Ce projet vise à fabriquer une nouvelle génération de membranes polymères hydrophiles à base d’un polymère biosourcé, l’Hydroxypropyl Cellulose (HPC), pour une application dans le traitement des eaux de production. Ces membranes polymères viendront se substituer sur les plateformes offshores aux procédés classiques de traitement en raison de leur compacité, de leur légèreté et de leur aptitude à éliminer efficacement à la fois l’huile et les particules en suspension. Les membranes ont été élaborées via une méthode d’inversion de phase originale par augmentation de la température au-dessus de la température critique (LCST-TIPS process). Deux voies d’élaboration ont été étudiées au cours de la thèse selon le mode de réticulation chimique envisagé, l’une en voie acide et l’autre en voie basique. En voie acide, la réticulation a été effectuée à l’aide du Glutaraldéhyde alors qu’en voie basique, elle a été réalisée via un PEGDE. Le processus d’élaboration a été contrôlé pour maîtriser les cinétiques des phénomènes élémentaires (séparation de phase, évaporation, réticulation chimique). Les membranes ont été caractérisées via un suivi rhéologique, l’analyse de la morphologie membranaire (MEB) et les performances en filtration ont été étudiées in fine. La fabrication des membranes sous forme de fibres creuses a également été initiée aux cours de la thèse. / This project aims to develop a new generation of hydrophilic polymer membranes based on a biosourced polymer, Hydroxypropyl Cellulose (HPC), for application in the treatment of produced water. These polymeric membranes should replace on offshore platforms the conventional treatment processes because of their compactness, their lightness and their ability to effectively remove both oil and suspended particles. The membranes were developed using an original phase inversion method by increasing the temperature above the critical temperature (LCST-TIPS process). Two ways of membrane formation were investigated in this work according to the mode of chemical crosslinking considered, one in acid medium and the other in basic medium. Considering the acid route, the crosslinking was carried out using glutaraldehyde, while for the basic route it was carried out via PEGDE molecule. A fine control of the membrane formation process was conducted in order to control the kinetics of the whole elementary phenomena involved in the membrane morphogenesis (phase separation, solvent evaporation, and chemical crosslinking). The membranes were characterized via rheological monitoring, the analysis of the membrane morphology (SEM) and the filtration performances were investigated. The issue of hollow fibers fabrication has been also addressed during the thesis.

Submitted by Programa de Pós-graduação em Biotecnologia (mebiotec.ufba@gmail.com) on 2017-04-04T13:41:41Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO Final - Sueli.pdf: 2426193 bytes, checksum: 5cd08338c3132f14d2db37b31d5b43f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Delba Rosa (delba@ufba.br) on 2017-07-06T13:03:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO Final - Sueli.pdf: 2426193 bytes, checksum: 5cd08338c3132f14d2db37b31d5b43f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-06T13:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO Final - Sueli.pdf: 2426193 bytes, checksum: 5cd08338c3132f14d2db37b31d5b43f8 (MD5) / FAPESB / Recentemente tem aumentado muito o interesse em exopolissacarideos (EPS) de origem microbiana. Esse composto é um constituinte comum de muitos produtos comerciais em diferentes setores industriais como alimento, petróleo e farmacêutico. O objetivo desse trabalho foi o de quantificar e otimizar a produção de EPS a partir de duas bactérias previamente identificadas como sendo Enterobacter sp., pertencente a coleção de culturas do Laboratório de Biotecnologia e Ecologia de Micro-organismos LABEM. Os isolados foram primeiramente identificados com a nomenclatura CCMICS 544 e CCMICS 549 para ambas as cepas. Testes de cultivo em glicerol identificaram a Enterobacter CCMICS 549 como sendo a mais produtiva entre as cepas testadas alcançando a produção de EPS de aproximadamente 4 g.L-1 em 36 horas. Essa cepa foi submetida a testes genéticos (16S rRNA) e bioquímicos que a identificaram como sendo Enterobacter amnigenus grupo 2. Para otimizar a produção de EPS foi realizado planejamento experimental utilizando a Metodologia “Superficie de Resposta”. Os resultados mostraram que as condições ótimas de cultivo acontecem a 35°C, pH 7.0, agitação de 240 rpm e com 3% glicerol. Nessas condições a produção de EPS foi de 0.05 g.L-1h-1 alcançando um total de (5,012) g.L-1 em 60 horas, e com produção em meio a base de água produzida com produção de 7,27g.L-1. A