Orientadores: Lucimara Gaziola de La Torre, Reinaldo Gaspar Bastos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T04:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_AlineFurtado_M.pdf: 2165174 bytes, checksum: d3aa7acdee3edc7f222daf3f7a82f910 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A microfluídica é uma ciência que opera em pequenos volumes de fluídos dentro de canais em dimensões de micrômetros (10-6 m). Estes sistemas permitem controlar moléculas no espaço e no tempo, gerando resultados rápidos e confiáveis num sistema precisamente controlado e capaz de mimetizar ambientes celulares. Os dispositivos microfluídicos apresentam uma diversidade de geometrias aplicáveis para diversas áreas de pesquisas, sendo que a capacidade de formar gradientes permite avaliar as condições e o desempenho celular microbiano. Assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver dispositivos microfluídicos capazes de formar gradiente de concentração difusivo e investigar sua aplicabilidade em bioprocessos. Diante disso, foram propostos três modelos de dispositivos usando materiais biocompatíveis: (i) dispositivo em base de vidro, denominado de Vidro-vidro; (ii) em base de vidro e poli dimetilsiloxano (PDMS), chamado de Vidro-PDMS e (iii) vidro e PDMS modificado quimicamente para tornar a superfície hidrofílica, Vidro-mPDMS. Os três dispositivos foram avaliados quanto à capacidade de formação de gradiente de concentração difusivo, os quais apresentaram um perfil linear. Além disso, validou-se o estudo do comportamento de Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754 num gradiente de concentração de glicose de 0 a 40 g/L de glicose, sendo usado o dispositivo vidro-vidro. Foi observado que houve crescimento de células ao longo das câmaras microfluídicas, e isso possibilitou na determinação de parâmetros cinéticos, os quais não apresentaram diferença estatisticamente significativa com o cultivo em batelada convencional. As condições da microfluídica possibilitaram também a determinação da cinética de Monod, usando menores intervalos de gradiente. Portanto, este dispositivo microfluídico mostrou-se uma ferramenta com potencial para investigar comportamento celular frente à diferença de concentração e contribuirá para a otimização de bioprocessos através da determinação de parâmetros cinéticos / Abstract: Microfluidic is a science that operates in small amounts of fluids inside channels in dimensions of micrometers (10-6 m). These systems allow the precise control of molecules in space and time, generating fast and reliable results and it can also be used to mimics environment cellular . Microfluidic devices can be produced in diversity of geometries, it can be applied in several scientific areas and especially the formation of concentration gradients can be used to evaluate conditions and performance of microbial cell. Therefore, this work had the objective to develop microfluidic devices that are able to generate diffusive concentration gradients and investigate their applicability in bioprocesses. In this context, we propose three models of microfluidics devices using biocompatible materials: (i) Glass-based device, named glass-glass; (ii) glass and poli dimetilsiloxane (PDMS) based device, Glass-PDMS and (iii) glass and chemically modified PDMS (hydrophilic surface), Glass-mPDMS. The three devices were evaluated by their capacity of generating difusive concentration gradient, demonstrating linear concentration profile. Furthermore, the behavior of Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754 inside of glucose concentration gradient ranging from 0 to 40 g/L were validated, using the glass-glass device . It was observed that cell growth along the microfluidic chambers, having determined the kinetic parameters, which was considered statistically similar to conventional batch cultivation. Conditions of microfluidics also allowed determination of the Monod kinetic, using smaller intervals gradient Therefore, the use of concentration gradient in microfluidic device is a potential tool for investigate of microbial cell behavior against the concentration difference and it can contribute to the optimization of bioprocesses through the determination of kinetic parameters / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piedrahita-Aguirre_CesarAugusto_D.pdf: 6150918 bytes, checksum: bfd7a30fcb69bbbfa8cbba5856d068f5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho se propôs a estudar a produção da iturina A por Bacillus subtilis em fermentação semi-sólida em biorreatores de leito empacotado. O trabalho foi desenvolvido em quatro partes. Em uma primeira parte foi feito um screening com cepas silvestres e seus mutantes obtidos a partir da exposição de luz UV e acridina laranja. A cepa Bacillus subtilis subsp. subtilis NRRL NRS-1270 foi a que apresentou maior atividade antagônica contra os fungos Aspergillus fumigatus Fresenius NRRL 164, Aspergillus fumigatus Fresenius NRRL 166 e Aspergillus flavus var. oryzae NRRL 484. O extrato metanólico obtido da fermentação semi-sólida do Bacillus subtilis subsp. subtilis NRRL NRS-1270 foi analisado através da espectrometria de massas encontrando-se lipopeptídeos com massa molecular entre m/z 1021,43 e m/z 1087,48, mas sem a presença da iturina