Esta tese apresenta e discute o desempenho de um sistema misto anaeróbio/aeróbio, com reatores seqüenciais em batelada, para remoção de carbono (DQO), nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário sintético. O sistema era composto de três reatores operados em série, sendo dois anaeróbios, RSBAn1 e RSBAn2, e um aeróbio, RSBAe, com a seguinte configuração: RSBAn1/ RSBAe/RSBAn2. Os reatores foram construídos em acrílico transparente com volume total de 16,5 L e volume útil de 14,5 L. Os reatores operaram com ciclos de 24, 12, 8 e 6 horas tratando 8,0 L/batelada. Os RSBAn1 e RSBAn2 foram agitados intermitentemente recirculando-se o gás produzido e o RSBAe foi aerado/agitado continuamente. Foram utilizados substrato sintético, efluente do RSBAn1, metanol, etanol e metano como fonte externa de carbono para desnitrificação no RSBAn2, e acetato de sódio como fonte externa de carbono no RSBAe para desnitrificação e remoção biológica de fósforo. Os resultados obtidos permitiram concluir que o sistema pode apresentar efluentes com qualidade compatível aos de tratamento terciário nas condições operacionais ensaiadas. / This thesis presents and discusses the performance of an integrated anaerobic/aerobic system consisted of batch sequential reactors for the removal of carbon (DQO), nitrogen and phosphorus from synthetic wastewater simulating sewage. The system was composed of three reactors, two anaerobic (RSBAn1 e RSBAn2) and one aerobic (RSBAe) operated in series, at the following configuration RSBAnl/RSBAe/RSBAn2. The reactors were built in transparent Plexiglas with total volume of 16,5 L and useful volume of 14,5 L. They operated with cycles of 24, 12, 8 and 6 hours treating 8,0 L/batch. The RSBAn1 and RSBAn2 were agitated intermittently by recycling the gas produced, and the RSBAe was aerated/agitated continuously. Synthetic substrate, RSBAn1 effluent, methanol, ethanol and methane were used as external carbon sources for denitrification in RSBAn2. Sodium acetate was used as external carbon source in RSBAe for both denitrification and biological removal of phosphorus. The results obtained permitted to conclude that the system operated at the conditions assayed is able to produce high quality effluents, at level compatible to tertiary treatment.

Este trabalho apresenta o desempenho de um sistema de reatores seqüenciais em batelada aeróbio/anaeróbio, na remoção de matéria carbonácea (DQO) e nitrogenada, no tratamento de esgoto sanitário sintético, simulando esgoto doméstico. O sistema era composto por dois reatores dispostos em série, um aeróbio (RSBAe), responsável pela remoção de matéria carbonácea e nitrificação e outro, anaeróbio (RSBAn), responsável pela desnitrificação. Os reatores foram construídos em acrílico transparente, com volume total de 16,5 L e volume útil de 13,5 L. A operação dos reatores foi realizada com ciclos de 12h e 24h, na fase de adaptação, e de 24h, nas fases subseqüentes. O RSBAn foi agitado intermitentemente recirculando-se o biogás produzido e o RSBAe foi aerado/misturado continuamente. Foram testadas, como fontes de carbono para a desnitrificação, seis diferentes substratos, sendo que eram compostos por combinações dos constituintes do substrato sintético (variações percentuais de proteínas, carboidratos e lipídeos em termos de DQO), e as outras duas, metanol e etanol. A eficiência atingida, na remoção de DQO, foi em média de 95%, e as eficiências alcançadas na nitrificação e desnitrificação foram em média de 99%, para qualquer uma das fontes de carbono utilizadas. / This work presents the performance of (aerobic/anaerobic) sequencing batch reactors in the removal of carbonaceous (COD) and nitrogen matter treating synthetic substrate, simulating domestic wastewater. The system was composed of two reactors in series, one aerobic (RSBAe), responsible for the carbonaceous and nitrogen removal and another, anaerobic (RSBAn), responsible for denitrification. The reactors were built in transparent Plexiglas with total volume