Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores Isabel Fernandes Capela e Rui Boaventura

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção parcial do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente (Área de especialização em tratamento de Águas e de Águas Residuais), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Profs. Doutores Chia-Yau Cheng e J. Tentúgal Valente

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Estágio realizado na Águas do Ave, S. A. e orientado pela Eng.ª Joana Monteiro / Tese de mestrado integrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-09T21:45:39Z No. of bitstreams: 1 ADRIANA BARBOSA DA COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2381705 bytes, checksum: 9ae8c9d691a6fa4d5aa82e113e910d76 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-09T21:45:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADRIANA BARBOSA DA COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2381705 bytes, checksum: 9ae8c9d691a6fa4d5aa82e113e910d76 (MD5) Previous issue date: 2016-12-14 / Um constante estudo para o tratamento de águas residuais e descarte de efluentes é necessário a fim de lidar com normas cada vez mais rígidas nesse âmbito. As estações de tratamento de águas residuais podem ser consideradas sistemas altamente não-lineares, devido a existência de perturbações, bem como a interação de um número considerável de variáveis do processo. Neste contexto, o estudo, otimização e controle dessas plantas são essenciais para o bom funcionamento do processo em atenção às exigências. Vários métodos de otimização são propostos na literatura, e suas implementações em aplicações de engenharia podem ser significativamente melhoradas pelo uso de metamodelos representando o modelo rigoroso do processo a partir de dados computacionais. O presente trabalho trata do desenvolvimento de metamodelos, pela aplicação do modelo Kriging, para um processo de tratamento de águas residuais. Para tal, são realizadas as etapas de amostragem de pontos, por meio do Latin Hypercube Sampling, estimação dos parâmetros e validação. A metodologia proposta baseiase na geração de dados computacionais por meio do modelo rigoroso para o Benchmark Simulation Model N°2, implementado no Simulink®, e na otimização do processo utilizando os metamodelos Kriging. Estes modelos obtidos através de dados de processo rigoroso mostram uma alta precisão e minimização do esforço computacional para o processo de otimização. A Programação Quadrática Seqüencial e o Algoritmo Genético são utilizados para a tarefa de otimização, bem como a geração do modelo de Otimização em Tempo Real. Os resultados obtidos no modelo de referência demonstram a potencialidade da metodologia proposta para minimizar o custo do processo enquanto obedecem as restrições do efluente para as águas residuais tratadas. / A continuous study for improving the treatment of wastewater and the effluent disposal is necessary in order to deal with increasingly stringent environmental laws in this field. Wastewater treatment plants can be considered as highly non-linear systems, due to the existing disturbances as well as the interaction of a considerable number of process variables. In such a context, the study, optimization and control of these plants are essential for the proper operation of the process with respect to requirements. Several optimization methods are proposed in the literature and, their implementation for engineering applications can be significantly improved by the use of metamodels representing the rigorous model of the process starting from computational data. The present work deals with the development of metamodels, such as the Kriging model, a wastewater treatment process. To this end, the steps of data sampling, through Latin Hypercube Sampling, parameter estimation and validation are performed. The proposed methodology is based on the generation of computational data through the rigorous model of the Benchmark Simulation Model No. 2, implemented in Simulink®, and the optimization of the process using of the Kriging metamodels. These models obtained through the rigorous process data show a high accuracy and the computational effort of the optimization methods. The Sequential Quadratic Programming and Genetic Algorithm are used for the optimization task, as well as the generation of the Real Time Optimization model. The achieved results on benchmark model demonstrate the potentiality of the proposed methodology, to minimize the process cost while obeying the effluent restrictions of the treated wastewater.