A. Em uma segunda etapa a cepa Bacillus Iso 1 foi isolada a partir das raízes de soja, e ante a dificuldade de identificar a iturina A através da cromatografia liquida de alta eficiência (HPLC), foi desenvolvida a metodologia de purificação da iturina A utilizando a cromatografia em coluna de vidro preenchida com sílica gel 60. A iturina A foi eluída com três sistemas de solventes compostos por 20 mL de clorofórmio-metanol-água (65:25:4,v/v/v), fração 1, seguido de 20 mL de clorofórmio-metanol-água (30:50:10, v/v/v), fração 2, e a fração final composta por 10 mL de clorofórmio-metanol-água (20:60:15, v/v/v). As frações obtidas foram analisadas através da HPLC e da espectrometria de massa, identificando 5 isômeros da iturina A (C13-C16). Na terceira etapa, foi feito um delineamento composto central rotacional (DCCR) para avaliar o efeito da casca de arroz como suporte inerte e da vazão volumétrica de ar na produção de iturina A; como substratos foram utilizados o farelo de soja desengordurado e o farelo de trigo. Nenhuma variável do DCCR foi estatisticamente significativa, mas operacionalmente foram importantes, devido à redução da oxigenação do Bacillus Iso 1 pela baixa vazão de ar e menor concentração de casca de arroz, favorecendo a produção de iturina; nestas condições obteve-se 6,88 g/kg de substrato seco de iturina A.Esta é a maior quantidade de iturina A produzida em biorreatores de leito empacotado (coluna) com aeração forçada até hoje. Na quarta etapa, a partir dos resultados obtidos no DCCR foram estudados os parâmetros do processo: queda de pressão, consumo de oxigênio e perfis de temperatura, visando entender o comportamento da fermentação a 0,4 L/min e 0,8 L/min. A máxima produção de iturina obtida foi 5,58 g/kg de substrato seco com a vazão de 0,4 L/min. O incremento na queda de pressão é ocasionado não unicamente pelo incremento da vazão volumétrica, mas também pela produção do biopolímero ?-PGA o qual ocupa os espaços livres entre as partículas, dificultando o fluxo normal de ar através do leito, reduzindo o consumo de oxigênio. A baixa oxigenação favoreceu a alta produção da iturina A e gerou baixo calor metabólico (5,75 W/kg-dry substrato·min). Os resultados obtidos podem ser úteis na elaboração de estratégias para ampliação de escala do processo em fermentadores aerados de leito empacotado / Abstract: This work covers a study of the production of iturin A by Bacillus by solid-state fermentation in packed bed bioreactors. The study was conducted in four parts. At first a screening was conducted with wild strains and their mutants obtained from exposure to UV light and mutagenic agent acridine orange. The strain Bacillus subtilis subsp subtilis NRRL NRS 1270 showed the highest antagonistic activity against Aspergillus fumigatus NRRL 164, Aspergillus fumigatus NRRL 166 and Aspergillus flavus var . oryzae NRRL 484. A methanolic extract obtained by solid state fermentation of Bacillus subtilis subsp subtilis NRRL NRS 1270 was analyzed with mass spectrometry showing lipopeptides with molecular mass between m/z 1021.43 and m/z 1087.48, but without the presence of iturin A. In the second stage, the strain Bacillus Iso 1 was isolated from soybean roots. Given the difficulty of identifying iturin A by high performance liquid chromatography (HPLC), a iturin A purification methodology was developed using glass column chromatography packed with activated Silica gel 60 and alumina. This methodology involved three solvent systems for elution of the iturin A from the column. A first fraction consisted of 20 ml of chloroform-methanol-water (65:25:4 , v/v/v) and was followed by 20 ml of chloroform - methanol- water (30:50 : 10, v/v/v), that was then followed by a final fraction consisting of 10 ml of chloroform-methanol-water (20:60:15, v/v/v). The fractions obtained of fermentation were analyzed by both HPLC and mass spectrometry, identifying five iturin A isomers (C13-C16). In the third stage of the study, an experimental design was constructed in the form of a central composite rotational design (CCRD) to evaluate the effect of rice husk as an inert support and air flow rates to the iturin A production, using defatted soybean meal and wheat bran as substrate. Although none of the studied variables showed statistical significance, the operational importance of reduction of oxygenation of the Bacillus Iso 1 fermentation due to the low concentration of rice husk and air flow rate was observed to favor the production of iturin; in these conditions high productivity was obtained reaching 6.88 g/kg-dry substrate of iturin A. Concluding from available literature, this is the highest concentration of iturin A ever produced in packed bed bioreactor (column) with forced aeration to date. In the fourth stage, in order to understand the behavior of the fermentation under aeration conditions between 0.4 L/min and 0.8 L/min, the following process parameters were studied, based on the results obtained from the CCRD: pressure drop, oxygen consumption and temperature profiles. The maximum production of iturin obtained was 5.58 g/kg-dry substrate with the air flow rate at 0.4 L/. The increase of the pressure gradients is caused not only by increasing the volumetric air flow rate but also by the production of biopolymer ?