viscosidade do EPS em solução foi de aproximadamente 160 cP mesmo nas condições de alta salinidade (5% NaCl), temperatura (80 oC) e baixa concentração (1%). O modelo de Ostwald-de-Waele (parâmetros k e n) indicaram um comportamento pseudoplástico em todas as concentrações testadas (0.1-2.0%, w/v), temperaturas (15-80 °C) e, principalmente, salinidade (1 a 5%). A consistência de index indica que o polímero possui propriedades reológicas promissoras para aplicação como fluido de perfuração. O tratamento térmico mostrou que o EPS perde grande parte de sua massa em temperaturas acima de 300°C, mas ainda retém 50% do seu peso total a 1000°C indicando a presença de constituintes minerais em concentrações significantes. A caracterização do EPS no infravermelho identificou semelhanças químicas significativas com a goma Xantana. / The interest in microbial produced exopolysaccharides (EPS) has increased considerably in recent years. This compound is a common constituent of many commercial products in different industrial sectors; such as food, petroleum, and pharmaceuticals. The aim of this study was to quantify and optimize EPS production from two bacterial previously identified as Enterobacter sp., Belonging to a culture collection of the Laboratory of Biotechnology and Ecology of Microorganisms LABEM. The isolates were primarily identified with CCMICS 544 and 549 CCMICS nomenclature for both strains. Culturing tests on glycerol identified Enterobacter CCMICS 549 as more productive among the strains reaching an EPS production value of about 4 g.L-1 within 36 hours. This strain was then submitted to biochemical and genetic characterization (16S rRNA), which identified such strain as Enterobacter amnigenus group 2. To optimize the production of EPS was performed using experimental design methodology "Response Surface". The results showed that the optimum condition was achieved at 35°C, pH 7.0, agitation of 240 rpm and 3% crude glycerol. In such conditions, EPS production was of 0.05 gL-1h-1 reaching a total of 5,012 g.L-1 within 60 hours, with production of water-based medium produced using production 7,27g.L-1. EPS viscosity was of about 160 cP even at high salinity (5% NaCl), temperature (80 oC) and low concentration (1%). The Ostwald-de-Waele model parameters (K and n) indicated a pseudoplastic behavior at all concentrations (0.1 to 2.0%, w/v) temperatures (15-80 °C) and especially saline (1 to 5%). The consistency index indicates that the polymer has rheological properties promising for use as a drilling fluid. Thermal treatment showed that most of mass loss occurs at 300°C, but the polymer retains about 50% of its total weight at 1000°C indicating the significant presence of mineral constituents. The characterization of EPS synthesized by Enterobacter amnigenus infrared identified significant chemical similarities with the xanthan gum.

The residue generated in a greater proportion in the exploration of oil is the water production, which can be associated with the oil produced. The produced water has high salinity, oil particles in suspension, chemicals added in various production processes, heavy metals and other contaminants. It makes the water produced a pollutant whose improper disposal can cause damages to the environmental. Seeking to improve the treatment of produced water, this work aims to study the adsorption of the produced water using bagasse and bagacilho from sugar cane as bioadsorbents. The adsorption is an easy scaling operation and it is an effective procedure for removal of contaminants in various processes, and has focus in the area of wastewater treatment. Characterization was carried out through the using of oil analysis: density, kinematic viscosity. The characterization of waste adsorbents (bagasse and bagacilho) was carried through the analysis of moisture, particle size, ash content and scanning electron microscopy (MEV), which was used to investigate the crystal structure and morphology of the samples. Adsorption isotherm models were evaluated for fit to the experimental data for both residues: bagasse and bagacilho. We used the models of Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich e Temkin isotherms. The reaction kinetics was evaluated using the model of Lagergren pseudo first order model of Ho and McKay pseudo second order. The results of batch experiments were satisfactory for the treatment of produced water using bagasse and sugarcane bagacilho as adsorbent agents. / O resíduo gerado em maior proporção na exploração de petróleo é a água de produção, que pode ou não estar associada ao óleo produzido. A água produzida possui alta salinidade, partículas de óleo em suspensão, produtos químicos adicionados nos diversos processos de produção, metais