Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-05-23T19:22:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_definitiva_flavia.pdf: 1806679 bytes, checksum: 8511fdc9a18650f169157fd79794a228 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-23T19:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_definitiva_flavia.pdf: 1806679 bytes, checksum: 8511fdc9a18650f169157fd79794a228 (MD5) Previous issue date: 2015-02-10 / CAPES / A biorremediação é uma tecnologia na qual se utiliza micro-organismos capazes dedegradadrem compostos químicos, como os presentes no óleo diesel e outros petroderivados, além do petróleo. O óleo diesel é um combustível fóssil, derivado do petróleo, utilizado em diferentes motores, formado basicamente por hidrocarbonetos (composto químico formado por átomos de hidrogênio e carbono, além de conter na composição, pequena quantidade, oxigênio, nitrogênio e enxofre). É o principal combustível comercializado no Brasil, possuindo inclusive refinaria no estado de Pernambuco. Vários acidentes estão relacionados a esse petroderivado. Os danos causados por esses acidentes são objetos de pesquisas na tentativa de remediar os efeitos causados por conta da contaminação, em especial por problemas com derramamento no mar e na terra. No presente trabalho foi realizado isolamento, identificação, avaliação da atividade enzimática, bem como o potencial biodegradador de micro-organismos, em culturas puras e culturas mistas, isolados de água do mar a partir da coleta realizada no Complexo Portuario de Suape, PE, Brasil. Foram isolados 187 fungos, sendo destes 2513% do tipo leveduras e 74,87% filamentosos. Das 140 linhagens de filamentosos isolados procedentes de água do mar foram identificados 23 dos gêneros Aspergillus e 20 de Penicillium, e 97 de outras espécies de fungos. O fungo identificado como Aspergullus terreus foi o que apresentou uma maior atividade para a enzima manganês peroxidase com 7668U/L na concentração de 3% de óleo diesel. A produção de lacase foi observada com as três concentrações de óleo diesel (1%, 3%, e 5%) pelo fungo Aspergillus awamori, cuja produção foi de 1660U/L, 1650U/L e 1240U/L, respectivamente. Uma melhor produção da enzima lignina peroxidase observou-se com o fungo Aspergullus niger, nas concentrações de 3% e 1% de óleo diesel, com atividades de 128U/L e 102U/L, respectivamente. Nos ensaios de degradação, as concentrações utilizadas de óleo diesel foram de 1%, 5% e 10%. Os micro-organismos associados apresentaram valores de degradação até quase 50%, em 5% óleo diesel, quando apresentados na concentração de 10%, os percentuais de degradação chegaram quase a 20% dos constituintes do óleo diesel. Quando em culturas mistas entre fungos filamentosos e bactérias observou-se degradação superior a 20% e fungos filamentoso e levedura, degradação próxima aos 30%. Os resultados apresentados demonstram a eficiência do uso de micro-organismos em processos biotecnológicos, nos processos de biotratamento de poluentes derivados de petroderivados, demonstrando que os fungos filamentosos são eficientes e promisores na remoção de poluentes tóxicos. / Bioremediation is a technology in which it is used degrading micro -organisms of the chemical compounds in diesel and other oil petroderivados, beyond petroleum. Diesel oil is a fossil fuel, derived from petroleum, used in different engines, consisting primarily of hydrocarbons (chemical compound made up of hydrogen and carbon atoms, and contain the composition, small amount, oxygen, nitrogen and sulfur). It is the main fuel sold in Brazil, including having refinery in the state of Pernambuco. Several accidents are related to this petroderivado. The damage caused by these accidents is research objects in an attempt to repair the effects because of contamination, in particular by problems with spill on sea and land. In the present work was carried out isolation, identification, assessment of enzymatic activity as well as the potential biodegradador of microorganisms isolated from sea water from the collection held at the Port of Suape, PE, Brazil. 195 fungi were isolated; of these 14% are type yeast and filamentous 76%. Of the 140 strains isolated from filamentous coming from seawater were 23 of the genera Aspergillus and Penicillium 20 and 97 of other species of fungi. The fungus encoded as Aspergullus terreus was the one with a manganese peroxidase activity with 7668U / L at a concentration of 3 % diesel fuel. The production of laccase was observed with all three concentrations of diesel oil (1%, 3% and 5%) by Aspergillus awamori, whose production was 1660U / L, 1650U / L, 1240U / L, respectively. For the lignin peroxidase enzyme observed with Aspergullus niger fungus at concentrations of 3% and 1% of diesel oil with activities of 128U / l and 102u / l, respectively. In degradation testing, the concentrations used of diesel oil were 1 %, 5% and 10%. The micro -organisms associated degradation values presented to almost 40% , 5 % diesel oil and presented in a concentration of 10% , the percentage of degradation reached almost 20% of diesel oil constituents . The results show the efficiency of the use of microorganisms in biotechnological processes in bioremediation processes petroderivados derivatives pollutants, showing that filamentous fungi are efficient and promisores in removing toxic pollutants.