-PGA by Bacillus iso 1, which occupies the free interparticle space, hindering or preventing the normal flow of air through the bed and thus leading to reduced oxygen consumption. The low oxygenation favored the high iturin A production and resulted in low metabolic heat generation (5.75 W/kg-dry substrate.min). The results of this work are expected to be conducive for designing strategies to scale up the process in aerated packed bed bioreactors / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Luiz Fernando de Lima Luz Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:41:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RiosPinto_LuisaFernanda_D.pdf: 4599056 bytes, checksum: 80a3191a923471837068d7b5f547c19e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Atualmente, a destruição ambiental devido à exploração inapropriada dos recursos naturais não renováveis, o aquecimento global, e a contaminação da biosfera causada, principalmente, pela globalização e um crescimento tecnológico acelerado, tem levado ao desenvolvimento de diversos combustíveis de fontes de energia renováveis, que sejam capazes de manter ou superar a eficiência dos hidrocarbonetos fósseis. Neste cenário, se deu o desenvolvimento do biodiesel, um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis, o qual, na sua combustão, libera menos gases tóxicos, como são os óxidos de enxofre e nitrogênio. O biodiesel pode ser produzido a partir de gorduras animais, óleos vegetais ou biomassa. A fim de reduzir os custos da produção do biodiesel, matérias primas como os lipídios vêm sendo estudadas. Neste contexto, as microalgas oferecem uma série de vantagens como fonte de lipídios, como por exemplo, altas taxas fotossintetizantes, alta produção de biomassa e um rápido crescimento, se comparado, principalmente, com outras fontes de óleo vegetal. Neste trabalho, foi realizado o estudo do crescimento da microalga Desmodesmus sp. sob condição autotrófica, mixotrófica e heterotrófica com o objetivo de obter maior teor de lipídios na célula da microalga, visando a produção de biodiesel. Nas condições autotróficas, se obteve um crescimento de 53,1 Mcélulas mL-1. No cultivo mixotrófico, conseguiram-se 181 Mcélulas mL-1 e no heteretrófico atingiu-se 298 Mcélulas mL-1, todos no sexto dia de cultivo. As porcentagens de lipídios foram de 23%, 25% e 17% (m/m) da biomassa para o cultivo autotrófico, mixotrófico e heterotrófico, respectivamente. O óleo extraído do cultivo autotrófico, foi caracterizado via cromatografia gasosa e, a partir desta análise, produziu-se um óleo sintético (mistura de óleos vegetais e animais) com as características semelhantes da microalga para realizar a cinética da reação de transesterificação, num reator em batelada. A produção de biodiesel foi feita por transesterificação ácida, com excesso de etanol. O tempo de reação foi de 24 horas e obteve-se 90% de ésteres produzidos / Abstract: Currently, environmental destruction caused by inappropriate exploitation of non-renewable natural resources, global warming, and pollution of the biosphere caused mainly by globalization and accelerated technological growth has led to the development of various fuels from renewable source, which are able to maintain or exceed the effectiveness of fossil hydrocarbons. Biodiesel, a biodegradable fuel derived from renewable source, which releases less toxic gases such as sulfur and nitrogen oxides in its combustion. Biodiesel can be obtained from animal fats, vegetable oils or biomass. In order to reduce the cost of biodiesel production, raw materials such as lipids have been studied. In this context, microalgae offer a number of advantages as a source of fat, such as high photosynthetic rates, high biomass, and fast growth rate, compared to other sources of vegetable oil. The objective of this work was to study the autotrophic, mixotrophic and heterotrophic growths of microalgae Desmodesmus sp in order to optimize the levels of lipids in the microalgae cell to produce biodiesel. In autotrophic conditions, it was observed 5.31x107 cells ml-1; in mixotrophic were achieved 1.81x108 cells ml-1; and in heterotrophic reached 2.98x108 cells ml-1 were reached after sixth day of cultivation. The percentages of lipids of biomass for autotrophic, heterotrophic mixotrophic cultivation were 23%, 25% and 17% (m/m) respectively. Oil extracted from autotrophic cultivation was characterized via gas chromatography. A synthetic oil (mixture of vegetable and animal oils) with similar characteristics to the microalgae was used to perform the transesterification kinetics in a batch reactor. The production of such biodiesel was performed under acid conditions with excess of ethanol for 24 hours yielding 90% product / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 426332.pdf: 1464219 bytes, checksum: ea5afbd5886909161be48d8010762dd3 (MD5) Previous issue date: 2010-10-01 / Esta disserta??o apresenta um modelo geral que descreve a din?mica do crescimento tanto da bact?ria Escherichia Coli quanto da levedura Saccharomyces Cerevisiae quando produzidas em bioreatores operando no modo descont?nuo com alimenta??o controlada (fed-batch). Em geral, procura-se maximizar a produ??o da biomassa (microorganismos) atrav?s do controle do substrato (alimento) injetado ao bioreator. Pelo