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-08-23T13:46:48Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2146646 bytes, checksum: 0f052ad0ef348091034191170f4bad5f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T13:46:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2146646 bytes, checksum: 0f052ad0ef348091034191170f4bad5f (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, avaliou-se a remoção de arsênio (As) no tratamento convencional de água para consumo humano com o objetivo de se saber se, com este tratamento, é possível conseguir concentrações de arsênio remanescentes menores ou iguais ao valor máximo permitido (VMP) estabelecido pela legislação brasileira para a água potável (10 μg/L). Em conjunto, analisou-se o mecanismo de coagulação que impera na(s) região(ões) de maior eficiência de remoção de arsênio. Para desenvolvimento do estudo, trabalhou-se com os coagulantes sulfato de alumínio, policloreto de alumínio (PAC), cloreto férrico e uma mistura de dois destes coagulantes (50% de sulfato de alumínio e 50% de cloreto férrico) em ensaios de bancada para representar as etapas de coagulação/floculação/sedimentação com o Jar Test. Com o intuito de se obter amostras com turbidez alta (≥ 100 uT) e baixa (< 30 uT), coletou-se as águas que foram objeto do estudo em datas diferentes. Foram testadas duas concentrações iniciais de arsênio, 50 e 500 μg/L, seis doses de coagulantes e sete pH iniciais da água bruta, para cada um dos coagulantes usados. O estudo mostrou que, em amostras de água com concentração de arsênio igual ou inferior a 50 μg/L, tanto para turbidez inicial alta quanto baixa, foi possível diminuir a concentração dessa substância para valores inferiores ao VMP. O sulfato de alumínio foi o coagulante com melhor desempenho para águas com turbidez inicial baixa, tendo sido possível identificar três regiões no diagrama de coagulação referentes a diferentes mecanismos de coagulação: região de combinação dos mecanismos de varredura e adsorção, de corona e de varredura. As águas de turbidez alta reagiram melhor à mistura de coagulantes e os mecanismos de coagulação atuantes foram a reestabilização, adsorção-neutralização de cargas e varredura, sendo o arsênio removido por adsorção-coprecipitação nos hidróxidos formados. Em águas com concentração inicial de arsênio de 500 μg/L, apenas o sulfato de alumínio conseguiu atingir o VMP, nas condições de pH igual a 8 e dose de coagulante na faixa de 20 a 25 mg/L. Para águas com turbidez baixa, o mecanismo de coagulação foi a varredura, que possibilita maior formação de hidróxido de alumínio precipitado capaz de remover o ânion arsenato dissolvido por coprecipitação-adsorção. Para águas com turbidez alta, a remoção de As foi elevada (˃98%) quando foram utilizados como coagulantes o cloreto férrico e a mistura, obtendo-se melhores resultados com este último. Os mecanismos de coagulação identificados foram adsorção e varredura. / In this work, arsenic (As) removal in conventional drinking water treatment was evaluated, in order to know if this treatment, it able to achieve residual arsenic concentrations below the maximum contaminant level (MCL) established in the Brazilian drinking water standard (10 μg/L), and analyze the coagulation mechanism that prevails in the regions with the highest efficiency of arsenic removal. To develop the study, the following coagulants were used: aluminum sulphate, polyaluminium chloride, ferric chloride and a 1:1 mixture of aluminum sulphate and ferric chloride in jar tests to represent coagulation/flocculation/sedimentation steps of conventional water treatment. The waters used in this study were collected on different dates, with monthly frequency between August and December of the year 2015 in order to obtain samples with low (less than 30 NTU) and high (higher than or equal to 100 NTU) turbidity. Two initial concentrations of arsenic (50 and 500 μg/L), six coagulant dose (5 to 30 mg/L) and seven initial raw water pH (4 to 8) values were tested for each of the coagulants used. The study showed that it was possible to reduce As concentration below the maximum contaminant level in water samples containing up to 50 μg/L for the coagulants tested regardless of the turbidity. Aluminum sulphate was the best performing coagulant for waters with low turbidity and it was possible to identify three regions in the coagulation diagram obtained, referring to different coagulation mechanisms: combination of adsorption and sweep coagulation region, the corona region and, sweep coagulation. For water with high turbidity, the coagulant mixture was better than the other coagulants and the coagulation mechanisms were: restabilization, adsorption-destabilization and sweep coagulation, with arsenic removed through adsorption and coprecipitation with hydroxide flocs formed. In waters with initial arsenic concentration of 500 μg/L, only aluminum sulphate was able to reach the maximum contaminant level at pH 8 and doses of 20 - 25 mg/L. For low turbidity waters, the coagulation mechanism was the sweep, where there was grater formation of aluminum hydroxide able to remove the dissolved arsenate anion by coprecipitation- adsorption. For water with high turbidity, the removal of arsenic was high (˃ 98 %) when ferric chloride and the mixture were used as coagulants, obtaining better results with the latter. In this case, the coagulation mechanisms identified were adsorption and sweep coagulation.