pesados, entre outros contaminantes. Isto a torna um poluente cujo descarte indevido pode provocar danos ao meio ambiente. Buscando a melhoria no tratamento da água produzida, este trabalho tem por objetivo estudar a adsorção de óleo de água de produção de petróleo utilizando bagaço e bagacilho da cana de açúcar como agentes bioadsorventes. A adsorção se mostra uma operação unitária muito estudada, robusta, de fácil escalonamento e operação, pois é um processo eficaz para a remoção de contaminantes em diversos processos, possuindo como foco a área de tratamento de efluentes. Foi realizada a caracterização do petróleo utilizado através das análises: densidade e viscosidade cinemática. A caracterização dos resíduos adsorventes (bagaço e bagacilho) foi realizada por meio da análise de umidade, granulometria, teor de cinzas e a microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi empregada para investigar a estrutura cristalina e morfologia das amostras. Modelos de isotermas de adsorção foram avaliados quanto ao ajuste aos dados experimentais para ambos os resíduos: bagaço e bagacilho. Foram utilizados os modelos de isotermas de Langmuir, Freundlich, Dubinin – Radushkevich e Temkin. A cinética da reação foi avaliada, utilizando o modelo de Lagergren de pseudo primeira ordem e o modelo de Ho Mckay de pseudo segunda ordem. Os resultados dos experimentos em batelada foram satisfatórios para o tratamento de água produzida utilizando o bagaço e o bagacilho da cana de açúcar como agente adsorvente.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O descarte de Ãgua de produÃÃo em oceanos à um dos grandes problemas ambientais enfrentados pela indÃstria de petrÃleo e pela populaÃÃo, uma vez que esses efluentes possuem compostos nocivos à saÃde. Dentre estes compostos destacam-se os hidrocarbonetos policÃclicos aromÃticos (HPAs), compostos orgÃnicos caracterizados por apresentarem dois ou mais anÃis aromÃticos conjugados. Neste trabalho utilizou-se um planejamento fatorial para avaliar o efeito de alguns parÃmetros na extraÃÃo de HPAs em amostras de Ãgua de produÃÃo por microextraÃÃo em fase sÃlida (MEFS) e posterior anÃlise por cromatografia gasosa acoplada a um espectrÃmetro de massas (CGMS). Verificou-se que a tÃcnica favorece a prÃ-concentraÃÃo de HPAs em amostras e que os parÃmetros estudados (temperatura, concentraÃÃo de HPA, forÃa iÃnica, tempo de exposiÃÃo à fibra) influenciam de forma significante na quantidade de HPA extraÃda, sendo que o efeito de cada fator depende das estruturas dos HPAs. A anÃlise quantitativa e qualitativa por CGMS foi realizada utilizando a tÃcnica de fragmentos distintos em seus espectros de massas. Foram analisadas quatro amostras de Ãgua de produÃÃo, utilizando-se o mÃtodo de padrÃo interno. Realizou-se a validaÃÃo da metodologia, atravÃs de testes de precisÃo, linearidade, limites de detecÃÃo e quantificaÃÃo, e exatidÃo. A metodologia proposta mostrou-se eficiente visto que apresentou boa reprodutibilidade, linearidade satisfatÃria (os coeficientes de correlaÃÃo obtidos ficaram entre 0,9849 e 0,9999), valores de LD e LQ compatÃveis aos da literatura, e uma exatidÃo adequada na faixa de concentraÃÃo avaliada (valores de recuperaÃÃo variaram entre 84,23 e 148,52 %). O diferencial da metodologia foi ter conseguido analisar os HPAs presentes nas amostras que possuÃam matrizes bastante complexas sem a necessidade de qualquer prÃ-tratamento das mesmas. Os HPAs de menores massas molar foram, em geral, os majoritÃrios nas amostras de Ãguas investigadas. A quantidade total de HPA presente nas quatro amostras variou de 30,41 a 170,41 Âg L-1. Os valores das constantes de distribuiÃÃo calculados indicam que os HPAs de maiores massas molares apresentaram maior afinidade pela fibra de polidimetil-siloxano. / The disposal of water from oil production in the oceans is one of the major environmental problems facing the oil industry and the population, since these compounds have harmful effluents health. Among these compounds, the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) stand out. These substances are organic compounds characterized by presenting two or more conjugated aromatic rings. This study evaluated the effect of some parameters on the extraction of PAHs by SPME and subsequent analysis by GCMS using 24 factorial design to optimize the experiments, followed by the analysis of water samples from oil production. It has been found that the technique pre-concentrated samples and the parameters (temperature, PAH concentration, ionic strength, exposure time of the fiber) influence significantly on the amount of PAH extracted, and the effect of each factor depends on the structures of PAHs. The quantitative and qualitative analysis by GCMS was