princ?pio do bottle-neck, a m?xima produtividade ? obtida quando o n?vel de substrato ? mantido em um determinado valor cr?tico que depende de vari?veis biol?gicas do processo (que variam ao longo do tempo) e de certos par?metros com elevado grau de incerteza. Uma alternativa a esta abordagem ? atrav?s do controle do produto secund?rio (acetato no caso da E. Coli ou etanol no caso da S.Cervisiae) o qual deve ser mantido em n?veis pr?ximos a zero e desta forma todo o substrato ? utilizado na produ??o de biomassa. A partir do modelo n?o linear da din?mica de crescimento do microorganismo, prop?e-se nesta disserta??o uma lei de controle robusta baseada na ideia de realimenta??o linearizante parcial com o objetivo de evitar a medi??o de um elevado n?mero de vari?veis biol?gicas de dif?cil instrumenta??o. Para melhorar o desempenho din?mico do sistema, tamb?m ? proposto um mecanismo de adapta??o param?trica para a estima??o online da taxa de rea??o da oxida??o da glicose. Utilizando a descri??o das n?o linearidades atrav?s da abordagem quasi-LPV e a formula??o das condi??es de estabilidade por desigualdades matriciais lineares (LMIs), projeta-se a din?mica linear livre, resultante da realimenta??o linearizante, de maneira a garantir a estabilidade robusta (em rela??o a n?o linearidades n?o canceladas e varia??es param?tricas) em malha fechada e tamb?m um certo desempenho. Para verificar o comportamento da metodologia proposta s?o realizados v?rios testes em simula??es utilizando a plataforma Matlab=Simulinkr, onde estuda-se o comportamento da estrat?gia proposta em rela??o a trabalhos dispon?veis na literatura especializada.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000431139-Texto+Completo-0.pdf: 741234 bytes, checksum: e446f210f62619524c7d495c84e2265d (MD5) Previous issue date: 2011 / Streptokinase (SK) is a group of extracellular proteins produced by a variety of streptococci beta-hemolytic strains, and is a plasminogen activator composed of 414 amino acids with a molecular mass of 47 kDa. SK forms a high affinity equimolar complex with a plasminogen. The resulting complex can convert plasminogen to plasmin, the active protease that degrades fibrin in the blood clot. This protein is now widely used as a thrombolytic agent in the treatment of acute myocardial infarction and others circulatory disorders. The low SK production yields from natural host and its pathogenicity are the main reasons for exploration of recombinant DNA technology route for this important protein. Escherichia coli is the most commonly used host for heterologous protein production and the preferred method for increasing the concentration of heterologous recombinant protein, which is proportional to both cell density and specific cellular product yield, is the fed-batch strategy. Being the Brazil totally dependent on the import of this biopharmaceutical, an alternative to streptokinase was the production of this biopharmaceutical by recombinant DNA techniques with expression experiments and bioreactor cultivation, purification and the protein activity assay of the recombinant streptokinase. In this work were performed SKC bioreactor cultivations through fed-batch techniques, testing different feeding media, feeding strategies and induction time with IPTG, After defining the best conditions for growing the recombinant protein was purified and its homogeneous form was used to perform of biological activity assay. The maximum biomass achieved was 18. 94 g/L in LB medium using linear fed-batch strategy in the presence of glucose and MgSO4. Approximately 21 mg of homogeneous SKC were obtained from 2 g of wet weight cells using a three-step protocol with two chromatography columns. When compared to an International standard in a colorimetric assay, the specific activity of SKC was approximately 99%, showing that recombinant SKC has a very similar specific activity to the standard. / A estreptoquinase (SK) é uma proteína extracelular produzida por uma variedade de linhagens de Streptococcus beta-hemolíticos, é uma proteína ativadora do plasmigênio composta de 414 aminoácidos com uma massa molecular de aproximadamente 47 kDa. A SK forma um complexo equimolar com o plasminogênio. Esse complexo resultante pode converter diretamente outra molécula de plasminogênio em plasmina, a protease ativa que degrada a fibrina presente nos coágulos sanguíneos. Esta enzima é hoje amplamente usada como agente trombolítico no tratamento do infarto agudo do miocárdio e outras desordens circulatórias. A baixa produtividade da estreptoquinase a partir das células de Streptococcus e a patogenicidade deste microorganismo são as principais razões para a exploração da tecnologia de DNA recombinante para produção desta importante proteína. Escherichia coli é o microorganismo mais comum utilizado para produção de proteínas heterólogas e o método de preferência para o aumento da concentração de proteínas recombinantes proporcional à densidade de células e produção de produtos específicos da célula, é a estratégia em bateladaalimentada. Sendo o Brasil totalmente dependente da importação de biofármacos, uma alternativa à estreptoquinase seria a produção desse biofármaco por meio de técnicas de DNA recombinante com experimentos de superexpressão e cultivo em