Levando-se em consideração a importância econômica que a indústria sucroalcooleira e do biodiesel representam para o Brasil, bem como a posição de destaque do país neste cenário econômico mundial, uma gestão adequada do efluente gerado pelas indústrias torna-se fundamental. A fim de minimizar os impactos ambientais associados, tendo em vista que um litro de etanol produzido gera até quinze litros de vinhoto e que cada tonelada de biodiesel gera cem quilos de glicerol, tecnologias disponíveis podem ser utilizadas, como no caso de processos anaeróbios. Este estudo avaliou doze experimentos em processo anaeróbio em escala laboratorial utilizando efluente de vinhoto e glicerol pós tratamento por processo de acidogênese, oriundo da indústria sucroalcooleira e do biodiesel. Foram determinados parâmetros de produção de metano, entre outros aspectos. Os três reatores dos quatro experimentos que apresentaram resultados mais significativos em termos de produção de metano no período de tempo monitorado, utilizando somente vinhoto residual, foram o V4.3, V2.3 e o V3.3, em volumes de 6.241 mL, 6.087 mL e 4.845 mL, respectivamente. Já nos experimentos utilizando também glicerol, os resultados apresentaram produções máximas de metano de 8.687 mL, 7.990 mL e 6.640 mL, para relações de proporções de vinhoto e glicerol de 80/20, 60/40 e 20/80, respectivamente. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-03-20T17:59:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabricio Hoeltz Steffens.pdf: 2368221 bytes, checksum: 63a1b4ae6664ea37b5144b0f50a412d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-20T17:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabricio Hoeltz Steffens.pdf: 2368221 bytes, checksum: 63a1b4ae6664ea37b5144b0f50a412d0 (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / Taking into account the economic importance that the sugar-alcohol industry and biodiesel represent for Brazil, as well as the country's leading position in this world economic scenario, adequate management of the effluent generated by the industries becomes fundamental. In order to minimize the associated environmental impacts, given that one liter of ethanol produced generates up to fifteen liters of vinasse and that each ton of biodiesel generates one hundred kilos of glycerol, available technologies can be used, as in the case of anaerobic processes. This study evaluated twelve experiments in anaerobic process in laboratory scale using effluent of vinasse and glycerol post treatment by acidogenesis process, coming from the sugar-alcohol industry and biodiesel. Methane production parameters were determined, among other aspects. The three reactors of the four experiments that presented the most significant results in terms of methane production in the monitored time period, using only residual vinasse, were V4.3, V2.3 and V3.3, in volumes of 6,241 mL, 6,087 mL and 4,845 mL, respectively. In the experiments using also glycerol, the results presented maximum methane yields of 8,687 mL, 7,990 mL and 6,640 mL, for vinasse and glycerol ratios of 80/20, 60/40 and 20/80, respectively.

Buscando compreender o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um modelo numérico utilizando ferramentas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) para a simulação do comportamento do escoamento trifásico (líquido, gás e sólido) em um reator UASB utilizado na produção de biogás a partir da vinhaça, e validar este modelo utilizando técnicas de Velocimetria de Partículas por Imagem (PIV). Para tanto, inicialmente foi projetado o reator UASB e em seguida foram desenvolvidas a geometria e a malha. As simulações foram executadas no software Fluent, utilizando uma malha com 528.000 volumes de controle. Foram inicialmente realizadas simulações do escoamento monofásico do líquido e em seguida simulações bifásicas gás/líquido e sólido/líquido foram realizadas adotando-se uma abordagem Euleriana-Euleriana, isotérmica, transiente e tridimensional. Por fim, os modelos bifásicos já validados foram associados em um modelo trifásicos. Técnicas de PIV foram utilizadas na validação dos modelos bifásicos e do trifásico. Na etapa de validação dos modelos numéricos, foi verificada uma diferença máxima entre resultados experimentais e computacionais menor de 4% para todos os casos. Foi verificado que a força de arraste é a que exerce a maior influência no perfil do escoamento gás/líquido. Com relação ao escoamento sólido/líquido, o modelo de Gidaspow foi escolhido para o cálculo do coeficiente de arraste, após comparação com resultados experimentais. Nas simulações trifásicas, verificou-se o gás foi o principal responsável pela qualidade da mistura dentro do reator, reduzindo de 44% o percentual de zonas mortas no reator no caso sólido/líquido para 0,02% no caso trifásico e aumentando em cerca de oito vezes a magnitude da velocidade das fases sólida e líquida. O sistema de distribuição de gás exerceu forte influência no perfil do escoamento, tendo induzido recirculação interna no reator. A compreensão do escoamento permitirá otimizações no processo e no reator de forma a buscar o aumento da eficiência de tratamento bem como da geração de biogás. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-06-26T17:27:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Camila DBastiani.pdf: 3648057 bytes, checksum: 6fcb0f38708ea3a24444be3ab47dd30b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T17:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Camila DBastiani.pdf: 3648057 bytes, checksum: 6fcb0f38708ea3a24444be3ab47dd30b (MD5) Previous issue date: 2017-06-26 / PETROBRAS, Brasil. / Aiming to understand the hydrodynamics of a Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, this work aimed to apply multiphase modeling through computational fluid dynamics (CFD) to assess the behavior of the three phase flow (liquid, gas and solid) in a UASB reactor, which is used in the biogas production using vinasse as substrate and the to validate the results using Particle Image Velocimetry (PIV) techniques. Therefore, the UASB reactor was designed and then the geometry and mesh were developed. The simulations were performed using the software Fluent and a mesh with 528.000 control volumes. Initially, monophasic simulations of the liquid phase were carried out. Next, two phase simulations were performed considering the pairs of phases gas/liquid and solid/liquid. An Eulerian-Eulerian approach was adopted, together with isothermal, transient and tridimensional conditions. After validated, the two-phase models (solid/liquid and gas/liquid) were combined into a three-phase model. PIV was used for the experimental validation of the two and three-phase models. The numerical model validation showed maximum differences lower than 4% between experimental and computational results for the three cases (gas/liquid, solid/liquid and liquid/gas/solid). Numerical results showed that the drag force plays the major role on the gas/liquid flow profile. Regarding the solid/liquid flow, Gidaspow model was chosen to estimate the drag force coefficient after comparisons between numerical and experimental results. Three-phase simulations showed that the gas was the main responsible for the mixing quality within the reactor. Dead zones were reduced from 44% in the solid/liquid simulations to 0,02% in the three-phase simulations and the liquid and solid velocity magnitude increased in about eight times. The configuration of the gas distribution system played a major role on the overall flow profile and drove liquid recirculation along the axial position. Understanding the multiphase flow within this reactor will allow optimizations on the process as well as on the reactor, in order to seek an increase on the efficiency both in the treatment and biogas in the production.

Thesis (MTech (Chemical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2005 / The white rot fungus, Phanerochaete chrysosporium, produces enzymes, which are capable of degrading chemical pollutants. It was detennined that this fungus has multiple growth phases. The study provided infonnation that can be used to classify growth kinetic parameters, substrate mass transfer and liquid medium momentum transfer effects in continuous secondary metabolite production studies. P. chrysosporium strain BKMF 1767 (ATCC 24725) was grown at 37 QC in single fibre capillary membrane bioreactors (SFCMBR) made of glass. The SFCMBR systems with working volumes of 20.4 ml and active membrane length of 160 mm were positioned vertically. Dry biofilm density was determined by using a helium pycnometer. Biofilm differentiation was detennined by taking samples for image analysis, using a Scanning Electron Microscope at various phases of the biofilm growth. Substrate consumption was detennined by using relevant test kits to quantify the amount, which was consumed at different times, using a varying amount of spore concentrations. Growth kinetic constants were detennined by using the substrate consumption and the dry biofilm density model. Oxygen mass transfer parameters were determined by using the Clark type oxygen microsensors. Pressure transducers were used to measure the pressure, which was needed to model the liquid medium momentum transfer in the lumen of the polysulphone membranes. An attempt was made to measure the glucose mass transfer across the biofilm, which was made by using a hydrogen peroxide microsensor, but without success.

Thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree Master of Technologae: Chemical Engineering in the Faculty of Engineering at the CAPE PENINSULA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2014 / Most softdrink industries in developing countries are moving towards wastewater reuse or recycling. Water and wastewater reutilization, costs of treatment and disposal guidelines, remain the most critical factors for the development of sustainable water use for softdrink industries. Wastewater reuse or recycle has potential in the softdrink industry, depending on the wastewater characteristics’ concentration and volume. During this study, an integrated laboratory scale anaerobic/aerobic sidestream membrane bioreactor (MBR) system was used for treating softdrink industry wastewater (SDIW). The aim was to evaluate the system’s performance, and identify potential opportunities to recycle the water, and therefore reduce freshwater intake and minimise wastewater production. The objectives were to: evaluate: 1) treatment efficiencies for the individual stages; 2) biogas production in the anaerobic stage; and 3) the overall performance of the integrated system under different operating conditions. The SDIW used in this study was classified as medium to high strength wastewater with a total chemical oxygen demand (CODt) ranging between 2 242 and 11 717 mg/L and a biological oxygen demand (BOD) of up to 1 150 mg/L. The major pollutants in the SDIW were caustic soda; dissolved sugars, namely fructose (1 071 mg/L) and sucrose (6 900 mg/L); with the pH ranging between 6.1 and 12. The SDIW was characterized by total suspended solids (TSS) of 66 mg/L, as well as fats, oils and greases (FOG) of 40 mg/L. The maximum turbidity and colour was 65.3 NTU and 42 mg Pt/L, respectively. All the physiochemical properties and inorganic parameters were within the within the City of Cape Town’s (CCT’s) industrial wastewater quality discharge standards by-law (South Africa, 2006). Excluding the total dissolved solids (TDS) and electrical conductivity (EC) with maximum values were 1 050 mg/L and 1 483 μS/cm, respectively. Anaerobic pre-treatment of this SDIW was studied using a laboratory-scale expanded granular sludge bed (EGSB) reactor maintained at mesophilic temperature of between 35 to 37˚C. An organic loading rate (OLR), upflow velocity (Vup) and hydraulic retention time (HRT) of 10.9 kg COD/m3d, 0.85 m/h and ~11.8 h, respectively, resulting in COD treatment efficiencies of up to 93% CODt. An increase in nitrate (NO3-) in the EGSB product stream was an indication of an anaerobic ammonium (NH4+) oxidation (ANAMMOX) process. Anaerobic digestion (AD) of SDIW in the EGSB resulted in biogas production with methane (CH4), carbon dioxide (CO2), nitrogen (N2), and oxygen (O2), concentrations of up to 70%, 11%, 14.8%, and 4.1%, respectively. At the OLR and Vup of 10.9 kg COD/m3d and 0.85 m/h, respectively, the EGSB produced 16.7 L/d of biogas. The EGSB anaerobic pre-treatment resulted in stable treatment efficiencies for the removal of organic constituents, as well as biogas production without adding an external carbon source. The MBR post-treatment satisfactorily operated at a feed flowrate of up to 33.7 L/d, OLR of 2.3 and 3.1 kg COD/m3d for the anoxic and aerobic zones, respectively, and an HRT of approximately 0.41 h for both zones. The average CODt removal achieved was 86%. The dissolved oxygen (DO) concentration of 2.1 mg/L in the anoxic zone combined with an aeration rate and DO concentration of 11.8 L/min and 5.7 mg/L, in the aerobic zone resulted in NH4+; NO3-; and orthophosphate (PO43-), removal rates up to 90%; 55% and 39%, respectively. However, the MBR post-treatment did not decrease the orthophosphate concentration to within the SANS 241:2011 drinking water standards. The integrated EGSB-MBR treatment for SDIW was able to achieve an overall CODt removal efficiency of up to 94%. Although the MBR performance was successful the EC, TDS, PO43-, and colour concentrations in the ultrafiltration (UF) permeate did not meet the CCT’s industrial wastewater standards by-law (2006) as well as the SANS’ drinking water standards 241:2011 and required further treatment for reuse.