conducted using the technique of distinct fragments in their mass spectra. Four samples were analyzed for water production, using the internal standard method. Conducted to validate the methodology through testing precision, linearity, limits of detection and quantification, and accuracy. The proposed method was efficient, as it showed good reproducibility, linearity satisfactory (correlation coefficients were obtained between 0.9849 and 0.9999), values of LD and LQ compatible with the literature, and an accuracy in the proper concentration range evaluated (recovery values ranged between 84.23 and 148.52%). The factor innovative of the methodology have been able to analyze the PAHs in the samples had very complex arrays without the need for any pretreatment thereof. PAHs of lower molecular masses were, in general, the majority of water in the samples investigated. The total amount of PAH present in all four samples ranged from 30.41 to 170.41 g L-1. The values of the constants calculated distribution indicate that PAHs of higher molecular weights had higher affinity for the polydimethylsiloxane fiber.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Several Techniques have been studied for the treatment of produced water wastewater generated in the production of oil, in order to condition it for re-injection in oil-bearing formation, looking for the increase of production in the area or for reuse or proper final disposal. For these pruporses there are several treatment processes, including filtration, wich usually create a layer of solid particles in the medium porous of filter element. Filter rate declines gradually trhought the process. The objective of this work was to study the ultrasound influence on filtration using sintered plastic filter, regenerated to remove undesirable particulates material, and resistent from a mechanical and chemical standpoint, applied to the treatment of produced water in order to increase filtration capacity and decrease the time for its operation, with filter medium in a total area of the 3,5 x10-³ m² and properly tested in experiments with synthetic produced water and natural produced water obtained from the producing field of Carmópolis Sergipe Brazil. The results showed that use of the filtration system is viable for the treatment of produced water, in order to fit in re-injection standarts in oil reservoirs, since the removal efficiencies of total suspended solids (TSS) and oil and grease (TOG) were high, reaching values around 90%. It was concluded that techniques under conventional and ultrasound filtration, as well as strategies for filter media cleaning studied were very promising and should be better studied with the aim of developing a future technology on an industrial scale. / Diversas técnicas vêm sendo estudadas para o tratamento da água produzida efluente gerado na produção de petróleo, no intuito de condicioná-lo para a reinjeção na formação petrolífera, visando ao aumento da produção na área ou para o reuso ou disposição final adequados. Para estes fins, existem vários processos de tratamento, entre eles a filtração, na qual normalmente forma-se uma camada de partículas sólidas no corpo poroso do elemento filtrante, a taxa de filtração sofre uma redução gradual ao longo do processo. Este trabalho teve como objetivo estudar a influência do ultrassom sobre a filtração utilizando filtro de plástico sinterizado, regenerável para a remoção de materiais particulados indesejáveis, e resistente do ponto de vista mecânico e químico, aplicado ao tratamento de água produzida, de modo a aumentar a capacidade de filtração e diminuir o tempo de operação do mesmo, com área total de filtração de 3,5x10-3 m2 e devidamente testado em experimentos realizados com água produzida sintética e água produzida real obtida do campo produtor de Carmópolis - Sergipe- Brasil. Os resultados obtidos demonstraram que o uso do sistema de filtração é viável para o tratamento da água produzida, visando ao seu enquadramento nos padrões de reinjeção em poços de petróleo, uma vez que as eficiências de remoção de sólidos suspensos totais (SST) e óleos e graxas (TOG) foram elevadas, alcançando valores da ordem de 90%. Concluiu-se que as técnicas de filtração convencional e sob ultrassom, bem como as estratégias de limpeza do meio filtrante estudada foram bastante promissoras e devem ser melhor estudadas com o objetivo de se desenvolver futuramente uma tecnologia em escala industrial.