Orientador: Ribeiro, Clóvis Augusto / Banca: Salvador Claro Neto / Banca: Eder Tadeu Gomes Cavalheiro / Banca: Luciana Camargo de Oliveira / Banca: Evaneide Nascimento Lima / Resumo: O crescimento na produção brasileira de cana-de-açúcar devido, principalmente, à obtenção de açúcar e álcool é motivado pelo aumento na exportação deste subproduto e produção de veículos bicombustíveis, respectivamente. Desta maneira, há maior geração de bagaço, embora possuindo inúmeras utilidades, muitas vezes existe um excesso remanescente do total gerado. Assim, são necessários estudos que viabilizem o uso deste resíduo. Neste trabalho foi estudada a modificação da fração lignocelulósica durante o processo de compostagem e biodigestão anaeróbia do bagaço de cana-de-açúcar. Amostras foram coletadas em diferentes períodos para ambos os processos (0 (cru), 7; 45; 60; 90; 120; 272 dias; 1 ano e 1 ano e 2 meses) e acompanhadas por meio de parâmetros como: pH, umidade, temperatura, presença de metais e demanda química de oxigênio. A caracterização foi feita com o auxílio de técnicas termoanalíticas (TG/DTG/DTA e DSC) e espectroscopia na região do infravermelho. As amostras provenientes dos processos aeróbios e anaeróbios foram submetidas às extrações de lignina, utilizando-se dioxano/HCl (9:1) e, de celulose e hemicelulose, as quais foram obtidas do resíduo sólido resultante da extração de lignina. O comportamento térmico e espectros de infravermelho dessas substâncias foram avaliados e, comparadas suas degradações e modificações na ausência e presença de oxigênio. Os resultados obtidos mostraram que a digestão anaeróbia é mais lenta que a compostagem na decomposição de seus constituintes, principalmente, lignina e celulose/hemicelulose, fato comprovado por suas respectivas curvas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC); além da constatação de modificações nas estruturas de lignina e celulose ao longo dos dois processos, bem como, fortes evidências... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The growth in the Brazilian sugarcane production, mainly, due to obtain sugar and alcohol is motivated by the increase in export of this subproduct and production of flex-fuel vehicles, respectively. This way, there is a larger bagasse generation, although having many uses, often there is an excess remaining of the total generated. Thus, studies are needed that allow the use of this waste. The modification lignocellulosic fraction during composting and anaerobic biodigestion process of sugarcane bagasse was studied in this work. Samples were collected in different periods for both process (0 (raw); 7; 45; 60; 90; 120; 272 days and 1 year and 1 year and 2 months) and monitored by parameters, such as: pH, humidity, temperature, presence of metals and chemical oxygen demand. The characterization was made with help of thermoanalytical techniques (TG/DTG/DTA e DSC) and infrared spectroscopy. The samples from aerobic and anaerobic process were submitted to lignin extraction, using dioxane/ HCl (9:1), and hemicelluloses/cellulose extraction which were obtained from solid residue resulting of lignin extraction. The thermal behavior and infrared spectra from these substances were evaluated and then compared their degradation and changes in the oxygen presence and absence. The obtained results have showed that anaerobic digestion is slower than composting in its constituents decomposition, mainly, lignin and cellulose/hemicellulose, as demonstrated by their respective curves of Differential Scanning Calorimetry (DSC); besides verifying changes in the cellulose and lignin structures through the two process, as well as, strong evidences of lignin in the cellulose extract and, rare assignments of cellulose to lignin extracted. Concerning to humification, a greater tendency for composting samples was observed, mainly... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Thesis (Master of Engineering in Chemical Engineering)--Cape Peninsula University of Technology, 2019. / The biodiesel industry produces large volumes of biodiesel wastewater (BDWW) during the purification of crude biodiesel. This wastewater is characterised by high concentrations of chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), total suspended solids (TSS), and fats, oils and greases (FOG) which in turn defines BDWW as a highly polluted effluent. The low nitrogen and phosphorous content of BDWW creates an unfavourable environment for the growth of microorganisms, thereby making it difficult to degrade naturally. Biodiesel companies discharge untreated non-compliant wastewater directly to the municipal sewer system. Treatment prior to discharge is a necessity since the disposal of untreated BDWW may raise serious environmental concerns (i.e. disturbance of biological ecosystems) resulting in penalties liable by non-compliant companies due to the implementation of the waste discharge charge system (WDCS) which is regulated by the industrial waste discharge standard limits in South Africa (SA). This study aimed to combine the advantages of the conventional anaerobic baffled reactor (ABR) system with microbial fuel cell (MFC) technology resulting in an innovative technology used to treat high strength industrial BDWW at ambient conditions. Many studies have reported effective treatment of BDWW, however to date literature implementing an ABR equipped with MFC technology has not been reported. The main objectives of the study were to determine which parameters do not meet the industrial wastewater discharge standard limits, whether pH and carbon:nitrogen:phosphorous (C:N:P) ratio adjustments will suffice prior to treatment with the ABR-MFC, the maximum power density (PD) as well as to determine the treatment efficiency of the ABR-MFC.

