Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-09-21T13:55:12Z No. of bitstreams: 1 TeseLRNC.pdf: 4120056 bytes, checksum: 645b13af2a6cbf13a9e882cd3809d9e6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:15:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseLRNC.pdf: 4120056 bytes, checksum: 645b13af2a6cbf13a9e882cd3809d9e6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:15:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseLRNC.pdf: 4120056 bytes, checksum: 645b13af2a6cbf13a9e882cd3809d9e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T18:15:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLRNC.pdf: 4120056 bytes, checksum: 645b13af2a6cbf13a9e882cd3809d9e6 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The monoaromatic hydrocarbons composed by benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes isomers (BTEX), are commonly found near local oil refineries, filling stations, or around pipelines, as a result ofleaks and/or spills. In such places, a microbial activity not only promotes the transformation of these compounds into products such as CO2 or methane, but also convert them into highly toxic and/or carcinogenic compounds. Some of the metabolites resulting from biotransformation process are benzylsuccinic acid, 2-methylbenzylsuccinic acid, isomers of toluic acid and benzoic acid. The aim of this study is to increase knowledge about the biodegradation of monoaromatic hydrocarbons in soils, by investigating their removal under three different conditions, and to evaluate the formation products associated with their degradation. This work was carried out with series of anaerobic microcosms with three different electron acceptors acting as oxidants: sulfate, nitrate and iron (III). The individual effect of each in a soil contaminated with BTEX and another set containing a mixture of these electron acceptors with soil contaminated with conventional diesel were investigated. The concentrations of BTEX and metabolites were monitored for 90 days. Previously, it was necessary to develop suitable analytical methods for monitoring BTEX through gas chromatography coupled with flame ionization detection (GC/FID) while high-performance liquid chromatography coupled to a mass spectrometer (LC-MS/MS) was used for determining the metabolites. A preliminary microbiological characterization of groups of bacteria was carried out, showing a prevalence of nitrate-reducing bacteria in the soil utilized. Evidence that the BTEX compounds may be removed in anaerobic conditions linked to nitrate and sulfate reduction were found. Using iron (III) like electron receptor was not observed a significant decrease in the concentration of contaminants during the three months of incubation, except for toluene. Results also show that toluene was the compound quite easily degraded in anaerobic conditions in soil, enriched with different electron acceptors. On the other hand the appearance of metabolites was quickly detected in the series of experiments employing nitrate, due to the higher content of native nitrate reducing bacteria in the soil, associated with the fact that nitrate has a higher oxidizing power from the electron receptors studied. In case of iron (III), metabolites were slow to appear, however higher concentrations were detected mainly of benzylsuccinic acid from toluene degradation. To establish a scenario more realistic of contamination, a soil was artificially contaminated with diesel. However, due to the large number of compounds present in the fuel, the toxicity of the medium was increased, causing inhibition of the biological activity and thus affecting the efficiency of BTEX removal. / Os hidrocarbonetos benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, conhecidos como BTEX são comumente encontrados em locais próximos a refinarias de petróleo e derivados, postos de abastecimento, ou ao redor de oleodutos, quando oriundos de vazamentos e/ou derramamentos. Nestes locais, a atividade microbiana pode promover a transformação desses produtos em compostos como CO2 ou metano, como também convertê-los em compostos altamente tóxicos e/ou cancerígenos. Alguns dos metabólitos resultantes do processo de biotransformaçãodos BTEX são benzilsuccinato, 2-metilbenzilsuccinato, isômeros do ácido toluico e o ácido benzóico. Nesse contexto, o objetivo deste estudo é ampliar o conhecimento acerca da biodegradação de hidrocarbonetos monoaromáticos em solos, mediante a investigação da remoção sob três diferentes condições (SO42-, NO3- e Fe(III)), e a avaliação da formação de produtos associados à biodegradação. Para observar o que