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Filtration under ultrasonic condition is a technique that is gaining importance in wastewater treatment field. The main objective of this research was the study ultrasonic waves influence on the filtration of solid-liquid systems, in order to increase the operation performance and the regenerative capacity of the filter medium. A porous ceramic filter, whose filtration area was about 0.016 m2, was applied to the filtration of produced water by three mechanisms: conventional, tangential and ultrasonic. Experiments were carried out with synthetic and real produced water from the fields of Carmópolis and Siririzinho in Sergipe - Brazil. The analyzed variables were oil and grease content (O&G) and total suspended solid (TSS) for each filtration mechanism. It was also analyzed the regeneration of the filter medium by applying backwashing with distilled water. The results showed a stabilization of permeate flow in the filtration assisted by ultrasound and higher regenerative capacity, even in conditions of TSS and O&G maxima. The permeate showed high quality in terms of O&G and suspended solids removal. / A filtração em campo ultrassônico é uma técnica que vem conquistando importância no tratamento de efluentes. Este trabalho tem como objetivo geral o estudo das ondas ultrassônicas na filtração de sistemas sólido-líquido, a fim de aumentar o desempenho da operação e a capacidade regenerativa do meio filtrante. Utilizou-se um filtro de cerâmica poroso com área total de filtração de 0,016 m2, o qual foi usado na filtração de água produzida pelos mecanismos convencional, tangencial e sob a influência de ondas ultrassônicas. Foram realizados experimentos com amostras de água produzida sintética e real dos campos produtores terrestres de Carmópolis e Siririzinho em Sergipe - Brasil. As variáveis analisadas foram sólidos suspensos totais (SST) e teor de óleos e graxas (TOG), para cada mecanismo de filtração. Também foi avaliada a regeneração do meio filtrante aplicando-se retrolavagem com água destilada. Os resultados mostraram que houve uma estabilização do fluxo de permeado no mecanismo de filtração assistida por ultrassom, que também conferiu maior capacidade regenerativa, mesmo em condições de SST e TOG máximos. A qualidade do permeado foi satisfatória, apresentando significativa redução nos teores de óleos e graxas e de sólidos suspensos das amostras.

An oilfield lifecycle naturally exhibits a transition time when it becomes exhausted, since forward large water to oil ratios starts to be experienced, due to the proper conditions of oil reservoir or as a consequence of water injection with the purpose of oil secondary recovering. The development of new technologies for produced water treatment or the improvement of the existing ones is an issue of great importance to the petroleum industry development, minimizing environmental impacts. The flotation process has been extensively used to remove oil, mainly by dissolved air flotation (DAF) that consists of four basic steps: generation of bubbles in oily wastewater; contact between the gas bubbles and oil drops suspended in water; attachment of oil drops to gas bubbles; flotation of air-oil mixture to the surface where the oil is separated. In cases where the effluent needs coagulation, this step becomes an important point to any downstream processing technology. The use of environmentally correct coagulants represents an alternative way to the treatment of sewage and has demonstrated some advantages in relation to chemical coagulants, specifically due to its biodegradability, low toxicity and low surplus sludge production. This study proposes to evaluate the oil-water separation efficiency from produced water through DAF process by using Moringa oleifera Lam as a natural coagulant. Some tests were performed to characterize the oil and the Moringa s cake. Further, other experiments were performed to optimize the coagulation-flocculation process by changing the concentration of Moringa oleifera Lam in the range of 0.05 to 3.5 g/L, with samples of synthetic produced water (SPW) and real produced water (RPW) to get the optimum coagulant concentration in each sample and to determine its action on salted and unsalted emulsions, prepared, respectively, by adding or not NaCl. In the second stage, tests were also performed to optimize DAF process with RPW and SPW samples to evaluate the coagulant agent performance and to establish the kinetic modeling to estimate the separation efficiency. The optimal Moringa s concentration was 2.5 g/L for SPW samples and 1.5 g/L for RPW samples. The greatest DAF s efficiencies by using Moringa oleifera Lam were obtained when the recycling ratio (RR) were set to 40% and 60%, corresponding to oil removal efficiencies of 63.84 and 64.45 %, respectively, for SPW samples, and 55.28 and 59.63%, respectively, for RPW samples. In the case of SPW, the fit of an order one kinetic model provided k=0.03261s-1, showing satisfactory results compared to experimental