Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:11:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326735.pdf: 2810031 bytes, checksum: 9c95d2ea602278890c278f5e19976e4e (MD5) Previous issue date: 2014 / A indústria petroquímica representa atualmente um setor preponderante na economia brasileira. A gestão sustentável dos recursos hídricos é uma preocupação crescente da indústria petroquímica, fazendo com que o desenvolvimento de tecnologias amigas do ambiente para tratamento de efluentes petroquímicos seja um mercado em crescimento. O objetivo deste trabalho consiste na valorização da macroalga marinha Pelvetia canaliculata (Linnaeus) através de seu uso como trocador de cátions para remoção e recuperação de íons de cádmio, chumbo, cobre e zinco em soluções aquosas, como um processo alternativo de remoção de metais pesados presente em efluentes petroquímicos. O mecanismo de biossorção dos cátions divalentes de chumbo, cádmio, cobre e zinco, usando a alga bruta, revelou-se um processo de troca iônica com os cátions presentes na superfície da alga, Na+, K+, Ca2+ e Mg2+, com uma estequiometria de 1:1 entre íons com a mesma carga (Ca2+ e Mg2+ com Pb2+,Cd2+, Cu2+ e Zn2+) e 2:1 entre íons de cargas diferentes (K+ e Na+ com Pb2+, Cd2+, Cu2+ e Zn2+). Inicialmente, procedeu-se a um tratamento da alga de forma a converter todos os grupos funcionais na forma Na+. A partir dos resultados da digestão da alga na forma Na+ foi possível obter a quantidade de íons sódio ligados aos grupos funcionais (2,5 mmol/g), o que sugere a presença de 2,5 mmol de grupos funcionais ácidos por grama de alga. Através das técnicas de FTIR e de titulação potenciométrica foi possível determinar que os principais grupos funcionais presentes na superfície da alga responsáveis pela ligação dos metais são os grupos funcionais ácidos (fracamente ácido (grupos carboxílicos) e fortemente ácidos (grupos sulfônicos)), representando no total 2,5 mmol/g. Foram realizadas experiências cinéticas em sistema fechado, a partir das quais se determinou o tempo de equilíbrio e o valor da difusividade homogênea do íon metálico no biossorvente. O equilíbrio de biossorção dos íons chumbo e cádmio em solução aquosa, usando a alga na forma Na+ foi estudado a diferentes valores de pH, verificando-se um aumento significativo da capacidade de biossorção com o aumento do pH. A capacidade máxima de biossorção dos íons chumbo a pH 4,0 foi de 1,25 mmol/g (259 mg/g) e a de cádmio a pH 4,5 foi 1,25 mmol/g (140 mg/g), permitindo concluir que todos os grupos funcionais presentes na superfície da alga foram ocupados. O equilíbrio de biossorção usando a mistura Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+ revelou que existe competitividade entre os íons metálicos para os sítios ativos presentes na superfície da biomassa, diminuindo a capacidade de biossorção de cada íon metálico, face ao sistema usando apenas um íon metálico. No entanto, a capacidade total de biossorção da mistura Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+ é similar à obtida no sistema usando apenas um íon metálico. A esterificação da alga, bloqueando os grupos carboxílicos e os grupos sulfônicos, levou a uma redução de mais de 80% da capacidade de biossorção, indicando que estes grupos funcionais são os principais responsáveis pela remoção dos íons metálicos. Um modelo de equilíbrio de troca iônica, considerando os grupos funcionais carboxílicos e sulfônicos na forma Na+, foi capaz de prever os dados de equilíbrio nos diferentes sistemas estudados (Pb2+/Na+/H+, Cd2+/Na+/H+ e Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+/Na+/H+) em sistema fechado permitindo calcular as constantes de seletividade entre os íons. Um modelo de transferência de massa considerando uma resistência à difusão intrapartícula, foi capaz de descrever as cinéticas de biossorção a diferentes valores de pH iniciais da solução, nos diferentes sistemas estudados. Estudou-se também o processo de biossorção dos íons metálicos em sistema contínuo usando uma coluna de leito fixo, à escala laboratorial e piloto. As curvas de ruptura foram obtidas para os diferentes sistemas estudados (Pb2+/Na+/H+, Cd2+/Na+/H+, Cu2+/Na+/H+, Zn2+/Na+/H+ e Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+/Na+/H+). A dessorção dos íons metálicos foi estudada no sistema contínuo usando como eluente uma solução de HNO3 (0,1 M).<br> / Abstract : The petrochemical industry currently represents a major sector in the Brazilian economy. The sustainable management of water resources is a growing concern in the petrochemical industry, and consequently the development of environmentally friendly technologies for the treatment of petrochemical effluent is a growing market. The objective of this work is the valorisation of marine brown macroalgae Pelvetia canaliculata through its use as cation exchanger for removal and recovery of cadmium, lead, copper and zinc ions from aqueous solution, as an alternative process for heavy metals removal from petrochemical effluents. The mechanism of lead, cadmium, copper and zinc divalent cations biosorption using the raw algae, has been attributed to an ion exchange process between light metal present in the surface of algae, Na+, K+, Ca2+ and Mg2+, and ions in aqueous solution, Pb2+, Cd2+, Cu2+ and Zn2+, with a stoichiometry ratio of 1:1 between ions of the same charge (Ca2+, Mg2+ with Pb2+, Cd2+, Cu2+ e Zn2+) and 2:1 between ions of different charge (K+ and Na+ with Pb2+, Cd2+, Cu2+ e Zn2+). Initially, the raw alga was treated with a NaCl solution in order to convert all functional groups in the Na+ form. From Na loaded algae digestion results it was possible to obtain the amount of sodium ions bound to the functional groups (2.5 mmol/g), suggesting the presence of 2.5 mmol of acid functional groups per gram of algae. Through FTIR and potentiometric titration techniques it was determined that the main functional groups present on the surface of the algae responsible for metal binding are acidic functional groups (weakly acidic (carboxylic groups) and strongly acidic (sulfonic groups)), representing a total of 2.5 mmol/g. Batch kinetic biosorption experiments were carried out to determine the equilibrium time and the homogeneous diffusion coefficient of each metal in the biosorbent. Batch equilibrium biosorption of lead and cadmium ions in aqueous solution using the Na loaded