of 16,5 L and useful volume of 13,5 L. The reactors operation was carried out with cycles of 12h and 24h, in the adaptation phase, and 24h, in the other phases. The RSBAn were agitated intermittently by recycling the produced biogas and the RSBAe were aerated/agitated continuously. Six different subtracts were tested as carbon sources for denitrification four of them were composed by synthetic substrate combinations (percent variations of protein, carboidrates and lipids as COD) and the other two, methanol and ethanol. The COD removaI efficiency, in the COD removal, was about 95%, and the achieved efficiency in the nitrification and denitrification were about 99%, for any of the carbon source assayed.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIA_JOSE_COMANDANTE_COSTA.pdf: 1369694 bytes, checksum: 2b63fa3023c60448918ab6ae6b29a54f (MD5) Previous issue date: 2006-02-21 / The research was realized in four phases. In the 1st phase, interviews were accomplished with proprietors of car-washes with the objective of knowing your environmental and social impacts. In the 2nd phase synthetic effluents of car-washes were treated during 147 days in batch anaerobic reactors with five different oil and detergent concentrations. In the 3rd phase six reactors were monitored in batch form, during 20 days, with substrate containing high oil concentrations (0,5 to 2,5 g.l-1) and surfactants concentrations (5,0g.L-1). These treatments were realized with purpose to verified the relation between oil concentration and inhibition of the biologic activity. In the 4th phase six batch anaerobic reactors, with different proportions of the surfactant, were monitored during 35 days. The concentrations of organic matter influent and effluent were analyzed in all the treatments and in the sludge were determined solid concentration. Daily the biogas produced was measures and characterized. In the 2nd phase the average removal of soluble COD was about 82%, for a monitoring period of 18 days. For raw COD during 100 days of operation the average removal was approximately 76% and the production of methane was directly proportional the substrate concentrations. It was verified that the anaerobic biological activity occurs in surfactant concentration below 0,5 g.L-1, and starting from that concentration it begins to happen inhibition of the process. / O presente trabalho foi desenvolvido em quatro fases. A primeira fase teve o objetivo de levantar dados sobre os impactos ambientais e sociais causados pelos lava-jatos. Para tanto, foram realizadas entrevistas com seus proprietários. Na segunda fase, foram tratados anaerobiamente, durante 147 dias, em reatores de batelada, efluentes sintéticos de lava-jatos com cinco diferentes concentrações de óleo e detergente. Na terceira fase, foram monitorados seis reatores anaeróbios, em regime de batelada, durante 20 dias, com substratos contendo altas concentrações de óleo (0,5 a 2,5 g.L-1) e surfactantes (5,0 g.L-1). Estes tratamentos tiveram por finalidade verificar se, com o aumento da concentração de óleo, haveria inibição da atividade biológica. Na quarta fase, foram realizados, anaerobiamente, em reatores de batelada, durante 35 dias, seis experimentos com diferentes concentrações de surfactante para verificar que concentração inibiria o processo biológico anaeróbio. Para todos os tratamentos foram analisadas as concentrações de matéria orgânica (DQO) afluente e efluente, bem como as concentrações de sólidos do lodo. Diariamente, foram realizadas leituras do volume e da composição do biogás. Como resultados da segunda fase, verificaram-se remoções de DQO solúvel média de 82% aos 18 dias e para DQO bruta em torno de 76% para os cinco tratamentos, durante 100 dias de operação. A produção de metano foi diretamente proporcional às concentrações dos substratos. Constatou-se que a atividade biológica anaeróbia ocorre numa concentração de surfactante de até aproximadamente 0,5 g.L-1, sendo que a partir daí, começa a ocorrer inibição do processo.