data. For the case of RPW, the k value to a second-order kinetics model was 3.614x10-4 L.mg-1s-1, exhibiting weak correlation with the experimental results. The use of Moringa oleifera Lam as natural coagulant in the DAF process provided very good results, been considered an available alternative technique for produced water treatment. / Na vida de um poço de petróleo, chega sempre o momento em que uma grande quantidade de água começa a ser produzida junto com o óleo, seja pelas próprias condições do reservatório, ou como uma conseqüência da injeção de água no processo de recuperação secundária do poço. O desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento da água produzida ou ainda o aperfeiçoamento das existentes é de extrema importância para que a indústria de petróleo continue a se expandir, minimizando os impactos ao meio ambiente. O processo de flotação vem sendo extensivamente utilizado para remoção de óleos, principalmente através da flotação por ar dissolvido (FAD) e consiste em quatro passos básicos: Geração de bolhas na água oleosa; Contato entre as bolhas de gás e as gotas de óleo suspensas na água; União das gotas de óleo às bolhas de gás; Elevação da combinação ar/óleo até a superfície de onde o óleo é removido. Quando a água a ser tratada necessita da coagulação, essa etapa passa a ser importante, em qualquer tecnologia de tratamento. O uso de coagulantes ambientalmente corretos apresenta uma alternativa viável para o tratamento de água e têm demonstrado vantagens em relação aos químicos, especificamente em relação à biodegradabilidade, baixa toxicidade e baixo índice de produção de lodos residuais. Assim, este trabalho propõe avaliar a eficiência de separação óleo/água de água produzida através do processo da FAD utilizando o coagulante natural Moringa oleifera Lam. Foram realizados ensaios visando à caracterização do óleo e da torta da moringa. Em seguida, executou-se experimentos para a otimização do processo de coagulação/floculação com uma variação da concentração de Moringa oleifera Lam entre 0,05 a 3,5 g/L, com amostras de água produzida sintética (APS) e água produzida real (APR) para determinar a concentração ótima do coagulante em cada amostra e verificar a sua ação em emulsões preparadas com e sem adição de NaCl. Numa segunda etapa realizou-se ensaios para a otimização do processo de FAD também com amostras de APS e APR para avaliar o comportamento do agente coagulante e realizar a modelagem cinética para estimar a eficiência do referido processo. A concentração ótima de moringa determinada foi de 2,5 g/L para as amostras de APS e de 1,5 g/L para as amostras de APR. A maior eficiência do processo de FAD foi obtida quando se utilizou a Moringa, nas razões de reciclo (RR) 40 e 60%, sendo que, para amostras de APS, a remoção de óleo foi de 63,84 e 64,45%, respectivamente e para amostras de APR 55,28 e 59,63%, respectivamente. Para o caso da APS, a modelagem cinética utilizando a constante de ordem um k=0,03261 s-1, apresentou resultados satisfatórios comparados aos dados experimentais. Já para o caso da APR o valor de k = 3,614x10-4 L.mg-1s-1 para a cinética de segunda ordem, não representou bem os resultados experimentais. A utilização do agente coagulante Moringa oleifera Lam apresentou resultados muito significativos como coagulante natural no processo de FAD, podendo ser considerada como uma técnica alternativa para o tratamento de água produzida.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esters from vegetable oils have been considered an alternative for diesel substitution in compression-ignition engines. In Brazil, several kinds of oil plants, that have potential to be used as raw-material for biodiesel production, are cultivated, such as soybean, castor, sunflower, corn, oil palm and moringa. Moringa oleifera Lam is a tropical plant that belongs to the Moringaceae family, native to India. The oil extracted from its seeds shows good resistance to oxidation and contains high content of unsaturated fatty acids, especially oleic acid (78%). An important point is that moringa seeds can be used for oil extraction whereas their by-products can be useful for wastewater treatment. Then, this work intends to study the potentiality of moringa in biodiesel production by transesterification, hydroesterification and transesterification in situ reactions and in the treatment of the water produced from oil extraction, using the by-products (pod, cake and shell) in oil/water separation by filtration and coagulation/flocculation. Physical-chemical analyses were carried out aiming to characterize the oil obtained from moringa seeds. Reactions for biodiesel production were performed by the above-mentioned processes. In transesterification and