O resíduo da primeira destilação do vinho, a vinhaça, destaca-se dentre os demais gerados na produção de etanol de cana-de-açúcar pelo seu grande volume e alta concentração de substâncias orgânicas. O tratamento anaeróbio desse efluente pode melhorar suas características físico-química (e.g. pH e DQO) além de produzir um combustível alternativo ao gás natural, o biogás. No entanto, apesar dos possíveis ganhos energéticos e ambientais, essa tecnologia apresenta dificuldades em se tornar viável no setor sucroenergético. Tendo em vista esse cenário, este trabalho propõe uma nova análise termodinâmica, baseada no método exergético, do potencial da vinhaça e do biogás provindo de seu tratamento. Para isso, modelou-se a digestão anaeróbia da vinhaça por meio do ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) e atualizou-se o cálculo da exergia química deste efluente. Assim, os resultados obtidos indicam que o tratamento anaeróbio pode recuperar uma significativa parcela da exergia descartada com a vinhaça (44-52% de 189-1529 kJ/l), dependendo da degradabilidade e concentração do material orgânico, bem como o regime de operação do reator anaeróbio. Nota-se também, que apesar de a digestão anaeróbia ser mais eficiente com maiores tempos de retenção hidráulica, é preferível maximizar o volume de vinhaça tratada em detrimento da qualidade de conversão. Além disso, o desempenho anual da geração de biogás também é afetado pelo seu processo de partida e pela sazonalidade da produção de etanol. Por outro lado, a planta de biogás promove maiores reduções de exergia destruída em comparação com a fertirrigação e a concentração de vinhaça. Possíveis integrações térmicas entre a planta de biogás e a unidade de concentração de vinhaça foram propostas e analisadas, atingindo melhores eficiências exergéticas e reduzidas demandas térmicas. De forma geral, esse estudo demonstra a aplicação do método exergético na valorização de resíduos orgânicos por meio da produção de biogás. / The residue of the first distillation of wine, vinasse, stands outs in the sugarcane ethanol production due to its huge volume and high concentration of organic substances. The anaerobic treatment of this effluent can enhance its physical-chemical characteristics (e. g. pH and COD) in addition to produce an alternative fuel to natural gas, the biogas. However, although there are possible gains in the energy and environmental aspects, this technology presents difficulties to become viable in Brazilian market. Therefore, this work proposes a new thermodynamic analysis, based on the exergy method, of the potential of vinasse and biogas produced in its anaerobic treatment. In order to accomplish this, the anaerobic digestion of vinasse was modeled with ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) and the chemical exergy calculation of this effluent was updated. Thus, the results obtained indicate that the anaerobic treatment can recover a significant part of vinasse exergy (44-52% of 189- 1529 kJ/l), depending on the digestible material concentration, as well as the anaerobic reactor operation. It also can be notice that, although anaerobic digestion be more efficient at higher retention times, it is desirable to maximize treated vinasse volume to the detriment of conversion quality. Furthermore, the biogas production yearly performance is also affected by the reactor start-up process and the ethanol production seasonality. On the other hand, the biogas plant promotes higher reductions of exergy destruction in comparison with fertirrigation and vinasse concentration. Possible thermal integrations between the biogas plant and the vinasse concentration plant were proposed and analyzed, reaching better exergy efficiencies and reduced thermal demand. In general, this study demonstrates the exergy method application in organic residues upgrade by biogas production.