Orientador: João Cláudio Thoméo / Banca: Fernanda Perpétua Casciatori / Banca: Harvey Alexander Villa Vélez / Resumo: Esta dissertação apresenta um estudo sobre transferência de calor em leito de esferas de vidro colocado em um tambor horizontal parcialmente preenchido, construído para fermentação em estado sólido, através de modelagem e simulação. Foram analisadas duas situações: aeração sobre a superfície do leito de partículas, e ausência de aeração com presença de resistência elétrica em meio ao leito. Durante os experimentos, a temperatura de operação foi de 45ºC e, quando em presença de resistência elétrica, a potência dissipada foi mantida constante. Foram coletados dados de temperatura de diferentes posições no interior do leito para os graus de enchimento 0,2 e 0,4. Os modelos propostos foram escritos em linguagem Matlab e validados através do coeficiente R² entre os dados experimentais e simulados. Para a situação com aeração sobre a superfície do leito, a transferência de calor no leito de esferas de vidro foi descrita através de um modelo unidimensional a uma fase, com variação de temperatura em função da posição radial, com contornos convectivos na superfície (h) e na parede do tambor (hp). Na superfície, h foi estimado experimentalmente e, na parede, hp foi estimado por meio de análise de sensibilidade paramétrica juntamente com o parâmetro k, tomando R² como resposta analisada. Para a situação em presença da resistência elétrica e ausência de aeração, foi validado um modelo bidimensional a uma fase com variação da temperatura em função das posições angular e radial. Os contornos na parede e superfície do leito foram os mesmos da situação anterior mesmo em ausência de introdução de ar no sistema, e a presença da resistência em meio ao leito de partículas foi interpretada como um contorno de fluxo constante. Os parâmetros h (superfície), k e hp foram estimados através de análise de sensibilidade paramétrica... / Abstract: This work presents a study about heat transfer in spheres glass bed put in horizontal drum partially filled, built to solid state fermentation, using modeling and simulation tools. Two situations were analyzed: aeration above the bed surface, and absence of aeration with presence of electric resistance. During the experiments, the operation temperature was 45ºC and, when with electric resistance, the dissipated potency was maintained constant. It was collected temperature data at different positions in the bed for filling degree of 0,2 and 0,4. The proposed models were written in Matlab language and the validation occurs by comparison of simulation and experimental data. With aeration above the bed surface, the heat transfer was represented by one-phase and unidimensional model, which temperature various with radial position, with convective contour on the bed surface (h) and wall drum (hp). On surface, h was experimentally estimated and, on wall drum, hp was estimated using parametric sensibility analysis along with parameter k, with R² as response analyzed. When with electric resistance and absence of aeration, was validated a one-phase bidimensional model with temperature in function angular and radial positions. The contours employed on the wall drum and bed surface were the same as previous situation, and the presence of resistance was interpreted as a contour of constant flow. The parameters h (surface), k e hp were estimated using a parametric sensibility analysis with R² (R² ≥ 0,87). The temperature profiles obtained by simulation present good according with experimental data / Mestre

A prática da troca de óleo lubrificante usado, particularmente óleos automotivos, representa um grave problema ambiental em função de sua natureza perigosa, do manuseio incorreto e do descarte indiscriminado no meio ambiente. A investigação quanto à remediação de áreas contaminadas por esse resíduo torna-se necessária, particularmente para solo de natureza argilosa. O presente estudo teve por objetivo avaliar a biorremediação de um solo argiloso contaminado por óleo lubrificante utilizando biorreatores de fase semi-sólida. Frascos tipo Erlenmeyer, contendo 20 g de solo contaminado com 3% (m/m) de óleo lubrificante, em triplicata, foram mantidos em temperatura e agitação constantes, segundo as seguintes estratégias de tratamento: (i) Bioestímulo com ajuste de nutrientes (BIOE); (ii) Bioaumento com adição de inóculo microbiano aclimatado (BIOA); (iii) Bioestímulo e adição de surfactante sintético Tween-80 (BIOES); (iv) Bioaumento, bioestímulo e surfactante sintético Tween-80 (BIOAS) e (iv) controle, com água destilada purificada (CONT). A eficiência de remoção do contaminante foi avaliada após 68 dias de tratamento por análises de evolução de CO2, redução de COT, decaimento de HTP, de n-alcanos e frações de hidrocarbonetos saturados, aromáticos e compostos polares. O tratamento BIOAS resultou na maior produção de CO2 acumulada (1247,0 mg.20g-1 de solo) seguida pelo tratamento BIOES (1077,6 mg.20g-1 de solo). Ao final do experimento, todos os tratamentos reduziram significativamente os teores de HTPs