressive reduction of viral load along the 120h of seawater recirculation for three viruses (~2log10 for HAdV2; ~2,5log10 for HAV and ~3log10 for MNV). This different kinetics is probably associated to the chlorine species present, the contact time with the U.V. radiation and structural characteristic of each virus. The natural decreasing of viral load can be due to the existence of environmental factors, such as ionic strength and compounds naturally found in seawater. This work confirmed that HAdV is a particularly a resistant viral pathogen and requires longer periods for inactivation. These data will be subsequently useful to plan water disinfection in shellfish depuration tanks.