algae was studied at different pH values. A significant increase in the equilibrium biosorption capacity with increase of pH was observed. Maximum biosorption capacity of lead ions at pH 4.0 was 1.25 mmol/g (259 mg/g) and for cadmium ions at pH 4.5 was 1.25 mmol/g (140 mg/g), which means that all functional groups present on the surface of the algae were occupied. Batch equilibrium biosorption for the Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+ system showed the competition between metals ions for the active binding sites presents in the surface of the biomass, decreasing the biosorption capacity of each metal ion when comparing with the single metal ion system. However, the total biosorption capacity for the Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+ mixture was similar to that obtained for the single metal ion system. Algae esterification, blocking carboxylic and sulfonic groups, led to a reduction of more than 80% of biosorption capacity, indicating that these functional groups are primarily responsible for metal ions removal. A mass transfer model, considering a resistance to the intraparticle diffusion, was able to describe the biosorption kinetics at different initial solution pHs, in single and quaternary metal systems. An ion exchange equilibrium model, considering carboxylic and sulfonic functional groups in the Na+ form, was able to predict the equilibrium data in all the systems studied (Pb2+/Na+/H+, Cd2+/Na+/H+ and Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+/Na+/H+), being able to calculate the selectivity coefficients among ions. The biosorption of the metal ions was also studied in a continuous system using a packed bed configuration, at lab and pilot scale. Biosorption breakthrough curves were also obtained for all the systems studied (Pb2+/Na+/H+, Cd2+/Na+/H+, Cu2+/Na+/H+, Zn2+/Na+/H+ e Pb2+/Cd2+/Cu2+/Zn2+/Na+/H+). Desorption of metal ions, in the continuous system, was also evaluated using HNO3 solution (0.1 M) as eluent.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:16:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329571.pdf: 1737346 bytes, checksum: a28e63737fd72fa2547cf3b5ce1a10e9 (MD5) Previous issue date: 2014 / A indústria têxtil é conhecida por utilizar grandes quantidades de água e produtos químicos. Seus principais efluentes são compostos por corantes da etapa de tingimento. O tratamento convencional de efluentes líquidos na indústria têxtil gera o acúmulo de lodo, tornando-se um problema no setor quanto ao descarte em aterros industriais. Por isso, novas alternativas têm sido estudadas e, dentre elas, a adsorção tem mostrado bons resultados. O carvão comercial possui boas características, porém custo elevado. Por conta disso, vários estudos relatam a remoção de corantes têxteis pelo uso de adsorventes alternativos oriundos de lodo industrial. Neste trabalho aplicaram-se técnicas para a obtenção de adsorventes provenientes de uma mistura de lodo físico-químico e biológico cuja preparação envolveu o tratamento térmico por pirólise e a ativação por tratamento químico com H2SO4 ou H3CCOOH, conforme procedimentos de estudos anteriores, Patente INPI Â RJ PI 0703.182-3, 2007. Os adsorventes foram caracterizados por ponto de carga zero (pH(pcz)), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), área superficial BET, análises físico-químicas e elementar. Realizou-se um ensaio preliminar para determinar qual modificação química gerou melhor adsorvente. Nos ensaios de cinética e de equilíbrio foram avaliados o comportamento da adsorção frente a mudanças de temperatura e concentração de NaCl ou Na2SO4 e os testes de reutilização de água residual avaliaram a eficácia do tratamento por adsorção. A caracterização indicou que os adsorventes produzidos possuem estrutura similar, porém composição distinta. A ativação com H2SO4 produziu o adsorvente com maior capacidade de adsorção dentro das condições do estudo. Os testes de cinética e de equilíbrio indicaram que a presença de NaCl aumentou a influência da temperatura e a capacidade do adsorvente, enquanto para o Na2SO4 verificou-se o efeito contrário. O tingimento com água reutilizada, tratada pelos adsorventes produzidos, mostrou expressivas diferenças de cor quando o NaCl foi usado. Contudo, para o caso do Na2SO4, verificou-se que as amostras ficaram similares em relação à referência.<br> / Abstract : The textile industry is known to use large amounts of water and chemicals. Its main effluents are composed of dyes from the dyeing process. The conventional waste treatment in textile industry results in sludge accumulation which is a problem for its disposal in landfills. Therefore, new alternatives have been studied and amongst them, adsorption has shown good results. Activated carbon possesses good properties but unfortunately, it's a relatively expensive option. Because of this, several studies have reported the use of alternative adsorbents, obtained from industrial sludge, for the removal of textile dyes. In this work, two techniques were applied for obtaining adsorbents from a mixture of physicochemical and biological sludge, involving the preparation by heat treatment and chemical treatment with H2SO4 or H3CCOOH solution, as described in previous studies, patent: INPI - RJ PI 0703.182-3 2007. The adsorbents were characterized by point of zero charge (pH(pzc)), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), BET surface area, physicochemical and elemental analyses. A preliminary experiment was conducted to determine which chemical modification would produce the better adsorbent. Kinetic and equilibrium tests were carried out to evaluate the adsorption behavior under different conditions of temperature and NaCl or Na2SO4 concentrations. Wastewater reuse dyeing tests were conducted to evaluate the efficacy of the adsorption treatment. The characterization results indicated that the adsorbents have similar structures, but different compositions. H2SO4 chemical activation produced a higher adsorption capacity adsorbent. Kinetics and equilibrium tests indicated that the NaCl presence increased the temperature influence and the adsorption capacity while for Na2SO4, it had the opposite effect. Water reuse dyeing tests by adsorption showed significant color differences when NaCl was used. However, when Na2SO4 was used, the samples were similar to the reference.