Atualmente, o uso de bioreatores associados a membranas (MBRs) tem sido pesquisado em muitos lugares do mundo para tratar diferentes tipos de efluentes. O uso de MBRs tem vantagens sobre outros processos quando o principal foco está na reutilização do efluente, pequenas áreas para o tratamento de efluentes ou condições restritivas da legislação. Normalmente, os MBRs são projetados com biomassa suspensa. O objetivo deste trabalho foi avaliar a performance de um reator anaeróbio e um reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração tratando lixiviado de aterro sanitário em escala piloto. O material utilizado na membrana de microfiltação foi cerâmica (ver formula no documento original), com diâmetro de poro e área de filtração de 0,2 µm e 0,0094 m2, respectivamente. O rejeito da unidade de microfiltração retornava para o reator anaeróbio associado a membrana. Os resultados obtidos nesta pesquisa indicaram que é possível tratar lixiviado com esta configuração de MBR com um curto tempo de detenção hidráulica (2,04 d). O valor médio da concentração de DQO foi 10.359 mg O2/L na entrada dos reatores e, a carga orgânica volumétrica aplicada aos reatores foi de 5,07 mais ou menos 2,90 kg DQO/m3.d. A eficiência de remoção de DQO do reator anaeróbio associado a membrana foi de 90,4% como valor médio, contra 21,5% do reator anaeróbio. A eficiência de remoção de turbidez no reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração foi de 90,3% apresentando valores de saída de 2,0 mais ou menos 2,0 NTU. Concentrações de sólidos suspensos na saída foram maiores no reator anaeróbio do que no reator anaeróbio associado a membrana, apesar da maior velocidade ascensional deste. A análise da biomassa dos reatores mostrou que houve uma melhor distribuição desta no reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração do que no reator anaeróbio sem a membrana, devido ao reciclo do rejeito. A velocidade ascensional foi de 0,05 m/h no reator anaeróbio e 31,5 m/h no reator anaeróbio associado a membrana. O principal efeito destes valores de velocidade ascensional está no número de Reynolds calculado, o qual foi 2,9 para o reator anaeróbio e 1.799 para o reator anaeróbio associado a membrana. Embora ambos os reatores tenham sido projetados para atuar em fluxo laminar, o maior valor do número de Reynolds do reator anaeróbio associado a membrana produziu um maior coeficiente de transferência de massa e uma melhor taxa de utilização de substrato do que no reator anaeróbio sem a membrana. Este fato, juntamente com a retenção de biomassa e de compostos macromoleculares, explica uma melhor performance do reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração. Os resultados do índice modificado de fouling (MFI) indicaram que este índice variou durante o processo, provavelmente devido a variações da pressão e de compostos presentes no lixiviado. O reator anaeróbio associado a membrana estabelece uma nova alternativa de tratamento de efluentes, eficiente, segura e ambientalmente correta. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-12T16:40:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Marisa Dacanal.pdf: 2180275 bytes, checksum: b8edc74eb31bd68325c283bf4bc332cb (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-12T16:40:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Marisa Dacanal.pdf: 2180275 bytes, checksum: b8edc74eb31bd68325c283bf4bc332cb (MD5) / Nowadays, the use of membrane bioreactors (MBRs) has been researched in many places of the world to treat different kinds of wastewater. The use of MBRs has advantages over other processes when the main focus is on the reuse of wastewater, small areas for wastewater treatment plant or restricted laws conditions. Commonly, the MBRs have been designed with suspended biomass. The goal of this work was to evaluate the performance of anaerobic reactor and anaerobic reactor associated with microfiltration membrane treating sanitary landfill leachate in pilot scale. The microfiltration membrane material used was ceramic (...) and its pore diameter and filtration area were 0.2 µm and 0.0094 m2, respectively. The retentate of the microfiltration unity was returned to the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. The results obtained in this research indicated that it is possible to treat leachate with this MBR configuration with a short hidraulic retention time (2.04 d). The mean value of COD concentration was 10,349 mg O2/L at the inlet of both reactors and the volumetric organic load for both reactors was 5.07 +- 2.90 kg DQO/m3.d. The membrane anaerobic reactor efficiency of COD removal was 90.4% as the mean value, against 21.5% of the anaerobic reactor. The efficiency of turbidity removal in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane was 90.3% with outlet values of 2.0 +- 2.0 NTU. Suspended solid concentrations at the outlet were higher in the anaerobic reactor than in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane, despite its higher upflow velocity. The analysis of biomass of both reactors showed that there was a better distribution of biomass in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane than the anaerobic reactor without microfiltration membrane, due to retentate recicling. The upflow velocity was 0.05 m/h in the anaerobic reactor and 31.5 m/h in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. The main effect of these upflow velocity values was in the Reynolds number which was 2.9 for the anaerobic reactor and 1,799 for the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. Although both reactors had been designed to perform a laminar flow, the higher value of Reynolds number of the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane produced a higher mass transfer coefficient and a better substrate utilization rate than the anaerobic reactor without microfiltration membrane. This is a reason, along with the retention of biomass and macromolecular compounds, that explains a better performance of the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. The results of modified fouling index (MFI) indicated that this index changed during the process, probably due the changes of pressure and compounds in the leachate. The anaerobic reactor associated with microfiltration membrane is a new option of wastewater treatment process, efficient, secure and an environmentally right alternative.