transesterification in situ reactions, the alcohol (methanol and ethanol) and the catalyst (sodium or potassium hydroxide) were permuted; the temperature was kept constant at 25°C for one hour. Hydroesterification was carried out in a batch reactor using, for hydrolysis, 20% of niobium oxide (catalyst), oil/water ratio of 20:1 at 300°C for one-hour reaction. Esterification was performed with 20% of niobium catalyst and alcohol/fatty acid ratio of 3:1 at 300°C for one hour. Coagulationflocculation tests, with produced water, were carried out varying the concentration of moringa extract in salt and water medium. The filtration experiments took place in a bench-scale PVC tube. The shell, the cake (obtained from transesterification in situ) and the pod of moringa were used as filter media, whose efficiency were compared to nut shell, which is commonly used by oil industries to remove oil and greases in water. The results showed an ester conversion higher than 90% in transesterification and hydroesterification reactions. Concerning the transesterification in situ, the oxidation stability stood out, being higher than 300 hours. In the studies of oil/water separation, the process of coagulation/flocculation was efficient, mainly when using the coagulant extracted on saline media. In this media, at a concentration of 0,5 mL/L, a oil removal of 96% was achieved. Regarding the filtration process, moringa shell was the most efficient media once an oil removal of 95% was achieved. The potentiality of moringa was observed in all the process of biodiesel production and water treatment studied in this work. / Os ésteres de ácidos graxos aparecem como uma alternativa para a substituição ao óleo diesel em motores de ignição por compressão. No país, são cultivadas diversas espécies oleaginosas que possuem potencial para serem utilizadas como matéria prima na produção de biodiesel, tais como soja, dendê, mamona, girassol dentre outras. A moringa oleifera Lam é uma planta tropical pertencente à família Moringaceae nativa da Índia, o óleo extraído dessas sementes apresenta alta resistência à oxidação e contém elevados teores de ácidos graxos insaturados, especialmente o oléico (78%). Um ponto importante é que as sementes da moringa podem ser usadas para a extração de óleo e seus coprodutos para tratamento de efluentes. Assim, o presente trabalho propôs estudar a potencialidade da moringa na produção de biodiesel pelas reações de transesterificação, hidroesterificação e transesterificação in situ e no tratamento de água produzida na extração de petróleo, utilizando os coprodutos (vagem, torta e casca) na separação óleo/água através dos processos de filtração e coagulação/floculação. Foram realizadas análises físico químicas visando caracterizar o óleo obtido a partir das sementes de moringa. Em seguida, foram realizadas reações para produção de biodiesel pelos processos acima descritos. Nas reações de transesterificação e transesterificação in situ variou-se o tipo de álcool (etílico e metílico) e o tipo de catalisador (hidróxido de sódio e hidróxido de potássio), a temperatura foi mantida à 25°C durante uma hora de reação. A hidroesterificação foi realizada em um reator batelada utilizando-se, para a hidrólise, 20% de óxido de nióbio (catalisador), uma razão molar água: óleo de 20:1 e uma temperatura de 300°C durante 1 hora de reação e para a esterificação, 20% de óxido de nióbio, uma razão molar álcool: àcido graxo de 3:1 e uma temperatura de 200°C durante 1 hora de reação. Os ensaios de coagulação/floculação, com água produzida sintética, foram realizados variando as concentrações do extrato de moringa em meio salino e em meio aquoso. Para os experimentos de filtração utilizou-se um filtro PVC em escala de bancada sendo a casca, a torta (obtida na transesterificação in situ) e vagem da moringa os meios filtrantes que foram comparados com a eficiência da casca de nozes, geralmente utilizada pelas indústrias de petróleo na remoção de óleos e graxas em água. Os resultados mostraram conversão em éster maior do que 90% nas reações de transesterificação e hidroesterificação. Já nas reações de transesterificação in situ a estabilidade a oxidação se destacou, sendo maior do que 300 horas. Nos estudos de separação óleo/água o processo de coagulação/floculação mostrou-se eficiente, principalmente com o coagulante extraído em meio salino, na concentração de 0,5 mL/L, onde obteve-se remoção de óleo em água de 96% e no processo de filtração, a casca de moringa foi o meio filtrante mais eficiente, pois foi neste onde observou-se a maior remoção de óleo em água (maior do que 95%). A potencialidade da moringa foi observada em todos os processos de produção de biodiesel e tratamento de água estudados neste trabalho.