Objetivou-se a produção de bacteriocina de Bifidobacterium animalis subsp. lactis, comparando-se os meios de cultivo sintéticos BSM (Bifidus Selective Medium) e MRS (Man Rogosa and Sharpe) com o meio de cultivo natural (soro de leite). Inicialmente, foram determinadas curvas de crescimento e de pós-acidificação, consumo de glicose, lactose e produção de bacteriocina de B.lactis através de processos fermentativos utilizando os meios de cultivo BSM, MRS e soro de leite (SL). Os microrganismos indicadores utilizados no teste de sensibilidade à bacteriocina produzida por B. lactis foram Lactobacillus sakei, Escherichia coli e Listeria monocytogenes. Considerando a cepa B. lactis uma espécie de bactéria aerotolerante, foi realizado, em meio de cultura BSM, estudo prévio avaliando o seu crescimento, com a variação da agitação (25, 50 e 100 rpm) e com tempo de cultivo de 30 h, a 37°C de temperatura. Os melhores resultados de crescimento celular (9,4 log UFC/mL) foram obtidos na agitação de 50 rpm. Determinada a melhor condição de agitação (50 rpm) e temperatura (37°C), foi realizado, em soro de leite, estudo de crescimento, acidificação e consumo de lactose, variando a concentração de sólidos totais dissolvidos (5, 10, 15, 20 e 25% p/v), para se estabelecer a concentração de soro de leite ideal para os estudos de suplementação. A maior quantidade de biomassa produzida, aliada à menor pós-acidificação, foi encontrada em soro de leite a 10% (p/v) de sólidos totais, no qual o microrganismo apresentou, ao final do cultivo (30 horas), contagem de 9,13 log UFC/mL e valor de pH 4,29, respectivamente. Também se verificou a influência dos meios de cultivo no crescimento e na produção de bacteriocina de B. lactis em agitador rotativo (shaker), que consistiu na análise comparativa do efeito da suplementação de 1% dos seguintes ingredientes: extrato de levedura (EL), inulina (I), L-cisteína (CI) e Tween 80 (T80). As melhores condições de cultivo encontradas para a maior produção de biomassa e bacteriocina foram obtidas no soro de leite, à concentração de 10% (p/v) suplementado com 1% de extrato de levedura (9,9 log UFC/mL e 200 UA/mL). Na etapa final do trabalho, estas condições foram testadas em fermentador de bancada, quando foi observado que o crescimento de Bifidobacterium lactis foi 10% maior em relação ao agitador rotativo. Quanto à atividade da bacteriocina produzida em fermentador de bancada, não houve diferença em relação ao agitador rotativo (200 UA/mL). Esta diferença no crescimento pode ser devido as melhores condições de anaerobiose oferecidas em fermentador de bancada, no qual houve a injeção de nitrogênio no meio de cultivo, sendo que, no agitador rotativo, a condição de anaerobiose foi gerada por um agente externo ao meio (uso de jarras de anaerobiose). Através do presente trabalho, pode-se concluir que a produção de bacteriocina por B. lactis é viável e apresenta resultados promissores quando utilizada a combinação soro de leite adicionado de extrato de levedura, o qual apresentou atividade antimicrobiana contra a cepa Listeria monocytogenes. A otimização do processo em fermentador de bancada demonstrou-se interessante quanto à produção de bacteriocina em nível industrial. / The objective was the production of bacteriocins by Bifidobacterium animalis subsp. lactis, comparing the synthetic culture medium BSM (Bifidus Selective Medium) and MRS (Man Rogosa and Sharpe) with the natural culture medium (whey). Initially, growth and post-acidification curves were determined, consumption of glucose, lactose and B. lactis bacteriocin production by fermentation processes using culture media BSM, MRS and milk whey (SL).The indicator organisms used in the test sensitivity to bacteriocin produced by B. lactis were Lactobacillus sakei, Escherichia coli and Listeria monocytogenes. Given the strain B. lactis one aerotolerant species of bacteria, it was conducted in culture medium BSM, a preliminary study assessing the growth, by varying the agitation (25, 50, and 100 rpm) with cultivation time of 30h at 37°C temperature. The best results of cell growth (9.4 log CFU / mL) were obtained at 50 rpm agitation. After the best condition of agitation (50 rpm) and temperature (37°C) determination, it was performed on whey, a study of growth, acidification and consumption of lactose, varying the concentration of total dissolved solids (5, 10, 15, 20 and 25% w/v), to settle the best concentration of whey for studies of supplementation. The highest amount of biomass produced, combined with the lowest post acidification was found in whey at 10% (w/v) of total solids, wherein the microorganism presented at the end of culture (30 hours) a counting of 9.13 log CFU/mL and pH 4.29, respectively. It was also verified the influence from the culture media on B. lactis growth and production of bacteriocin on a rotary shaker (shaker), which was the comparative analysis from the effect of supplementation by 1% of the following ingredients: yeast extract (EL), inulin (I), L-cysteine (IC) and Tween 80 (T80). The best growing conditions found for higher biomass and bacteriocin production were obtained from the whey concentration of 10% (w/v) supplemented with 1% yeast extract (9.9 log CFU/ml to 200 AU/mL). In the final stage of the work, these conditions were tested in bench fermentor, where it was observed that the growth of Bifidobacterium lactis was 10% higher than in the rotary shaker. Regarding the activity of bacteriocin produced in fermenter bench, there was no difference in the rotary shaker (200 AU / mL). This difference in growth may be due to the better anaerobic conditions offered in bench fermentor, which was the injection of nitrogen into the medium, and in a rotary shaker, the anaerobic condition was generated by an external agent to the medium (use of anaerobic jars). Through this study, it can be concluded that bacteriocin production by B. lactis is achievable and shows promising results when used the combination whey added yeast extract, which showed antimicrobial activity against the strain Listeria monocytogenes. The optimization process bench fermentor has been shown interesting as bacteriocin production at industrial level.

