Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-08-11Bitstream added on 2014-06-13T20:56:20Z : No. of bitstreams: 1 rombola_th_me_jabo.pdf: 290913 bytes, checksum: 08f244b9cd35a229582ac7563c4b4ff9 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Espécies de Burkholderia filogenéticamente distantes do complexo B. cepacia, são versáteis solubilizadores de minerais insolúveis, através da produção de ácidos, viabilizando nutrientes para as plantas. Descrevemos a purificação e caracterização da fosfatase ácida ligada à membrana, produzida pela bactéria do gênero Burkholderia, isolada de solo agrícola em Ponta grossa-PR-BRASIL, e identificada através da análise do 16s rDNA. A expressão da enzima se mostrou estritamente dependente ao fósforo (expressão ótima a 5 mM). A enzima ligada à membrana foi purificada por ultracentrifugação a 100.000g por 1 hora a 4°C e testada com atividade enzimática para p-nitrofenilfosfato (PNFF) e Pirofosfato. O pH ótimo da enzima foi 6 e não foi afetado pela concentração de PNFF. Em pH 6 a hidrolise do PNFF seguiu os seguintes parâmetros cinéticos com n=1.5, Vm= 103.8 U.mg-1 e K0,5=0,06 mM em uma faixa de 0,003 e 10 mM de PNFF. Estudos do pH sobre os parâmetros cinéticos demonstraram 26 pontos de variação na faixa de 3,5 a 6 e em seguida diminui até pH 8 enquanto K0,5 não mostrou variação nesta faixa. O H para hidrólise do PNFF foi de 5,74 kcal.mol-1. A atividade PNFFase foi inibida pelo arsenato e Cálcio, mas não por levamisol, EDTA, zinco e cobalto. A hidrolise do pirofosfato na presença de 2 mM de MgCl2 seguiu os parâmetros cinéticos de Michaelis-Menten” com Km= 0.142 mM e Vm= 237 U.mg-1.Os resultados sugerem que a produção da fosfatase ácida ligada à membrana pode ser um mecanismo de solubilização de fosfato mineral por essa bactéria. / Burkholderia species phylogenetically greatly distant from the B. cepacia complex species are versatile organisms that solubilize insoluble minerals through the production of acids, increasing the availability of nutrients to plants. Here we describe the purification and characterization a membrane-bound acid phosphatase produced by bulkholderia isolated from an agricultural soil in Ponta grossa-PR-BRASIL and identified through analysis of the 16S rDNA gene. The expression of this enzyme was demonstrated to be strictly regulated by phosphorus (optimal expression at 5 mM). The membrane bound enzyme was purified by centrifugation at 100.000g for 1 h at 4ºC and the enzyme was assayed for p-Nitrophenyl phosphatase (PNPPase) and pyrophosphatase activities. The optimal pH (6.0) was not affect by p-Nitrophenyl phosphate concentration. At pH 6.0 the hydrolysis of PNPP following a cooperative kinetics with n= 1.5, Vm= 103.8 U.mg-1 and K0.5= 0.60 mM in the range between 0.003 and 10 mM. Studies of pH effects on kinetics parameters revealed a 26-folds variation in the range of pH 3.5 to 6 following decreases until pH 8.0, wile K0,5 and cooperativity did not varied considerably in this range. The H for hydrolysis of PNPP was 5,74 kcal.mol-1. PNPPase activity was inhibited by arsenate, phosphate and calcium, but not for levamisole, EDTA, zinc, magnesium and cobalt. The hydrolysis of pyrophosphate in presence of 2 mM MgCl2 follows Michaelis-Menten” kinetics with Km= 0.142 mM and Vm= 237 U.mg-1. Our results suggesting that the production of membranebound acid phosphatase might be one mechanism of mineral phosphate solubilization by this genus of Bacterium.