Atualmente, o uso de bioreatores associados a membranas (MBRs) tem sido pesquisado em muitos lugares do mundo para tratar diferentes tipos de efluentes. O uso de MBRs tem vantagens sobre outros processos quando o principal foco está na reutilização do efluente, pequenas áreas para o tratamento de efluentes ou condições restritivas da legislação. Normalmente, os MBRs são projetados com biomassa suspensa. O objetivo deste trabalho foi avaliar a performance de um reator anaeróbio e um reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração tratando lixiviado de aterro sanitário em escala piloto. O material utilizado na membrana de microfiltação foi cerâmica (ver formula no documento original), com diâmetro de poro e área de filtração de 0,2 µm e 0,0094 m2, respectivamente. O rejeito da unidade de microfiltração retornava para o reator anaeróbio associado a membrana. Os resultados obtidos nesta pesquisa indicaram que é possível tratar lixiviado com esta configuração de MBR com um curto tempo de detenção hidráulica (2,04 d). O valor médio da concentração de DQO foi 10.359 mg O2/L na entrada dos reatores e, a carga orgânica volumétrica aplicada aos reatores foi de 5,07 mais ou menos 2,90 kg DQO/m3.d. A eficiência de remoção de DQO do reator anaeróbio associado a membrana foi de 90,4% como valor médio, contra 21,5% do reator anaeróbio. A eficiência de remoção de turbidez no reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração foi de 90,3% apresentando valores de saída de 2,0 mais ou menos 2,0 NTU. Concentrações de sólidos suspensos na saída foram maiores no reator anaeróbio do que no reator anaeróbio associado a membrana, apesar da maior velocidade ascensional deste. A análise da biomassa dos reatores mostrou que houve uma melhor distribuição desta no reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração do que no reator anaeróbio sem a membrana, devido ao reciclo do rejeito. A velocidade ascensional foi de 0,05 m/h no reator anaeróbio e 31,5 m/h no reator anaeróbio associado a membrana. O principal efeito destes valores de velocidade ascensional está no número de Reynolds calculado, o qual foi 2,9 para o reator anaeróbio e 1.799 para o reator anaeróbio associado a membrana. Embora ambos os reatores tenham sido projetados para atuar em fluxo laminar, o maior valor do número de Reynolds do reator anaeróbio associado a membrana produziu um maior coeficiente de transferência de massa e uma melhor taxa de utilização de substrato do que no reator anaeróbio sem a membrana. Este fato, juntamente com a retenção de biomassa e de compostos macromoleculares, explica uma melhor performance do reator anaeróbio associado a membrana de microfiltração. Os resultados do índice modificado de fouling (MFI) indicaram que este índice variou durante o processo, provavelmente devido a variações da pressão e de compostos presentes no lixiviado. O reator anaeróbio associado a membrana estabelece uma nova alternativa de tratamento de efluentes, eficiente, segura e ambientalmente correta. / Nowadays, the use of membrane bioreactors (MBRs) has been researched in many places of the world to treat different kinds of wastewater. The use of MBRs has advantages over other processes when the main focus is on the reuse of wastewater, small areas for wastewater treatment plant or restricted laws conditions. Commonly, the MBRs have been designed with suspended biomass. The goal of this work was to evaluate the performance of anaerobic reactor and anaerobic reactor associated with microfiltration membrane treating sanitary landfill leachate in pilot scale. The microfiltration membrane material used was ceramic (...) and its pore diameter and filtration area were 0.2 µm and 0.0094 m2, respectively. The retentate of the microfiltration unity was returned to the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. The results obtained in this research indicated that it is possible to treat leachate with this MBR configuration with a short hidraulic retention time (2.04 d). The mean value of COD concentration was 10,349 mg O2/L at the inlet of both reactors and the volumetric organic load for both reactors was 5.07 +- 2.90 kg DQO/m3.d. The membrane anaerobic reactor efficiency of COD removal was 90.4% as the mean value, against 21.5% of the anaerobic reactor. The efficiency of turbidity removal in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane was 90.3% with outlet values of 2.0 +- 2.0 NTU. Suspended solid concentrations at the outlet were higher in the anaerobic reactor than in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane, despite its higher upflow velocity. The analysis of biomass of both reactors showed that there was a better distribution of biomass in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane than the anaerobic reactor without microfiltration membrane, due to retentate recicling. The upflow velocity was 0.05 m/h in the anaerobic reactor and 31.5 m/h in the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. The main effect of these upflow velocity values was in the Reynolds number which was 2.9 for the anaerobic reactor and 1,799 for the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. Although both reactors had been designed to perform a laminar flow, the higher value of Reynolds number of the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane produced a higher mass transfer coefficient and a better substrate utilization rate than the anaerobic reactor without microfiltration membrane. This is a reason, along with the retention of biomass and macromolecular compounds, that explains a better performance of the anaerobic reactor associated with microfiltration membrane. The results of modified fouling index (MFI) indicated that this index changed during the process, probably due the changes of pressure and compounds in the leachate. The anaerobic reactor associated with microfiltration membrane is a new option of wastewater treatment process, efficient, secure and an environmentally right alternative.