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:37:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327996.pdf: 6034214 bytes, checksum: 740bb28429f0b1e03fedd67770eaf1b0 (MD5) Previous issue date: 2014 / A Aloe vera, popularmente denominada babosa no Brasil, é uma planta originária da África, utilizada por culturas antigas do Mediterrâneo e do Egito devido às suas propriedades terapêuticas e medicinais. O extrato do parênquima de reserva desta planta, denominado gel de A. vera, apresenta ampla gama de compostos que possuem atividades farmacológicas de interesse medicinal. A incorporação de porções de A. vera no desenvolvimento de novos materiais, como a celulose bacteriana (CB), promove alterações morfológicas, mecânicas e químicas de grande interesse para engenharia tecidual e na produção de novas classes de dispositivos biomédicos. Na produção dos hidrogéis celulose bacteriana e A. vera, o meio de cultura da bactéria Gluconacetobacter hansenii foi formulado com três porções de A. vera, variando as concentrações de 20%, 40%, 60%, 80% a 100% (v/v). Apenas as formulações de 20%, 40% e 60% (v/v), das três porções, produziram com sucesso materiais com características distintas e singulares de microestrutura, caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV); de propriedades mecânicas, químicas, avaliadas qualitativamente por espectroscopia de infravermelho por refletância total atenuada (FTIR-ATR); e também foram caracterizadas quanto à capacidade de absorção de água e cristalinidade. Além disso, células de fibroblastos da linhagem L929, foram semeadas sobre os materiais para avaliação da citotoxicidade, adesão e morfologia celular em função do tempo. Os fibroblastos permaneceram viáveis em até 48 horas de cultura em todos os hidrogéis desenvolvidos e apresentaram morfologia alongada e melhor aderência nas membranas formuladas com 60% das três porções. Os materiais formulados com 60% de A. vera na celulose bacteriana se mostraram plataformas promissoras para o desenvolvimento de dispositivos para regeneração de pele.<br> / Abstract : Aloe vera, usually known in Brazil as "babosa", originary plant from Africa, was used by ancient cultures of the Mediterranean and Egypt due to therapeutic and medicinal properties. The parenchyma reserve extract of this plant, called A. vera gel, presents a wide range of compounds which has pharmacological activities of medicinal interests. The incorporation of A. vera portions in development of new materials, such as bacterial cellulose (BC), promotes morphological, chemical and mechanical changes of great interests for tissue engineering and production of new classes of biomedical devices. In the production of bacteria cellulose and A. vera hydrogels, the culture medium of the bacteria Gluconacetobacter hansenii was formulated with three portions A. vera, raging the concentrations from 20%, 40 %, 60 %, 80% to 100% (v/v). Only formulations of 20 % , 40 % and 60 % (v/v), for three portions, produced successfully materials with distinct and unique characteristics of microstructure; characterized by scanning electron microscopy (SEM); mechanical and chemical properties; evaluated qualitatively by infrared spectroscopy by attenuated total reflectance (FTIR-ATR), and were also characterized by their ability to absorb water and crystallinity. Moreover, fibroblast cells of the L929 strain were seeded on the material to evaluate cytotoxicity, cell adhesion and morphology as a function of time. Fibroblasts remained viable for up to 48 hours of culture, in all developed hydrogels, and showed elongated morphology and better adhesion on the membranes formulated with 60 % of the three portions. The materials formulated with 60% of A. vera into bacterial cellulose proved are promising scaffold for the development of new devices for skin regeneration.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:41:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329077.pdf: 22755991 bytes, checksum: c32017fcb873899cc5782f98c3be50ac (MD5) Previous issue date: 2014 / A presença de escoamento horizontal em sistemas onde existe um gradiente vertical de temperatura que pode induzir a convecção ao natural pode ser vista em diversas situações, tanto em aplicações tecnológicas quanto em fenômenos naturais. Apesar disto, a influência do escoamento cisalhante sobre os limites onde a convecção natural ocorre ainda é pouco conhecida, especialmente em meios multifásicos. O objetivo do presente trabalho é avaliar a estabilidade de um sistema composto por dois fluidos imiscíveis sobrepostos sujeitos a um gradiente de pressão horizontal, que induz o escoamento nesta direção o, e um gradiente de temperatura vertical que pode levar à formação de células convectivas quando a diferença de temperatura entre as paredes horizontais atingir um valor crítico. Este modelo contempla diferentes fenômenos presentes sistemas mais simples cujas características de estabilidade já são conhecidas e apresentadas na literatura, sendo por isso chamado de convecção o de Rayleigh-Bénard-Poiseuille estratificada. Duas diferentes abordagens numéricas foram empregadas para avaliar a estabilidade este sistema. Primeiramente, foi utilizada uma análise linear onde a dependência das variáveis ao longo do tempo e da direção horizontal é modelada através de modos normais associados a uma determinada perturbação. O comportamento dinâmico desta perturbação define a estabilidade do sistema: se a amplitude da perturbação diminuir com o tempo o sistema ser á estável, caso contrário este seria instável. A segunda forma de análise foi através da simulação numérica direta das equações governantes com o uso de técnicas de fluidodinâmica computacional. Os resultados obtidos com as duas metodologias mostram-se de modo geral em acordo, indicando respostas semelhantes à variação em determinados parâmetros. Devido ao grande número de fenômenos que afetam a estabilidade deste sistema, a análise foi restrita a uma estreita faixa para os parâmetros governantes. Em especial, foram determinados os valores mínimos para o número de Rayleigh necessários para que a convecção natural ocorra e as possíveis formas que o sistema pode ser organizar neste caso. Diferentes modos de acoplamento entre as camadas foram identificados e caracterizados, bem como foram definidos os intervalos onde cada modo surge como mais instável. A