The thrombogenic process that affects the hypertensive patient is associated with regulatory mechanisms present in the vascular endothelium. These mechanisms involve the release of a endothelium-derived relaxing factor, ectonucleotidases and calcium ions. Considering that vasodilators act both on blood pressure and on homeostasis, we evaluated the interference of different vasodilators on platelet NTPDase activity in hypertensive and healthy patients, with the objective of verifying patient sensitivity to vasodilators. In addition, the kinetic behavior of NTPDase was determined in the presence of the vasodilator that showed the greatest inhibitory influence. The results showed a decrease in NTPDase activity in the presence of arginine (0.025 mM 3.0 mM), sodium nitroprusside (0.01 mM 2.0 mM) and hydralazine (20.0 μM 90.0 μM), when tested for ATP and ADP substrate. However, the hydrolysis of ATP and ADP substrates increased when tested in the presence of arginine in the control group. No effects on enzyme activities were observed when pharmacological doses of captopril were tested in vitro. Kinetic behavior studies were estimated in the presence of sodium nitroprusside, which caused a mixed inhibition. The Km values increased and Vmax decreased with increasing sodium nitroprusside concentrations. The IC50 values were 3.66 mM and 2.64 mM (control group) and 2.08 mM and 3.15 mM (hypertensive group) for ATP and ADP, respectively. The Ki values obtained were 0.345 mM and 2.00 mM for the control group and 0.167mM and 0.325 mM for the hypertensive group, using ATP and ADP as substrate, respectively. In conclusion, based on these results it is possible to speculate that there is an interaction between vasodilators, donors of nitric oxide, and the inhibition of adenine nucleotide hydrolysis on platelets of hipertensive patients. / O processo trombogênico que afeta os pacientes hipertensos está associado com mecanismos regulatórios presentes no endotélio vascular. Esses mecanismos envolvem o fator de relaxamento do endotélio, as ectonucleotidases e íons cálcio. Considerando que os vasodilatadores atuam em ambos, na pressão sangüínea e na homeostase, foi avaliada a interferência de diferentes vasodilatadores na atividade da NTPDase de plaquetas de hipertensos e pacientes saudáveis, com o objetivo de verificar a sensibilidade destes pacientes aos vasodilatadores. Além disso, foi determinado o comportamento cinético da NTPDase na presença do vasodilatador que apresentou maior influência inibitória. Os resultados mostraram uma diminuição na atividade da NTPDase na presença de arginina (0,025 mM 3.0 mM), nitroprussiato de sódio (0,01 2,0 mM) e hidralazina (20,0 μM 90,0 μM), quando testada para os substratos ATP e ADP em plaquetas do grupo hipertensos. Porém, a hidrólise dos substratos ATP e ADP aumentou quando testado na presença de arginina no grupo controle. Nenhum efeito foi observado sobre a atividade da enzima quando doses farmacológicas de captopril foram testadas in vitro. Estudos do comportamento cinético foram realizados na presença de nitroprussiato de sódio, o qual causou uma inibição mista. Os valores de Km aumentaram e os de Vmax diminuíram com o aumento da concentração de nitroprussiato de sódio. Os valores de IC50 foram 3,66 mM e 2,64 mM (grupo controle) e 2,08 mM e 3,15 mM (grupo hipertenso) para ATP e ADP, respectivamente. Os valores de Ki obtidos foram 0,167 mM e 0,325 mM para o grupo hipertensos, usando ATP e ADP como substrato, respectivamente. Contudo, baseado nos resultados encontrados, é possível sugerir que existe uma interação entre vasodilatadores, doadores de óxido nítrico e a inibição da hidrólise de nucleotídeos da adenina em plaquetas de pacientes hipertensos.

Os ésteres são importantes compostos orgânicos, obtidos por síntese química ou extraídos de alguns produtos naturais utilizando-se solvente em meio adequado. Estudos mostram que enzimas, em particular lipases, podem ser aplicadas na síntese de diversos ésteres. O principal objetivo deste trabalho foi a obtenção de acetato de butila, um éster de aroma característico de abacaxi, utilizando lipase de Geotrichum candidum produzida em fermentação submersa e imobilizada em matriz polimérica de alginato de bário e gelatina reticulada com glutaraldeído. A caracterização bioquímica foi realizada tanto para a lipase na forma livre como para a lipase na forma imobilizada. O rendimento em conversão molar de substrato foi determinado por cromatografia gasosa. A enzima apresentou atividade enzimática máxima após 48 horas de fermentação de 37,7 U/mL. Os valores ótimos para pH e temperatura da enzima na forma livre e imobilizada foram pH 6,5 e 40 °C e pH 7,5 e 45 °C, respectivamente. A enzima na forma livre foi estável do pH 6,0 ao 8,0 e à temperatura de 35 a 45 °C, já na forma imobilizada, foi estável do pH 5,5 ao 8,5 e na faixa de temperatura de 30 a 55 °C. A lipase imobilizada teve seus parâmetros cinéticos determinados, e os valores obtidos para o Km e Vmax, foram 0,115 mmol e 0,718 µmol.mL-1.min-1, respectivamente. As melhores condições de síntese do bioaroma para a enzima na forma livre foram: temperatura de 30 °C, 12,5% de enzima em relação à quantidade de butanol utilizada, proporção molar do substrato 60% de acetato de vinila em um período de 24 horas. O rendimento alcançado neste caso foi de 97,2 % de conversão molar em acetato de butila. Para a enzima imobilizada as melhores condições foram: temperatura de 45 °C, 12,5% de enzima em relação à quantidade de butanol utilizada, proporção molar do substrato 60% de acetato de vinila em um período de 24 horas. O rendimento alcançado neste caso foi de 99,1%, que demonstra que lipase produzida por Geotrichum candidum na forma imobilizada apresenta excelente capacidade de sintetizar acetato de butila (bioaroma de abacaxi). / Esters are important organic compounds obtained by chemical synthesis or derived from some natural products using a solvent in appropriate medium. Studies have shown that enzymes, particularly lipases, ca be applied in the synthesis of various esters. The main objective of this study was to obtain butyl acetate, a characteristic ester aroma of pineapple, using lipase from Geotrichum candidum produced in submerged fermentation and immobilized in a barium alginate and gelatin polymer matrix crosslinked with glutaraldehyde. The biochemical characterization was performed for both free and immobilized lipases. The yield in molar conversion of substrate was determined by gas chromatography. The enzyme showed maximum enzymatic activity after 48 hours of fermentation of 37.7 U/mL. The optimum values for pH and temperature of the enzyme in free and immobilize form were pH 6.5 and 40 °C and pH 7.5 and 45 °C, respectively. The enzyme was stable in free form from pH 6.0 to 8.0 and at temperatures from 35 to 45 °C, and in the immobilized form from pH 5.5 to 8.5 and at temperatures from 30 to 55 °C. Kinetic parameters of the immobilized lipase were determined, and the values obtained for Km and Vmax were 0.115 mmol and 0.718 µmol.mL-1.min-1, respectively. The best conditions for the synthesis of flavor by enzyme in free form were: 30 °C of temperature, 12.5% of enzyme for the amount of butanol used, and molar ratio of substrate 60% of vinyl acetate in a 24 hours period. The yield achieved in this case was 97.2% of molar conversion in butyl acetate. For the immobilized enzyme the best conditions were: 45 °C of temperature, 12.5% of enzyme for the amount of butanol used, and molar ratio of substrate 60% of vinyl acetate in a 24 hours period. The yield achieved in this case was 99.1%, demonstrating that lipase produced by Geotrichum candidum in immobilized form has an excellent ability to synthesize butyl acetate (pineapple flavor).

A crescente necessidade de se obter fontes de energia e materiais mais sustentáveis tem aumentado o interesse em processos baseados na conversão de biomassa. Microalgas são particularmente interessantes por não competirem com alimentos e serem facilmente adaptáveis ao meio de crescimento. Além disso, microalgas podem ser processadas termicamente para geração tanto de biocombustíveis quanto de produtos químicos úteis. Estudos de conversão térmica de microalgas tem aparecido apenas em anos recentes, endereçando principalmente temperaturas entre 350 e 500 ºC. Neste estudo, a pirólise em temperaturas entre 500 e 900 ºC foi avaliada pelo interesse em se obter biocombustíveis e produtos químicos úteis. As classes de compostos obtidos a partir da pirólise isotérmica da microalga da espécie Chlorella vulgaris foram investigadas através de um sistema composto por um pirolisador conectado a um CG/MS. Dentre as classes identificadas, houve uma predominância de compostos aromáticos e nitrogenados, principalmente derivados de proteínas. Além disso, a maioria dos compostos identificados na corrente de produtos voláteis está presente em todas as temperaturas de reação estudadas. Os parâmetros cinéticos de energia de ativação aparente, constante de reação e ordem de reação foram determinados através de três modelos cinéticos conhecidos como K-A-S, Osawa e Freeman-Carroll, a partir de dados termogravimétricos. A energia de ativação determinada para Chlorella apresentou valores entre 60 e 206 kJ/mol, enquanto a ordem de reação teve como resultado valores entre segunda e décima ordem, de acordo com o modelo cinético. / The increasing need to obtain more sustainable sources of energy and raw materials has attracted attention to processes based on biomass conversion. Microalgae are particularly interesting because they do not compete with human food and they are easily adaptable to the growth medium. Besides, microalgae can be thermally processed to produce both biofuels and useful chemicals. Studies on thermal conversion of microalgae have appeared only in recent years, addressing mainly reaction temperatures between 350 and 500 °C. In this study, pyrolysis in temperatures ranging from 500 to 900 ºC have been investigated considering the interest in producing biofuels and useful chemical compounds. The classes of products obtained by isothermal pyrolysis of the Chlorella vulgaris microalgae have been investigated using a pyrolyzer directly connected to a GC/MS system. Among the classes identified, there was a predominance of aromatic and nitrogenous compounds, mainly protein derived compounds. In addition, most products identified in the volatile products stream are present in all reaction temperatures investigated. The kinetic parameters of apparent activation energy, reaction constant and order of reaction were determined through three kinetic models known as K-A-S, Osawa and Freeman-Carroll, calculated from thermogravimetric data. The activation energy for Chlorella presented values within the range of 60 and 206 kJ/mole, while the order of reaction resulted in values between second and tenth order, from the different methods.