O efluente lácteo é caracterizado pelo elevado teor de matéria orgânica. Os principais impactos ambientais causados pelas indústrias de laticínios estão relacionados ao lançamento dos efluentes líquidos, geralmente com ineficiente controle ou tratamento, sendo de fundamental importância a implementação de técnicas de tratamento eficazes e de baixo custo. Dentro desta proposta, os chamados Processos Oxidativos Avançados (POAs) são tecnologias eficientes para a oxidação (parcial ou total) de compostos orgânicos de difícil degradação. O presente trabalho de pesquisa objetivou a avaliação da potencialidade da ozonização catalítica, para a redução da carga orgânica do efluente proveniente da indústria de laticínio Cia de Alimentos Glória da cidade de Guaratinguetá, oriundos do processamento de beneficiamento de leite, utilizando-se Fe2+ como catalisador em processo semi-batelada com reciclo. A caracterização do efluente lácteo in natura foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados de alguns parâmetros elencados nas legislações ambientais, destacando-se: DQO, COT, DBO5, Nitrogênio (orgânico e amoniacal), Fósforo total, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), surfactantes aniônicos, óleos e graxas e elementos metálicos. Através de planejamento fatorial fracionado 24-1, determinaram-se as melhores condições entre as variáveis potência do ozonizador, vazão de O2, concentração de Fe2+ e pH para a etapa de tratamento com POA, tendo como fator de resposta a redução da DQO e COT. Avaliou-se também uma nova configuração de reator em função de uma espuma formada durante o processo de tratamento. Os resultados obtidos para o conjunto de experimentos mostraram-se promissores, sendo que a redução média de COT com 63,95 % e de DQO com 70,50 % para o ensaio com as variáveis da reação otimizada, com o custo no valor de R$ 0,056 / L de efluente. Após o processo de ozonização catalítica, a amostra do melhor experimento: pH 4,0, concentração de Fe2+ 1,0 g L-1, potência 86 W, vazão de O2 0,5 L min-1, tendo como vazão mássica de O3 3,10 mg min-1, foi tratada por um processo biológico - Sistema Lodo Ativado (SLA), a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema conjugado (POA - SLA). Os resultados para o tratamento híbrido apresentou percentuais de reduções para COT de 82,95 %, DQO de 95,60 % e DBO de 93,09 %. / Dairy effluent is characterized by the high content of organic material. The major environmental impacts caused by dairy industries are related to the release of liquid effluents, generally with an inefficient control or treatment, which makes it essential to implement effective treatment techniques, at a low cost. Within this proposal, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are efficient technologies for oxidation (partial or total) of organic compounds of difficult degradation. This research study aimed at assessing the potential of catalytic ozonation for reduction of the effluent organic load from the dairy industry Cia de Alimentos Glória located in the city of Guaratinguetá, State of São Paulo, Brazil, derived from milk processing, using Fe2+ as catalyst in a semi-batch process with recycle. The characterization of milky effluent in natura was performed by using established and optimized methods of some parameters listed in environmental legislation, among them: COD, TOC, BOD5, Nitrogen (organic and ammoniacal), total Phosphorus, Iron, Solids (TS, FTS, VTS), anionic surfactants, oils and greases and metallic elements. Through fractional factorial design 24-1, the best conditions among the power variables of the power ozonator, O2 flow, Fe2+ concentration and pH were determined for the treatment stage with AOP, with a response factor of COD and TOC reduction. A new configuration of reactor was also assessed due to the presence of foam during the treatment process. The obtained results for the set of experiments were found to be promising, with an average reduction of TOC of 63.95 % and of 70.50 % for COD for the test with optimized reaction variables, with a cost of U$$ 0.02 / L of effluent. After the catalytic ozonation process, the sample of the best experiment was: pH 4.0, concentration of Fe2+ 1.0 g L-1, power of 86 W, flow of O2 0.5 L min-1, with mass flow of O3 3.10 mg min-1, was treated by a biological process in order to verify to verify the efficiency of degradation of the organic matter of the effluent studied through the conjugated (AOP - AS) system.The results for the hybrid treatment showed percentages of reductions for TOC of 82.95 %, COD of 95.60 % and BOD5 of 93.09 %.

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

