Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

O fenômeno conhecido como Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (SND) significa que em um mesmo reator ocorre simultaneamente a nitrificação e a desnitrificação, sob condições de operações idênticas, podendo ser justificada principalmente pela teoria de microambiente no floco ou biofilme. Assim, em um único reator, sob condições controladas de oxigênio dissolvido (OD) e elevados tempos de residênciacelular épossível que ocorra a nitrificação e a criação de zonas anóxicas no interior dos flocos ou biofilme para a ocorrência da desnitrificação. Neste sentido, a tecnologia MBBR/IFAStem como característicaelevado tempo de residência celular do biofilme formado nos meios suporte presentes no reator. Deste modo, neste estudo avaliou-se a remoção de nitrogênio via SND em um sistema IFAS quando submetido a diferentes concentrações de OD e Tempo de DetençãoHidraulica de 5,5 e 11 horas, tratando efluente sanitário e efluente sintético. Os resultados experimentais demonstraram que pode ser possível desenvolver efetiva SND com concentrações de OD média de 1,0 mg.L-1 e 1,5 mg.L-1. Sendo que, foram obtidas eficiência média de remoção de NTde cerca de 68% e concentrações médias efluente de N-NH4 de aproximadamente 5,0 mg L-1, de N-NO3 inferiores a 4,5 mg L-1 e de N-NO2 em torno de 0,1 mg L-1, e com eficiência média de remoção DQO solúvel acima de 90%, quando empregado efluente sintético. Ademais, por meio da avaliação da emissão de Óxido Nitroso (N2O), foi possível comprovar que a desnitrificação ocorreu de forma efetiva. / The phenomenon known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) means that in the same reactor simultaneously occurring nitrification and denitrification under identical operations conditions, and can be mainly explained by the microenvironment theory inside the floc or biofilm. Therefore, in a single reactor under controlled conditions of dissolved oxygen (DO) and high Solids Retention Time (SRT) it is possible that the nitrification happens and the creation of anoxic zones within the flocsor biofilm to the occurrence of the denitrification. In this sense, the MBBR/IFAS technology is characterized by high SRT of the biofilm formed on the carriers present in the reactor. Thereby,this work evaluated the nitrogen removal through SND in a IFAS system when submitted to different DOconcentrations and Hydraulic Retention Time of 5.5 hours and 11.0 hours, treating domestic and synthetic effluents. The experimental results showed that it may be possible to develop effective SND withaverage concentrations of DO of 1.0 mg L-1 and 1.5 mg L-1. It was obtained a TN average removal efficiency about 68%, and an average effluent concentration of NH4-N of approximately 5.0 mg L-1, of NO3-N less than 4.5 mg L-1 and ofNO2-N around 0.1 mg L-1, and an average CODsoluble removal efficiency above 90%, employing synthetic effluent. Furthermore, by evaluating the Nitrous Oxide(N2O) emission, it was possible to prove that the denitrification occurred effectively.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

Made available in DSpace on 2016-12-06T17:42:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGPV15DA017.pdf: 2167142 bytes, checksum: f46dc26724e5902a13e50a01c53ada5b (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Four experiments were conducted to evaluate the effect of 1-MCP in CS and CA, and the ULO storage on the sensory quality and incidence of physiological disorders in function of the maturation at harvest in pears Conference and Alexander Lucas harvested at three production location. The fruit harvest was carried out in the cities of Ravensburg (orchard 1) for both cultivars and Langenargen (Orchard 2) and Öhringen (orchard 3) only for Alexander Lucas . All locations are in the state of Baden-Württemberg, southwestern Germany. For