acontece em um solo onde diferentes receptores de elétrons atuam como oxidantes, foram montadas séries de experimentos em microcosmos com sulfato, nitrato e ferro (III) atuando de forma individual em solo contaminado com BTEX. Visando simular um cenário mais realista de contaminação, foi montada também uma série de experimentos em microcosmos com solo artificialmente contaminado com óleo diesel convencional e uma mistura dos receptores de elétrons previamente mencionados. As concentrações de BTEX e dos metabólitos foram monitoradas durante 90 dias. Previamente ao monitoramento foi necessário o desenvolvimento dos métodos analíticos para este fim, empregando cromatografia gasosa acoplada ao detector de ionização em chama (GC/FID) para a determinação dos BTEX e a cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a um espectrômetro de massas triplo quadrupolo (LC-MS/MS), para a determinação dos metabólitos. Uma caracterização microbiológica preliminar dos grupos de bactérias investigadas foi realizada, mostrando uma predominância das bactérias redutoras de nitrato no solo utilizado. Foram encontradas evidências de que os compostos BTEX podem ser removidos sob condições anaeróbias em presença de nitrato e sulfato. O uso de ferro (III) não propiciou uma diminuição significativa na concentração dos contaminantes durante os três meses de incubação, exceto para tolueno. Os resultados também mostraram que o tolueno foi o composto mais facilmente degradado em meio anaeróbio, em solos enriquecidos com diferentes receptores de elétrons. Por outro lado o aparecimento de metabólitos foi mais rapidamente detectado na série empregando nitrato, devido ao maior conteúdo de bactérias redutoras de nitrato nativas no solo, associado ao fato de que o nitrato possui um maior poder oxidante dentre os receptores de elétrons estudados. No caso do ferro (III) o aparecimento dos metabólitos foi mais lento, sendo, no entanto, detectadas altas concentrações principalmente para o ácido benzilsuccínico proveniente da degradação de tolueno. Já no solo artificialmente contaminado com óleo diesel o grande número de compostos presentes neste combustível provocou um aumento na toxicidade do meio, inibindo a atividade biológica e afetando a eficiência de remoção dos BTEX.

Hidrocarbonetos aromáticos conhecidos como BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos) estão entre os maiores problemas de poluição ambiental. Estes compostos são reconhecidos por sua recalcitrância em ambientes anóxicos, e a remoção destes hidrocarbonetos, de sítios anaeróbios contaminados é dependente da atividade de uma população de microrganismos adaptados capazes de promover a biodegradação destes compostos, nestas condições. Neste sentido, o presente trabalho buscou purificar, caracterizar e utilizar cultura desnitrificante, como inóculo para desenvolvimento de biofilme, em reator anaeróbio de leito fixo preenchido com espumas de poliuretano, além de avaliar o potencial deste biofilme em promover a biodegradação dos compostos de BTEX. Células da cultura apresentaram coloração Gram negativa, com morfologia de cocos (diplococos e cocobacilos). A cultura foi capaz de crescer, sob condições desnitrificantes, utilizando diferentes substratos. A cultura não apresentou capacidade de crescer sob condições sulfetogênicas. Velocidades de crescimento ('mü') de 0,046/h e 0,050/h e tempos de geração (Tg) de 15,1 horas e 13,9 horas foram obtidos para as células crescidas em benzeno e etilbenzeno, respectivamente. A cultura purificada foi utilizada para formar biofilme em RAHLF. Em todas as condições de alimentação as quais os reatores foram submetidos houve remoção da matéria orgânica, nitrato e dos hidrocarbonetos. A menor eficiência de remoção de hidrocarbonetos foi de 89,4%, obtida durante a alimentação dos reatores com benzeno. A matéria orgânica (DQO) foi removida com eficiência média de 87,1%. A eficiência média de remoção de nitrato foi de 94%. O sequenciamento das amostras revelou que o biofilme do RAHLF1 foi formado, principalmente, por espécies de Paracoccus, Pseudomonas e Bacteroides, enquanto que no RAHLF2, alimentado com etilbenzeno, observou-se espécies dos gêneros: Paracoccus, Pseudomonas, Xanthomonas e Variovorax / The monoaromatic hydrocarbons known as BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene) are among the greatest environmental pollution problems. These compounds are known by their recalcitrance in anoxic environments, and the removal of these toxics from anaerobic contaminated sites depends on the presence of an adapted microbial population capable of to promote the