Este trabalho apresenta resultados de pesquisa realizada com objetivo de avaliar a qualidade das águas residuárias do branqueamento após aplicação de filtração por nanofiltração precedida de tratamento biológico e físico-químico para depuração inicial. Os tratamentos foram aplicados aos efluentes coletados nos estágios de extração alcalina e ácida da planta de branqueamento, sem diluição posterior. Obteve-se remoção de 83% da DQO, 95% da DBO, 80% do COT, remoção total de sólidos decantáveis, turbidez e fósforo, deixando apenas 63 mg/lPt de cor residual. Com relação aos sólidos totais, que englobam os íons cloreto e sulfato, além de outros componentes, consegui-se remoção de 70%. Não houve remoção significativa de cloretos. Comparando-se a qualidade do efluente final com os parâmetros requeridos para água fresca conclui-se que a qualidade atingida está próxima daquela requerida para preparo de produtos químicos na fabricação tanto de polpa química quanto de polpa mecânica. / This dissertation presents results from a research designed to assess kraft pulp bleaching wastewater after biological and physical-chemical treatment followed by nanofiltration filtration. The treatment was applied to effluents from the alkaline and acid extraction at the bleaching plant and were treated as collected, that is, without dilution. The overall removal efficiencies were 83% for the COD, 95% for the BOD, 80% for the TOC. The treatment system provide total removal of setteable solids, turbidity and phosphorus. The residual color was only 63 mg/lPt. Total solids removal, which encompases chloride and sulfate ions the removal efficiency reached 70%, however the removal of chloride ions was not significant. Comparing the final effluent quality with the fresh water requirements it is possible to conclude that the treatment provided a water quality close to the required for the preparation of chemicals used in chemical and mechanical pulping.

O tratamento de efluentes industriais gerados em elevadas temperaturas por meio da digestão anaeróbia termofílica aparece como opção para o controle da poluição ambiental e obtenção de bioenergia. Nesse sentido, este trabalho investigou o uso do reator anaeróbio termofílico contendo biomassa imobilizada e com agitação mecânica operado em batelada e/ou batelada alimentada sequenciais no tratamento da vinhaça visando a produção de metano. Foi verificada a influência do aumento da carga orgânica volumétrica aplicada e da estratégia de alimentação no desempenho do reator. O volume do meio líquido do reator foi de 2,3 L, sendo 1,3 L de volume residual e 1,0 L o volume de efluente a ser tratado por ciclo, mantendo-se constante a temperatura (55º C – faixa termofílica), o tempo de ciclo (8 horas) e a velocidade de agitação (100 rpm). Inicialmente foi realizada a adaptação da biomassa, em seguida foi avaliada a influência da carga orgânica volumétrica aplicada (6,5-25,9 gDQO.L-1.d-1) pelo aumento da concentração de matéria orgânica afluente, e por fim foi implementada a estratégia de alimentação por batelada alimentada. Na etapa do aumento da COVA foram alcançadas maiores produtividades molar (304 molCH4.m-3.d-1) e volumétrica (6828 mL-CNPT CH4L-1.d-1) de metano na COVA de 25,9 gDQO.L-1.d-1, com rendimento de metano por matéria orgânica consumida próximo ao valor teórico (15,6 mmol de CH4.gDQO-1) e remoção da matéria orgânica na forma de DQO entre 75-80 % nas condições com COVA acima de 14gDQO.L-1.d-1. Na etapa em que se modificou a estratégia de alimentação, as produtividades molar e volumétrica de metano foram de 351,9 molCH4.m-3.d-1 e 7888 mL-CNPT CH4.L-1.d-1, respectivamente, com rendimento de metano por matéria orgânica removida próximo ao valor teórico. A produção de energia foi de 25,1 MW e 30,3 MW nas condições em batelada e batelada alimentada, respectivamente. O modelo cinético permitiu o entendimento da influência da carga orgânica e da estratégia de alimentação sobre o desempenho do reator para geração de metano, analisando-se os coeficientes das reações de consumo/produção dos compostos envolvidos na rota metabólica. / The thermophilic anaerobic digestion of wastewater that are generated at high temperatures appers as an option for the environmental pollution control and bioenergy production. Thus, this study investigate a anaerobic reactor containing immobilized biomass and mechanical stirrer operate in sequential batch or feed batch treating vinasse-based wastewater for methane production. It was analyzed the effects on reactor performance of increasing the applied volumetric organic load (AVOL) and modifying the feeding strategy. The total volume of liquid was 2,3 L, in which 1,3 L of residual volume and 1,0 L of wastewater to be treated per cycle, keeping constant the temperature (55 ºC – thermophilic range), the cycle length (8 hours) and the stirred velocity (100 rpm). At first it was realizes the biomass adaption, then it was analyzed the applied volumetric organic load (6,5-25,9 gDQO.L-1.d-1) increasing the influent concentration and after the feeding strategy was modified. In the AVOL increasing were achieved higher molar productivity of methane (304 molCH4.m-3.d-1) and volumetric productivity (6828 mL-CNTP CH4.L-1.d-1) at AVOL of 25,9 gDQO.L-1.d-1, and molar yield of methane per organic matter removed close to the theoretical value (15,6 mmolCH4.gDQO-1) and removal efficiency of organic matter in terms of DQO between 75-80% for all conditions above AVOL of 14 gDQO.L-1.d-1. In the stage of feeding strategy change, the methane molar and volumetric productivity were 351,9 molCH4.m-3.d-1 and 7888 mLCH4.L-1.d-1, receptively, and the yield methane production per removal organic matter close to the theoretical value. The energy production were 25,1 MW and 30,3 MW in the batch and fed batch conditions, respectively. The kinetic model allowed known of AVOL and feeding strategy influence under the reactor performance to methane generation, analyzing the reaction coefficient of the compounds consume/production involved in the metabolic rote.