competição entre diferentes modos de instabilidade pode alterar de forma significativa os perfis de velocidade e temperatura obtidos, podendo mesmo levar á casos onde o sistema continuamente oscila entre diferentes formas de convecção natural. A indução de um escoamento paralelo, no entanto, inibe a formação destes estados oscilatórios por afetar de forma distinta os diferentes modos. A presença de uma interface separando as duas camadas representa um problema adicional, pois esta pode levar à formação de células convectivas devido unicamente ao efeito termocapilar ou pode ser deformada em função do campo de velocidades e causar variações locais nas espessuras das camadas. Além disso, os resultados obtidos com a simulação direta utilizando o método do volume de fluido mostram que quando o valor de Rayleigh é consideravelmente superior ao valor crítico e a diferença de densidade entre as camadas não for suficiente para estabilizar a interface, a aproximação em termo dos modos normais não é mais válida e estruturas muito complexas podem surgir. Apesar das dificuldades matemáticas e numéricas inerentes `a modelagem desta forma de escoamento, a associação da análise linear com a simulação numérica direta mostrou-se apropriada para a análise de estabilidade da convecção o de Rayleigh-Bénard-Poiseuille estratificada e os resultados obtidos foram suficientes para esclarecer muitas das características deste problema, permitindo um melhor entendimento da origem e interação dos diversos modos de instabilidade.<br> / Abstract : The presence of horizontal flow in systems where a vertical temperature gradient can leads to heat transfer by natural convection is widely observed in several technological applications, such as co-extrusion process and oil-water flows, as well as can occur in natural phenomena such as atmospheric flow and mantle convection. Despite the high relevance to both theoretical and practical applications, the influence of the shear flow on the onset of natural convection is poorly understood, particulary in multiphase systems. The main objective of the study herein reported is to investigate the stability of a system where two superposed immiscible fluids are subject to a pressure gradient inducing horizontal flow and a vertical temperature gradient that induce heat transfer by natural convection if the temperature difference between the horizontal walls reaches a critical value. This system comprehends several characteristics present in other classical flow structures, which stability features are well known, and therefore it is named as Stratified Rayleigh-B´enard-Poiseuille convection. Two different numerical approaches were used to analyze this system. The first one was a linear stability analysis where normal modes were used to express the temporal dependence and spatial distribution along the horizontal direction of the field variables. Each normal mode is related to a disturbance and the dynamic behavior of this disturbance defines the system stability. Whenever the disturbance amplitude decreases along the time and eventually disappears the system will be stable, otherwise it will be unstable. The second numerical approach used was the direct numerical simulation of the governing equation through computational fluid dynamics techniques. The results obtained with both methodologies are in good agreement, showing similar responses to the change in certain parameters. Due to the large number of phenomena governing the system stability, this study focuses in a restricted part of the parameters spectrum, selected mostly to allow the determination of the minimum value that the Rayleigh number must achieve in order to natural convection be possible and the different ways in which the system can self-organize when this happens. Different coupling modes between the bottom and top layers were identified and characterized, as well as the intervals where each mode appears as the most unstable. Competition between different instability modes can change the velocity and temperature profiles significantly and can even leads to situations where the system continuously oscillate between two different natural convection patterns. However, the presence of shear flow inhibits the development of oscillatory states, even at very low Reynolds numbers. This happens because the shear flow affects each instability mode in a different way and the equilibrium between the forces needed to keep the oscillatory state is broken. The existence of an interface separating the system in two layers offers an additional problem. The interface itself can induce the formation of convective cells due to the thermocapillary effect or can be deformed as a result of the velocity field, generating local changes in the layers depth. Moreover, results provided by direct numerical simulation using the volume of fluid method to capture the interface position shows that when the Rayleigh number is substantially greater than the critical value and the density difference between the layers is not enough to stabilize the interface, the approximation given by the normal modes is no more accurate and complex structures with a high interface deformation can appear. Despite the difficulties associated with the numerical and mathematical modeling of this flow structure, the approach adopted in the present study proved to be appropriate to analyze the stability of the stratified Rayleigh-B´enard-Poiseuille convection and the acquired results were adequate to elucidate many of the flow stability properties, allowing a better understanding about the origin and interaction of several instability modes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:43:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331439.pdf: 2157111 bytes, checksum: 2643192ccd4945168ebb402a9fd09fa0 (MD5) Previous issue date: 2014 / A Engenharia Metabólica constitui-se como grande área de conhecimento que utiliza dados genômicos para estudo e mutação sítio-dirigida de organismos, objetivando melhores fatores de conversão de substrato em um produto desejado, geralmente de alto valor agregado. A metodologia empregada neste trabalho iniciou com uma reconstrução in silico da Clostridium acetobutylicum, bactéria conhecida pela grande produção de acetato, butirato e hidrogênio. Esta reconstrução foi substituída por outra mais recente e pronta para uso, mas