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de Saccharomyces cerevisiae em metabolizar os compostos tóxicos presentes em hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e de poda de oliveira (HHPO), visando a obtenção de hidrolisados com menor grau de toxicidade para Pichia stipitis. Após determinada a composição dos hidrolisados (açúcares e compostos tóxicos) foi avaliado o nível de concentração do HHPA capaz de inibir o metabolismo de P. stipitis. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo, concentração de S. cerevisiae, pH e aeração sobre a composição destes hidrolisados, tendo como resposta a fermentabilidade de P. stipitis. Nas condições otimizadas do biotratamento, as fermentações de P. stipitis foram conduzidas em frascos agitados e em biorreator, e as respostas avaliadas foram o consumo de D-xilose, fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP). Os ensaios de biotransformação destes hidrolisados, assim como do meio sintético (MS), o qual mimetizou o teor de açúcares e compostos tóxicos presentes no HHPA, mostraram que as modificações na composição destes meios foram dependentes do tempo de tratamento. Durante o tratamento, a levedura S. cerevisiae foi capaz de consumir apenas a D-glicose com baixas produções de etanol glicerol e ácido acético. Além disso, no HHPA e MS o 5-HMF e furfural foram quase que totalmente assimilados (> 90%), com formação de baixos teores de ácido furóico. Nestes meios, S. cerevisiae converteu parcialmente os ácidos ferúlico (15%) e p-cumárico (20%), sendo observado apenas produto de conversão do ácido ferúlico (álcool vanilil). A vanilina foi completamente assimilada em MS, porém, em HHPA foi constatado um residual do composto (42%), sendo o álcool vanilil o principal produto de conversão. Em relação ao HHPO foi observada assimilação de 47% de furanos totais e 11% de fenólicos totais, não sendo identificados produtos de conversão. Os resultados da fermentação de P. stipitis em HHPA mostraram que o tratamento biológico por 6 horas favoreceu o consumo de D-xilose e a produção de etanol, indicando que este parâmetro é um importante fator a ser considerado. Nestas condições, o consumo de D-xilose foi de 57% com produção de 9 g/L de etanol (YP/S = 0,18 g/g e QP = 0,086 g/L.h). Os resultados da fermentação do HHPO apresentaram valores inferiores de YP/S (0,14 g/g) e QP (0,060 g/L.h) quando comparados ao HHPA, o que indica um maior grau de toxicidade deste hidrolisado. Em relação ao MS, verificou-se que o biotratamento favoreceu em aproximadamente 40% o consumo de D-xilose e a produção de etanol por P. stipitis, quando comparado com o MS não-tratado. As melhores condições de concentração de S. cerevisiae (5 g/L), pH (3,0) e fator de aeração (6,5) definidas no HHPA através de um planejamento experimental, proporcionou um consumo de 67% de D-xilose por P. stipitis, com produção de 13,5 g/L de etanol (YP/S = 0,24 g/g e QP = 0,15 g/L.h). Na fermentação em biorreator, P. stipitis foi capaz de consumir totalmente a D-xilose, produzindo 23 g/L de etanol, após 44 horas. Com base nestes resultados, pode-se concluir que o tratamento dos hidrolisado hemicelulósicos com S. cerevisiae é uma técnica promissora capaz de diminuir o grau de toxicidade destes meios com consequente melhoria em sua fermentabilidade, especialmente na velocidade de produção de etanol. / The aim of this work was to study the ability of Saccharomyces cerevisiae to metabolize a variety of toxic compounds found in rice straw (RSHH) and olive tree pruning (OTHH) hemicellulosic hydrolysates, in order to obtain hydrolysates with lower toxicity for Pichia stipitis. After determined the hydrolysate composition (sugar and toxic compounds) was evaluated the RSHH concentration level able to inhibit the P. stipitis metabolism. Then, the effect of time, S. cerevisiae concentration, pH and aeration on the hydrolysates composition was evaluated, and the fermentation was used as response. Under optimized conditions of biotreatment, P. stipitis fermentations were conducted in shake flasks and in bioreactor. In relation to the biotransformation assays of these hydrolysates, as well as synthetic medium (SM), with the same sugar and toxic compounds concentrations found in RSHH, the results showed that changes in the media compositions were dependent on the treatment time. During the treatment, S. cerevisiae consumed only D-glucose with low ethanol, glycerol, and acetic acid production. Furthermore, in SM and RSHH media, 5-HMF and furfural were almost completely assimilated (> 90 %), with low levels of furoic acid formation. In these media, S. cerevisiae partially converted ferulic acid (15%) and p-coumaric acid (20%), being observed only the conversion product of ferulic acid (vanillyl alcohol). Vanillin was totally assimilated in SM, however a residual of this compound (42%) was observed in RSHH, being vanillyl alcohol the main conversion product. Regarding OTHH was observed the assimilation of total furans (47%) and total phenolic (11%), and no conversion products were identified. The results from the P. stipitis fermentation in RSHH showed that biotreatment for 6 hours favored D-xylose consumption and ethanol production, indicating that this parameter is an important factor to be considered. In these conditions, D-xylose consumption was 57% with 