quando comparados ao controle (11,14,2%). Os tratamentos BIOAS e BIOES não apresentaram diferenças significativas quanto à redução de HTPs (42,03,7% e 37,46,3%, respectivamente). Tanto o bioestímulo quanto o bioaumento mostraram-se estratégias com potencial para aumentar a eficácia da biorremediação de solos argilosos, sendo que a adição de surfactante foi o fator mais importante, tendo aumentado significativamente a capacidade de remoção em ambas as estratégias. O uso de biorreatores em fase semi-sólida na biorremediação de solo argiloso contaminado com óleo lubrificante mostrou-se bastante promissor e tal estratégia pode ser aplicada em escala imediatamente superior / The practice of exchange of used lubricating oil, automotive oils in particular, represents a serious environmental problem due to its hazardous nature, the misuse and its indiscriminate disposal of same in the environment. Strategies for remediation of contaminated areas by this waste are necessary, particularly in case of soils with clayey nature. This study aimed to evaluate the bioremediation of a clayey soil contaminated by lubricating oil using bioreactors of semi-solid phase. Erlenmeyer flasks containing 20 g of contaminated soil with 3% (w / w) of lubricating oil, in triplicate, were kept at constant temperature and agitation, according to the following treatment strategies: (i) biostimulation with nutrient adjustment (BIOE), (ii) addition of bioaugmentation with microbial inoculum acclimated (BIOA), (iii) addition of biostimulation and synthetic surfactant Tween-80 (BIOES) (iv) bioaugmentation, biostimulation and synthetic surfactant Tween-80 (BIOAS) and (iv) control with purified distilled water (CONT). The contaminant removal efficiency was evaluated after 68 days of treatment by analysis of evolution of CO2, reduction of TOC, decay of HTP, n-alkanes, and fractions of saturated hydrocarbons, aromatics and polar compounds. The BIOAS treatment resulted in increased accumulated production of CO2 (1247.0 mg.20g-1 soil) followed by BIOES treatment (1077.6 mg.20g-1 soil). At the end of the experiment, all treatments significantly reduced the levels of HTP as compared to control (11.1 4.2%). The BIOAS and BIOES treatments presented no significant differences in the reduction of HTP (42.0 3.7% and 37.4 6.3%, respectively). Both biostimulation and bioaugmentation were shown to be strategies with potential to increase the effectiveness of bioremediation in a clayey soil, and the addition of surfactant being the most important factor, increasing significantly the capacity of removal in both strategies. The use of bioreactors in semi-solid phase bioremediation in a clayey soil contaminated by lubricating oil proved to be very promising, and this strategy can be applied to at higher scales

O presente estudo analisa dois tipos de aços inoxidáveis, o Austenítico AISI 316L e o Duplex AISI 318, para a fabricação de biorreatores. Esses aços possuem propriedades físicas e químicas que podem suprir as necessidades de resistências mecânicas e anticorrosivas dos ambientes dos biorreatores anaeróbicos. Para comparar os dois tipos de aço, foram feitos testes das propriedades mecânicas e químicas antes e depois da exposição ao ambiente de biorreação. Um protótipo de biorreator foi projetado no software Autodesk Inventor 2013 e construído com uma das ligas metálicas em estudo, o aço AISI 316L, criando um ambiente favorável aos testes de campo. Para tal utilizou-se processos de conformação e união de chapas por rebitagem e soldagem. As amostras dos aços para os testes mecânicos e de corrosão foram preparadas e inseridas no biorreator onde permaneceram por 14 meses. Os resultados dos ensaios mostraram que não houve alterações significativas nas propriedades mecânicas dos aços Duplex, porém as amostras de aço Austenítico apresentaram aumento na tensão de escoamento, na tensão limite de resistência e no módulo de elasticidade, demonstrando aumento na rigidez do material após a biorreação. Quanto às propriedades anticorrosivas os resultados apresentam uma leve vantagem do aço Duplex AISI 318 em relação ao Austenítico AISI 316L. Em relação à construção, os aços Austeníticos, por serem mais dúcteis, possuem melhor conformação; o Duplex AISI 318, por ter maior resistência mecânica, possibilita a construção com chapas mais finas, o que acarreta em redução de peso final do biorreator. O aço AISI 318 apresenta maior estabilidade nas propriedades mecânicas do que o AISI 316L. A relação favorável de custo-benefício da aplicação dos aços inoxidáveis na construção de biorreatores anaeróbios é comprovada pelas plantas de produção de biogás existentes em várias partes do mundo, principalmente na Europa. / The present study analyzes two kinds stainless steel, the Austenitic AISI 316L and the Duplex AISI 318 for manufacturing bioreactors. These kinds of stainless steel have the physical and chemical properties to meet the need the anticorrosive and mechanical resistances from the anaerobic bioreactors environments. Before and after the exposition to the bioreaction environment, both