ainda foi a melhor opção para a análise de nocaute de genes. Uma Análise de Sensibilidade revelou a possibilidade de substituição de substrato. Esta substituição de substrato foi testada experimentalmente por crescimento em batelada em biorreator anaeróbio. Os trabalhos de reconstrução aqui envolvidos serviram de referência para a correção do METoolbox, que após as correções apresentou os mesmos valores de FBA do COBRA Toolbox, constituindo-se assim como ferramenta bem estabelecida para o estudo de Engenharia Metabólica. Os estudos de Engenharia Metabólica visando maximizar a produção de hidrogênio indicaram a substituição de glicose como substrato por sacarose, maltose ou lactose. Nos ensaios experimentais, taxas de produção de hidrogênio semelhantes às obtidas com glicose foram obtidas com sacarose e maltose, mas claramente inferiores foram obtidas com lactose como substrato. Os estudos in silico indicaram também a deleção do gene CAC1742 como alternativa para maximizar a produção de hidrogênio, hipótese ainda não testada experimentalmente. A partir dos modelos não regulados já publicados, um modelo com regulação para a C. acetobutylicum foi feito, sendo seus resultados devidamente validados com dados experimentais para diferentes substratos, reproduzidos em Análise de Balanço de Fluxos (FBA), tanto em estado pseudo estacionário quanto dinâmico.<br> / Abstract: Metabolic Engineering established as wide area of knowledge that uses genomic data to study and site-directed mutation of organisms, aiming best yields of substrate to a desired product, usually with high benefit. The methodology in this work began with an in silico reconstruction of Clostridium acetobutylicum, a bacterium known for high production of acetate, butyrate and hydrogen. We replaced this reconstruction by a newer and ready for use, but it was still the best option for the analysis of gene knockout. A sensitivity analysis revealed the possibility of replacing substrate. We tested this substitution of substrate experimentally by growth in batch anaerobic bioreactor. We use the reconstruction work involved here as reference for the correction of METoolbox, that after presented the same values of FBA COBRA Toolbox, constituting as well established for the study of Metabolic Engineering tool. We made Metabolic Engineering studies to maximize hydrogen production, indicating the replacement of glucose as substrate by sucrose, maltose or lactose. In experimental testing, glucose's similar hydrogen production rates has obtained with sucrose and maltose, but clearly below were obtaine with lactose as substrate. The in silico studies also indicated the deletion of CAC1742 gene as an alternative to maximize hydrogen production, experimentally untested hypothesis. From the unregulated models already published, we made a regulated model for C. acetobutylicum, with results well validated with experimental data for different substrates, played on Flux Balance Analysis (FBA), in pseudo steady state and dynamic simulation.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:45:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329217.pdf: 1998132 bytes, checksum: e00638349c5bf4365456b99f47193051 (MD5) Previous issue date: 2014 / Nas últimas décadas a cadeia produtiva de alimentos foi alvo de inovações principalmente sob dois aspectos: a problemática do uso excessivo de aditivos incorporados diretamente aos alimentos, e quanto ao aumento do consumo de materiais plásticos tradicionais para a fabricação de embalagens que, por sua vez, impactam em questões ambientais. Neste contexto, foram elaborados filmes biodegradáveis multifuncionais com polímero natural (amido de milho) e polímero sintético (polietileno linear de baixa densidade - PELBD), nas concentrações de amido 10, 20, 30, 40, 50 %, denominados de F10, F20, F30, F40 e F50, respectivamente, aditivados com ácido cítrico como agente antioxidante, antimicrobiano e compatibilizante. Também foi produzido um filme controle (FC) somente de PELBD. A microscopia eletrônica de varredura demonstrou que a incorporação do amido provocou alterações na superfície devido a uma distribuição não uniforme e existência de cristais, principalmente nos filmes com maior proporção mássica de amido. Estas caraterísticas influenciaram as propriedades mecânicas, com uma diminuição da Resistência máxima à Tração dos filmes com concentrações superiores a 10% da mistura de amido. Efeito semelhante foi percebido no Alongamento até a ruptura e Módulo de elasticidade. A solubilidade e o grau de intumescimento dos filmes em água aumentaram de forma diretamente proporcional à concentração de amido dos filmes. Em relação aos parâmetros de cor dos filmes foi observado um aumento na Luminosidade e na intensidade da cor vermelha (a*) principalmente para os filmes com maior adição de amido (F40 e F50). A cor amarela (b*) foi intensificada significativamente nos filmes F30, F40 e F50. Na análise termogravimétrica das blendas foi demonstrado que a degradação ocorre em três estágios, com mudanças relativas à proporção de amido, diferentemente do FC que degradou em apenas um estágio. Os espectros FT-IR para os diferentes filmes apresentaram bandas de absorção típicas dos grupos funcionais do PELBD com um aumento gradativo na intensidade dos picos característicos do amido de acordo com sua incorporação. Referente à condutividade elétrica dos filmes, esta aumentou com a adição da mistura de amido. Após caracterização, o filme foi avaliado quanto à atividade antioxidante/antimicrobiana na conservação de amostras de carne armazenadas em refrigeração. O filme F30 apresentou uma redução significativa dos índices de TBARs e no último dia de armazenamento nos valores de pH e na contagem bacteriana total da carne quando comparadas ao FC (não ativo). Foidetectada uma melhora em relação à cor da carne embalada, com aumento significativo de a* e Chroma, característicos da cor vermelha desejável de carnes bovinas. Na avaliação da migração do ácido cítrico em meio simulante, foi detectada migração a partir do segundo dia de armazenamento. A biodegradabilidade dos filmes foi confirmada pela inoculação em meio com Aspergillus niger, pela ação direta da enzima amilase e em solo. O filme ativo biodegradável se apresenta como uma boa alternativa para o armazenamento de carne bovina, tanto sob os aspectos de qualidade da carne, oxidação de gorduras, degradação microbiana e coloração, quanto pela necessária redução do uso de materiais plásticos convencionais na cadeia produtiva cárnea.