O fenol e seus derivados são poluentes comumente presentes nos efluentes industriais. Também são considerados poluentes orgânicos perigosos e difícieis de serem eliminados, quando presentes em altas concentrações. O processo de tratamento anaeróbio é uma alternativa para a degradação de despejos que possuem compostos persistentes, como fenóis. O objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade do uso de reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) operado sob condições de aumento progressivo da carga orgânica no tratamento de água residuária sintética contendo fenol como única fonte de carbono. O reator foi construído em acrílico com altura de 190 cm e diâmetro interno de 5 cm, e volume total de 4192 \'CM POT.3\'. O meio suporte foi constituído por partículas de poliestireno (2,2 mm). O inóculo utilizado foi lodo de abatedouro de suínos, o tempo de detenção hidráulica (TDH) foi 24 h, o RALF foi operado a 30 ± 1 ºC durante 182 dias. A adaptação do inóculo ocorreu no próprio reator, onde permitiu uma partida rápida, 14 dias, além de manter as condições de anaerobiose no reator. As concentrações de fenol tratadas foram de 50 mg/L, 100 mg/L, 200 mg/L, 300 mg/L, 400 mg/L, 500 mg/L, 600 mg/L e 700 mg/L, com taxas de carregamento orgânico real aplicadas de 0,09 a 1,29 kg fenol/\'M POT.3\'dia. O pH variou entre 6,59 e 8,21 para todo o sistema. As concentrações de alcalinidade a bicarbonato (AB) afluente e efluente foram 180 mg/L e 294 mg/L, respectivamente. Foram constatadas eficiências de remoção de fenol e de DQO superiores a 90% e 88%, respectivamente. De um modo geral, os resultados mostraram a potencialidade do sistema proposto em degradar efluentes líquidos contendo fenol. / The phenol and yours derived they are pollutant commonly presents in the industrial effluents. They are also considered pollutant organic dangerous and difficult of they be eliminated, when presents in high concentrations. The process of anaerobic treatment is an alternative for the degradation of spillings that possess composed persistent, as phenols. The objective of this work was to study the viability of the use of anaerobic fluidized-bed reactor (RALF) operated under conditions of progressive increase of the organic load in the treatment of synthetic wastewater containing phenol as only source of carbon. The reactor was built in acrylic with height of 190 cm and internal diameter of 5 cm, and total volume of 4192 \'CM POT.3\'. The half supports was constituted by particles of polystyrene (2,2 mm). The used sludge was the mud of slaughterhouse of swine, the time of hydraulic detention (TDH) it was 24 h, RALF was operated 30 ± 1 ºC for 182 days. The adaptation of the sludge happened in the own reactor, where it allowed a fast departure, 14 days, besides maintaining the anaerobic conditions in the reactor. The phenol concentrations treated were of 50 mg/L, 100 mg/L, 200 mg/L, 300 mg/L, 400 mg/L, 500 mg/L, 600 mg/L and 700 mg/L, where the taxes of real organic shipment applied varied from 0,09 to 1,29 kg fenol/\'M POT.3\'dia. The pH varied between 6,59 and 8,21 for the whole system. The alkalinity concentrations to bicarbonate (AB) influent and effluent were 180 mg/L and 294 mg/L, respectively. Efficiencies of phenol removal were verified and of superior DQO to 90% and 88%, respectively. In general, the results showed the potentiality of the system proposed in degrading liquid effluent containing phenol.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um reator anaeróbio de leito fluidificado na degradação da vinhaça de cana-de-açúcar, sob condições mesofílicas. Ensaios batelada foram realizados a diferentes concentrações, visando avaliar a degradação do substrato pela biomassa anaeróbia e obtenção de parâmetros cinéticos. Vinhaça diluída a valores de DQO de 1984 mg/L, 2827 mg/L, 3800 mg/L, 6354 mg/L, 7395 mg/L, 10705 mg/L e 15872 mg/L foi utilizada nos experimentos, mostrando reduções de 67% em 192 horas, 75% em 358 horas, 81% em 408 horas, 80% em 480, 72% em 504 horas, 76% em 840 horas e de 71% em 1080, para essas concentrações, respectivamente. A reação ocorrida nos reatores foi analisada como sendo de ordem zero, com valor médio da constante de reação de 10,4 mg/L.h. Testes com partículas de poliamida, poliestireno e nylon foram realizados, objetivando a escolha da melhor partícula em termos de formação e desenvolvimento de biofilme para posterior uso no reator. As três partículas mostraram-se favoráveis à adesão e colonização de microrganismos. O reator anaeróbio de leito fluidificado foi inoculado com lodo proveniente de reator UASB, que tratava água residuária de abatedouro de aves. O volume do reator era de 770 cm3, operando com tempo de detenção hidráulica de 24 h. A partícula utilizada como material suporte foi poliestireno. O tempo de operação do reator foi de 122 dias, sendo aplicada