biorreator, purificação e o ensaio de atividade da proteína estreptoquinase recombinante. Neste trabalho foram realizados cultivos de estreptoquinase de Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis grupo C (SKC) em biorreator através de técnicas de batelada alimentada, testando diferentes meios de alimentação, estratégias de alimentação e tempos de indução com IPTG. Após definidas as melhores condições de cultivo a proteína recombinante foi purificada e sua forma homogênea foi utilizada para realização dos ensaios de atividade biológica. A máxima biomassa alcançada foi de 18,94 g/L em meio de cultura Luria - Bertani (LB) usando uma estratégia de alimentação linear na presença de glicose e MgSO4. Aproximadamente 21 mg de SKC homogênea foram obtidas a partir de 2 g de célula úmida usando um protocolo de purificação de três etapas com duas colunas cromatográficas. Quando comparada com o Padrão Internacional no ensaio colorimétrico, a atividade específica de SKC foi de aproximadamente 99%, mostrando que a SKC recombinante obteve uma atividade especifica muito similar ao padrão.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226667.pdf: 907440 bytes, checksum: abb300b37809e0948f81147d32b3c930 (MD5) / A utilização de biorreatores de nitrificação e desnitrificação foi avaliada na remoção de nitrogênio em efluente oriundo de uma indústria frigorífica, cuja ETE era composta por três lagoas: duas anaeróbias e uma facultativa. A aplicação do sistema envolveu duas etapas: a partida dos reatores individuais, alimentados com efluente sintético; e a operação dos reatores conectados alimentados com a água residuária oriunda da primeira lagoa da ETE da indústria frigorífica. Os parâmetros estequiométricos foram determinados através da aplicação da teoria do balanço elementar na estimativa das velocidades não determinadas experimentalmente. indicando que a ferramenta demonstrou-se bastante eficaz para este fim. Ao final do período de operação o reator aeróbio apresentava uma eficiência de 100% na nitrificação enquanto o reator de desnitrificação apresentava baixa remoção do nitrato. Já a remoção global no sistema era de 63%, valor este próximo ao teórico para a razão de reciclo aplicada (1,8). O software DENIKAplus® foi utilizado a fim de simular o sistema de lagoas já existentes incluindo sistemas convencionais de nitrificação e desnitrificação em diversas configurações. Os dados da simulação indicaram que a inclusão de um AST após a segunda lagoa foi a configuração que apresentou maior eficiência de remoção de nitrogênio. Os resultados de requerimentos operacionais obtidos pela aplicação do software apresentaram-se signficativamente inferiores quando comparados aos dados obtidos a partir dos resultados experimentais. Avaliações do balanço de massa no reator desnitrificação e a realização de ensaio em batelada utilizando lodo do mesmo reator demonstraram a ocorrência de oxidação anaeróbica de amônio (ANAMMOX).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-05-19T04:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333386.pdf: 2765398 bytes, checksum: 958506392e40a3a664199cb4d989de75 (MD5) Previous issue date: 2014 / Os estrogênios, presentes no meio aquático como contaminantes e classificados como desreguladores endócrinos, são substâncias com comprovado efeito maléfico aos ecossistemas aquáticos e aos seres vivos, portanto, torna-se necessária a remoção destes poluentes dos esgotos sanitários. Com isto, neste trabalho foi avaliada a remoção simultânea dos hormônios estrona (E1), 17ß-estradiol (E2) e 17a-etinilestradiol (EE2) em condições aeróbias. Neste contexto, foram realizados ensaios de bancada aeróbios de curta duração, conduzidos em diferentes condições operacionais (três concentrações de sólidos suspensos voláteis e da fonte de carbono, três tipos de meio aquoso, lodo inativado e lodo ativado proveniente de três plantas de tratamento diferentes), com o intuito de verificar a relação destas variáveis com a remoção dos hormônios. Além disso, um reator de enriquecimento foi monitorado, para verificar a degradação dos estrogênios a partir da microbiota, sendo que a única fonte de carbono externa adicionada ao sistema foram os hormônios (E1, E2 e EE2). Por fim, dois sistemas piloto de tratamento de esgoto sanitário, lodos ativados (LA) e biorreator a membrana (MBR), foram monitorados para observar a degradação ou a remoção da fase aquosa dos poluentes de interesse. O E2 foi degradado mais facilmente em todos os casos avaliados. Nos experimentos com o lodo inativado, o composto sintético EE2 foi removido mais rapidamente, pelo processo de adsorção, do que os compostos naturais. Um consórcio bacteriano foi obtido através do enriquecimento, e a sua capacidade de degradação foi comprovada. A diversidade da comunidade bacteriana presente em cada amostra de lodo foi estudada, possibilitando a comparação da diversidade das bactérias dominantes, existentes em cada um dos sistemas. Os reatores LA e MBR apresentaram eficiência de remoção dos hormônios bastante semelhante, sugerindo que a presença da membrana como forma de retenção da biomassa no sistema, pode ser substituída por sistemas mais simplificados como os lodos ativados operados em batelada sequencial. A ocorrência do processo de nitrificação foi o principal fator relacionado à eficiência de remoção dos hormônios observada neste trabalho.