<br> / Abstract : In recent decades the food chain was the target of innovations mainly in two aspects: the problem of excessive use of additives incorporated directly to food, and about of increased consumption of traditional plastics for the manufacture of packaging which, in turn, impact on environmental issues. In this context, biodegradable films with natural polymer (corn starch) and synthetic polymer (linear low density polyethylene - LLDPE) were prepared at concentrations of starch 10, 20, 30, 40, 50%, called F10, F20, F30, F40 and F50, respectively, with additives citric acid as antioxidant, antimicrobial and coupling agent. Also produced a film control (FC) only of LLDPE. The Scanning Electron Microscopy showed that the incorporation of starch caused changes on the surface of the films. These characteristics influence the mechanical properties of the films, with a decrease of Tensile Strength in concentrations higher than 10% of the starch. A similar effect was observed in Elongation at Break and Modulus of Elasticity. The water vapor permeability of the films was affected by the incorporation of starch, but was framed as moderate. The solubility and degree of swelling of the films in water increased in direct proportion to the concentration of starch films. Regarding the color parameters of the films was observed an increase in brightness and intensity of redness (a*) mainly for F40 and F50. The yellow color (b*) was significantly enhanced in F30, F40 and F50. In Thermogravimetric analysis of blends was shown deterioration in three stages, with changes on the proportion of starch, unlike FC has degraded in just one stage. The FT-IR spectra for the different films presented the typical absorption bands of the functional groups of LLDPE with a gradual increase in the intensity of the characteristic peaks of starch according to their incorporation. In relation the electrical conductivity of the films, was observed a increased with the addition of the mixture of starch. After characterization, the film was evaluated for antioxidant/antimicrobial activity in the conservation of meat samples stored under refrigeration. The film F30 showed a significant reduction of oxidation (TBARS), pH and total bacterial count of meat when compared with samples from FC (not active). An improvement was detected in relation to the color of packaged meat, with significant increase in a* and Chroma, the desirable characteristic red color of beef. The migration of citric acid in simulating media was detected from the second day of storage. The biodegradability of the films was confirmed by inoculation in medium with Aspergillus niger by the direct action of the enzyme amylase andsoil. The biodegradable active film was presented as a good alternative for storage of beef, due to preserve aspects of meat quality like: lipid oxidation, microbial degradation and staining, and by reducing the use of conventional plastic materials in the meat production chain.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:54:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327374.pdf: 2009401 bytes, checksum: 54f5197c89ee579e10d3869c177fc489 (MD5) Previous issue date: 2014 / A modelagem matemática realística da transferência de massa em mistura multicomponente e de notória complexidade devido a presença de fenômenos difusivos (difusão cruzada) que não são descritos pela lei de Fick. As equações de Maxwell-Stefan e a lei de Fick generalizada são capazes de representar todas as interações possíveis em misturas multicomponentes e, com isso, os efeitos da difusão cruzada são considerados. Neste estudo, um modelo para a transferência de massa e calor em gotas multicomponentes empregando as equações de Maxwell-Stefan e lei de Fick generalizada foi desenvolvido. A abordagem Euler-Lagrange foi adotada para a modelagem bifásica. O modelo foi empregado para o estudo da transferência de massa e calor em mistura binária ar-água e em mistura multicomponente composta por metano, n-pentano, n-hexano e n-octano. O equilíbrio atingido nas simulações numéricas em CFD foi verificado com dados de carta psicrométrica, para a mistura binária, e dados obtidos do simulador de processos PRO/II R, para a mistura multicomponente. A influência da difusão cruzada na transferência de massa multicomponente foi analisada comparando-se as predições do modelo completo com predições obtidas de modelos baseados na lei de Fick, considerando coeficiente de difusão constante e coeficiente de difusão efetivo. Além disso, o efeito da correção para altas taxas foi analisado e um estudo acerca de correlações para o cálculo dos coeficientes de difusão em concentrações finitas e dos coeficientes convectivos de transferência de massa e calor foi conduzido. Os resultados mostraram que abordagens mais simples, como o modelo de difusividade efetiva, podem ser empregadas para descrever a transferência de massa em misturas multicomponentes ideais. As correlações para o cálculo dos coeficientes de difusão em concentrações finitas apresentaram predições similares entre si e o emprego da correlação para altas taxas não influenciou nos resultados. No estudo de correlações para o cálculo dos coeficientes convectivos de transferência de massa e calor verificou-se que a correção LRH apresentou os maiores desvios em relação à predição de Ranz-Marshall e com a diminuição da vazão a influência do blowing e effect foi observada.