Subprodutos provenientes de biomassas lignocelulósicas contém composição química rica em açúcares, os quais podem ser aproveitados em diferentes processos fermentativos, como na produção biotecnológica de xilitol, um importante insumo para os segmentos industriais alimentício, farmacêutico e odontológico. A despolimerização da parede celular vegetal é uma etapa importante para o aproveitamento destas biomassas em bioprocessos, como para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, que tem a hidrólise ácido diluído como um dos principais métodos utilizados. Entretanto, além da solubilização dos açúcares, ocorre a liberação e formação de compostos tóxicos aos microrganismos, principalmente compostos fenólicos. Frente a este problema, metodologias de destoxificação dos hidrolisados vem sendo estudadas, de forma a se obter um método mais econômico, sustentável e rentável. Assim sendo, este trabalho tem o objetivo de aproveitar a biomassa seca de Candida guilliermondii FTI 20037 proveniente da bioprodução de xilitol, como agente destoxificante do hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar. Aproveitou-se a biomassa da levedura proveniente do cultivo em hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar (1:1) suplementado com nutrientes. Esta biomassa foi autoclavada, seca em estufa a 90°C até peso constante, triturada em gral com pistilo, e empregada na destoxificação do hidrolisado hemicelulósico. Foi empregado planejamento fatorial 24 com triplicata no ponto central, sendo as variáveis avaliadas o pH do hidrolisado, proporção entre a biomassa seca e hidrolisado, tempo de contato e temperatura. Como experimento controle empregou-se a destoxificação com carvão vegetal ativado. Observou-se que o tratamento do hidrolisado com biomassa seca de C. guilliermondii no HHBP reduziu o teor dos compostos tóxicos avaliados, principalmente de compostos fenólicos. Neste caso, a máxima remoção com a biomassa seca foi de 27%, enquanto que com o carvão, esta foi de 40,3%. Ambos procedimentos levaram a uma pequena perda dos açúcares xilose, glicose e arabinose. A condição de destoxificação com a biomassa seca estabelecida no planejamento fatorial que se verificou maior remoção de fenólicos foi empregada para a avaliação da produção de xilitol. Verificou-se que o máximo consumo de xilose (89%) ocorreu com o uso do carvão, enquanto que para a biomassa seca foi de 80,2%. Porém, o fator de conversão de xilose a xilitol foi favorecido com o uso de biomassa seca, enquanto a produtividade volumétrica de xilitol foi favorecida pelo uso do carvão. Estes resultados obtidos são promissores quanto a possibilidade de ser estabelecido um método alternativo de destoxificação de hidrolisados provenientes de biomassas vegetais, a partir do aproveitamento da biomassa microbiana residual do processo fermentativo da produção de xilitol. / By-products from lignocellulosic biomass contain a chemical composition rich in sugars, which can be used in different fermentation processes, as in the biotechnological production of xylitol, an important input for the food, pharmaceutical and dental industries. The depolymerization of the plant cell wall is an important step for the utilization of these biomasses in fermentative bioprocesses, such as to obtain the hemicellulosic hydrolysate, which has dilute acid hydrolysis as one of the main methods used. However, besides the solubilization of sugars, this method releases and make toxic compounds to microorganisms, mostly phenolic compounds. In view of this problem, methodologies for detoxification of hydrolysate have been studied in order to obtain a more economical, sustainable and profitable method. Therefore, this work aims to take advantage of the dried biomass of Candida guilliermondii FTI 20037 derived from the bioproduction of xylitol as a detoxifying agent of the hemicellulosic hydrolysate of the sugarcane bagasse and straw (HHSBS) mixture. The yeast biomass cultivated on the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse and straw mixture (1:1) and supplemented with nutrients was used. This biomass was autoclaved, oven dried at 90 °C until constant weight, ground with mortar and pestle, and used on detoxification of the hemicellulosic hydrolysate, by a 24 factorial design with triplicate at the central point. The variables evaluated were pH of HHSBS, ratio between dry biomass and HHSBS, time of contact and temperature. The control experiment was the hydrolysate detoxification by activated charcoal. It was observed that the use of dried biomass of C. guilliermondii in HHSBS reduced the content of all toxic compounds evaluated, mainly phenolic compounds. The phenolic compounds maximum removal by using dried biomass was 27%, although the use of activated charcoal removed 40.3%. Both procedures led to a small loss of sugars (xylose, glucose and arabinose). The condition removed the highest phenolic content was submitted to the fermentability test, aiming the production of xylitol. It was verified that the highest consumption of xylose (89%) occurred with the use of charcoal, whereas for the dried biomass it was 80.2%. However, the conversion factor of xylose to xylitol was favored using dried biomass, while the volumetric productivity of xylitol was favored by using charcoal. The results obtained are promising to establish an alternative method for detoxification of hemicellulosic hydrolysates by using residual microbial biomass from the fermentation process of xylitol production.