the experiments 1, 2 and 3 the design was completely randomized in a factorial scheme five (storage conditions) for two (harvest maturity). Treatments were: cold storage (CS-21.0 kPaO2+0.03 kPa CO2), controlled atmosphere (CA-2 kPa O2 / <0.7 kPa CO2), CS with 1-MCP application (CS+1-MCP-300 nL L-1), CA with application of 1-MCP (CA+1-MCP) and ultra low oxygen (ULO, 0.7 kPa O2 /<0.7 kPa CO2) versus harvest 1 (05/09/2012; Streif index of 0.15, 0.12, 0.09 to 1, 2 and 3 orchards, respectively) and harvest 2 (18/09/2012; Streif index of 0.08; 0.06, 0.08 for orchard 1, 2 and 3, respectively). All treatments were stored at 0±0.1°C and 94±2% relative humidity. In the experiment 4 was added high CO2 treatment (CO2-2 kPa O2/CO2 3 kPa). After seven months of storage plus seven days at ambient conditions (20±2°C/60±5% RH) fruits were evaluated for sensory attributes of firmness, color of skin (h°), soluble solids (SS), titratable acidity (TA) and aromatic compounds aldehydes, alcohols and esters. In addition, it were measured production of ethylene, &#945;-farnesene, 6-methyl-5-heptene-2-one and respiratory rate, phenolics, vitamin C of epidermis, scald and internal browning , percentage of fruit with cavities and rot, and mineral content. In general the best storage condition to Conference would be in CA+1-MCP in fruit picked with IS 0.08. This condition provides larger fruits with reduced scald index without internal browning, besides development of aromatic compounds. The storage of the fruits of Alexander Lucas for seven months plus seven days at room temperature is too long. All the storage conditions caused internal disorder. Nevertheless, there are indications of the best storage condition in CS+1-MCP in fruits picked with IS 0.08. In this condition beyond the larger return occurs in the production of volatile reduction in surface escaldaura and browning occurs and no appearance of cavities / Foram conduzidos quatro experimentos com o objetivo de avaliar o efeito do 1-MCP, em AR e AC, e do ULO sobre a qualidade sensorial e incidência de distúrbios fisiológicos, em função do estádio de maturação em peras Conference e Alexander Lucas colhidas em três locais de produção. A colheita dos frutos foi realizada nos municípios de Ravensburg (pomar 1), para ambas as cultivares e Langenargen (pomar 2) e Öhringen (pomar 3) somente para Alexander Lucas . Todos os municípios localizam-se no estado de Baden-Württemberg, sudoeste da Alemanha. Para os experimentos 1, 2 e 3 o delineamento utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema bifatorial cinco (condições de armazenamento) por dois (pontos de maturação). Os tratamentos foram: atmosfera refrigerada (AR-21,0 kPa O2+0,03 kPa CO2), atmosfera controlada (AC-2 kPa O2/<0,7 kPa CO2), AR com aplicação de 1-MCP (AR*-300 nL L-1), AC com aplicação de 1-MCP (AC*) e ultra baixo oxigênio (ULO-0,7 kPa O2/<0,7 kPa CO2) combinados com colheita 1 (05/09/2012; índice de Streif (IS) de 0,15; 0,12; 0,09 para pomares 1, 2 e 3, respectivamente) e colheita 2 (18/09/2012; IS de 0,08; 0,06; 0,08 para pomares 1, 2 e 3, respectivamente). Todos os tratamentos foram armazenados a 0±0,1ºC e 94±2% de umidade relativa. Ao experimento 4 foi acrescida a condição de armazenamento alto CO2 (2 kPa O2/3 kPa CO2). Após sete meses de armazenamento mais sete dias em condições ambiente (20±2ºC / 60±5% de UR) os frutos foram avaliados no experimento 1 e 2 quanto às taxas de produção de etileno e taxa respiratória, acidez titulável (AT), sólidos solúveis (SS), firmeza de polpa, cor da epiderme (h°) e compostos aromáticos. No experimento 3 foi avaliado o índice de frutos com escaldadura superficial, produção de &#945;-farneseno e 6-metil-5-hepteno-2-ona, compostos fenólicos, vitamina C da epiderme e no experimento 4 o índice de escurecimento da polpa, porcentagem de frutos com cavidades e com podridão e teor de minerais. De