<br> / Abstract : Realistic mathematical modeling of multicomponent mixtures is of paramont complexity due to diusive phenomena (cross diffusion effects) that are not described by Fick's law. The Maxwell-Stefan's equations and generalized Fick's law are capable of representing all possible interactions in multicomponent mixtures and, thus, the effects of cross diffusion are considered. In this study, a model for mass and heat transfer in multicomponent droplets using the Stefan-Maxwell's equations and generalized Fick's law has been developed. The two-phase ow was modeled according to an eulerian-lagrangian approach. The model was applied in the study of mass and heat transfer in a binary mixture of water and air and in a multicomponent mixture composed by methane, n-pentane, n-hexane and n-octane.The equilibrium achieved in the CFD studies was verified with the data obtained from psychrometric chart for the binary mixture, and the values obtained by the process simulator PRO/II R , for the multicomponent mixture. The in uence of cross diffusion in multicomponent mass transfer was analyzed by comparing the predictions of the full model with predictions obtained from models based on Fick's law, considering constant and effective diffusion coeficients. Moreover, the effect of high ux corrections was evaluated and a study with correlations for diffusion coeficients in finite concentrations and for mass and heat transfer coeficients was conducted. Results showed that simpler approaches, as the effective diffusivity model, can be used to describe the mass transfer in ideal multicomponent mixtures. The correlations for the calculation of diffusion coeficients in finite concentrations showed similar predictions with each other and the high rates correction did not in uence the results. In the study of correlations for the convective mass and heat transfer coeficients was verified that LRH correlation presented the highest deviations from the prediction of Ranz-Marshall and the in uence of blowing effect was observed as the initial ow rate was decreased.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327693.pdf: 2768784 bytes, checksum: 823a4c2b42dcce6ff85c5e13072b74c4 (MD5) Previous issue date: 2014 / O reúso de água nas indústrias têxteis vem recebendo atenção por parte de seus administradores nos últimos anos devido às necessidades de adequação. Para que as empresas possam reutilizar a água industrial, é importante a remoção de corante de seus efluentes. A adsorção é uma técnica que vem sendo estudada e empregada com sucesso na remoção de corantes da indústria têxtil. Neste estudo foi utilizado o carvão ativado, proveniente de casca de coco, da Indústrias Químicas Carbomafra S/A e este foi estudado na sua forma comercial, modificado termicamente a 450 °C e modificado termicamente a 450 °C com adição de HNO3 e com adição de H3PO4 para adsorver o corante amarelo ouro básico 28. O corante amarelo foi selecionado por ser um corante de difícil remoção das estações de tratamento de efluentes convencionais. Foi investigada a influência de parâmetros como temperatura, pH e adição de elementos auxiliares à solução, bem como foi realizada a caracterização dos adsorventes. Através de análise de FTIR, observou-se a presença de ligações de C-O e anéis aromáticos em todas as amostras, e a presença de nitrogênio no carvão modificado com HNO3. A análise de MEV mostrou que os carvões apresentam uma superfície com presença de sítios ativos e de uma grande quantidade de fendas e cavidades. Foram efetuados ensaios cinéticos e de equilíbrio para determinar as melhores condições de adsorção, visando aplicá-las em um sistema contínuo de adsorção em leito fixo e a partir dos dados obtidos neste processo, obter parâmetros para projeto de colunas de leito fixo para aplicação na indústria. Foram utilizados os modelos de Langmuir, Freundlich e Tempkin para ajustar os dados experimentais da variação da concentração do soluto adsorvido na fase sólida em função da concentração de equilíbrio na fase fluida. O modelo da isoterma de Langmuir ajustou-se com coeficiente de correlação linear de 0,99 aos dados obtidos com o carvão modificado com H3PO4 nas temperaturas de 35 °C e 45 °C. A melhor correlação para o carvão modificado termicamente a 450 °C foi obtida para o modelo de Freundlich na temperatura de adsorção de 25 °C. Os modelos de Pseudo-Primeira Ordem e Pseudo-Segunda Ordem ajustaram-se com coeficiente de correlação 0,99 aos dados obtidos com o carvão ativado comercial em 55 °C, porém o modelo cinético que melhor descreve os processos de adsorção para os carvões estudados foi o modelo de Pseudo-Segunda Ordem. Observou-se que na temperatura de 25 °C o carvão ativado modificado termicamente possui maior número de sítios ativos e a maior velocidade de adsorção. Ao avaliar os ensaios em contínuo, observou-se14que para maiores alturas de leito o tempo de ruptura é maior, o que também ocorre para menores vazões de operação. Os parâmetros termodinâmicos indicam que as interações entre o corante e o carvão ativado são espontâneas e favoráveis e ocorrem sem a necessidade de elevadas energias de ativação. Para o carvão ativado comercial, os processos adsortivos são de natureza endotérmica e, para os carvões ativados modificados, os processos adsortivos são de natureza exotérmica. Os ensaios de dessorção com os carvões ativados modificados indicam que estes apresentam melhores resultados em solução de 60% de etanol, porém com eficiência máxima de dessorção de 56,52% para o carvão ativado modificado termicamente. Ao aplicar a técnica de adsorção do presente estudo para reúso na indústria têxtil, verificou-se que os tingimentos com esta água apresentam ?E<1,2, podendo ser sugerido como uma alternativa de tratamento avançado com finalidade de reúso.<br> / Abstract : The reuse of water in the textile companies is having great attention from the administrators of these companies in the last years due to the changing needs. For the companies to reuse their industrial water it is important the dying removal from the effluents. The adsorption is a technique that has been studied and successfully used in the dying removal in textile industry. In this research, the activated carbon, from coconut shell from the Carbomafra Chemical Industries S/A was studied in the commercial form, thermally modified at 450 °C and thermally modified at 450 °C with adding of HNO3 and adding of H3PO4 to adsorb the yellow gold dye basic 28. The yellow dye was selected because the dye removal is difficult using the conventional treatment. To understand the adsorption process of this dye, the influence of parameters such as temperature, pH and the adding of auxiliary elements to the solution was investigated, as well as the characterization of the adsorbents was performed. Using FTIR analysis, it was observed the presence of C-O bonds and aromatic rings in all samples, and the presence of nitrogen in coal modified with HNO3. MEV analysis showed that coals have a surface with presence of active sites and a large number of cracks and cavities. Kinetic and thermodynamic experiments were done to determine the best adsorption conditions