The interest in using sugarcane straw as a feedstock for bioenergy production has been increased considerably. However, indiscriminate straw removal may negatively affect soil functioning. Therefore, this work aimed to quantify and characterize soil solution translocating along the profile, under straw removal rates from the soil surface. Lysimeter systems were built with 1, 20, 50, and 100 cm soil columns, with a sandy clay loam texture, from a commercial sugarcane field in Piracicaba-SP, southeastern Brazil. The experiment was conducted in open area, where the lysimeters were subjected to rainfall and sun radiation. After the soil stabilization within the lysimeters, the treatments were added, consisting of four straw amounts (0, 3, 6, and 12 Mg ha-1), representing straw removal rates of 100 (bare soil), 75, 50, and 0%, respectively. After one year of the first straw addition, the same straw amounts were added again simulating the second harvest. Drained solution was collected and quantified by 17 months and soil moisture was determined over a period of two months using sensors. Dissolved organic carbon (DOC) concentration was measured in automatic analyzer. The soil solution and straw solution, made in water infusion, were characterized in High performance liquid chromatography (HPLC) to verify the presence of toxic compounds. After that, straw and soil solution were used in tests with soybean seed to evaluate the effects in plant germination and initial growth. At the end of the experiment, soil bulk density and soil organic carbon (SOC) analyses were performed. Remaining straw was weight before the new addition, and weight again at the end to determine the decomposition rates. The accumulated volume of solution drained was 30, 11 and 4% lower under 100, 75 and 50% removal rates compared to no removal. Bare soil stored less water, indicating susceptibility to lose water by evaporation. Simulation showed that 100% and 75% removal can induce longer periods of water restriction, which impair sugarcane growth. The DOC production on topsoil was higher in no straw removal; the retention was higher in 1 to 20 cm in no removal and higher in 20 to 50 cm in 50 and 75% removal rates. Bare soil released more DOC below 01 cm indicating a possible C loss. Below 100 cm DOC leachate was quite similar in all treatments, what shows a higher C retention and small C loss even in higher DOC production. Even with differences in DOC retention, increases in C stock below 5 cm were not noticed. We found many phenolic compounds in the straw solution, not found in the soil solution, indicating that in natural conditions straw does not release toxic compounds into soil solution. Plant growth was negatively affected by straw solution, but not by soil solution. Our findings suggest that the medium straw maintenance prevents variations and loss on soil water content. Higher straw amount increases DOC production, which likely alters its composition and subsequent retention in soil. Carbon stock did not increase in the soil subsurface, but probably will in the long-term. The higher straw removal, proportionally, the higher the C losses in the form of CO2 and DOC, consequently the lower soil C retention. More straw on soil surface release more C amounts to the soil, retained or translocated with soil water, may be stored in deeper soil layers. Higher water percolation in the soil profile does not mean higher C losses by leaching in deeper soil. This study has the practical objective of finding an amount of straw to be maintained in the field that ensures the C storage and the better soil functioning, and also supply feedstock for bioenergy production. / O interesse no uso da palha de cana-de-açúcar como matéria-prima para a produção de bioenergia vem crescendo consideravelmente. No entanto, a remoção excessiva da palha pode afetar negativamente o funcionamento do solo. Portanto, o objetivo deste trabalho foi quantificar e caracterizar a solução ao longo do perfil sob níveis de remoção de palha da superfície do solo. Para isso, foi construído um sistema de lisímetros com colunas de 1, 20, 50 e 100 cm de solo, de textura franco argilo arenosa, proveniente de área comercial de cana-de-açúcar em Piracicaba-SP, Brasil. O experimento foi conduzido em área aberta, sujeito a precipitação e luz natural. Depois da estabilização do solo dentro dos tubos, foram adicionados os seguintes tratamentos: 0, 3, 6 e 12 Mg ha-1 de massa seca, representando 100 (solo nu), 75, 50 e 0% de intensidade de remoção de palha, respectivamente, sendo adicionados novamente após um ano. A solução percolada foi coletada e quantificada por 17 meses, a umidade do solo foi determinada por dois meses usando sensores. A concentração de carbono orgânico dissolvido (COD) foi mensurada com analisador automático. A solução do solo e solução da palha, feita por infusão em água, foram caracterizadas em HPLC para verificar a presença de compostos tóxicos. Posteriormente, as soluções da palha e solo foram usadas em testes de sementes de soja para avaliar os efeitos na germinação e crescimento inicial. Ao final do experimento, foram realizadas análises de densidade do solo e carbono orgânica do solo (COS). A palha remanescente foi pesada após um ano, anterior a nova adição, e pesada novamente ao final do experimento, para determinar a taxa de decomposição. O volume de solução percolado foi 30, 11 e 4% menor em 100, 75 e 50% do que em 0% de remoção, respectivamente. O solo descoberto armazenou menos água, indicando susceptibilidade à perda de água por evaporação. A simulação mostrou que 100 e 75% de remoção induzem longos períodos de restrição hídrica, que pode prejudicar o crescimento da planta. A produção de COD na camada superficial foi maior no solo sem remoção; a retenção foi maior de 1 a 20 cm em solo sem remoção, e maior em 20 a 50 cm em 50 e 75% de remoção. O solo descoberto liberou mais COD em de 20 cm do que em superfície, indicando perda de C. Abaixo de 100 cm, o COD lixiviado foi similar nos tratamentos, indicando grande retenção de C e pequenas perdas por lixiviação, mesmo em alta produção de COD. Mesmo com diferenças na retenção de COD, não foi identificado aumento no estoque de C abaixo de 5 cm. Foram encontrados compostos fenólicos na solução da palha, não encontrados na solução do solo, indicando que em condições naturais a palha não libera quantidades significativas de compostos tóxicos na solução do solo. O crescimento de plantas foi negativamente afetado pela solução da palha, mas não pela solução do solo. Nossos resultados sugerem que a manutenção de quantidade média de palha previne perdas e variação no conteúdo de água do solo. Maior quantidade de palha aumenta a produção de COD, que provavelmente altera sua composição, alterando a retenção no solo. O estoque de C não aumentou consideravelmente em subsuperfície, mas muito provavelmente aumentará em escala de tempo maior. Quanto maior a remoção de palha, proporcionalmente maior as taxas de C liberadas na forma de CO2 e COD em subsuperfície, consequentemente, menor a retenção de C no solo. Maiores quantidades de palha na superfície liberam mais C para o solo, retido ou translocado com a água, podendo ser estocado em maiores profundidades do solo. Maior percolação de água no solo não significa maiores perdas de C por lixiviação em profundidade.