maneira geral, apesar da perda na eficácia do 1-MCP no retardo do amadurecimento para ambas cultivares com o atraso na colheita a melhor condição de armazenamento para cultivar Conference seria em AC* em frutos colhidos com IS 0,08 (colheita 2). Está condição proporciona frutos maiores, com menor índice de escaldadura, ausência de distúrbios internos e com desenvolvimento de compostos aromáticos. O armazenamento dos frutos de Alexander Lucas por sete meses mais sete dias em temperatura ambiente é muito longo, pois todas as condições de armazenamento causaram distúrbios internos. Apesar disso, há indícios de que a melhor condição para o armazenamento desta cultivar é AR* em frutos colhidos com IS 0,08 (colheita 2), já que, ocorre retorno na produção de aroma, redução na escaldaura superficial e do escurecimento da polpa, sem o aparecimento de cavidades

O fenômeno conhecido como Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (SND) significa que em um mesmo reator ocorre simultaneamente a nitrificação e a desnitrificação, sob condições de operações idênticas, podendo ser justificada principalmente pela teoria de microambiente no floco ou biofilme. Assim, em um único reator, sob condições controladas de oxigênio dissolvido (OD) e elevados tempos de residênciacelular épossível que ocorra a nitrificação e a criação de zonas anóxicas no interior dos flocos ou biofilme para a ocorrência da desnitrificação. Neste sentido, a tecnologia MBBR/IFAStem como característicaelevado tempo de residência celular do biofilme formado nos meios suporte presentes no reator. Deste modo, neste estudo avaliou-se a remoção de nitrogênio via SND em um sistema IFAS quando submetido a diferentes concentrações de OD e Tempo de DetençãoHidraulica de 5,5 e 11 horas, tratando efluente sanitário e efluente sintético. Os resultados experimentais demonstraram que pode ser possível desenvolver efetiva SND com concentrações de OD média de 1,0 mg.L-1 e 1,5 mg.L-1. Sendo que, foram obtidas eficiência média de remoção de NTde cerca de 68% e concentrações médias efluente de N-NH4 de aproximadamente 5,0 mg L-1, de N-NO3 inferiores a 4,5 mg L-1 e de N-NO2 em torno de 0,1 mg L-1, e com eficiência média de remoção DQO solúvel acima de 90%, quando empregado efluente sintético. Ademais, por meio da avaliação da emissão de Óxido Nitroso (N2O), foi possível comprovar que a desnitrificação ocorreu de forma efetiva. / The phenomenon known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) means that in the same reactor simultaneously occurring nitrification and denitrification under identical operations conditions, and can be mainly explained by the microenvironment theory inside the floc or biofilm. Therefore, in a single reactor under controlled conditions of dissolved oxygen (DO) and high Solids Retention Time (SRT) it is possible that the nitrification happens and the creation of anoxic zones within the flocsor biofilm to the occurrence of the denitrification. In this sense, the MBBR/IFAS technology is characterized by high SRT of the biofilm formed on the carriers present in the reactor. Thereby,this work evaluated the nitrogen removal through SND in a IFAS system when submitted to different DOconcentrations and Hydraulic Retention Time of 5.5 hours and 11.0 hours, treating domestic and synthetic effluents. The experimental results showed that it may be possible to develop effective SND withaverage concentrations of DO of 1.0 mg L-1 and 1.5 mg L-1. It was obtained a TN average removal efficiency about 68%, and an average effluent concentration of NH4-N of approximately 5.0 mg L-1, of NO3-N less than 4.5 mg L-1 and ofNO2-N around 0.1 mg L-1, and an average CODsoluble removal efficiency above 90%, employing synthetic effluent. Furthermore, by evaluating the Nitrous Oxide(N2O) emission, it was possible to prove that the denitrification occurred effectively.