Este trabalho apresenta e discute os resultados obtidos na operação de quatro reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais, projetados em escala piloto, para tratamento de 7,8 m3.dia-1 de esgotos sanitários, coletados da rede coletora que atravessa o Campus da USP de São Carlos. Cada sistema (1,2 m3) foi concebido para tratamento de 1,95 m3.dia-1 de esgoto sanitário, com concepções geométricas (relação L-altura/D-diâmetro), mecânicas (agitação mecânica ou recirculação de líquido) e tipo de retenção de biomassa diferentes. Três unidades eram do tipo ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) e outro tipo ASBBR (anaerobic sequencing batch biofilm reactor) com leito fixo composto de matrizes cúbicas de espuma de poliuretano. Os ciclos operacionais tinham duração de oito horas perfazendo no total três ciclos por dia em cada sistema. O monitoramento dos reatores incluiu a determinação de DQO, pH, sólidos em suspensão totais (SST) e voláteis, ácidos voláteis totais, alcalinidade no afluente e efluente, bem como a concentração de metano no biogás. O ensaio experimental foi dividido em duas etapas distintas, sendo que na primeira (227 dias), os reatores não receberam inóculo e na segunda (66 dias) houve a inoculação prévia de lodo anaeróbio granular. Em ambas etapas, os dois reatores ASBR com mesmo tipo de agitação por recirculação de líquido, mas com diferente relação L/D não apresentaram desempenho satisfatório. Os valores médios de eficiência de remoção de DQO e de SST foram próximos de 40% e 60%, respectivamente. No efluente a concentração média foi de 300 mgDQO/L e de 100 mgSST/L. Nos reatores, ASBR com agitação mecânica e, ASBBR com biomassa imobilizada, os resultados médios obtidos foram melhores. O reator ASBBR atingiu eficiência média de 65% e 75% em remoção de DQO e SST, enquanto no ASBR com agitação mecânica chegou-se a 60% e 85%, respectivamente. A concentração média no efluente dos reator foi de 150 mgDQO/L e 60 mgSST/L no ASBBR e 220 mgDQO/L e 50 mgSST/L no ASBR com agitação mecânica. / This study reports and discuss several data obtained using four pilot scale anaerobic sequencing batch reactor, treating 7.8 m3.d-1 of domestic sewage from the Sao Paulo University sewer treatment system (Campus- São Carlos). Each reactor system (1.2 m3) was designed for the treatment of 1.95 m3.d-1 of domestic sewage with different geometric reactor characteristics (ratio L-length/D-diameter), mechanical (mechanical mixing or liquor re-circulation) and biomass retention type. Three reactors were a conventional ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) with granular biomass and another one, an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR), which was composed with cubic matrices of polyurethane foam. The reactors were operated within 8-h of a sequential batch cycle, which were attained in three cycles by day for each system. Chemical oxygen demand (COD), pH, total suspended solids (TSS), volatile fatty acids, bicarbonate alkalinity in both the influent and effluent were monitored in the different cycles. Methane concentration was also assessed in the same period using Gas Chromatography (GC). The experiments were divided in two different phases. In the first phase, which corresponded to 227 d, the reactors were not inoculated. In the second phase (66 d) the reactors were then inoculated with anaerobic granular sludge. It was observed that in both operational phases, the two ASBR reactors, with the same re-circulating process of the mixed liquor, but with different L/D ratio, showed non-satisfactory results. The average values of COD and TSS removal were close to 40 and 60%, respectively. In the effluent, the average values were of 300 mgDQO/L and 100 mgTSS/L. ASBR reactors with mechanical mixing and ASBBR reactor with immobilized biomass showed better results. The average removal efficiency observed was of 65 and 75% for COD and TSS, respectively. ASBR reactors with mechanical mixing reached the efficiency of 60 and 85% for COD and TSS removal. The average concentration in the effluent was of 150 mgDQO/L and 60 mgSST/l in the ASBBR reactor; and 220 mgCOD/L and 50 mgTSS/L in the ASBR reactor with mechanical mixing.

O presente estudo teve por finalidade testar a hipótese de que o uso de uma taxa de recirculação variável do lixiviado de um reator tratando a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos domésticos, em um sistema em batelada híbrido, seria capaz de acelerar a degradação deste substrato em comparação com um sistema idêntico, porém que operasse com taxa de recirculação constante. Dois conjuntos de reatores foram operados, um com taxa de recirculação constante (sistema controle) e o outro com taxa de recirculação variável (sistema experimental). Os reatores foram mantidos em sala climatizada, com temperatura mantida em 35 ºC '+ OU -' 1 ºC. Cada conjunto era composto de um reator de sólidos, preenchido com o resíduo a ser digerido misturado a lixiviado de aterro sanitário, e um filtro anaeróbio, destinado a tratar o lixiviado que saía do primeiro. O substrato utilizado foi a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos domésticos padronizada (FORSUDp). Diversas variáveis foram medidas para o acompanhamento do processo: DQO de amostras filtradas e não filtradas, alcalinidade total, alcalinidade a ácidos voláteis, série de sólidos, nitrogênio total Kjeldahl e amoniacal, fósforo total, ácidos voláteis e composição do biogás por cromatografia gasosa. Também se acompanhou o desenvolvimento da microbiota anaeróbia por microscopia óptica de contraste de fase e fluorescência. A microscopia eletrônica de varredura indicou desenvolvimento de biofilme no meio suporte dos filtros anaeróbios. Concluiu-se