A produção de biodiesel vem crescendo ao longo dos anos e com ela o interesse por matérias-primas alternativas para produção. O pinhão manso e a mamona são consideradas promissoras pelo elevado teor de óleo nas sementes e potencial de utilização dos seus subprodutos na alimentação animal. Entretanto, o uso desses subprodutos é limitado devido à presença de ésteres de forbol (EF) no pinhão manso e de ricina na mamona. Nesse sentido, objetivou-se mensurar o teor de EF e ricina nos subprodutos do pinhão manso e da mamona, respectivamente, assim como avaliar o potencial de utilização desses subprodutos na alimentação de ovinos. O estudo foi desenvolvido em três experimentos. No experimento I os EF foram quantificados nas sementes e frações da semente de pinhão manso, assim como nas tortas e óleos após prensagem a frio das respectivas sementes e albumens. Os resultados mostraram que as tortas possuem perfil nutricional interessante para a dieta de ruminantes e que os EF foram concentrados no óleo após a prensagem, sugerindo que tortas com menor teor de óleo residual apresentem menores concentrações de EF. No experimento II, torta de mamona (TM) e torta de pinhão manso (TPM), destoxificada ou não, foram avaliadas em dois níveis de substituição ao farelo soja, 25 e 35% TPM e 25% e 50% TM, sobre os parâmetros de degradabilidade e fermentação ruminal in vitro. Após 24 horas de incubação foi observado que inclusão da TM e TPM, destoxificada ou não, não afetou a produção de gases total, a produção de N-NH3 e ácidos graxos de cadeia curta total (AGCC), indicando que a fermentação ruminal não foi afetada. Contudo, houve redução na concentração dos isoácidos com a inclusão de 50% de TM destoxificada, 35% de TPM e 25% de TPM destoxificada. A produção de metano foi reduzida com a inclusão de 35% de TPM não destoxificada, indicando que a presença de EF pode ter alterado a população de bactérias metanogênicas no liquido ruminal. No experimento III foi avaliada a substituição parcial do farelo de soja pela TM destoxificada sobre a eficiência de utilização dos nutrientes, microbiota ruminal e emissão de metano entérico de ovinos alimentados com esse subproduto. Os animais que receberam a dieta com TM destoxificada consumiram em média 0,59 mg de ricina kg-1 de peso corporal dia-1 e não apresentaram sintomas clínicos de intoxicação sequer alterações nos níveis séricos de enzimas relacionadas a função hepática e renal. A inclusão da TM destoxificada não influenciou no consumo dos animais, porém reduziu a digestibilidade dos nutrientes. A inclusão da TM destoxificada não alterou a síntese microbiana no rúmen, balanço de nitrogênio, parâmetros de fermentação ruminal e população microbiana em relação ao tratamento controle, com exceção do acetato, que aumentou com a inclusão da TM destoxificada, mas não refletiu sobre a emissão de metano ruminal. Apesar do potencial de substituição da torta de mamona destoxificada, a redução na digestibilidade aparente de alguns nutrientes podem refletir na redução do desempenho e aumento da produção de metano por kg de produto animal / Biodiesel production has been growing over the years and with it the interest for alternative raw materials for production. Jatropha and castor beans are considered to be promising because of the high oil content in seeds and potential of utilization of its by-products in animal feeding. However, these by-products usage is limited due to the presence of phorbol esters (PE) in jatropha and ricin in castor bean. In this sense, the objective was to measure PE and ricin content in by-products of jatropha and castor bean, respectively, as well as to evaluate the potential of utilization of these by-products in sheep feeding. The study was developed in three experiments. In the experiment I, PEs were quantified in seeds and fractions of jatropha seed, as well as in cakes and oils after cold-pressing of respective seeds and albumens. The results showed that the cakes have an interesting nutritional profile for ruminant diet and PEs were concentrated in the oil after pressing, suggesting that cakes with lower residual oil content showed lower PE concentrations. In the experiment II, castor cake (CC) and jatropha cake (JC), detoxified or not, were evaluated at two substitution levels of soybean meal, 25 and 35% of JC and 25% and 50% of CC, on the degradability and ruminal fermentation parameters in vitro. After 24 hours of incubation, it was observed that inclusion of CC and JC, detoxified or not, did not affect the total gas production, N-NH3 and total short chain fatty acids (SCFAs) production, indicating that ruminal fermentation was not affected. However, there was a reduction in isoacid concentration with the inclusion of 50% of detoxified CC, 35% of CC and 25% of detoxified JC. Methane production was reduced with the inclusion of 35% of non-detoxified JC, indicating that the presence of PE may have changed methanogenic bacteria population in the ruminal fluid. In the experiment III was evaluated the partial substitution of soybean meal by detoxified CC on the nutrient use efficiency, ruminal microbiota and enteric methane emission from sheep fed with this by-product. Animals that received diet with detoxified CC consumed on average 0.59 mg of ricin kg-1 body weight day-1 and did not showed clinical symptoms of intoxication even changes in serum levels of enzymes related to liver and renal function The inclusion of detoxified CC did not influence animal consumption, but it reduced the digestibility of nutrients. The inclusion of detoxified CC did not change rumen microbiota synthesis, nitrogen balance, ruminal fermentation parameters and microbial population in relation to the control treatment, with exception of acetate, which increased with detoxified CC inclusion, but did not reflect on ruminal methane emission. Despite the potential of replacement of detoxified castor cake, the reduction in apparent digestibility of some nutrients may reflect in performance reduction and increase in methane production per kg of animal product