A reoxigenação de água residuária é tratada na literatura técnica de maneira análoga à reoxigenação na água limpa; os efeitos do consumo de oxigênio pela população bacteriana ativa são quantificados pela introdução dos parâmetros alfa e beta. Alfa corrige o coeficiente volumétrico de transferência de massa do oxigênio e beta corrige a concentração de saturação do oxigênio dissolvido na água. Com o presente estudo pretende-se tornar explícitos os parâmetros cinéticos envolvidos no processo, de modo a fornecer base conceitual para um melhor entendimento do fenômeno. A pesquisa é feita a partir de trabalho experimental, seguido de modelagem matemática conceitual. No entanto, no lugar dos microrganismos como sumidouro de oxigênio dissolvido foi utilizado o borbulhamento sub-superficial de gás nitrogênio, em processo de stripping. Um processo físico, portanto, substitui o processo bioquímico no papel de retirar o oxigênio dissolvido no seio líquido. O modelo matemático proposto ajustou-se bem aos dados experimentais, sendo que a sua validação pôde ser obtida através das análises estatísticas realizadas. / The reoxygenation in wastewater is seen in the technical literature in an analogous way as the reoxygenation of clean water. The effects of the oxygen consumed by active bacteria population are quantified with the introduction of the parameters alpha and beta. Alpha corrects for the volumetric mass transfer coefficient and beta corrects for the dissolved oxygen saturation concentration. The present research intends to make explicit the kinetic of the process, in order to supply conceptual support to a better understanding of the phenomenon. The research is done through experimental work, followed by conceptual, mathematical modeling. Stripping with nitrogen is used as an oxygen sink instead of microorganisms. Thus, a physical process replaces the biochemical process. The proposed mathematical model fitted well to the experimental data, and its validation could be obtained through the statistical analyses done.

Este trabalho apresenta uma nova abordagem experimental para determinar a reatividade de sistemas subcríticos. O método a ser apresentado utiliza o modelo da cinética subcrítica desenvolvido por Gandini e Salvatores e baseia-se apenas em grandezas medidas, tais como a taxa de contagem no detector, e nos parâmetros que surgem do ajuste dos mínimos quadrados APSD (Auto Power Spectral Density) e CPSD (Cross Power Spectral Density), não sendo necessário lidar com as quantidades de maior complexidade como a eficiência de detector. A única hipótese feita neste método foi que a fração efetiva de nêutrons atrasados e o tempo de geração de nêutrons prontos fossem independentes do nível de subcriticalidade do sistema. O método proposto foi aplicado nas medidas de reatividade de várias configurações subcríticas do reator IPEN/MB-01. Foram realizadas medidas da APSD e CPSD em diversos graus de subcriticalidade (até em torno de -7000 pcm). Nos dados das densidades espectrais foram feitos ajustes por meio do método de mínimos quadrados para obter a constante de decaimento pronto (α) e outras grandezas. Com a finalide de melhorar as estatísticas de contagem de nêutrons, fonte externa de nêutrons de Am-Be foi instalada próximo ao núcleo, além da fonte de partida. O método experimental proposto mostra claramente que, a teoria da cinética pontual clássica não descreve a reatividade medida. Em vez disso, a reatividade inferida a partir do modelo da cinética pontual clássica é próxima, em seus valores absolutos, ao índice de subcriticalidade (ζ) para um determinado arranjo das fontes do experimeno. A concordância dos resultados obtidos por MCNP5 e GPT-TORT, ambos utilizando os dados nucleares da biblioteca ENDF/B-VII.0, com os resultados experimentais correspondentes são de boa qualidade. / This work presents a new experimental approach to determine the reactivity levels of subcritical systems. The method employs the subcritical kinetic model developed by Gandini and Salvatores and it is based only on measured quantities such as counting rates of the detectors employed in the experiments and the parameters arising from the least squares fitting of the APSD (Auto Power Spectral Density) and CPSD (Cross Power Spectral Density). Detector efficiencies, quantity required in other procedures such as Neutron Source Multiplication (NSM) method, are not needed in the proposed method. The only hypothesis made in the method was the independence of the effective delayed neutron fraction and the prompt neutron generation time to the subcriticality level of the system. The proposed method was applied to measure the reactivity of several subcritical configurations of the IPEN/MB-01 reactor. Measurements of APSD and CPSD were performed in several degrees of subcriticality (up to around -7000 pcm). The spectral densities data were least squares fitted to get the prompt decay mode (α) and other quantities. Beside the startup source of the facility, an external neutron source of Am-Be was installed near the core in order to improve neutron counting statistics. The final experimental results are of good quality. The proposed experimental method shows clearly that the classical point kinetic theory cannot describe the measured reactivity. Instead, the reactivity inferred from this model follows closely the subcriticality index (ζ) for the source arrangements in the experiment. The agreement of the MCNP5 and GPT-TORT results, both with ENDF/B-VII.0 as the basic nuclear data library, when compared to the corresponding experimental ones was also good.