<br> / Abstract: The estrogens, present in the aquatic environment as contaminants and classified as endocrine disrupting compounds, are substances with proven harmful effects to the aquatic ecosystems, therefore, it becomes necessary to remove these pollutants from sewage. Thus, the simultaneous removal of the hormones estrone (E1), 17ß-estradiol (E2) and 17a-ethinylestradiol (EE2) under aerobic conditions were evaluated in this work. In this context, aerobic batch tests of short duration, conducted under different operating conditions (three concentrations of volatile suspended solids and carbon source, three types of aqueous media, deactivated sludge and activated sludge from three different pants) were performed, in order to verify the relationship between these variables with the estrogens removal. Moreover, an enrichment reactor was monitored, to check the degradation of estrogens from the microbiota, whereas the hormones were the only external carbon source added to the system. Finally, two systems of wastewater treatment, activated sludge (AS) and membrane bioreactor (MBR), were monitored to observe the degradation or elimination from the aqueous phase of the pollutants of interest. The E2 was more easily degraded in all cases evaluated. In experiments with the sludge inactivated, the synthetic compound EE2 was more quickly removed by adsorption than the natural compounds. A bacterial consortium was obtained by enrichment, and its degradation capacity was proven. The structure of bacterial communities present in each sample was studied, allowing comparison of the diversity of dominant bacteria present in each system. The reactors AS and MBR showed removal efficiency hormones quite similar, suggesting that the presence of the membrane retains the biomass in the system, can be replaced by a more simplified system such as activated sludge sequencing batch reactor. The occurrence of the nitrification process was the main factor related to the removal efficiency of hormones observed in this work.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 623.pdf: 1119771 bytes, checksum: 03ec886c5b7c1e6b64f80f767a197553 (MD5) Previous issue date: 2005-03-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / The importance of the airlift bioreactor has grown in the biotechnology field by aspects as high oxygen transfer, with power input low. In this work were study the conditions heat and mass transfer, as well as the condenser efficiency in the water retention, of an airlift bench bioreactor of internal circulation of useful capacity 6 L. Such bioreactor is endowed with hollow draft tube working as a heat charger for temperature control and of aspersor type crosspiece for aspersion of air. Values of the heat transfer global coefficient (U) were certain in different operation conditions starting from applied energy balance in the system after the same to reach the steady state. Values of U varied in the range from 300 to 700 W.m-2.°C-1, showing that the device of thermal change proposed was efficient to heat removal. The results were correlated with the water flow inside the draft tube and with the feeding air flow in the bioreactor. After this stage, it was evaluated water drags of the bioreactor system plus condenser in different conditions of air flow and temperatures in the bioreactor and in the condenser. The condenser was shown efficient in the water retention, obtaining efficiency superior values to 80%, but it didn't solve the problem of water loss by water drag for the high air flows in that the airlift bioreactor is operated. The variable air flow was the variable that influenced more significantly water drags. The transfer oxygen was evaluated through the oxygen transfer volumetric coefficient (kLa). For comparison, kLa values were obtained in the airlift bioreactor operated in a range of specific feeding air flow from 1 to 5 vvm and in conventional bioreactor of 4 L, in different agitation conditions (600, 800 and 1000 rpm) and aeration (0,5 and 1,0 vvm). Two methods for kLa determination were employees, the sulfite method and the dynamic method considering the delay of the electrode answer. This last one that generated results between 2 and 6 times inferior, depending of bioreactor type, because it evaluates the kLa in coalescent media, similar to most of the media fermentation. Finally, to validate the use of the system as bioreactor, cultivations with Streptomyces clavuligerus seeking to the production of clavulanic acid, a potent inhibitor of &#946;-lactamase, enzyme producted by patogenics microorganism that broke &#946;-lactamic rings of antibiotics. Four cultivations were accomplished, two in airlift bioreactor and two in bioreactor conventional (Bioflo III) in two different conditions of oxygen transfer (kLa) and the results were compared in terms of clavulanic acid production. The maximum clavulanic acid concentrations obtained in the cultivations in airlift bioreactor were superior those obtained in conventional bioreactor, with minors consistence index (K), showing larger shear rate in the airlift bioreactors in the same conditions of transfer oxygen. In global terms, the obtained results suggest that bioreactor