Protein misfolding and aggregation underlie several neurodegenerative proteinopathies including amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Superoxide dismutase 1 (SOD1) was the first gene found to be associated with familial ALS. Overexpression of human mutant or wild type SOD1 in transgenic mouse models induces motor neuron (MN) degeneration and an ALS-like phenotype. SOD1 mutations, leading to the destabilization of the SOD1 protein is associated with ALS pathogenesis. However, how misfolded SOD1 toxicity specifically affects human MNs is not clear. The aim of this thesis was to develop patient-derived, cellular models of ALS to help understand the pathogenic mechanisms underlying SOD1. To understand which cellular pathways impact on the level of misfolded SOD1 in human cells, we established a model using patient-derived fibroblasts and quantified misfolded SOD1 in relation to disturbances in several ALS-related cellular pathways. Misfolded SOD1 levels did not change following reduction in autophagy, inhibition of the mitochondrial respiratory chain, or induction of endoplasmic reticulum (ER)-stress. However, inhibition of the ubiquitin-proteasome system (UPS) lead to a dramatic increase in misfolded SOD1 levels. Hence, an age-related decline in proteasome activity might underlie the late-life onset that is typically seen in SOD1 ALS. To address whether or not SOD1 misfolding is enhanced in human MNs, we used mixed MN/astrocyte cultures (MNCs) generated in vitro from patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs). Levels of soluble misfolded SOD1 were increased in MNCs as well as in pure iPSC-derived astrocytes compared to other cell types, including sensory neuron cultures. Interestingly, this was the case for both mutant and wild type human SOD1, although the increase was enhanced in SOD1 FALS MNCs. Misfolded SOD1 was also found to exist in the same form as in mouse SOD1 overexpression models and was identified as a substrate for 20S proteasome degradation. Hence, the vulnerability of motor areas to ALS could be explained by increased SOD1 misfolding, specifically in MNs and astrocytes. To investigate factors that might promote SOD1 misfolding, we focussed on the stability of SOD1 mediated by a crucial, stabilizing C57-C146 disulphide bond and its redox status. Formation of disulphide bond is dependent on oxidation by O2 and catalysed by CCS. To investigate whether low O2 tension affects the stability of SOD1 in vitro we cultured fibroblasts and iPSC-derived MNCs under different oxygen tensions. Low oxygen tension promoted disulphide-reduction, SOD1 misfolding and aggregation. This response was much greater in MNCs compared to fibroblasts, suggesting that MNs may be especially sensitive to low oxygen tension and areas with low oxygen supply could serve as foci for ALS initiation. SOD1 truncation mutations often lack C146, and cannot adopt a native fold and are rapidly degraded. We characterized soluble misfolded and aggregated SOD1 in patient-derived cells carrying a novel SOD1 D96Mfs*8 mutation as well as in cells fom an unaffected mutation carrier. The truncated protein has a C-terminal fusion of seven non-native amino acids and was found to be extremely prone to aggregation in vitro. Since not all mutation carriers develop ALS, our results suggested this novel mutation is associated with reduced penetrance. In summary, patient derived cells are useful models to study factors affecting SOD1 misfolded and aggregation. We show for the first time that misfolding of a disordered and disease associated protein is enhanced in disease-related cell types. Showing that misfolded SOD1 exists in human cells in the same form as in transgenic mouse models strengthens the translatability of results obtained in the two species. Our results demonstrate disulphide-reduction and misfolding/aggregation of SOD1 and suggest that 20S proteasome could be an important therapeutic target for early stages of disease. This model provides a great opportunity to study pathogenic mechanisms of both familial and sporadic ALS in patient-derived models of ALS. / Varje år insjuknar omkring 5300 personer i världen i motorneuronsjukdomen Amyotrofisk lateralskleros (ALS). Sjukdomen kännetecknas av degeneration av motorneuron i hjärnan och ryggmärgen, de nervceller som styr kroppens muskler, vilket leder till musklerförtvining och gradvis förlamning. ALS-patienter avlider oftast till följd av andningssvikt när sjukdomen når andningsmuskulaturen. I de allra flesta fall uppkommer ALS sporadiskt (SALS), det vill säga utan känd genetisk orsak, medan ärftliga fall (FALS) drabbar omkring 10 % och beror på mutationer i ett antal kända gener. Upp till 6 % av alla ALS fall kan härledas till mutationer i genen superoxid dismutas 1 (SOD1). SOD1 är ett enzym som ansvarar för att omvandla och oskadliggöra fria syreradikaler som bildas vid normal ämnesomsättning. 