Este trabalho apresenta uma nova abordagem experimental para determinar a reatividade de sistemas subcríticos. O método a ser apresentado utiliza o modelo da cinética subcrítica desenvolvido por Gandini e Salvatores e baseia-se apenas em grandezas medidas, tais como a taxa de contagem no detector, e nos parâmetros que surgem do ajuste dos mínimos quadrados APSD (Auto Power Spectral Density) e CPSD (Cross Power Spectral Density), não sendo necessário lidar com as quantidades de maior complexidade como a eficiência de detector. A única hipótese feita neste método foi que a fração efetiva de nêutrons atrasados e o tempo de geração de nêutrons prontos fossem independentes do nível de subcriticalidade do sistema. O método proposto foi aplicado nas medidas de reatividade de várias configurações subcríticas do reator IPEN/MB-01. Foram realizadas medidas da APSD e CPSD em diversos graus de subcriticalidade (até em torno de -7000 pcm). Nos dados das densidades espectrais foram feitos ajustes por meio do método de mínimos quadrados para obter a constante de decaimento pronto (α) e outras grandezas. Com a finalide de melhorar as estatísticas de contagem de nêutrons, fonte externa de nêutrons de Am-Be foi instalada próximo ao núcleo, além da fonte de partida. O método experimental proposto mostra claramente que, a teoria da cinética pontual clássica não descreve a reatividade medida. Em vez disso, a reatividade inferida a partir do modelo da cinética pontual clássica é próxima, em seus valores absolutos, ao índice de subcriticalidade (ζ) para um determinado arranjo das fontes do experimeno. A concordância dos resultados obtidos por MCNP5 e GPT-TORT, ambos utilizando os dados nucleares da biblioteca ENDF/B-VII.0, com os resultados experimentais correspondentes são de boa qualidade. / This work presents a new experimental approach to determine the reactivity levels of subcritical systems. The method employs the subcritical kinetic model developed by Gandini and Salvatores and it is based only on measured quantities such as counting rates of the detectors employed in the experiments and the parameters arising from the least squares fitting of the APSD (Auto Power Spectral Density) and CPSD (Cross Power Spectral Density). Detector efficiencies, quantity required in other procedures such as Neutron Source Multiplication (NSM) method, are not needed in the proposed method. The only hypothesis made in the method was the independence of the effective delayed neutron fraction and the prompt neutron generation time to the subcriticality level of the system. The proposed method was applied to measure the reactivity of several subcritical configurations of the IPEN/MB-01 reactor. Measurements of APSD and CPSD were performed in several degrees of subcriticality (up to around -7000 pcm). The spectral densities data were least squares fitted to get the prompt decay mode (α) and other quantities. Beside the startup source of the facility, an external neutron source of Am-Be was installed near the core in order to improve neutron counting statistics. The final experimental results are of good quality. The proposed experimental method shows clearly that the classical point kinetic theory cannot describe the measured reactivity. Instead, the reactivity inferred from this model follows closely the subcriticality index (ζ) for the source arrangements in the experiment. The agreement of the MCNP5 and GPT-TORT results, both with ENDF/B-VII.0 as the basic nuclear data library, when compared to the corresponding experimental ones was also good.