biodegradation of these compounds under such condition. Thus, in the current study a denitrifying culture was purified, characterized and used as inoculum to form a biofilm in a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor filled with polyurethane foam, and to assess the potential of this biofilm to promote BTEX compounds biodegradation. Culture cells were Gram negative, with coccus (diplococcus and cocobacilli) morphology. The culture was able to grow, under denitrifying conditions, using different substrates. No growth was seen in sulfate-reducing conditions. Growth velocity('mü') of 0.046/h and 0.050/h, and generation time of 15.1 and 13.9 hours were obtained for cultures isolated in the presence of benzene and ethylbenzene, respectively. The purified culture was used to form a biofilm inside RAHLF. At all feeding conditions the reactors were submitted the organic matter, nitrate and hydrocarbons were removed. The smallest hydrocarbons removal efficiency was 89.4%, obtained during benzene feeding. The organic matter (COD) was removed with mean efficiency of 87.1%. The mean efficiency of nitrate removal was 94.0%. Sequencing of samples showed that the RAHLF1 biofilm was composed specially for Paracoccus, Pseudomonas and Bacteroides species. Biofilm of RAHLF2 reactor, obtained from ethylbenzene feeding, was composed by Paracoccus, Pseudomonas, Xanthomonas and Variovorax species

O petróleo é a principal fonte de energia no mundo, mas alguns de seus derivados podem ser prejudiciais à natureza e à saúde. O BTEX, um derivado do petróleo, é usado em combustíveis, sendo estes a maior causa de contaminação ambiental, pois no transporte ou armazenamento destes ocorrem vazamentos que poluem solo e fontes de água. Como alternativas para diminuir a concentração do BTEX no combustível surgiram os aditivos oxigenados, os quais melhoram a qualidade do combustível e reduzem as emissões de monóxido de carbono. Os aditivos mais comuns são o MTBE e o etanol. No entanto, o MTBE é oncogênico e por isso, alguns países o substituem pelo etanol. Porém, o etanol aumenta a solubilidade do BTEX na água, a migração deste no solo, e diminui sua degradação natural. A degradação destes compostos é possível pela ação de microrganismos nativos. Em vista disto, no presente trabalho, bactérias foram isoladas de uma planta de tratamento de águas residuais da indústria petroquímica, com o objetivo de encontrar bactérias tolerantes com capacidade de degradação do BTEX. Os 30 isolados obtidos foram identificados como pertencentes aos gêneros Bacillus, Enterococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomona, Lysinobacterium, Neisseria, Corynobacterium e Leucobacter. Quinze isolados foram tolerantes ao B, T, E, X, e destes, os isolados 16 e 25 pertencentes ao gênero Bacillus, foram testados para a degradação de BTEX, BTEX/MTBE, BTEX/Etanol. A maior porcentagem de degradação foi detectada no tratamento com BTEX seguido por BTEX/MTBE e BTEX/Etanol. O isolado 25 mostrou maior capacidade de degradação dos compostos. / Oil is the main source of energy in the world; nevertheless, some of its derivatives could be harmful to the environment and health. BTEX is a petroleum derivative. It is used in fuels; this one is the main cause of environmental pollution, because during the transport or storage of them there are leaks that pollute the soil and water sources. In order to reduce BTEX concentration in fuel, oxygenated additives emerged; these improve the quality of the fuel and reduce carbon monoxide emissions. The most common additives are MTBE and ethanol. Due to fact that MTBE is oncogenic, some countries replace it with ethanol. Ethanol increases the solubility of BTEX in water, its migration in the ground and decreases its natural degradation. The degradation of harmful compounds by action of native microorganisms has proven to be effective. With this purpose, in the current research, bacteria were isolated from a wastewater treatment plant of petrochemical industry, in order to find tolerant bacteria and with ability to degrade BTEX. The 30 isolates obtained were identified as belonging to the genus Bacillus, Enterococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomonas, Lysinobacterium, Neisseria, Corynobacterium, and Leucobacter. Fifteen isolates were tolerant to B, T, E, X, and out them, isolates 16 and 25 belong to genus Bacillus were tested for degradation of BTEX BTEX / MTBE, BTEX / Ethanol. The highest percentage of degradation was found in the assay with BTEX followed by BTEX / MTBE and BTEX / Ethanol. Isolate 25 showed the highest capacity of degradation.