Made available in DSpace on 2012-09-06T01:11:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) 925.pdf: 4327495 bytes, checksum: 2ac1e3c8c4ff6b52a165f9a04e3937d8 (MD5) Previous issue date: 2007 / O presente trabalho abrange a discussão sobre as características microbiológicas de esgotos hospitalares, bem como os impactos do lançamento destes efluentes sem um prétratamento adequado em corpos receptores, cujos riscos associados incluem a disseminação de microrganismos patogênicos no ambiente. Desta forma, estudou-se a eficiência de um sistema de tratamento de esgoto hospitalar localizado na cidade do Rio de Janeiro, para verificar se o mesmo era capaz de eliminar coliformes totais e fecais, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae resistentes a antibióticos e vírus da hepatite A. O sistema experimental se constitui de uma unidade de reator UASB seguido de pós-tratamento por três filtros anaeróbios dispostos em série, conferindo-lhe uma característica particular. Também teve como meta a verificação da adequação de uma técnica para detectar vírus da hepatite A em amostras de esgoto e lodo de esgoto. Concluiu-se que o sistema de tratamento estudado não foi capaz de eliminar os coliformes totais e fecais, Pseudomonas aeruginosa e bactérias resistentes do efluente tratado. Entretanto, nenhum vírus da hepatite A foi detectado no efluente final tratado, indicando que este sistema pode ser eficiente na remoção de vírus patogênicos. (...) Estes resultados confirmam a emergência do problema da alta prevalência de bactérias resistentes a antibióticos nos hospitais, bem como em amostras ambientais.

Lipases são enzimas que hidrolisam especificamente óleos e gorduras, podendo ser de grande interesse para vários segmentos industriais como têxtil, cosméticos, alimentícios e tratamento de efluentes com elevada carga de gordura. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a produção de complexos enzimáticos lipolíticos produzidos por microrganismos isolados de um sistema de tratamento biológico de efluentes de um hotel, visando obter lipases com potencial para emprego em processos biotecnológicos. Para a seleção do microrganismo lipolítico foram utilizados 65 isolados bacterianos oriundos do efluente bruto e tratado da wetland e da caixa de gordura do restaurante do hotel. A produção de lipase foi testada em placa em meio de cultivo acrescido de azeite de oliva e rodamina B, incubados a 25°C e 30ºC por 24h-48h e as placas observadas sob luz UV 350 nm. Deste total de isolados, sete oriundos da wetland e 22 isolados da caixa de gordura foram positivos para lipase, pois apresentaram halos fluorescentes alaranjado. Os isolados foram testados novamente em placa, porém numa condição mais estressante em termos de nutrientes para induzir a utilização do azeite e assim selecionar as melhores produtoras de enzimas Desses, 12 isolados apresentaram atividade lipolítica e aquele que apresentou halo mais evidente e maior foi selecionado para ensaios com crescimento em cultura submersa em agitador orbital e biorreator em três substratos diferentes (azeite de oliva, óleo de semente de uva e óleo de canola) para a determinação da atividade enzimática. As bactérias lipolíticas identificadas bioquimicamente foram do gênero Enterobacter, Acinetobacter, Pseudomonas, Klebsiella e Burkholderia. Os ensaios em cultura submersa em biorreator nos três substratos avaliados apresentaram a máxima produção de lipase após 12 horas de cultivo; azeite de oliva 0,358 U/mL.min-1, óleo de semente de uva 0,352 U/mL.min-1 e óleo de canola 0,348 U/mL.min-1. Em cultivo submerso em agitador orbital, o meio de cultivo na presença de Tween 80, apresentou melhor atividade enzimática que o meio de cultivo sem a presença do emulsionante. A identificação molecular do isolado apresentou identidade com o gênero Acinetobacter baylyi. A análise por SDS-PAGE sugere uma lipase com massa molecular de 35 kDa. / Lipases are enzymes that specifically hydrolyze oils and fats and may be of great interest to various industrial segments such as textiles, cosmetics, food and effluent treatment with the high fat load. The aim of this work was to evaluate the production of lipolytic enzymatic complexes produced by microorganisms isolated from a biological treatment system of effluents of a hotel, aiming to obtain lipases with potential for use in biotechnological processes. To select the best lipolytic microorganism, we used 65 bacterial isolates, recovered from the raw and treated effluent of the wetland system and from the fat tank of the hotel restaurant. Lipase production was evaluated in culture medium supplemented with olive oil and rhodamine B, incubated at 25°C and 30°C for 24h-48h. The grown colonies were observed under UV light at 350 nm. Out of that, seven isolates from wetland and 22 isolated from the fat tank were positive for lipase as they exhibited orange fluorescent halos. The isolates were again seeded on medium with a stressful nutrient condition to induce the use of olive oil and thus select the best enzyme producers Of these, 12 isolates presented lipolytic activity, and the one that showed the most evident halo was selected for assays in submerged culture in an orbital shaker and bioreactor using three different substrates (olive oil, grape seed oil, and canola oil). The lipolytic bacteria identified were of the genus Enterobacter, Acinetobacter, Pseudomonas, Klebsiella, and Burkholderia. The assays run in the bioreactor showed the maximum lipase production after 12 hours of culture with the three substrates evaluated; 0,358 U/mL.min-1 in olive oil, 0,352 U/mL.min-1 grape seed oil, and 0.348 U/mL.min-1 canola oil. The results obtained in an orbital shaker showed better enzymatic activities in the presence of Tween 80 on the culture medium. The molecular identification showed identity with the genus Acinetobacter baylyi. Analysis by SDS-page suggests a lipase with a molecular mass of 35 kDa.