A reoxigenação de água residuária é tratada na literatura técnica de maneira análoga à reoxigenação na água limpa; os efeitos do consumo de oxigênio pela população bacteriana ativa são quantificados pela introdução dos parâmetros alfa e beta. Alfa corrige o coeficiente volumétrico de transferência de massa do oxigênio e beta corrige a concentração de saturação do oxigênio dissolvido na água. Com o presente estudo pretende-se tornar explícitos os parâmetros cinéticos envolvidos no processo, de modo a fornecer base conceitual para um melhor entendimento do fenômeno. A pesquisa é feita a partir de trabalho experimental, seguido de modelagem matemática conceitual. No entanto, no lugar dos microrganismos como sumidouro de oxigênio dissolvido foi utilizado o borbulhamento sub-superficial de gás nitrogênio, em processo de stripping. Um processo físico, portanto, substitui o processo bioquímico no papel de retirar o oxigênio dissolvido no seio líquido. O modelo matemático proposto ajustou-se bem aos dados experimentais, sendo que a sua validação pôde ser obtida através das análises estatísticas realizadas. / The reoxygenation in wastewater is seen in the technical literature in an analogous way as the reoxygenation of clean water. The effects of the oxygen consumed by active bacteria population are quantified with the introduction of the parameters alpha and beta. Alpha corrects for the volumetric mass transfer coefficient and beta corrects for the dissolved oxygen saturation concentration. The present research intends to make explicit the kinetic of the process, in order to supply conceptual support to a better understanding of the phenomenon. The research is done through experimental work, followed by conceptual, mathematical modeling. Stripping with nitrogen is used as an oxygen sink instead of microorganisms. Thus, a physical process replaces the biochemical process. The proposed mathematical model fitted well to the experimental data, and its validation could be obtained through the statistical analyses done.

A remoção de nitrogênio acoplada à oxidação de sulfeto pode ser uma opção adequada para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal, que deve ser nitrificado, e sulfeto, que poderia ser utilizado como doador de elétrons endógeno para a desnitrificação autotrófica. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação e desnitrificação autotrófica acoplada à oxidação de sulfeto, em um único reator, para a remoção de nitrogênio de efluentes de reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. Visto que existem lacunas na literatura referente ao processo desnitrificante autotrófico citado, as bases teóricas para a determinação das condições operacionais partiram da caracterização cinética e de aspectos fundamentais da desnitrificação autotrófica com uso de sulfeto como doador de elétrons. Numa primeira etapa, avaliou-se o efeito da concentração de sulfeto na desnitrificação, com uso de nitrato e nitrito como receptores de elétrons, em reatores verticais de leito fixo. Os resultados revelaram que compostos intermediários de enxofre foram principalmente formados quando se aplicou excesso de sulfeto, fato que foi mais evidente com o uso de nitrato. Evidências visuais sugeriram que enxofre elementar foi o principal intermediário formado, o qual também estava sendo utilizado quando aplicadas concentrações estequiométricas de sulfeto relativas a nitrato/nitrito. De modo geral, a desnitrificação autotrófica não foi afetada pela desnitrificação heterotrófica residual via atividade endogênica. Numa segunda etapa, determinou-se a cinética intrínseca da desnitrificação autotrófica via nitrato e nitrito com uso de diferentes concentrações de sulfeto em reatores diferenciais de leito fixo. Este bioprocesso pôde ser descrito por modelo cinético de ordem ½ para biofilmes. As constantes cinéticas variaram entre 0,425-0,658 mg N1/2 / L1/2 h para desnitrificação via nitrito e entre 0,190-0,609 mg N1/2 / L1/2 h para desnitrificação via nitrato. Neste último, o menor valor foi devido ao uso de elétrons doados a partir de compostos intermediários de enxofre formados. Numa terceira etapa, utilizou-se um reator de leito fixo operado em batelada alimentada seqüencial, com ciclos de 8 horas, submetido à aeração intermitente