kinds of stainless steel were compared by testing their mechanical and chemical properties. A prototype bioreactor was designed in Autodesk Inventor 2013 software and built with on of the alloys in study, the AISI 316L, creating a favorable environment for fielding testing. For this purpose, we used the processes of forming and joining the plates by riveting and welding. The stainless steel samples for the mechanical and corrosion tests were prepared and placed in the bioreactor and they stayed there for fourteen months. Results show that there weren't significant changes in the mechanical properties of Duplex steel. However, Austenitic steel samples showed an increase in yield strength, resistence limit and in the elastic modulus, demonstrating an increase in the stiffness of the materials after bioreaction. The results show that there were not significant changes in mechanical properties, as the corrosive properties, results show a slight advantages of Duplex 318 compared to Austenitic AISI 316L. Regarding the construction, the Austenitic steel has better conformation, because it is more ductile and the Duplex steel has greater mechanical resistance and it enables the construction with thinner plates. Thus, the bioreactor becomes lighter. The AISI 318 steel has higher stability in mechanical properties than AISI 316L. The cost-benefit of the application of stainless steel in the construction of anaerobic bioreactors is proven by production plants of biogas worldwide, mainly in Europe.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-03-17T12:09:57Z No. of bitstreams: 1 PDF - Thales Lacerda Querino de Albuquerque.pdf: 9461957 bytes, checksum: fdb6c4eaac7cffec8adb8d1366435b61 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T12:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Thales Lacerda Querino de Albuquerque.pdf: 9461957 bytes, checksum: fdb6c4eaac7cffec8adb8d1366435b61 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / With the growth of sewage collection networks, sludge production in Sewage Treatment Plants (ETEs) has been growing steadily as these networks are expanded and new treatment plants are deployed. The sludge generated in the ETEs presents a composition of constituents that can pose risks to the health of the population and the environment, and it is necessary to make adequate final disposal of this residue or to reuse the nutrients that can be obtained in membrane filtration processes. Recent studies have shown that nutrient recovery from sewage sludge can be performed in Anaerobic Membrane - AnMBR systems, which include a feed reservoir, an anaerobic digester, a membrane filtration module and a permeate storage reservoir. Some factors contribute to the performance of the bioreactor process, making constant monitoring of some parameters necessary. The constant monitoring was performed through the automation of the system, using the micro controller Arduino board, connected to pressure and temperature sensors, where values are displayed through reports generated by the software. The software shows information in real time, but also provides a tool where you can query data from the bioreactor according to the desired date. At the end of the research it was possible to verify that the software facilitates the storage and processing of data, offering a better management of information of extreme importance in the aid of decision making in the management of membrane bioreactors. / Com o crescimento das redes de coleta de esgotos, a produção de lodos em Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) vêm crescendo continuamente à medida que estas redes são ampliadas e novas estações de tratamento são implantadas. O lodo gerado nas ETEs apresenta uma composição de constituintes que podem trazer riscos para a saúde da população e ao meio ambiente, sendo necessário realizar disposição final adequada a este resíduo ou reaproveitar os nutrientes que podem ser obtidos em processos de filtração por membranas. Estudos recentes demonstram que a recuperação de nutrientes do lodo de esgoto pode ser realizada em sistemas de Biorreatores Anaeróbios de Membrana - AnMBR, que incluem um reservatório de alimentação, um digestor anaeróbio, um módulo de filtração de membrana e um reservatório de armazenamento de permeado. Alguns fatores contribuem no desempenho do processo do biorreator, tornando necessário o acompanhamento constante de alguns parâmetros. O acompanhamento constante foi realizado através da automação do sistema, utilizando a placa micro controladora Arduino, conectada a sensores de pressão e temperatura, onde os valores são exibidos através de relatórios gerados pelo software. O software mostra informações em tempo real, como também disponibiliza uma ferramenta onde é possível consultar dados do biorreator de acordo com a data desejada. Ao término da pesquisa foi possível constatar que o software facilita a armazenagem e tratamento de dados, oferecendo um melhor gerenciamento das informações de extrema importância no auxílio à tomada de decisão na gestão de biorreatores de membrana.