vinhaça diluída a valores de DQO que variaram de 1009 mg/L a 15874 mg/L e COVa de 1,0 Kg/m3.d a 15,9 Kg/m3.d, apresentando resultado de remoção de DQO médio de 51% a 70% e COVrv de 0,5 Kg/m3.d a 7,9 Kg/m3.d. Observações microscópicas em MEV, mostraram boa adesão microbiana nas partículas de poliestireno, em todas as fases do reator. / This work had as objective evaluates the efficiency of a anaerobic fluidized bed reactor for vinasse degradation under mesophilic conditions. Batch tests seeking to evaluate the degradation of the substratum for the anaerobic biomass and obtaining kinetic parameters were accomplished to different concentrations. Diluted vinasse to values of 1984 mg/L, 2827 mg/L, 3800 mg/L, 6354 mg/L, 7395 mg/L, 10705 mg/L and 15872 mg/L of COD was used in the experiments showing reductions of 67% in 192 hours, 75% in 358 hours, 81% in 408 hours, 80% in 480, 72% in 504 hours, 76% in 840 hours and of 71% in 1080, for those concentrations, respectively. The reaction happened in the batch reactors it was analyzed as being of order zero, with medium value of 10,4 mg/L.h for the constant of reaction. Tests with polyamide particles, polystyrene and nylon were accomplished, aiming at the choice of the best particle in formation terms and biofilme development for subsequent use in the reactor. The three particles were shown favorable to the adhesion and colonization of microorganisms. The fluidized bed reactor was inoculated with sludge from reactor UASB treating effluent frompoultry slaughterhouse. The volume of the reactor was of 770 cm3, operating with hydraulic detention time of 24 h. Polystyrene particles were used as material support. The reactor was operated for 122 days, being applied diluted vinasse to values of COD 1009 mg/L ranging to 15874 mg/L and organic loading rate (OLR) of 1,0 Kg/m3.d to 15,9 Kg/m3.d, presenting efficiency COD removal of 51% - 70% and OLR removal of 0,5 Kg/m3.d - 7,9 Kg/m3.d. Microscopic observations in MEV showed good microbial adhesion in the particles of polystyrene, in all the phases of the reactor.

O presente trabalho avaliou a geração de biogás em um reator de duas fases, operado em bateladas sequencias, com resíduos coletados no CEAGESP de São Paulo-SP. O reator com volume efetivo de 10,7 L, era composto por um biofiltro anaeróbio em sua parte inferior, seguido por um separador de gases e posteriormente por um depósito de resíduos a digerir na parte superior. O inóculo era proveniente do fundo de uma lagoa de lixiviados do aterro de São Carlos-SP. O experimento foi conduzido em temperatura controlada em 30 ± 2 ºC nas Etapas 1, 2 e 3. A Etapa 1 consistiu na ativação e adaptação da biomassa, utilizando-se etanol e posteriormente resíduo orgânico do CEAGESP. A Etapa 2 consistiu na operação anaeróbia do sistema com resíduo do CEAGESP com lodo já adaptado. Na Etapa 3, verificou-se o efeito da aeração no compartimento de resíduos. Na Etapa 4, avaliou-se a influência da temperatura na digestão anaeróbia e com isto foi possível a obtenção do coeficiente de Arrhenius. Na Etapa 5, comparou-se o sistema de duas fases com um segundo reator anaeróbio, com configuração parecida com a convencional. Os resultados obtidos de todas as etapas na geração de biogás no reator de duas fases foram de 0,44; 0,44; 0,47 m3 /Kg SV e as eficiências de remoção de Sólidos Voláteis foram de 82,1%; 84,5% e 84,8% nas Etapa 1, 2 e 3, respetivamente, com um tempo de ração de 14 d nas três etapas. As concentrações de metano foram de 68,4; 67,1 e 66,6%, respectivamente. Na Etapa 4, os resultados da geração de biogás foram de 0,36; 0,38; 0,41; 0,41 m3 biogás/Kg SV nas temperaturas 25,6 ºC; 28,9 ºC; 34,0 ºC e 38,1 ºC, respetivamente. Denotando que a temperatura é um fator importante na geração de biogás em digestão anaeróbia. No reator convencional, a geração de biogás foi de 0,32 m3 biogás/Kg SV. / The present work evaluated the biogas generation in a two-phase reactor, operated in batch sequences, with residues collected at CEAGESP in São Paulo-SP. The reactor with an effective volume of 10.7 L was composed of an anaerobic biofilter in its lower part, followed by a gas separator and later by a deposit of waste to digest in the upper part. The inoculum was from the bottom of a leachate pond in the São Carlos-SP landfill. The experiment was conducted at a temperature of 30 ± 2 º C in Steps 1, 2 and 3. Step 1, consisted of the activation and adaptation of the biomass using ethanol and then organic waste from CEAGESP. Step 2, consisted of the anaerobic operation of the system with residue of the CEAGESP with already adapted sludge. In Step 3, the effect of aeration on the waste compartment was verified. In Step 4, the influence of temperature on the anaerobic digestion was evaluated and with this it was possible to obtain the Arrhenius coefficient. In Step 5, the two-phase system was compared with a second anaerobic reactor, with the same configuration as conventional. The results of all stages in the biogas generation in the two-phase reactor were 0.44; 0.44; 0.47 m3 / Kg SV and the removal efficiencies of Volatile Solids were 82.1%; 84.5% and 84.8% in Step 1, 2 and 3 respectively; and a feed time were of 14 d in the three steps. Consequently, the percentage of methane was 68.4; 67.1 and 66.6%. In stage 4 the results in the biogas generation were 0.36; 0.38; 0.41; 0.41 m3 biogas / Kg SV at temperatures 25.6 ° C; 28.9 ° C; 34.0 ° C and 38.1 ° C respectively. In the conventional reactor the biogas generation was 0.32 m3 biogas / Kg SV.