e empregando a desnitrificação autotrófica com uso de sulfeto presente no efluente sanitário, pré-tratado anaerobiamente, como doador de elétrons. O prévio estabelecimento da nitrificação com posterior aplicação de baixas concentrações de sulfeto foi a melhor estratégia de partida do reator. A alimentação em batelada alimentada com aplicação de sulfeto em excesso apenas nos períodos anóxicos foi a melhor estratégia de alimentação, proporcionando eficiência média de 85,7% e 53,0% para nitrificação e desnitrificação, respectivamente. O acúmulo de nitrito foi observado após aplicação de carga de choque de sulfeto, que inibiu as bactérias oxidadoras de nitrito. No entanto, houve dificuldade em se estabelecer a desnitrificação via nitrito em função da toxicidade deste composto aos organismos desnitrificantes instalados no reator. A baixa eficiência global de remoção de nitrogênio e algumas restrições operacionais indicaram que a desnitrificação autotrófica usando sulfeto em um único reator operado em bateladas seqüenciais não foi adequada para a proposta desta pesquisa. / Nitrogen removal coupled with sulfide oxidation may be suitable for the post treatment of effluents from anaerobic reactors. These effluents contain ammonium, which must be nitrified, and sulfide, which could be used as an endogenous electron donor for autotrophic denitrification. Since there are gaps in literature regarding the mentioned autotrophic denitrifying process, the theoretical basis for determination of operating conditions came from the characterization of kinetics and fundamentals aspects of autotrophic denitrification using sulfide as electron donor. In a first step, the effect of sulfide concentration on this bioprocess using nitrate and nitrite as electron acceptors in vertical fixed-bed reactors was evaluated. The results showed that intermediary sulfur compounds were mainly produced when excess of electron donor was applied, which was more evident when nitrate was used. Visual evidences suggested that elemental sulfur was the intermediary compound produced. There was also evidence that the elemental sulfur previously formed was being used when sulfide was applied in stoichiometric concentration relative to nitrate/nitrite. For all conditions assayed, autotrophic denitrification was not affected by residual heterotrophic denitrification via endogenic activity, occurring as a minor additional nitrogen removal process. In a second step, the intrinsic kinetics of sulfide-oxidizing autotrophic denitrification via nitrate and nitrite in systems containing attached cells was determined. Differential reactors were fed with nitrified synthetic domestic sewage and different sulfide concentrations. This bioprocess could be described by a half-order kinetic model for biofilms. The half-order kinetic coefficients ranged from 0.425 to 0.658 mg N1/2 / L1/2 h for denitrification via nitrite and from 0.190 to 0.609 mg N1/2 / L1/2 h for denitrification via nitrate. In this latter, the lower value was due to the use of electrons donated from intermediary sulfur compounds formed. In a third step, a sequencing fed-batch biofilm reactor of 8-h cycles was operated under intermittent aeration, applying autotrophic denitrification using sulfide present in the sanitary effluent, anaerobically pre-treated, as electron donor. The effect of the start-up period and the feeding strategy were evaluated. The previous establishment of nitrification process with subsequent application of sulfide in low concentrations was the best start-up strategy. The fed-batch mode with sulfide application in excess only in the anoxic periods was the best feeding strategy, providing average efficiencies of 85.7% and 53.0% for nitrification and denitrification, respectively. Nitrite accumulation was observed after application of shock loading of sulfide, which inhibited nitrite-oxidizing bacteria. However, it was difficult to establish denitrification via nitrite due to the toxicity of this compound to denitrifying organisms developed inside the reactor. The low overall efficiency of nitrogen removal and some operational constraints indicated that autotrophic denitrification using sulfide in a single sequencing fed-batch reactor was not suitable for the purpose of this research.