O petróleo é a principal fonte de energia no mundo, mas alguns de seus derivados podem ser prejudiciais à natureza e à saúde. O BTEX, um derivado do petróleo, é usado em combustíveis, sendo estes a maior causa de contaminação ambiental, pois no transporte ou armazenamento destes ocorrem vazamentos que poluem solo e fontes de água. Como alternativas para diminuir a concentração do BTEX no combustível surgiram os aditivos oxigenados, os quais melhoram a qualidade do combustível e reduzem as emissões de monóxido de carbono. Os aditivos mais comuns são o MTBE e o etanol. No entanto, o MTBE é oncogênico e por isso, alguns países o substituem pelo etanol. Porém, o etanol aumenta a solubilidade do BTEX na água, a migração deste no solo, e diminui sua degradação natural. A degradação destes compostos é possível pela ação de microrganismos nativos. Em vista disto, no presente trabalho, bactérias foram isoladas de uma planta de tratamento de águas residuais da indústria petroquímica, com o objetivo de encontrar bactérias tolerantes com capacidade de degradação do BTEX. Os 30 isolados obtidos foram identificados como pertencentes aos gêneros Bacillus, Enterococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomona, Lysinobacterium, Neisseria, Corynobacterium e Leucobacter. Quinze isolados foram tolerantes ao B, T, E, X, e destes, os isolados 16 e 25 pertencentes ao gênero Bacillus, foram testados para a degradação de BTEX, BTEX/MTBE, BTEX/Etanol. A maior porcentagem de degradação foi detectada no tratamento com BTEX seguido por BTEX/MTBE e BTEX/Etanol. O isolado 25 mostrou maior capacidade de degradação dos compostos. / Oil is the main source of energy in the world; nevertheless, some of its derivatives could be harmful to the environment and health. BTEX is a petroleum derivative. It is used in fuels; this one is the main cause of environmental pollution, because during the transport or storage of them there are leaks that pollute the soil and water sources. In order to reduce BTEX concentration in fuel, oxygenated additives emerged; these improve the quality of the fuel and reduce carbon monoxide emissions. The most common additives are MTBE and ethanol. Due to fact that MTBE is oncogenic, some countries replace it with ethanol. Ethanol increases the solubility of BTEX in water, its migration in the ground and decreases its natural degradation. The degradation of harmful compounds by action of native microorganisms has proven to be effective. With this purpose, in the current research, bacteria were isolated from a wastewater treatment plant of petrochemical industry, in order to find tolerant bacteria and with ability to degrade BTEX. The 30 isolates obtained were identified as belonging to the genus Bacillus, Enterococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomonas, Lysinobacterium, Neisseria, Corynobacterium, and Leucobacter. Fifteen isolates were tolerant to B, T, E, X, and out them, isolates 16 and 25 belong to genus Bacillus were tested for degradation of BTEX BTEX / MTBE, BTEX / Ethanol. The highest percentage of degradation was found in the assay with BTEX followed by BTEX / MTBE and BTEX / Ethanol. Isolate 25 showed the highest capacity of degradation.

O petróleo é a principal fonte de energia no mundo, mas alguns de seus derivados podem ser prejudiciais à natureza e à saúde. O BTEX, um derivado do petróleo, é usado em combustíveis, sendo estes a maior causa de contaminação ambiental, pois no transporte ou armazenamento destes ocorrem vazamentos que poluem solo e fontes de água. Como alternativas para diminuir a concentração do BTEX no combustível surgiram os aditivos oxigenados, os quais melhoram a qualidade do combustível e reduzem as emissões de monóxido de carbono. Os aditivos mais comuns são o MTBE e o etanol. No entanto, o MTBE é oncogênico e por isso, alguns países o substituem pelo etanol. Porém, o etanol aumenta a solubilidade do BTEX na água, a migração deste no solo, e diminui sua degradação natural. A degradação destes compostos é possível pela ação de microrganismos nativos. Em vista disto, no presente trabalho, bactérias foram isoladas de uma planta de tratamento de águas residuais da indústria petroquímica, com o objetivo de encontrar bactérias tolerantes com capacidade de degradação do BTEX. Os 30 isolados obtidos foram identificados como pertencentes aos gêneros Bacillus, Enterococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomona, Lysinobacterium, Neisseria, Corynobacterium e Leucobacter. Quinze isolados foram tolerantes ao B, T, E, X, e destes, os isolados 16 e 25 pertencentes ao gênero Bacillus, foram testados para a degradação de BTEX, BTEX/MTBE, BTEX/Etanol. A maior porcentagem de degradação foi detectada no tratamento com BTEX seguido por BTEX/MTBE e BTEX/Etanol. O isolado 25 mostrou maior capacidade de degradação dos compostos. / Oil is the main source of energy in the world; nevertheless, some of its derivatives could be harmful to the environment and health. BTEX is a petroleum derivative. It is used in fuels; this one is the main cause of environmental pollution, because during the transport