206 olika SOD1 mutationer har identifierats, alla orsakar inte ALS men många leder till att den tredimensionella proteinstrukturen förändras, vilket ökar proteinets benägenhet att felveckas. Initialt trodde man att SOD1 mutationer förhindrade proteinets normalfunktion och följaktligen orsakade ALS. Studier har emellertid visat att den enzymatiska funktionen ofta bevaras, även hos muterade proteiner. Däremot kan små mängder felveckat SOD1 störa andra viktiga cellulära funktioner. Felveckat SOD1 har en benägenhet att klumpa ihop sig och bilda aggregat i det centrala nervsystemet (CNS). Dessa aggregat återfinns hos patienter med såväl FALS som SALS vilket tyder på att även vildtyps-SOD1 kan felveckas och vara involverat i sjukdomsutvecklingen. De flesta studier är baserade på transgena musmodeller som uttrycker extremt stora mängder av muterat humant SOD1. Det är dock oklart hur väl studier i möss överensstämmer med sjukdomsutvecklingen hos ALS-patienter, där mängden SOD1 är betydligt lägre. En central fråga som fortfarande står obesvarad är varför just motorneuron degenererar i ALS, trots att SOD1 uttrycks i alla kroppens celler. Det övergripande syftet med den här avhandlingen har varit att karakterisera felveckat SOD1 i patientceller för att studera dess roll i ALSrelaterade sjukdomsmekanismer med fysiologiskt relevanta nivåer av SOD1. Samtliga studier är gjorda in vitro med celler från friska donatorer med vildtyps-SOD1, celler från patienter med SOD1-FALS, FALS som bär andra ALS-associerade gener, samt SALS. I de allra flesta fallen har vi analyserat både lösligt felveckat SOD1 samt aggregerade former av SOD1 proteinet.

Philosophiae Doctor - PhD / The aim of this thesis is first, to evaluate various culture conditions to improve embryo development, and secondly, to analyze spent culture media for any biomarkers that may be predictive of embryo health. Single-step and sequential culture media were compared in both Planer and EmbryoScope™ incubators. Single-step media resulted in better blastocyst development compared to sequential media and the EmbryoScope™ incubation system showed slight improvements in embryo development than the Planer system. The benefits of supplementing the culture medium with either insulin or insulin-like growth factor 1 (IGF-1) or culturing in a 2% O2 environment, using two different strains of mice (hybrid and C57), as well as the suitability of these strains for quality control were compared. In insulin, hybrid embryos were slower to blastulate and had a lower blastocyst rate, whereas C57 embryos were slower to the morula and faster to blastocyst stages, and lower blastocyst rate than the controls. IGF-1 showed no difference in time-lapse morphokinetics (TLM) or blastocyst rates compared to controls in both hybrid and C57 embryos. Under 2% O2, hybrid embryos showed no significant difference in TLM up to the 8-cell stage, but slowed down afterwards, resulting in blastocysts with significantly lower cell counts than the 6% O2 group. The C57 embryos were slower to reach morula and expanded blastocyst, and had lower blastocyst rates in 2%O2 vs 6%O2. The C57 strain had significant slower overall embryo development for all time points than hybrid embryos in insulin, IGF-1 and ultra-low O2, as well as lower blastocyst rates. Measurement of growth differentiation factor 9 (GDF-9) and oxidation-reduction potential (ORP) in spent media as markers for embryo health were evaluated. Day 5 human blastocysts yielded higher pregnancy rates and GDF-9 levels in spent media compared to Day 6 blastocysts, but TLM parameters showed no impact on pregnancy outcome. In Day 6 blastocysts, the non-pregnant group showed significantly faster embryo development compared to the clinically pregnant group up to the 8-cell stage and start of blastulation. GDF-9 did not show any significant differences between non-pregnant and pregnant groups of Day 5 or Day 6 embryo transfers. ORP in spent media from good quality Day 3 embryos that developed into blastocysts were significantly higher than from those that did not, with no difference in control medium ORP. Spent media from arrested embryos showed lower ORP than their corresponding controls. Arrested embryos had slower development at syngamy, morula, blastulation and blastocyst stages. The single step medium in the EmbryoScope™ is the preferred choice for embryo culture. Insulin or IGF-1 media supplementation or 2% O2 culture did not provide any benefit to embryo development. The C57 mouse strain is more sensitive and may be better to detect changes in culture conditions, and therefore better model for quality control assays. GDF-9 values decrease from Day 5 to Day 6 which gives new insight to understanding the role of GDF-9 during embryogenesis. ORP in spent media indicate that embryos that developed into blastocysts did not contribute to ROS, but maintained ORP balance.