A produção de biodiesel vem crescendo ao longo dos anos e com ela o interesse por matérias-primas alternativas para produção. O pinhão manso e a mamona são consideradas promissoras pelo elevado teor de óleo nas sementes e potencial de utilização dos seus subprodutos na alimentação animal. Entretanto, o uso desses subprodutos é limitado devido à presença de ésteres de forbol (EF) no pinhão manso e de ricina na mamona. Nesse sentido, objetivou-se mensurar o teor de EF e ricina nos subprodutos do pinhão manso e da mamona, respectivamente, assim como avaliar o potencial de utilização desses subprodutos na alimentação de ovinos. O estudo foi desenvolvido em três experimentos. No experimento I os EF foram quantificados nas sementes e frações da semente de pinhão manso, assim como nas tortas e óleos após prensagem a frio das respectivas sementes e albumens. Os resultados mostraram que as tortas possuem perfil nutricional interessante para a dieta de ruminantes e que os EF foram concentrados no óleo após a prensagem, sugerindo que tortas com menor teor de óleo residual apresentem menores concentrações de EF. No experimento II, torta de mamona (TM) e torta de pinhão manso (TPM), destoxificada ou não, foram avaliadas em dois níveis de substituição ao farelo soja, 25 e 35% TPM e 25% e 50% TM, sobre os parâmetros de degradabilidade e fermentação ruminal in vitro. Após 24 horas de incubação foi observado que inclusão da TM e TPM, destoxificada ou não, não afetou a produção de gases total, a produção de N-NH3 e ácidos graxos de cadeia curta total (AGCC), indicando que a fermentação ruminal não foi afetada. Contudo, houve redução na concentração dos isoácidos com a inclusão de 50% de TM destoxificada, 35% de TPM e 25% de TPM destoxificada. A produção de metano foi reduzida com a inclusão de 35% de TPM não destoxificada, indicando que a presença de EF pode ter alterado a população de bactérias metanogênicas no liquido ruminal. No experimento III foi avaliada a substituição parcial do farelo de soja pela TM destoxificada sobre a eficiência de utilização dos nutrientes, microbiota ruminal e emissão de metano entérico de ovinos alimentados com esse subproduto. Os animais que receberam a dieta com TM destoxificada consumiram em média 0,59 mg de ricina kg-1 de peso corporal dia-1 e não apresentaram sintomas clínicos de intoxicação sequer alterações nos níveis séricos de enzimas relacionadas a função hepática e renal. A inclusão da TM destoxificada não influenciou no consumo dos animais, porém reduziu a digestibilidade dos nutrientes. A inclusão da TM destoxificada não alterou a síntese microbiana no rúmen, balanço de nitrogênio, parâmetros de fermentação ruminal e população microbiana em relação ao tratamento controle, com exceção do acetato, que aumentou com a inclusão da TM destoxificada, mas não refletiu sobre a emissão de metano ruminal. Apesar do potencial de substituição da torta de mamona destoxificada, a redução na digestibilidade aparente de alguns nutrientes podem refletir na redução do desempenho e aumento da produção de metano por kg de produto animal / Biodiesel production has been growing over the years and with it the interest for alternative raw materials for production. Jatropha and castor beans are considered to be promising because of the high oil content in seeds and potential of utilization of its by-products in animal feeding. However, these by-products usage is limited due to the presence of phorbol esters (PE) in jatropha and ricin in castor bean. In this sense, the objective was to measure PE and ricin content in by-products of jatropha and castor bean, respectively, as well as to evaluate the potential of utilization of these by-products in sheep feeding. The study was developed in three experiments. In the experiment I, PEs were quantified in seeds and fractions of jatropha seed, as well as in cakes and oils after cold-pressing of respective seeds and albumens. The results showed that the cakes have an interesting nutritional profile for ruminant diet and PEs were concentrated in the oil after pressing, suggesting that cakes with lower residual oil content showed lower PE concentrations. In the experiment II, castor cake (CC) and jatropha cake (JC), detoxified or not, were evaluated at two substitution levels of soybean meal, 25 and 35% of JC and 25% and 50% of CC, on the degradability and ruminal fermentation parameters in vitro. After 24 hours of incubation, it was observed that inclusion of CC and JC, detoxified or not, did not affect the total gas production, N-NH3 and total short chain fatty acids (SCFAs) production, indicating that ruminal fermentation was not affected. However, there was a reduction in isoacid concentration with the inclusion of 50% of detoxified CC, 35% of CC and 25% of detoxified JC. Methane production was reduced with the inclusion of 35% of non-detoxified JC, indicating that the presence of PE may have changed methanogenic bacteria population in the ruminal fluid. In the experiment III was evaluated the partial substitution of soybean meal by detoxified CC on the nutrient use efficiency, ruminal microbiota and enteric methane emission from sheep fed with this by-product. Animals that received diet with detoxified CC consumed on average 0.59 mg of ricin kg-1 body weight day-1 and did not showed clinical symptoms of intoxication even changes in serum levels of enzymes related to liver and renal function The inclusion of detoxified CC did not influence animal consumption, but it reduced the digestibility of nutrients. The inclusion of detoxified CC did not change rumen microbiota synthesis, nitrogen balance, ruminal fermentation parameters and microbial population in relation to the control treatment, with exception of acetate, which increased with detoxified CC inclusion, but did not reflect on ruminal methane emission. Despite the potential of replacement of detoxified castor cake, the reduction in apparent digestibility of some nutrients may reflect in performance reduction and increase in methane production per kg of animal product

The interest in using sugarcane straw as a feedstock for bioenergy production has been increased considerably. However, indiscriminate straw removal may negatively affect soil functioning. Therefore, this work aimed to quantify and characterize soil solution translocating along the profile, under straw removal rates from the soil surface. Lysimeter systems were built with 1, 20, 50, and 100 cm soil columns, with a sandy clay loam texture, from a commercial sugarcane field in Piracicaba-SP, southeastern Brazil. The experiment was conducted in open area, where the lysimeters were subjected to rainfall and sun radiation. After the soil stabilization within the lysimeters, the treatments were added, consisting of four straw amounts (0, 3, 6, and 12 Mg ha-1), representing straw removal rates of 100 (bare soil), 75, 50, and 0%, respectively. After one year of the first straw addition, the same straw amounts were added again simulating the second harvest. Drained solution was collected and quantified by 17 months and soil moisture was determined over a period of two months using sensors. Dissolved organic carbon (DOC) concentration was measured in automatic analyzer. The soil solution and straw solution, made in water infusion, were characterized in High performance liquid chromatography (HPLC) to verify the presence of toxic