Forward osmosis (FO) as a novel membrane separation technology has recently been investigated in various water treatment applications. The natural mass transfer process between two solutions driven by the osmotic pressure difference leads to many operational advantages in the FO process, such as low energy consumption and minimal fouling problems. It makes FO a feasible technology for the treatment of produced water (PW). Although previously, the treatment of PW using FO has been investigated, osmotic backwashing (OB) is not systematically examined for water flux recovery of the PW fouled FO membranes. Moreover, the cleaning of FO membranes used for the simultaneous treatment of different PW streams was never previously attempted. In this study, OB was thoroughly investigated for the cleaning of PW-fouled FO membranes. Also, FO membrane chemical cleaning using SDS and NaOH solutions was examined too. To investigate OB, the cleaning efficiency of a 60 min OB cleaning protocol was examined under different FO operating modes in (5 x 20 h) experiments using synthetic desalter effluent as FO feed solution (FS) and 1.2 M NaCl solution or water-oil separator outlet (WO) as draw solutions (DS). The AL-FS (active layer facing FS) mode outcompeted the AL-DS (active layer facing DS) mode, achieving a flux of 12.9 LMH and 80.1% water reclamation when using WO as a DS. Therefore, this FO configuration 5 was selected when evaluating the cleaning protocols. Moreover, after evaluating different OB methods, the 30 min OB protocol achieved the highest system efficiency rate of 95% and was studied for the treatment of real PW streams. The SDS and NaOH chemical cleaning methods achieved flux recovery rates of 99% and 98% by the end of the third treatment cycle, respectively, outperforming the 89% flux recovery rate of the optimized OB protocol. Although the investigated cleaning methods were able to restore the system performance, a substantial increase in RSF was observed due to mainly irreversible colloidal fouling. This study demonstrates the feasibility of OB and chemical cleaning in restoring FO system performance for the simultaneous treatment of PW streams

The production of cyanobacterial biofilm biomass and phycocyanin from Rotating Algal Biofilm Reactors utilizing undiluted produced water from oil and natural gas extraction as a culture medium was investigated in this study. Produced water is the largest waste stream generated by the oil and natural gas industries and represents a large volume of non-potable water that may be available for algae culture with minimal impact on freshwater resources. Combining the use of produced wastewater as culture medium with the production of high value algal pigments, such as phycocyanin, may increase the economic viability of algae culture and wastewater purification. High value phycocyanin pigment production and methods to increase phycocyanin yields with light limitation were examined in this study. A unique cyanobacteria species was isolated from the Logan City Wastewater Treatment Facility in Logan, Utah and used in conjunction with the Rotating Algal Biofilm Reactor platform for the duration of this study. Between the “high” and “low” light treatments used in this study, the high light treatment showed nearly twice the biomass production as the low light culture (4.8±0.7 vs. 2.7±0.4 g/m2-day). The low light biomass contained 87.6% more of the phycocyanin pigment, with a 230% increase in purity, then the biomass from the high light treatment. The areal footprint productivity of phycocyanin per day was the same for both the light treatments. An evaluation of growth attachment materials was conducted with cotton rope and cotton conveyer cloth materials found to be the most durable and having the highest yields of harvestable biomass. The cotton rope and cotton conveyor cloth materials were evaluated on a floating Rotating Algal Biofilm Reactor operating in a 2000 L outdoor produced water pond. The cotton rope yielded a 140% increase in biomass vs. the cotton cloth although the compositions varied greatly. The cotton cloth biomass was composed of mainly healthy algae with higher phycocyanin yields while the cotton rope showed a higher proportion of non-algae organisms and little phycocyanin. These results show promise for the utilization of produced water to grow cyanobacteria biofilms with modifiable biomass characteristics as a source of high value phycocyanin pigments.