Lipases são enzimas que hidrolisam especificamente óleos e gorduras, podendo ser de grande interesse para vários segmentos industriais como têxtil, cosméticos, alimentícios e tratamento de efluentes com elevada carga de gordura. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a produção de complexos enzimáticos lipolíticos produzidos por microrganismos isolados de um sistema de tratamento biológico de efluentes de um hotel, visando obter lipases com potencial para emprego em processos biotecnológicos. Para a seleção do microrganismo lipolítico foram utilizados 65 isolados bacterianos oriundos do efluente bruto e tratado da wetland e da caixa de gordura do restaurante do hotel. A produção de lipase foi testada em placa em meio de cultivo acrescido de azeite de oliva e rodamina B, incubados a 25°C e 30ºC por 24h-48h e as placas observadas sob luz UV 350 nm. Deste total de isolados, sete oriundos da wetland e 22 isolados da caixa de gordura foram positivos para lipase, pois apresentaram halos fluorescentes alaranjado. Os isolados foram testados novamente em placa, porém numa condição mais estressante em termos de nutrientes para induzir a utilização do azeite e assim selecionar as melhores produtoras de enzimas Desses, 12 isolados apresentaram atividade lipolítica e aquele que apresentou halo mais evidente e maior foi selecionado para ensaios com crescimento em cultura submersa em agitador orbital e biorreator em três substratos diferentes (azeite de oliva, óleo de semente de uva e óleo de canola) para a determinação da atividade enzimática. As bactérias lipolíticas identificadas bioquimicamente foram do gênero Enterobacter, Acinetobacter, Pseudomonas, Klebsiella e Burkholderia. Os ensaios em cultura submersa em biorreator nos três substratos avaliados apresentaram a máxima produção de lipase após 12 horas de cultivo; azeite de oliva 0,358 U/mL.min-1, óleo de semente de uva 0,352 U/mL.min-1 e óleo de canola 0,348 U/mL.min-1. Em cultivo submerso em agitador orbital, o meio de cultivo na presença de Tween 80, apresentou melhor atividade enzimática que o meio de cultivo sem a presença do emulsionante. A identificação molecular do isolado apresentou identidade com o gênero Acinetobacter baylyi. A análise por SDS-PAGE sugere uma lipase com massa molecular de 35 kDa. / Lipases are enzymes that specifically hydrolyze oils and fats and may be of great interest to various industrial segments such as textiles, cosmetics, food and effluent treatment with the high fat load. The aim of this work was to evaluate the production of lipolytic enzymatic complexes produced by microorganisms isolated from a biological treatment system of effluents of a hotel, aiming to obtain lipases with potential for use in biotechnological processes. To select the best lipolytic microorganism, we used 65 bacterial isolates, recovered from the raw and treated effluent of the wetland system and from the fat tank of the hotel restaurant. Lipase production was evaluated in culture medium supplemented with olive oil and rhodamine B, incubated at 25°C and 30°C for 24h-48h. The grown colonies were observed under UV light at 350 nm. Out of that, seven isolates from wetland and 22 isolated from the fat tank were positive for lipase as they exhibited orange fluorescent halos. The isolates were again seeded on medium with a stressful nutrient condition to induce the use of olive oil and thus select the best enzyme producers Of these, 12 isolates presented lipolytic activity, and the one that showed the most evident halo was selected for assays in submerged culture in an orbital shaker and bioreactor using three different substrates (olive oil, grape seed oil, and canola oil). The lipolytic bacteria identified were of the genus Enterobacter, Acinetobacter, Pseudomonas, Klebsiella, and Burkholderia. The assays run in the bioreactor showed the maximum lipase production after 12 hours of culture with the three substrates evaluated; 0,358 U/mL.min-1 in olive oil, 0,352 U/mL.min-1 grape seed oil, and 0.348 U/mL.min-1 canola oil. The results obtained in an orbital shaker showed better enzymatic activities in the presence of Tween 80 on the culture medium. The molecular identification showed identity with the genus Acinetobacter baylyi. Analysis by SDS-page suggests a lipase with a molecular mass of 35 kDa.