A engenharia de tecidos é uma área de pesquisa que busca alternativas para a regeneração de tecidos danificados. Uma subárea dessa nova ciência faz uso das células-tronco, capazes de participar do processo de regeneração tecidual. As células são cultivadas em suportes porosos chamados de biomateriais ou scaffolds. As células-tronco mesenquimais de polpa de dente são células multipotentes e fáceis de serem obtidas. A policaprolactona, polímero atóxico, tem sido vastamente utilizada na fabricação de scaffolds devido as suas propriedades mecânicas, adequadas para a regeneração de alguns tecidos. A cultura dinâmica em biorreatores vem sendo utilizada pela sua capacidade de mimetizar as condições do ambiente natural das células-tronco no organismo humano. O objetivo do presente trabalho foi definir um protocolo de cultivo de células-tronco mesenquimais da polpa de dente em scaffolds de policaprolactona em multicamada, utilizando biorreatores de perfusão. Os biorreatores foram projetados com base em informações presentes na literatura. Os scaffolds de policaprolactona foram produzidos por electrospinning e apresentaram um diâmetro de 15 mm, aproximadamente 300 μm de espessura e diâmetro médio das fibras de 0,98 ± 0,24 μm. O cultivo estático, para fins de comparação, foi realizado em triplicata. Para o cultivo dinâmico, analisaram-se 3 diferentes vazões: 0,1 mL.min-1, 0,08 mL.min-1 e 0,05 mL.min-1. Nos dias 1, 3 e 7 de cultivo celular as análises de viabilidade celular foram realizadas pelo ensaio de WST-8, a citotoxicidade pela dosagem de LDH e de adesão celular pela histologia.. As células cultivadas nos scaffolds do topo da estrutura em camadas apresentaram maior viabilidade celular para as vazões de 0,1 e 0,08 mL.min-1 entre os dias 1 e 7 do cultivo celular. O cultivo dinâmico realizado na vazão de 0,05 mL.min-1 obteve um número baixo de células viáveis em todos os dias de análise. No cultivo estático, a viabilidade celular aumentou do primeiro ao sétimo dia de cultivo, mas permaneceu abaixo da maior vazão testada. As análises de histologia confirmaram a presença de células nas superfícies dos scaffolds. Os níveis maiores de citotoxicidade foram encontrados para o cultivo dinâmico, principalmente para a vazão de 0,1 mL.min-1, bem como foi observada maior viabilidade celular para essa vazão. Ainda é necessário repetir ambos os cultivos para confirmar os resultados e validar o protocolo definido para os experimentos. No entanto, no cultivo dinâmico, a vazão de 0,1 mL.min-1 proporcionou resultados promissores para o sistema de perfusão utilizado, podendo comprovar as vantagens do cultivo dinâmico de células-tronco para a medicina regenerativa. / Tissue engineering is an area of research which seeks for alternatives for the regeneration of damaged tissue. A sub-area of this new science uses stem cells, which are able to participate in the process of tissue regeneration. The cells are cultivated in porous supports called biomaterials or scaffolds. The mesenchymal stem cells from teeth pulp are multipotent cells and are easily obtained. Polycaprolactone, an atoxic polymer, has been extensively used in the production of scaffolds, due to its mechanical properties which are suitable for the regeneration of certain types of tissue. The dynamic cultivation using bioreactors is currently used because of its capacity to immitate the conditions of the natural environment of stem cells in the human organism. The aim of the present study has been to define a protocol for the cultivation of mensechymal stem cells from teeth pulp in multi-layered polycaprolactone scaffolds in perfusion bioreactors. The bioreactors were designed based on current information available in the literature. The polycaprolactone scaffolds were produced by electrospinning and had a diameter of 15 mm, with approximately 300 μm thickness and an average fiber diameter of 0.98 ± 0.24 μm. The static cultivation for use as a comparison was carried out in triplicate. Three different flow rates were analyzed for cellular cultivation: 0.1 mL.min-1, 0.08 mL.min-1 and 0.05 mL.min-1. The cellular viability analyses were carried out by WST-8 assay, cytotoxicity through an LDH dosage and cellular adhesion by histology on days 1, 3 and 7 of the cellular cultivation. The cultivated cells on the scaffolds, which were above the structure in layers, presented greater cellular viability when the flow rates 0.1 and 0.08 mL.min-1 were used, between days 1 and 7 of the cellular cultivation. When the flow rate of 0.05 mL.min-1 was used in the dynamic cultivation, the lowest number of viable cells in all the days of the analyses was observed. In the static cultivation, cellular viability increased between the first and seventh day of cultivation but remained lower than the dynamic cultivation with the higher flow rate tested. The histological analyses confirmed the presence of cells on the surface of the scaffolds. Both the greatest levels of cytotoxicity and cellular viability were observed in the dynamic cultivation, mainly with the flow rate of 0.1 mL.min-1. It is necessary to repeat both the cultivations to confirm the results and to test the efficiency of the protocol defined by the experiments. However, in the dynamic cultivation, the flow rate of 0.1 mL.min-1 presented promising results for the perfusion system of this study, showing the advantages of the dynamic cultivation of stem cells for regenerative medicine.