or storage of them there are leaks that pollute the soil and water sources. In order to reduce BTEX concentration in fuel, oxygenated additives emerged; these improve the quality of the fuel and reduce carbon monoxide emissions. The most common additives are MTBE and ethanol. Due to fact that MTBE is oncogenic, some countries replace it with ethanol. Ethanol increases the solubility of BTEX in water, its migration in the ground and decreases its natural degradation. The degradation of harmful compounds by action of native microorganisms has proven to be effective. With this purpose, in the current research, bacteria were isolated from a wastewater treatment plant of petrochemical industry, in order to find tolerant bacteria and with ability to degrade BTEX. The 30 isolates obtained were identified as belonging to the genus Bacillus, Enterococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomonas, Lysinobacterium, Neisseria, Corynobacterium, and Leucobacter. Fifteen isolates were tolerant to B, T, E, X, and out them, isolates 16 and 25 belong to genus Bacillus were tested for degradation of BTEX BTEX / MTBE, BTEX / Ethanol. The highest percentage of degradation was found in the assay with BTEX followed by BTEX / MTBE and BTEX / Ethanol. Isolate 25 showed the highest capacity of degradation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The volatile organic compounds benzene, toluene and xylenes (BTX) are among the most produced chemicals worldwide and can be found in different environmental compartments. Contamination of aquatic environments by these substances may result in to adverse toxic effects on organisms of different biological organizations. The present study aimed to evaluate the toxicity of BTX isolated and in binary mixtures using the acute toxicity test (96h) with the microcrustacean Mysidopsis juniae. To achieve that, organisms were exposed to BTX concentrations in order to identify the effects on survival, as well as to study the modes of action of the substances in mixture with the application of the theoretical models of Addition Concentration (AC) and Independent Action (AI). In the experiments with the isolated compounds it was possible to notice that xylene was the most toxic compound (LC50 16,10 ±2,4mg.L-1) followed by toluene (LC50 38 ± 5,3mg.L-1) and benzene (LC50 78,03 ±2,9mg.L-1) respectively. When in binary mixture deviations of the reference models for CA were observed in all experiments performed (dose ratio and antagonism). In the exposure of xylene and benzene the deviation that fit the results was the antagonism, where as the mixture of xylene and toluene was better explained by the deviation dose ratio where the toxicity was caused mainly by xylene. In the experiment combining toluene and benzene, the dose ratio pattern was observed as well, and the benzene was the main responsible for the toxicity. We concluded that BTX were toxic to mysids, both isolated and in binary mixtures, evidencing the importance of studies in this subject that can serve as support for evaluations and monitoring of the marine environments, considering the imminent risks of contamination of this environment and the wide scale of use of these compounds. / Os compostos orgânicos voláteis benzeno, tolueno e os xilenos (BTX) estão entre os produtos químicos mais produzidos mundialmente e podem ser encontrados em diferentes compartimentos ambientais. A contaminação de ambientes aquáticos por essas substâncias pode acarretar em efeitos tóxicos adversos em organismos de diferentes organizações biológicas. Diante disso, o presente estudo teve como objetivo avaliar a toxicidade dos BTX isolados e em misturas binárias por meio do teste de toxicidade aguda (96h) com o microcrustáceo Mysidopsis juniae. Para isso, os organismos foram expostos às concentrações de BTX a fim de identificar os efeitos na sobrevivência, assim como estudar os modos de ação das substâncias em mistura com a aplicação dos modelos teóricos de concentração de adição (CA) e ação independente (IA). Nos experimentos com os compostos isolados foi possível perceber que o xileno foi o mais tóxico (CL50 16,10±2,4mg.L-1) seguido por tolueno (CL50 38±5,3mg.L-1) e benzeno (CL50 78,03±2,9mg.L-1). Quando em mistura binária foram observados desvios dos modelos de referência para CA em todos os experimentos realizados (razão das doses e antagonismo). Na exposição do xileno e benzeno o desvio que se enquadrou aos resultados foi o antagonismo, já a mistura de xileno e tolueno foi melhor explicada pelo desvio razão das doses onde a toxicidade foi causada principalmente pelo xileno, no experimento com o tolueno e benzeno também foi observado um padrão de razão das doses, sendo que nesse caso o benzeno foi o maior responsável pela toxicidade. Logo, os hidrocarbonetos analisados foram tóxicos para o misidáceo, tanto isolados como em misturas binárias, evidenciando a importância de estudos nessa temática que possam servir de suporte para avaliações e monitoramento dos ambientes marinhos, visto os riscos iminentes de contaminação deste meio e a ampla escala de utilização desses compostos.