compounds. After that, straw and soil solution were used in tests with soybean seed to evaluate the effects in plant germination and initial growth. At the end of the experiment, soil bulk density and soil organic carbon (SOC) analyses were performed. Remaining straw was weight before the new addition, and weight again at the end to determine the decomposition rates. The accumulated volume of solution drained was 30, 11 and 4% lower under 100, 75 and 50% removal rates compared to no removal. Bare soil stored less water, indicating susceptibility to lose water by evaporation. Simulation showed that 100% and 75% removal can induce longer periods of water restriction, which impair sugarcane growth. The DOC production on topsoil was higher in no straw removal; the retention was higher in 1 to 20 cm in no removal and higher in 20 to 50 cm in 50 and 75% removal rates. Bare soil released more DOC below 01 cm indicating a possible C loss. Below 100 cm DOC leachate was quite similar in all treatments, what shows a higher C retention and small C loss even in higher DOC production. Even with differences in DOC retention, increases in C stock below 5 cm were not noticed. We found many phenolic compounds in the straw solution, not found in the soil solution, indicating that in natural conditions straw does not release toxic compounds into soil solution. Plant growth was negatively affected by straw solution, but not by soil solution. Our findings suggest that the medium straw maintenance prevents variations and loss on soil water content. Higher straw amount increases DOC production, which likely alters its composition and subsequent retention in soil. Carbon stock did not increase in the soil subsurface, but probably will in the long-term. The higher straw removal, proportionally, the higher the C losses in the form of CO2 and DOC, consequently the lower soil C retention. More straw on soil surface release more C amounts to the soil, retained or translocated with soil water, may be stored in deeper soil layers. Higher water percolation in the soil profile does not mean higher C losses by leaching in deeper soil. This study has the practical objective of finding an amount of straw to be maintained in the field that ensures the C storage and the better soil functioning, and also supply feedstock for bioenergy production. / O interesse no uso da palha de cana-de-açúcar como matéria-prima para a produção de bioenergia vem crescendo consideravelmente. No entanto, a remoção excessiva da palha pode afetar negativamente o funcionamento do solo. Portanto, o objetivo deste trabalho foi quantificar e caracterizar a solução ao longo do perfil sob níveis de remoção de palha da superfície do solo. Para isso, foi construído um sistema de lisímetros com colunas de 1, 20, 50 e 100 cm de solo, de textura franco argilo arenosa, proveniente de área comercial de cana-de-açúcar em Piracicaba-SP, Brasil. O experimento foi conduzido em área aberta, sujeito a precipitação e luz natural. Depois da estabilização do solo dentro dos tubos, foram adicionados os seguintes tratamentos: 0, 3, 6 e 12 Mg ha-1 de massa seca, representando 100 (solo nu), 75, 50 e 0% de intensidade de remoção de palha, respectivamente, sendo adicionados novamente após um ano. A solução percolada foi coletada e quantificada por 17 meses, a umidade do solo foi determinada por dois meses usando sensores. A concentração de carbono orgânico dissolvido (COD) foi mensurada com analisador automático. A solução do solo e solução da palha, feita por infusão em água, foram caracterizadas em HPLC para verificar a presença de compostos tóxicos. Posteriormente, as soluções da palha e solo foram usadas em testes de sementes de soja para avaliar os efeitos na germinação e crescimento inicial. Ao final do experimento, foram realizadas análises de densidade do solo e carbono orgânica do solo (COS). A palha remanescente foi pesada após um ano, anterior a nova adição, e pesada novamente ao final do experimento, para determinar a taxa de decomposição. O volume de solução percolado foi 30, 11 e 4% menor em 100, 75 e 50% do que em 0% de remoção, respectivamente. O solo descoberto armazenou menos água, indicando susceptibilidade à perda de água por evaporação. A simulação mostrou que 100 e 75% de remoção induzem longos períodos de restrição hídrica, que pode prejudicar o crescimento da planta. A produção de COD na camada superficial foi maior no solo sem remoção; a retenção foi maior de 1 a 20 cm em solo sem remoção, e maior em 20 a 50 cm em 50 e 75% de remoção. O solo descoberto liberou mais COD em de 20 cm do que em superfície, indicando perda de C. Abaixo de 100 cm, o COD lixiviado foi similar nos tratamentos, indicando grande retenção de C e pequenas perdas por lixiviação, mesmo em alta produção de COD. Mesmo com diferenças na retenção de COD, não foi identificado aumento no estoque de C abaixo de 5 cm. Foram encontrados compostos fenólicos na solução da palha, não encontrados na solução do solo, indicando que em condições naturais a palha não libera quantidades significativas de compostos tóxicos na solução do solo. O crescimento de plantas foi negativamente afetado pela solução da palha, mas não pela solução do solo. Nossos resultados sugerem que a manutenção de quantidade média de palha previne perdas e variação no conteúdo de água do solo. Maior quantidade de palha aumenta a produção de COD, que provavelmente altera sua composição, alterando a retenção no solo. O estoque de C não aumentou consideravelmente em subsuperfície, mas muito provavelmente aumentará em escala de tempo maior. Quanto maior a remoção de palha, proporcionalmente maior as taxas de C liberadas na forma de CO2 e COD em subsuperfície, consequentemente, menor a retenção de C no solo. Maiores quantidades de palha na superfície liberam mais C para o solo, retido ou translocado com a água, podendo ser estocado em maiores profundidades do solo. Maior percolação de água no solo não significa maiores perdas de C por lixiviação em profundidade.