O presente estudo analisa dois tipos de aços inoxidáveis, o Austenítico AISI 316L e o Duplex AISI 318, para a fabricação de biorreatores. Esses aços possuem propriedades físicas e químicas que podem suprir as necessidades de resistências mecânicas e anticorrosivas dos ambientes dos biorreatores anaeróbicos. Para comparar os dois tipos de aço, foram feitos testes das propriedades mecânicas e químicas antes e depois da exposição ao ambiente de biorreação. Um protótipo de biorreator foi projetado no software Autodesk Inventor 2013 e construído com uma das ligas metálicas em estudo, o aço AISI 316L, criando um ambiente favorável aos testes de campo. Para tal utilizou-se processos de conformação e união de chapas por rebitagem e soldagem. As amostras dos aços para os testes mecânicos e de corrosão foram preparadas e inseridas no biorreator onde permaneceram por 14 meses. Os resultados dos ensaios mostraram que não houve alterações significativas nas propriedades mecânicas dos aços Duplex, porém as amostras de aço Austenítico apresentaram aumento na tensão de escoamento, na tensão limite de resistência e no módulo de elasticidade, demonstrando aumento na rigidez do material após a biorreação. Quanto às propriedades anticorrosivas os resultados apresentam uma leve vantagem do aço Duplex AISI 318 em relação ao Austenítico AISI 316L. Em relação à construção, os aços Austeníticos, por serem mais dúcteis, possuem melhor conformação; o Duplex AISI 318, por ter maior resistência mecânica, possibilita a construção com chapas mais finas, o que acarreta em redução de peso final do biorreator. O aço AISI 318 apresenta maior estabilidade nas propriedades mecânicas do que o AISI 316L. A relação favorável de custo-benefício da aplicação dos aços inoxidáveis na construção de biorreatores anaeróbios é comprovada pelas plantas de produção de biogás existentes em várias partes do mundo, principalmente na Europa. / The present study analyzes two kinds stainless steel, the Austenitic AISI 316L and the Duplex AISI 318 for manufacturing bioreactors. These kinds of stainless steel have the physical and chemical properties to meet the need the anticorrosive and mechanical resistances from the anaerobic bioreactors environments. Before and after the exposition to the bioreaction environment, both kinds of stainless steel were compared by testing their mechanical and chemical properties. A prototype bioreactor was designed in Autodesk Inventor 2013 software and built with on of the alloys in study, the AISI 316L, creating a favorable environment for fielding testing. For this purpose, we used the processes of forming and joining the plates by riveting and welding. The stainless steel samples for the mechanical and corrosion tests were prepared and placed in the bioreactor and they stayed there for fourteen months. Results show that there weren't significant changes in the mechanical properties of Duplex steel. However, Austenitic steel samples showed an increase in yield strength, resistence limit and in the elastic modulus, demonstrating an increase in the stiffness of the materials after bioreaction. The results show that there were not significant changes in mechanical properties, as the corrosive properties, results show a slight advantages of Duplex 318 compared to Austenitic AISI 316L. Regarding the construction, the Austenitic steel has better conformation, because it is more ductile and the Duplex steel has greater mechanical resistance and it enables the construction with thinner plates. Thus, the bioreactor becomes lighter. The AISI 318 steel has higher stability in mechanical properties than AISI 316L. The cost-benefit of the application of stainless steel in the construction of anaerobic bioreactors is proven by production plants of biogas worldwide, mainly in Europe.