Die genaue physiologische Funktion des zellulären Prion-Proteins (PrPC) ist noch immer nicht vollständig verstanden. Eine mögliche Funktion des PrPC auf das neuronale Überleben nach einem hypoxischen oder ischämischen Insult wird diskutiert. In einem Vorversuch zeigten sich nach zerebraler Ischämie deutlich größere Infarktvolumina in den Gehirnen von Prion-Knock-Out-Mäusen im Vergleich zu denen der Wild-Typ-Mäuse. Das Identifizieren der molekularen Mechanismen der PrPC-vermittelten Neuroprotektion ist daher von großem Interesse und machte die Etablierung eines Zell-Modells erforderlich. Neuere Studien konnten einen Einfluss des zellulären Prion-Proteins auf die Glykolyse nachweisen. Unter Sauerstoffmangelbedingungen kommt es zu einer vermehrten Bildung von Laktat durch das Enzym Laktat-Dehydrogenase (LDH). Neurone benötigen unter hypoxischen oder ischämischen Bedingungen dieses Laktat als Energiesubstrat. Je mehr Laktat den Neuronen zur Verfügung steht, umso höher ist das neuronale Überleben. In dieser Arbeit konnte die Beteiligung der Laktat-Dehydrogenase an der durch das zelluläre Prion-Protein vermittelten Neuroprotektion nach Hypoxie nachgewiesen werden. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, mögliche Unterschiede der LDH-Expression in WT-Zellen, Prnp0/0-Zellen und HEK-293-Zellen unter normalen und hypoxischen Bedingungen in vitro zu untersuchen. Die Expression der LDH war unter hypoxischen Bedingungen in den WT-Zellen im Vergleich zu den Prnp0/0-Zellen deutlich höher. Dies konnte auch in PrPC-überexprimierenden HEK-293-Zellen nach Hypoxie gezeigt werden. Ebenso konnte nachgewiesen werden, dass Hypoxie zu einem größeren Schaden des Tubulinzytoskelettes in Prnp0/0-Zellen führt als in WT-Zellen, was eine neuroprotektive Wirkung von PrPC vermuten lässt. Eine direkte oder indirekte Interaktion von LDH-A und PrPC konnte durch eine Co-Immunpräzipitation in HEK-293-Zellen nachgewiesen werden. Die genauen Mechanismen über die PrPC möglicherweise zu einer vermehrten Laktat-Produktion führt, sind noch nicht eindeutig identifiziert und müssen noch näher untersucht werden. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die erhobenen Daten die Vermutung verstärken, dass das Enzym LDH und sein Produkt Laktat in die durch das zelluläre Prion-Protein vermittelte Neuroprotektion nach Hypoxie involviert sind. Es ist das erste Mal, dass gezeigt wurde, durch welchen Mechanismus PrPC zur Neuroprotektion beiträgt.