A remoção de nitrogênio acoplada à oxidação de sulfeto pode ser uma opção adequada para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal, que deve ser nitrificado, e sulfeto, que poderia ser utilizado como doador de elétrons endógeno para a desnitrificação autotrófica. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação e desnitrificação autotrófica acoplada à oxidação de sulfeto, em um único reator, para a remoção de nitrogênio de efluentes de reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. Visto que existem lacunas na literatura referente ao processo desnitrificante autotrófico citado, as bases teóricas para a determinação das condições operacionais partiram da caracterização cinética e de aspectos fundamentais da desnitrificação autotrófica com uso de sulfeto como doador de elétrons. Numa primeira etapa, avaliou-se o efeito da concentração de sulfeto na desnitrificação, com uso de nitrato e nitrito como receptores de elétrons, em reatores verticais de leito fixo. Os resultados revelaram que compostos intermediários de enxofre foram principalmente formados quando se aplicou excesso de sulfeto, fato que foi mais evidente com o uso de nitrato. Evidências visuais sugeriram que enxofre elementar foi o principal intermediário formado, o qual também estava sendo utilizado quando aplicadas concentrações estequiométricas de sulfeto relativas a nitrato/nitrito. De modo geral, a desnitrificação autotrófica não foi afetada pela desnitrificação heterotrófica residual via atividade endogênica. Numa segunda etapa, determinou-se a cinética intrínseca da desnitrificação autotrófica via nitrato e nitrito com uso de diferentes concentrações de sulfeto em reatores diferenciais de leito fixo. Este bioprocesso pôde ser descrito por modelo cinético de ordem ½ para biofilmes. As constantes cinéticas variaram entre 0,425-0,658 mg N1/2 / L1/2 h para desnitrificação via nitrito e entre 0,190-0,609 mg N1/2 / L1/2 h para desnitrificação via nitrato. Neste último, o menor valor foi devido ao uso de elétrons doados a partir de compostos intermediários de enxofre formados. Numa terceira etapa, utilizou-se um reator de leito fixo operado em batelada alimentada seqüencial, com ciclos de 8 horas, submetido à aeração intermitente e empregando a desnitrificação autotrófica com uso de sulfeto presente no efluente sanitário, pré-tratado anaerobiamente, como doador de elétrons. O prévio estabelecimento da nitrificação com posterior aplicação de baixas concentrações de sulfeto foi a melhor estratégia de partida do reator. A alimentação em batelada alimentada com aplicação de sulfeto em excesso apenas nos períodos anóxicos foi a melhor estratégia de alimentação, proporcionando eficiência média de 85,7% e 53,0% para nitrificação e desnitrificação, respectivamente. O acúmulo de nitrito foi observado após aplicação de carga de choque de sulfeto, que inibiu as bactérias oxidadoras de nitrito. No entanto, houve dificuldade em se estabelecer a desnitrificação via nitrito em função da toxicidade deste composto aos organismos desnitrificantes instalados no reator. A baixa eficiência global de remoção de nitrogênio e algumas restrições operacionais indicaram que a desnitrificação autotrófica usando sulfeto em um único reator operado em bateladas seqüenciais não foi adequada para a proposta desta pesquisa. / Nitrogen removal coupled with sulfide oxidation may be suitable for the post treatment of effluents from anaerobic reactors. These effluents contain ammonium, which must be nitrified, and sulfide, which could be used as an endogenous electron donor for autotrophic denitrification. Since there are gaps in literature regarding the mentioned autotrophic denitrifying process, the theoretical basis for determination of operating conditions came from the characterization of kinetics and fundamentals aspects of autotrophic denitrification using sulfide as electron donor. In a first step, the effect of sulfide concentration on this bioprocess using nitrate and nitrite as electron acceptors in vertical fixed-bed reactors was evaluated. The results showed that intermediary sulfur compounds were mainly produced when excess of electron donor was applied, which was more evident when nitrate was used. Visual evidences suggested that elemental sulfur was the intermediary compound produced. There was also evidence that the elemental sulfur previously formed was being used when sulfide was applied in stoichiometric concentration relative to nitrate/nitrite. For all conditions assayed, autotrophic denitrification was not affected by residual heterotrophic denitrification via endogenic activity, occurring as a minor additional nitrogen removal process. In a second step, the intrinsic kinetics of sulfide-oxidizing autotrophic denitrification via nitrate and nitrite in systems containing attached cells was determined. Differential reactors were fed with nitrified synthetic domestic sewage and different sulfide concentrations. This bioprocess could be described by a half-order kinetic model for biofilms. The half-order kinetic coefficients ranged from 0.425 to 0.658 mg N1/2 / L1/2 h for denitrification via nitrite and from 0.190 to 0.609 mg N1/2 / L1/2 h for denitrification via nitrate. In this latter, the lower value was due to the use of electrons donated from intermediary sulfur compounds formed. In a third step, a sequencing fed-batch biofilm reactor of 8-h cycles was operated under intermittent aeration, applying autotrophic denitrification using sulfide present in the sanitary effluent, anaerobically pre-treated, as electron donor. The effect of the start-up period and the feeding strategy were evaluated. The previous establishment of nitrification process with subsequent application of sulfide in low concentrations was the best start-up strategy. The fed-batch mode with sulfide application in excess only in the anoxic periods was the best feeding strategy, providing average efficiencies of 85.7% and 53.0% for nitrification and denitrification, respectively. Nitrite accumulation was observed after application of shock loading of sulfide, which inhibited nitrite-oxidizing bacteria. However, it was difficult to establish denitrification via nitrite due to the toxicity of this compound to denitrifying organisms developed inside the reactor. The low overall efficiency of nitrogen removal and some operational constraints indicated that autotrophic denitrification using sulfide in a single sequencing fed-batch reactor was not suitable for the purpose of this research.