as the most appropriate for this cultivation type, justified for the appropriate heat and mass transfers formed an alliance with the smallest energy consumption. / A importância do biorreator airlift tem crescido no campo da biotecnologia por aspectos como a sua alta transferência de oxigênio, obtida através de consumo de potência. No presente trabalho foram avaliadas as condições de transferência de calor e massa, bem como a eficiência do condensador na retenção de água, de um biorreator airlift de circulação interna, onde o ar é injetado pelo centro do tubo interno, de bancada de 6 L de capacidade útil. Tal biorreator é dotado de tubo interno ( draft tube ) oco funcionando como um trocador de calor para controle de temperatura e de aspersor tipo cruzeta para aspersão de ar. Valores do coeficiente global de transferência de calor (U) foram determinados em diferentes condições de operação a partir de balanço de energia aplicado no sistema após o mesmo atingir o estado estacionário. Valores de U variaram na faixa de 300 a 700 W.m-2.°C-1, mostrando que o dispositivo de troca térmica proposto foi eficiente na remoção de calor.Os resultados foram correlacionados com a vazão de água no interior do tubo interno e com a vazão de alimentação de ar no biorreator. Após esta etapa, avaliou-se o arraste de água do sistema biorreator mais condensador em diferentes condições de vazão de ar e de temperaturas no biorreator e no condensador. O condensador mostrou-se eficiente na retenção de água, obtendo valores de eficiência superiores a 80%, mas não solucionou por completo o problema de perda de água do sistema por arraste pelos altos fluxos de ar em que se opera o biorreator airlift. A variável vazão de ar foi a variável que influenciou mais significativamente o arraste de água. A transferência de oxigênio foi avaliada através do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa). Para efeito de comparação, valores de kLa foram obtidos no biorreator airlift operado numa faixa de vazão específica de alimentação de ar de 1 a 5 vvm e em biorreator convencional de 4 L, em diferentes condições de agitação (600, 800 e 1000 rpm) e aeração (0,5 e 1,0 vvm). Dois métodos para determinação do kLa foram empregados, o método do sulfito e o método dinâmico considerando o atraso da resposta do eletrodo. Este último que gerou resultados entre 2 e 6 vezes inferiores, dependendo do tipo do biorreator, pois avalia o kLa em meios coalescentes, similares à maioria dos caldos de fermentação. Por fim, para validar a utilização do sistema como biorreator, foram realizados cultivos com Streptomyces clavuligerus visando à produção de ácido clavulânico, um potente inibidor de &#946;-lactamases, enzimas produzidas por microrganismos patogênicos que clivam o anel dos antibióticos &#946;-lactâmicos. Foram realizados quatro cultivos, dois em biorreator airlift e dois em biorreator convencional (Bioflo III) em duas diferentes condições de transferência de oxigênio (kLa) e os resultados foram comparados em termos de produção do ácido clavulânico. As concentrações máximas de ácido clavulânico obtidas nos cultivos em biorreator airlift foram superiores àquelas obtidas em biorreator tipo tanque agitado e aerado, com menores índices de consistência (K), mostrando maior cisalhamento nos biorreatores airlift nas mesmas condições de transferência de oxigênio. Em termos globais, os resultados obtidos sugerem esse biorreator como o mais adequado para este tipo de cultivo, justificado pelas adequadas transferências de calor e massa aliadas ao menor consumo de energia.

Orientador: Lucia Regina Durrant / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T21:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_JulianaGiseleBeloteD'Arcadia_D.pdf: 1094793 bytes, checksum: 9fff23fc94e5bf172cdf4158fde536f3 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente estudo avaliou a utilização da tecnologia de tratamento de despejos líquidos de uma indústria cervejeira e de refrigerantes pelo sistema biológico aeróbio. Buscou-se a remoção da carga orgânica mediante quantificação da demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio amoniacal total, turbidez, sólidos sedimentáveis (SS), fósforo (P), condutividade e toxicidade. O sistema de tratamento proposto foi constituído por quatro reatores em série com volume total de 16 L. A alimentação foi realizada de forma contínua pela parte inferior e por gravidade. Para a imobilização dos microrganismos nos reatores foi utilizado, como suporte, argila expandida. Para o sistema aeróbio foi utilizada aeração prolongada mediante injeção ascendente de oxigênio. As análises foram realizadas diariamente, no afluente do reator e no efluente tratado em diferentes tempos de retenção hidráulica (TRH/h). Os resultados obtidos mostraram que o sistema de tratamento, empregando 4 reatores acoplados, foi eficiente para a remoção da carga orgânica poluente do efluente da indústria. Ocorreu diminuição da DQO em todos os tempos de retenção hidráulica testados. O TRH 1,9 mostrou ser o mais eficiente, visto que é o tempo com a maior vazão, fato de extrema importância para o tratamento de efluentes industriais. Neste TRH houve maior porcentagem de remoção da DBO (67,4%), toxicidade com microcrustáceo Daphinia similis (52,3%), condutividade (13,13%), além de significativa remoção da DQO (58,7%) / Abstract: The present study the treatment of the waste waters of a beer and soft drink industry by an aerobic biological system was evaluated. The removal of the organic load by means of the quantification of the biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total ammoniacal nitrogen, turbidity, sedimented solids (SS), phosphorus (P), conductivity and toxicity. Were determined proposed the consisted of four reactors in series with a total volume of 16 L. The feeding was carried out carried out continuous by through the of the bioreactor inferior part and by gravity. Expanded clay was used as support for the immobilization of the microorganisms in the reactors. Continuous aeration by means of ascending injection of oxygen was used for the aerobic system. The analyses were performed daily in samples from the treated and untreated industrial effluent using different times of hydraulical retention (HRT/h). The results showed that the treatment system, using 4 connected reactors was efficient for the removal of the pollutant organic load of the industrys effluent. Reduction of the COD occurred in all the tested hydraulical retention times used HRT of 1.9 was found to be the most efficient HRT, since it was the time with the hioghest outflow, fact that is of extreme importance for the treatment of industrial effluents. In this HRT there was a greater percentage of reduction of the BOD (67.4%), the toxicity with the Daphinia similis (52.3%) and conductivity (13.13%), besides the significant reduction of the COD (58.7%) / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador : Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:22:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alberte_TaniaMaria_D.pdf: 9835439 bytes, checksum: 74ab1a7efc7d568bc9c3b37f762f08ec (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Reatores "air-lift" são uma classe especial de coluna de bolhas, sendo recentemente utilizados em processos químicos, bioquímicos e em tratamento de águas residuárias. Neste trabalho, estudou-se o desempenho de um reator "air-lift" de tubos concêntricos no tratamento de água residuária sintética utilizando Iodo ativado. O reator construido de aço-inox, com tubos de aeração e reciclo de 1,2 e 1,5 m respectivamente, foi alimentado com água residuária sintética, sendo o Iodo separado em sedimentador na parte superior do reator e reciclado ao mesmo. A pressão manométrica no reator variou de O a 1,2 Kgf.cm-2, vazão de ar de 200 a 1600 mL.min-1 e vazão de substrato de 200 a 400 mL.h-1. Para cada taxa de alimentação, vazão de ar e pressão, o reator foi operado de forma contínua até que o estado estacionário hidráulico e microbiológico fossem atingidos. As amostras foram retiradas na altura média do reator e análises da Demanda Química de Oxigênio (DQO) e biomassa (quantificada como sólidos suspensos voláteis - SSV) foram feitas de acordo com métodos descritos pelo "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" (1985). Os três parâmetros, vazão de alimentação, vazão de ar e pressão, variaram gradativamente, além da concentração de DQO do substrato (1100 a 8600 mgDQO.L-1), de forma que foi possível aumentar a concentração de Iodo no reator (SSV) de 1010 a 15000 mgSSV.L-1, sendo este último valor cerca de cinco vezes maior que os de processos convencionais de Iodo ativado, que é de 2000 a 3000 mgSSV.L -1 (Ramalho, 1983). Isto permitiu aumentar a eficiência de redução de DQO de 47 a 87%, respectivamente para reator operado a pressão ambiente e com variação de pressão. O coeficiente de transferência de oxigênio (K1a) aumentou com o aumento da vazão de ar até o limite de 1000 mL.min-1 (5,41 h-1), decrescendo para vazões superiores a esta, possivelmente devido à coalescência de bolhas. O coeficiente de retenção de gás (Eg) foi determinado e, para as vazões de ar testadas (200 a 1400 mL.min-1), variou de 2,08.10-3 a 12,95.10-3, proporcionalmente às vazões de ar utilizadas / Abstract: Air lift reaetors are a speeial elass of bubble eolumns and are been reeently used in ehemieal and bioehemical processes, as well as in wastewater treatment. In this work, it was studied the performanee of aeoneentrie tube air lift reaetor in the synthetie wastewater treatment by aetivated sludge. The reaetor was eonstrueted of stainless steel, 1.2 m high of riser and 1.5 m high of downeomer. It was fed with synthetie wastewater and the sludge was separeted in a sedimentator in the top of reaetor and reeyeled. The manometrie pressure varied from O to 1.2 kgf.em'2, the air flow rate from 200 to 1,600 mL.min-1 and the feed solution from 200 to 400 mL.h -1. To eaeh feed solution of synthetie wastewater rate, air flow rate and pressure, the reaetor was operated in eontinuous form until the hidraulie and mierobiologieal steady-state was reaehed. The samples were eolleeted in the half of the reaetor. Chemieal oxygen demand (COO) and volatils solids eoneentration (VSS) was determinated aceording to ín Standard Methods for the Examínation of Water and Wastewater (1985). Feed solution rate, air flow rate and pressure rangedgradually, as well as eoneentration of feed synthetie wastewater (1,100 of 8,600 mgCOO.L- / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos