In order to evaluate the effect of seaweeds in bio-filtration for removing nitrogen from marine aquaculture and in bioenergy production, Ulva sp. was used in this study. Experiments were triplicated and run in 3-day incubation at salinities with 30 psu, 10 psu and 5 psu in different initial ammonium nitrogen concentrations from 100 μM to 10,000 μM, equivalently to marine aquaculture conditions. The highest concentrations of ammonium removed were about 690 μmol (12.42 mg) NH4+ at 30 psu, 410 μmol (7.38 mg) NH4+ at 10 psu and 350 μmol NH4+(6.3 mg NH4+) at 5 psu in three days of incubation, while highest growth rates of Ulva sp. were 49% and 150% per day at 500 μM of initial ammonium concentration, similarly to the growth rate reported in microalgae. Moreover, after these experiments, biomass of Ulva sp. has been tested for bioenergy producing goals, because the carbohydrate concentration of this alga was very high, reaching 60-70% of DW. Thus, Ulva sp. can be cultured to remove nitrogen concentration in eutrophication conditions at aquaculture systems in combination with the purpose of bioenergy production after harvesting. / Để đánh giá hiệu quả của tảo biển trong việc lọc sinh học loại bỏ hợp chất ni tơ từ việc nuôi trồng thủy sản và trong việc sản xuất năng lượng sinh học, Ulva sp. đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần và chạy trong 3 ngày trong tủ ổn nhiệt tại các điều kiện độ mặn 30psu, 10psu, 5psu ở các nồng độ NH4+-N từ 100μM đến 10.000μM, tương đương với điều kiện nuôi trồng thủy sản nước mặn. Nồng độ cao nhất của NH4+-N được loại bỏ khoảng 690 μmol NH4+(12,42mg NH4 +) tại 30psu, 410μmol NH4+(7,38mg NH4+) tại 10psu và 350 μmol NH4+(6.3mg NH4+) tại 5psu, trong đó tỉ lệ sinh trưởng của Ulva sp. là rất cao, sinh trưởng từ 49 đến 150% mỗi ngày tại nồng độ ammonium ban đầu 500 μM tương đương với sinh trưởng của vi tảo. Hơn nữa, sau các thí nghiệm trên, sinh khối của Ulva sp. được thử nghiệm sản xuất năng lượng sinh học vì hàm lượng carbohydrate trong tảo rất cao, chiếm khoảng 60-70% trọng lượng khô của tảo. Như vậy, Ulva sp. có thể được nuôi trồng để loại bỏ hợp chất ni tơ trong điều kiện phú dưỡng của các hệ thống nuôi trồng thủy sản, kết hợp với mục tiêu sản xuất năng lượng sinh học sau thu hoạch.

In order to evaluate the effect of seaweeds in bio-filtration for removing nitrogen from marine aquaculture and in bioenergy production, Ulva sp. was used in this study. Experiments were triplicated and run in 3-day incubation at salinities with 30 psu, 10 psu and 5 psu in different initial ammonium nitrogen concentrations from 100 μM to 10,000 μM, equivalently to marine aquaculture conditions. The highest concentrations of ammonium removed were about 690 μmol (12.42 mg) NH4+ at 30 psu, 410 μmol (7.38 mg) NH4+ at 10 psu and 350 μmol NH4+(6.3 mg NH4+) at 5 psu in three days of incubation, while highest growth rates of Ulva sp. were 49% and 150% per day at 500 μM of initial ammonium concentration, similarly to the growth rate reported in microalgae. Moreover, after these experiments, biomass of Ulva sp. has been tested for bioenergy producing goals, because the carbohydrate concentration of this alga was very high, reaching 60-70% of DW. Thus, Ulva sp. can be cultured to remove nitrogen concentration in eutrophication conditions at aquaculture systems in combination with the purpose of bioenergy production after harvesting. / Để đánh giá hiệu quả của tảo biển trong việc lọc sinh học loại bỏ hợp chất ni tơ từ việc nuôi trồng thủy sản và trong việc sản xuất năng lượng sinh học, Ulva sp. đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần và chạy trong 3 ngày trong tủ ổn nhiệt tại các điều kiện độ mặn 30psu, 10psu, 5psu ở các nồng độ NH4+-N từ 100μM đến 10.000μM, tương đương với điều kiện nuôi trồng thủy sản nước mặn. Nồng độ cao nhất của NH4+-N được loại bỏ khoảng 690 μmol NH4+(12,42mg NH4 +) tại 30psu, 410μmol NH4+(7,38mg NH4+) tại 10psu và 350 μmol NH4+(6.3mg NH4+) tại 5psu, trong đó tỉ lệ sinh trưởng của Ulva sp. là rất cao, sinh trưởng từ 49 đến 150% mỗi ngày tại nồng độ ammonium ban đầu 500 μM tương đương với sinh trưởng của vi tảo. Hơn nữa, sau các thí nghiệm trên, sinh khối của Ulva sp. được thử nghiệm sản xuất năng lượng sinh học vì hàm lượng carbohydrate trong tảo rất cao, chiếm khoảng 60-70% trọng lượng khô của tảo. Như vậy, Ulva sp. có thể được nuôi trồng để loại bỏ hợp chất ni tơ trong điều kiện phú dưỡng của các hệ thống nuôi trồng thủy sản, kết hợp với mục tiêu sản xuất năng lượng sinh học sau thu hoạch.