Arcella Ehrenberg 1832 is one of the most numerous testacean genera. Arcellinids are an aerobic lineage of testate amoeba that live in a wide variety of environments. Probably their ability to survive in such divergent conditions is related to some de- gree of metabolic flexibility. Anaerobic organisms have gained and lost a number of genes related to energetic metabolism. These processes modify classic mitochondria until loss of function and transformation in mitochondrial related organelles (mitosomes and hydrogenosomes). Here I propose that Arcella intermedia adaptation to microarophilic environments is related to the acquisition of new genes. There are two main modes of acquisition of new genes. The traditional view, where duplication is followed by mutations and neo-functionality of the duplicate. Or genes can be acquired from other species (lateral gene transfers). The second process has a major importance in prokaryotic evolution and is probably under considered in eukaryotic evolution. I also propose in this work that genes related to anaerobic metabolism in Arcella are acquired by lateral gene transfer. However, analysis of genomic and transcriptomic data are absent for A.intermedia. Characterizing genome-scale data from eukaryotes is essential for gene discovery and for inferring transitions over the tree of life. The transcriptome dataset from this work provides the first effort of characterization of expressed sequences in A.intermedia. We used single cell from different moments of growth and whole culture RNA extraction in order to increase the diversity of metabolic moments of the cells. Mapped sequences allowed us to identify functional pathways in A.intermedia cells. In general, it seems that metabolic processes are showing up more, followed by signaling and responses to stimuli. We describe functioning of carbohydrate and energy metabolism including even an anaerobic pathway to produce energy. We found ACS-ADP and PFO genes in A.intermedia. We describe amino acid metabolism, with at least 12 amino acids metabolizing pathways described and catabolism mainly related to TCA cycle intermediates. Calcium, Ras GTPases, PI3K-AK and AMPK-mTOR are the main signaling pathways represented in transcriptomes. We described important pathways for amoeba: endocytosis and phagocytosis and it seems to be similar with the ones already described for other amoeba with a dependence on F-actin and small GTPases of Rho subfamily. We couldn\'t find lots of information about programmed cell death in A.intermedia, however cell growth are similar to pathways described for dinoflagellates. We expect that upcoming genomes will finish the description of functioning of those organisms, but we believe our work already is a good starting point. In order to gain a clearer picture of the presence of anaerobic metabolism genes in Amoebozoa, we conducted BLAST searches in Amoebozoa and Arcellinida data bases for the presence/absence of ACS-ADP, PFO and [FeFe]-H2ase. Other Arcellinida species also presented these genes, Difflugia sp., Difflugia compressa and Cyclopyxis lobostoma. Besides these, the already known Mastigamoeba balamuthi, Entamoeba histolytica and Acanthamoeba castelanii. Amoebozoa sequences don\'t form a monophyletic group in any of the three genes. However, Arcellinida sequences always grouped together. As such distinct amoeba groups have those anaerobic metabolism genes, however, most of the Amoebozoa do not. It is more likely to think of lateral transfers occurring independently among these amoeba groups, generating the possibility of occupying a new niche. The main objective of this work was to start generating tools to understand the ability of some testate amoeba to resist environmental harsh conditions. We found lots of interesting questions but the one we focused on this dissertation was (1) the evolution of anaerobic related genes in testate amoeba lineages. The assembled and annotated sequence data will be available as reference sequences, making the work with this group easier. The results can also potentially be applied as biomonitoring markers for the management of water resources. This work will improve the general knowledge on the evolution and