aiming at applying in a continuous adsorption system in fixed bed and obtaining parameters for fixed bed columns project for the industry. The models of Langmuir, Freudlich and Tempkin were used to adjust the experimental data of the concentration variation of the adsorbed solute in the solid phase as a function of the equilibrium concentration in the fluid phase. The Langmuir isotherm model sets to the data obtained with coal modified with H3PO4 at temperatures of 35 ° C and 45 ° C, with linear correlation coefficient of 0.99. The better correlation for the thermally modified carbon at 450 °C was obtained for the Freundlich model, at adsorption temperature of 25 ° C. Models of Pseudo-First and Pseudo-Second Order Order set to the data obtained with the commercial activated carbon at 55 ° C, with correlation coefficient 0.99, but the kinetic model that best describes the adsorption processes for the adsorbent studied was the Pseudo Second Order model. For the activated carbon thermally modified, it was observed that in the temperature of 25 °C the carbon has higher number of active sites and higher velocity of adsorption. While evaluating the experiments in continuous, it was observed that for higher height of bed, the breakthrough time is bigger. The thermodynamic parameters show that the interactions between the dye16and the activated carbon are spontaneous and favorable and occur without the need of high activation energies. For the commercial activated carbon, the adsorptive processes are of endothermic nature; and for the modified activated carbon, the adsorptive processes are of exothermic nature. The experiments of desorption with the modified activated carbons show that the better results are obtained in a 60% ethanol solution, but with maximum efficiency of desorption of 56.52% for the thermally modified activated carbon. While applying the adsorption technique of the present study for the reuse in the textile industry, it has been observed that the dyeing with this water has ?E <1,2, suggesting this technique as an alternative of advanced treatment with reuse purpose.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:59:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328682.pdf: 1289481 bytes, checksum: d3c73b57b619fdfc6698fa38bc425b09 (MD5) Previous issue date: 2014 / Doenças cardiovasculares são uma das principais causas de mortalidade em muitas partes do mundo, com a aterosclerose figurando como principal causa de oclusão coronariana, acidente vascular cerebral e aneurisma da aorta. A veia safena é a prótese vascular mais comumente usada para enxertos vasculares de pequeno calibre (< 6 mm). No entanto, 10% -40% dos pacientes não têm uma veia safena adequada para substituição de prótese devido à incompatibilidade de tamanho ou doença venosa. Abordagens de engenharia de tecidos estão sendo usadas para desenvolver métodos paliativos para essas patologias, como a construção de vasos sanguíneos artificiais. Este trabalho teve como objetivo a biossíntese de vasos artificiais a partir de celulose bacteriana (CB) produzida por Gluconacetobacter hansenii. Os vasos obtidos exibiram propriedades mecânicas comparáveis às dos vasos nativos e sua análise morfológica mostrou a presença de fases ligadas entre si, uma superfície densa e outra porosa, imitando a túnica íntima e média dos vasos nativos, respectivamente. A cultura in vitro das células musculares lisas de aorta humana no interior dos vasos de CB demonstrou a sua capacidade de suportar a colonização celular, tendo as células permanecido viáveis após 14 dias de cultura e apresentando uma morfologia alongada. Os vasos colonizados por sete dias seguiram para um reator de fluxo pulsante, onde permaneceram por mais sete dias em condição dinâmica. O vaso de celulose tecidual muscular apresentou a formação de uma monocamada confluente e direcionada paralelamente à direção do fluxo contínuo. Em condições de cultura dinâmica as células apresentaram maior viabilidade e capacidade de proliferação do que no controle estático, indicando que o ambiente celular propiciado pelo reator de perfusão mimetizam aqueles encontrados no sistema vascular natural. Estes vasos de CB constituem uma plataforma para aplicações como biorreator tecidual, permitindo ensaios com células e outros agentes terapêuticos, através de interações com a monocamada de células confluentes que responde à estimulação dinâmica de fluxo pulsante.<br> / Abstract : Cardiovascular diseases are one of the main causes of mortality in many parts of the world, with atherosclerosis figuring as the principal cause of coronary occlusion, stroke and aortic aneurysm. Saphenous vein is the most commonly used vascular prosthesis for small-caliber (< 6 mm) vascular grafts, however, 10%?40% of patients do not have a saphenous vein suitable for prosthetic replacement due to size mismatch or venous disease. Tissue engineering approaches are being used to develop palliative methods for these pathologies such as the construction of artificial blood vessels. Here we describe the biosynthesis of artificial blood vessels using Gluconacetobacter hasenii?s bacterial cellulose (BC) as scaffolding. The vessels obtained exhibited morphological and mechanical properties similar to native vessels and their morphology showed the presence of a dense and a porous phase, connected as a basis to mimic the intimal and medial layers of a blood vessel, respectively. In vitro cultures of human aortic smooth cells HASMCs in the presence of cellulose tubular scaffolds demonstrated their ability to support cell colonization, with cells remaining viable after 14 days of culture and showing an elongated morphology. Vessels colonized for seven days were placed in a pulsed flow reactor, where they remained for another seven days in dynamic condition. The cellulose muscle tissue vessel showed the formation of a confluent monolayer oriented parallel to direction in the continuous flow. In the interior of the vessels, cells in dynamic culture condition showed greater proliferation and cell viability compared to the static control. These BC vessels have proved to be a promising platform for the development of an in vivo-like bioreactor, allowing cell and drug assays on the confluent cell monolayer which responds to the dynamic stimulation of pulsatile flow.

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.