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-04-28T18:18:17Z No. of bitstreams: 1 Tese Clarissa Lourenço de Araujo.pdf: 7002934 bytes, checksum: 52d368f8ad6a751f994f7846928d0854 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-28T18:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Clarissa Lourenço de Araujo.pdf: 7002934 bytes, checksum: 52d368f8ad6a751f994f7846928d0854 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências-Geoquímica. Niterói, RJ / Este estudo teve como objetivo contribuir para caracterização do processo de incorporação biológica de metais por duas espécies fitobentônicas, a macroalga Ulva sp. e a macrófita aquática Ruppia maritima, para subsidiar futuras atividades de monitoramento da contaminação da biota aquática da Lagoa Rodrigo de Freitas por metais, bem como de outros sistemas costeiros com condições semelhantes. Este estudo baseou-se na realização de experimentos laboratoriais com o radiotraçador 51Cr (nas formas tri e hexavalente) e com Cr, Cu, Hg, Mn, Pb e Zn, para caracterizar a cinética de incorporação destes pelas duas espécies fitobentônicas. As amostras coletadas na Lagoa Rodrigo de Freitas, foram aclimatadas em laboratório e posteriormente submetidas a experimentos onde foram simuladas condições de mistura de águas salinas e fluviais com água marinha artificial de salinidades 7, 15 e 21‰ e de eventos de aumento dos níveis de matéria orgânica na coluna d’água através da adição de ácidos húmicos. A fim de elucidar os processos de sorção e incorporação de metais foram aplicadas ainda, técnicas de remoção de biofilme e de limpeza do material biológico em solução de EDTA. Nos ensaios com 51Cr (III e IV) foi observada que acumulação do metal por Ulva sp. possui relação inversa com a salinidade, enquanto para R. maritima, o máximo de acumulação ocorre em salinidade 21‰. Nos experimentos com adição simultânea de metais foi observada a seguinte ordem de abundância Pb>Zn>Hg>Cu>Mn>Cr. A maior acumulação dos metais foi observada em salinidade 15‰, com exceção apenas do Hg que apresentou máximo de incorporação em salinidade 21% para alga. Nos ensaios com adição de substâncias húmicas foi evidenciada a redução da incorporação de Cu, Pb e Zn por ambas espécies. No tocante ao potencial de acumulação, foi verificada a maior habilidade de sorção de metais por Ulva sp., independentemente da faixa de salinidade aplicada. Nos ensaios de remoção do biofilme aderido a R. maritima foi observada a redução das concentrações de Cu, Mn e Pb, reforçando o papel deste componente na acumulação de íons metálicos por macrófitas aquáticas. Por fim, no ensaio em que o material biológico foi lavado em solução de EDTA, foi observada a tendência de adsorção superficial de Cu, Mn e Pb, enquanto Cr e Zn, são rapidamente internalizados nos tecidos da macrófita. / This study aims to contribute to the characterization of the process of biological incorporation of metals by two benthonic species, the macroalgae Ulva sp. and the aquatic macrophyte Ruppia maritima, to subsidize future activities of monitoring the contamination of aquatic biota of the Rodrido de Freitas Lagoon for metals, as well as other coastal systems with similar conditions. This study was based on laboratory experiments with the radiotracer 51Cr (in forms tri and hexavalent) and with Cr, Cu, Hg, Mn, Pb and to characterize the kinetics of incorporation of these by two phytobentic species. Samples collected in the Rodrigo de Freitas Lagoon were acclimated in the laboratory and subsequently subjected to experiments where conditions of saline and river water mixed with artificial marine water with salinities of 7, 15 and 21‰ were simulated as well as events that increase the levels of organic matter in the water column through the addition of humic acids. In order to elucidate the processes of sorption and incorporation of metals, techniques for the removal of biofilm and the cleaning of biological material in EDTA solution were also applied. In tests with 51Cr (III and IV) it was observed that accumulation of the metal in Ulva sp. has inverse relationship with salinity, while for R. maritima, the maximum accumulation occurs in salinity 21 ‰. In the experiments with simultaneous addition of metals, the following order of abundance was observed Pb>Zn>Hg>Cu>Mn>Cr. The higher accumulation of metals was observed in salinity 15 ‰, with the exception of Hg that showed maximum incorporation in salinity 21% for algae. In tests with addition of humic substances, the reduction in the incorporation of Cu, Pb and Zn both species was evidenced. In regards to the potential for accumulation, it was verified the greater capability of sorption of metals by Ulva sp., regardless of range of salinity applied. In tests of removal of biofilm attached to R. maritima, the reduction of concentrations of Cu, Mn and Pb was observed, reinforcing the role of this component in the accumulation of metal ions by aquatic macrophytes. Finally, in the biological test material that was washed in EDTA solution, the tendency of surface adsorption of Cu, Mn and Pb was observed, while Cr and Zn are rapidly internalized in the tissues of macrophyte.