que a taxa de recirculação variável consegue acelerar o processo, além de alterar de forma significativa o comportamento dos reatores e a forma de interação entre os mesmos / The objective of this study was to test the following hypothesis: varying the leachate recirculation rate in a hybrid batch reactor would make it possible to shorten the time required for the digestion of MSW, in comparison to a similar system operating with constant recirculation rate. Two sets of reactors were operated, one with constant recirculation rate (control system) and the other with varying rate (experimental system). The reactors were kept in a room which internal temperature was controlled. The temperature was kept at 35 ºC '+ OU -' 1ºC. Each set of reactors was composed of a solids reactor, filled with solid wastes and inoculated with landfill leachate, and an anaerobic filter, that should treat the leachate form the first one. The substract used was the standardized organic fraction of the municipal solid wastes (FORSUDp). Several parameters were measured for process monitoring: COD (in filtered and not filtered samples), total alkalinity, volatile acids alkalinity, solids, Kjeldahl nitrogen, ammonium nitrogen, total phosphorus, volatile acids by gas chromatography and biogas composition. The development of the anaerobic microorganisms was observed with phase-contrast and fluorescence microscopy. Scanning electron microscopy of the packed bed media showed biofilm development. It was concluded that the varying leachate recirculation rate proved to be able to enhance the degradation process. Besides, this operational strategy entirely changed the behaviour and interaction of the reactors

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / No presente trabalho investigou-se o desenvolvimento de novos procedimentos analíticos para a determinação simultânea de paracetamol (PAR), propifenazona (PRO) e cafeína (CAF) em formulações farmacêuticas. Três métodos foram desenvolvidos usando as técnicas de voltametria de onda quadrada (SWV) e amperometria de múltiplos pulsos (MPA) e diamante dopado com boro (BDD) como eletrodo de trabalho. Empregando a SWV, duas estratégias de análise foram desenvolvidas: (I) uso de uma célula eletroquímica convencional (modo estacionário) e o método de adição de padrão; (II) uso de análise por injeção em batelada com detecção por voltametria de onda quadrada (BIA-SWV) e o método de calibração externa. Os métodos propostos foram desenvolvidos usando como eletrólito de suporte H2SO4 0,1 mol L-1 e os parâmetros otimizados da SWV foram: potencial de condicionamento: -1,5 V durante 20 s; frequência: 60 s-1; amplitude: 50 mV e incremento de potencial: 4 mV. No método proposto empregando BIA-SWV, o volume e a velocidade de injeção otimizados foram de 100 μL e 28 μL s-1, respectivamente. Um terceiro método proposto para determinação simultânea de PAR, PRO e CAF, o procedimento de análise por injeção em batelada com detecção por amperometria de múltiplos pulsos (BIA-MPA) foi empregado. Três pulsos de potenciais foram selecionados para realização da análise: +0,90 V /50 ms: apenas o PAR foi oxidado sem a interferência dos outros dois compostos; +1,20 V /50 ms: oxidação do PAR e da PRO livre da interferência da CAF; +1,60 V /50 ms: oxidação dos três compostos (PAR, PRO e CAF). A seletividade na detecção da PRO e CAF foi obtida mediante subtração de correntes entre os amperogramas adquiridos nos potenciais selecionados e o uso de fatores de correção (FCs). Todos os procedimentos de análise desenvolvidos mostraram-se estáveis (DPR < 4,1%) e lineares (r > 0,997). O método empregando uma célula eletroquímica convencional apresentou frequência analítica de 20 análises h-1 e limites de detecção de 0,005, 0,009 e 0,006 mg L-1 para PAR, PRO e CAF, respectivamente. Os métodos BIA-SWV e BIA-MPA apresentaram frequência analítica muito superior: 80 e 75 análises h-1, respectivamente. Os limites de detecção foram de 0,3, 0,2 e 0,3 mg L-1 (BIA-SWV) e 0,2, 0,3 e 0,1 mg L-1 (BIA-MPA) para PAR, PRO e CAF, respectivamente. / In this work we investigated the development of new analytical procedures for simultaneous determination of paracetamol (PAR), propyphenazone (PRO) and caffeine (CAF) in pharmaceutical formulations. Three methods was developed using of Square wave voltammetry (SWV), multiple pulse amperometry (MPA) and boron doped diamond (BDD) with work electrode. Employing SWV, two analysis strategies were developed (I) Use of a conventional electrochemical cell (stationary mode) and the standard addition method; (II) use of batch injection analysis with detection by square wave voltammetry (BIA-SWV) and external calibration method. The proposed methods were developed using H2SO4 0.1 mol L-1 as supporting electrolyte and optimized parameters of the SWV: Conditioning potential: -1.5 V during 20 s; frequency: 60 s-1; amplitude: 50 mV and step potential: 4 mV. In the proposed method using BIA-SWV, volume and speed of optimized injection were 100 μL e 28 μL s-1, respectively. On the third method proposed for simultaneous determination of the PAR, PRO and CAF, the batch injection analysis procedure with multiple pulse amperometry detection (BIA-MPA) was employed. Three potentials pulses were selected for the analysis: +0.90 V/50 ms: only PAR was oxidized without the interference of the other two compounds; +1.20 V/50 ms: oxidation PAR and PRO without the interference of the CAF; +1.60 V/50 ms: oxidation of the three compounds (PAR, PRO and CAF). The selectivity in the detection of PRO and CAF was obtained by subtracting currents between the amperograms acquired in the selected potentials and the use of correction factors (CFs). All developed analysis procedures remained stable (RSD < 4.1%) and linear (r > 0.997). The method using a conventional electrochemical cell showed an analytical frequency of 20 analysis h-1 and limits of detection of 0.005, 0.009, and 0.006 mg L-1 for PAR, PRO, and CAF, respectively. The BIA-SWV and BIA-MPA methods presented higher analytical frequency: 80 and 75 analysis h-1, respectively. The limits of detection were 0.3, 0.2, and 0.3 mg L-1 (BIA-SWV) and 0.2, 0.3, and 0.1 mg L-1 (BIA-MPA) for PAR, PRO and CAF, respectively. / Dissertação (Mestrado)

The vast majority of chemical products, both in number and volume, are produced by batch processes. Recent studies show that only six percent of the batch processes were satisfactorily replaced by continuous processes. This clearly shows the importance and permanence of such processes. These plants have a basic characteristic of intermittent production of a product with non-stationary operation, including steps of loading, processing, cleaning and drainage, what makes the project complex. Its use is recommended, or for technological reasons or to meet the need for a dynamic and uncertain market, as it is the case of products with high added value and small demand. An important aspect of this type of plant is its flexibility in producing multiple products in a unique plant. The batch operations are economically justified when a large number of products are produced using similar production paths. Due to the difficulty of predicting the peak and the extension of demand, such settings are frequently modified plant and equipment is usually small and versatile and can be used by a large number of products. Power must be flexible enough to adapt to market needs and product life cycle is usually short. Brazil ranks third in world ranking in sales of personal care products, perfumes and cosmetics. The industry in this sector, in the two study reaches, each year, more consumers. The currently complex and competitive global market requires that companies seek to optimize processes, reduce costs and achieve economies of scale. In view of this, we have the developed a mathematical model of large, from real data, obtained in a Personal Hygiene Industry, providing a practical application to the work on Design and Production Scheduling of Multipurpose Batch Plants, from Professor João Soletti, which enables to perform planning and design of this type of plants. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A grande maioria dos produtos químicos, certamente em número e provavelmente em valor, se não em volume, é produzida por processos em batelada. Recentes estudos mostram que apenas seis por cento dos processos em batelada foram satisfatoriamente substituídos por processos contínuos. Isto mostra claramente a importância e permanência de tais processos. Estas plantas têm como característica básica a produção intermitente de um determinado produto, com operação não estacionária, incluindo etapas de carga, processamento, drenagem e limpeza, o que dificulta o seu projeto. Sua utilização é recomendada, ou por razões tecnológicas ou para atender a necessidade de um mercado incerto e dinâmico, como é o caso de produtos de alto valor agregado e de pequena demanda. Um importante aspecto desse tipo de planta é a sua flexibilidade na produção de múltiplos produtos em uma única planta. As operações em batelada são economicamente justificadas quando um grande número de produtos é realizado utilizando caminhos de produção similares. Devido à dificuldade da previsão do pico e da extensão da demanda, as configurações desse tipo de planta são frequentemente alteradas e os equipamentos são, geralmente, pequenos e versáteis, podendo ser utilizados por um grande número de produtos. A alimentação deve ser flexível, o suficiente, para se adaptar à necessidade do mercado e o ciclo de vida do produto é, geralmente, curto. O Brasil ocupa o terceiro lugar no ranking mundial em vendas de produtos de higiene pessoal, perfumaria e cosméticos. A indústria desse setor, objeto do estudo, atinge, a cada ano, mais consumidores e a natureza do sistema de produção nesse setor é por processo em batelada. Com a atual complexidade do mercado globalizado e competitivo, é necessário que as empresas busquem otimizar processos, reduzir custos e obter ganhos de escala. Em vista disto, desenvolveu-se um modelo matemático de grande porte, a partir de dados reais, obtidos em uma Indústria de Higiene Pessoal, possibilitando uma aplicação prática à tese sobre Dimensionamento e Programação da Produção de Plantas Multipropósito em Batelada, do Prof. João Soletti, que indica como realizar o planejamento e projeto de unidades fabris.