function of freshwater organisms. We expect also to make a contribution on the understanding of the impact of lateral gene transfers in Arcellinida diversity / Arcella Ehrenberg 1832 é um dos gêneros de tecamebas mais numerosos, perten- cente aos Arcellinida. Estas são uma linhagem aeróbia de amebas tecadas que vivem em uma grande variedade de ambientes. Provavelmente, sua capacidade de sobreviver em condições tão divergentes está relacionada a algum grau de flexibilidade metabólica. Os organismos anaeróbicos ganharam e perderam vários genes relacionados ao metabolismo energético. Este processo modifica mitocôndrias clássicas até a perda da função e transformação em organelas relacionadas (mitossomos e hidrogenossomos). Aqui proponho que a adaptação de Arcella intermedia a ambientes microaerófilos está relacionada à aquisição de novos genes. Existem dois modos principais de aquisição de genes. Na visão tradicional, a duplicação gênica é responsável por gerar diversidade, seguida por mutações e neofuncionalidade da duplicata. Alternativamente, os genes podem ser adquiridos de outras espécies (transferências laterais de genes). O segundo processo tem uma grande importância evolutiva e é ainda pouco considerado na evolução eucariótica. Por isso, também proponho neste trabalho que genes relacionados ao metabolismo anaeróbico em Arcella sejam adquiridos por transferência lateral de genes. Entretanto, a análise de dados genômicos e transcriptômicos é inexistente para A.intermedia. A caracterização de dados em escala genômica de eucariotos é essencial para a descoberta de genes e para a inferência transições sobre a árvore da vida. O conjunto de dados de transcriptoma deste trabalho fornece um primeiro esforço de caracterização de sequências expressas em A. intermedia. Utilizamos extrações de célula-única em diferentes momentos de crescimento e extração de RNA de cultura inteira, a fim de aumentar a diversidade de momentos metabólicos das células. Sequências mapeadas permitiram identificar vias funcionais em células de A. intermedia. Em geral, parece que genes relacionados a processos metabo?licos são os que aparecem mais frequentemente, seguidos dos de sinalização e respostas a estímulos. Nós descrevemos a função do metabolismo de carboidratos e energia, incluindo uma via anaeróbica. Encontramos em A.intermedia os genes ACS-ADP e PFO. Descrevemos o metabolismo de aminoácidos, com pelo menos 12 vias metabólicas de aminoácidos descritas e catabolismo relacionado a intermediários do ciclo de TCA. Cálcio, Ras GTPases, PI3K-AK e AMPK-mTOR são as principais vias de sinalização representadas nos transcriptomas. Descrevemos importantes vias para amebas, que são endocitose e fagocitose. Parecem ser vias semelhantes àquelas já descritas para outras amebas, com dependência de F-actina e pequenas GTPases da subfamília Rho. Não conseguimos encontrar muitas informações sobre a morte celular programada em A. intermedia, mas o crescimento celular é semelhante com as vias descritas para os dinoflagelados. Esperamos que os próximos genomas terminem a descrição da função desses organismos, mas acreditamos que nosso trabalho já é um bom ponto de partida. A fim de obter uma visão mais clara da presença de genes de metabolismo anaeróbico em Amoebozoa, realizamos buscas no BLAST em bancos de dados de Amoebozoa e Arcellinida, para a presença/ausência de ACS-ADP, PFO e [FeFe] -H2ase. Outras espécies de Arcellinida também apresentaram estes genes, Difflugia sp, Difflugia compressa e Cyclopyxis lobostoma. Além destes, os já conhecidos Mastigamoeba balamuthi, Entamoeba histolytica e Acanthamoeba castelanii. Sequências de amebozoários não formam um grupo monofilético em nenhum dos três genes. No entanto, as sequencias de Arcellinida sempre se agrupam. Como são grupos de Amoebozoa de tal maneira distintos que possuem estes genes de metabolismo anaeróbico, e sendo que a maioria não possui, é mais provável que sejam transferências laterais independentes entre esses grupos de ameba, gerando a possibilidade de ocupar um novo nicho. O objetivo principal deste trabalho foi gerar ferramentas para entender a capacidade de algumas amebas tecadas em resistir a condições adversas do meio ambiente. Encontramos muitas questões interessantes, mas a que teve nosso foco nesta dissertação foi (1) a evolução de genes relacionados ao metabolismo anaeró?bio em linhagens de amebas tecadas. Os dados da sequência reunidos e anotados estarão disponíveis como sequências de referência, facilitando o trabalho com esse grupo. Os resultados também podem ser aplicados aos marcadores de biomonitoramento para o gerenciamento dos recursos hídricos. Este trabalho irá melhorar o conhecimento geral sobre a evolução e função de organismos de água doce. Esperamos tambem contribuir para a compreensão do impacto das transferências laterais na diversidade de Arcellinida