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniela E G Trigueros.pdf: 1658351 bytes, checksum: 7fbea29ba41e37a5bf51e05f405fc287 (MD5) Previous issue date: 2008-02-12 / Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Campus de Toledo / The aromatics hydrocarbons usually known as BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes isomers) are toxics compounds presented in many petroleum products, such as gasoline, and are also widely used in chemical and petrochemical industries. When these compounds are released in the environment a contamination of the soil and the groundwater took place. As a result, the use of the aquifers becomes impossible. Groundwaters nowadays represent an alternative potable water source in many countries. Therefore, it s crucially important to study the biodegradation process, in particular when multiple substrates are presented in the system. In this work, the kinetics of BTEX biodegradation was studied, individually and as in mixture. Hence, the performance of the different microbial growth unstructured models, based on the population level kinetics were investigated by using experimental data from literature. The equations of the material balances, for batch operation mode, were numerically solved (RKF45 method) applying the Monod and Andrews models to describe an individual substrates biodegradation kinetics. Similarly, the applied equations describing mixture substrates biodegradation kinetics were solved by using the competitive, noncompetitive and uncompetitive inhibitions models as well as the sum kinetic interactions parameters (SKIP) model. Moreover, in order to understand the mechanisms involved in the biodegradation process of the BTP toxics compounds (benzene, toluene, and phenol), individually and as the binary and ternary mixtures, were investigated. In this case, some inhibition models modifications were proposed in order to describe the biodegradation kinetics of the benzene-toluene and benzene-phenol mixtures. The kinetic parameters were estimated by using Particle Swarm global optimization method. The experimental data were taken from the literature and the programs were coded in Maple software. The least square method was used as a statistical criterion of the search. The evaluated kinetic parameters values obtained in the present study were found to describe very well experimental data and to be in accordance with the values reported in the literature. The simple Monod and Andrews models accurately predict the BTEX individual biodegradation kinetics. The SKIP model provided the best description of BTEX biodegradation kinetics, showing the existence of non specific interactions between the BTEX substrates. The other models behavior indicated a presence of a competitive and a noncompetitive inhibition in the mixtures, agreeing with the reality that a mixture culture used in the biodegradation can have multiples metabolic pathways to the BTEX biodegradation. By applying the SKIP model, the interactions between BTEX substrates was estimated, where the ethylbenzene expressed a higher inhibitory effect in the mixtures, whereas the xylene shown a smaller one. The competitive inhibition model adequately described the BTP binary and ternary mixtures biodegradation process, because substrates biodegradation is catabolized via the same enzymatic pathway of Pseudomonas putida F1. Moreover, the inhibition models modifications proposed described better the biodegradation kinetics of benzene-toluene and benzene-phenol mixtures. Finally, the obtained results in this work have shown that the best models can be successfully applied for optimization of toxics compounds biodegradation process by applying different bioreactors types and operational conditions. / Os hidrocarbonetos aromáticos benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, coletivamente conhecidos como BTEX são compostos tóxicos presentes em derivados de petróleo, como a gasolina, e utilizados em larga escala nas indústrias químicas e petroquímicas. Estes compostos quando liberados no meio ambiente contaminam o solo e as águas subterrâneas, podendo inviabilizar a exploração de aqüíferos, que atualmente representam uma fonte alternativa de água potável. Portanto, é fundamental a pesquisa de processos de biodegradação, particularmente quando múltiplos substratos estão presentes no sistema. Neste trabalho investigou-se a cinética de biodegradação dos compostos BTEX, individualmente e em mistura. Para tanto, o desempenho de diversos modelos não-estruturados de crescimento microbiano, baseado na cinética no nível da população, foi avaliado utilizando-se dados experimentais obtidos da literatura. As equações do balanço material em operação batelada foram numericamente resolvidas (método RKF45) aplicando os modelos de Monod e Andrews à cinética de biodegradação individual dos substratos. Igualmente, as equações aplicadas à cinética de biodegradação da mistura BTEX foram resolvidas considerando os modelos de inibição competitiva, acompetitiva e não-competitiva, bem como o modelo soma cinética dos parâmetros de interação (sum kinetic interactions parameters SKIP). Para o entendimento dos mecanismos envolvidos na biodegradação de múltiplos substratos tóxicos, também foram investigadas a cinética de biodegradação dos compostos BTF (benzeno, tolueno e fenol), individualmente e em misturas binárias e ternária. Neste caso, algumas modificações nos modelos de inibição foram propostas para descrever a cinética de biodegradação das misturas benzeno-tolueno e benzeno-fenol. Os parâmetros cinéticos foram estimados por meio de um método de otimização global conhecido como Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization PSO), implementado no software Maple®, utilizando a função dos mínimos quadrados como critério estatístico. Os parâmetros obtidos no presente trabalho mostraram-se coerentes com valores relatados na literatura. A biodegradação individual dos substratos BTEX foi adequadamente representada pelos modelos de Andrews e Monod. O modelo SKIP proporcionou a melhor representação da cinética de biodegradação da mistura BTEX, e conseguiu mostrar a existência de interações não específicas entre os substratos BTEX. Além do ótimo ajuste do modelo SKIP, inferências sobre o comportamento dos demais modelos avaliados indicam uma mistura de inibições competitiva e não-competitiva, concordando com o fato de que, a mistura de culturas microbianas utilizada na biodegradação, pode apresentar múltiplos caminhos metabólicos para a biodegradação dos compostos BTEX. Por meio do modelo SKIP estimou-se as interações entre os substratos BTEX, onde o etilbenzeno apresentou o maior efeito de inibição sobre os demais compostos, ao passo que o xileno mostrou o menor efeito. O modelo de inibição competitiva representou adequadamente a cinética de biodegradação dos substratos BTF, em misturas binárias e ternária, concordando com o fato de que estes compostos são catabolizados pelo mesmo caminho enzimático da Pseudomonas putida F1 utilizada na biodegradação. Além disso, as modificações propostas para os modelos de inibição, representaram melhor a cinética de biodegradação das misturas benzeno-tolueno e benzeno-fenol. Os resultados alcançados neste trabalho mostram que os melhores modelos podem ser aplicados com sucesso na otimização dos processos de biodegradação de compostos tóxicos em diferentes tipos de biorreatores e condições operacionais.