9 g/L ethanol production (YP/S = 0.18 g/g QP = 0.086 g/Lh). The results of OTHH fermentation showed lower YP/S (0.14 g/g) and QP (0.060 g/L.h ) compared to RSHH, which indicates a higher degree of toxicity in OTHH. Regarding SM, the biotreatment increased D-xylose consumption and ethanol production by P. stipitis in approximately 40%, when compared with untreated-SM. The most suitable conditions of S. cerevisiae concentration (5 g/ L), pH (3.0) and the aeration factor (6.5) defined in RSHH through an experimental design, provided 67% of D-xylose consumption, and 13.5 g/L ethanol production by P. stipitis (YP/S = 0.24 g/g QP = 0.15 g/L.h). In bioreactor, P. stipitis was able to completely consume D-xylose, producing 23 g/L ethanol after 44 hours. Based on these results, it can be concluded that previous treatment of hemicellulose hydrolysates with S. cerevisiae is a promising technique capable of reducing the toxicity degree of RSHH and OTHH, with consequent improvement in their fermentability, especially on ethanol production rate.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de Saccharomyces cerevisiae em metabolizar os compostos tóxicos presentes em hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e de poda de oliveira (HHPO), visando a obtenção de hidrolisados com menor grau de toxicidade para Pichia stipitis. Após determinada a composição dos hidrolisados (açúcares e compostos tóxicos) foi avaliado o nível de concentração do HHPA capaz de inibir o metabolismo de P. stipitis. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo, concentração de S. cerevisiae, pH e aeração sobre a composição destes hidrolisados, tendo como resposta a fermentabilidade de P. stipitis. Nas condições otimizadas do biotratamento, as fermentações de P. stipitis foram conduzidas em frascos agitados e em biorreator, e as respostas avaliadas foram o consumo de D-xilose, fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP). Os ensaios de biotransformação destes hidrolisados, assim como do meio sintético (MS), o qual mimetizou o teor de açúcares e compostos tóxicos presentes no HHPA, mostraram que as modificações na composição destes meios foram dependentes do tempo de tratamento. Durante o tratamento, a levedura S. cerevisiae foi capaz de consumir apenas a D-glicose com baixas produções de etanol glicerol e ácido acético. Além disso, no HHPA e MS o 5-HMF e furfural foram quase que totalmente assimilados (> 90%), com formação de baixos teores de ácido furóico. Nestes meios, S. cerevisiae converteu parcialmente os ácidos ferúlico (15%) e p-cumárico (20%), sendo observado apenas produto de conversão do ácido ferúlico (álcool vanilil). A vanilina foi completamente assimilada em MS, porém, em HHPA foi constatado um residual do composto (42%), sendo o álcool vanilil o principal produto de conversão. Em relação ao HHPO foi observada assimilação de 47% de furanos totais e 11% de fenólicos totais, não sendo identificados produtos de conversão. Os resultados da fermentação de P. stipitis em HHPA mostraram que o tratamento biológico por 6 horas favoreceu o consumo de D-xilose e a produção de etanol, indicando que este parâmetro é um importante fator a ser considerado. Nestas condições, o consumo de D-xilose foi de 57% com produção de 9 g/L de etanol (YP/S = 0,18 g/g e QP = 0,086 g/L.h). Os resultados da fermentação do HHPO apresentaram valores inferiores de YP/S (0,14 g/g) e QP (0,060 g/L.h) quando comparados ao HHPA, o que indica um maior grau de toxicidade deste hidrolisado. Em relação ao MS, verificou-se que o biotratamento favoreceu em aproximadamente 40% o consumo de D-xilose e a produção de etanol por P. stipitis, quando comparado com o MS não-tratado. As melhores condições de concentração de S. cerevisiae (5 g/L), pH (3,0) e fator de aeração (6,5) definidas no HHPA através de um planejamento experimental, proporcionou um consumo de 67% de D-xilose por P. stipitis, com produção de 13,5 g/L de etanol (YP/S = 0,24 g/g e QP = 0,15 g/L.h). Na fermentação em biorreator, P. stipitis foi capaz de consumir totalmente a D-xilose, produzindo 23 g/L de etanol, após 44 horas. Com base nestes resultados, pode-se concluir que o tratamento dos hidrolisado hemicelulósicos com S. cerevisiae é uma técnica promissora capaz de diminuir o grau de toxicidade destes meios com consequente melhoria em sua fermentabilidade, especialmente na velocidade de produção de etanol. / The aim of this work was to study the ability of Saccharomyces cerevisiae to metabolize a variety of toxic compounds found in rice straw (RSHH) and olive tree pruning (OTHH) hemicellulosic hydrolysates, in order to obtain hydrolysates with lower toxicity for Pichia stipitis. After determined the hydrolysate composition (sugar and toxic compounds) was evaluated the RSHH concentration level able to inhibit the P. stipitis metabolism. Then, the effect of time, S. cerevisiae concentration, pH and aeration on the hydrolysates composition was evaluated, and the fermentation was used as response. Under optimized conditions of biotreatment, P. stipitis fermentations were conducted in shake flasks and in bioreactor. In relation to the biotransformation assays of these hydrolysates, as well as synthetic medium (SM), with the same sugar and toxic compounds concentrations found in RSHH, the results showed that changes in the media compositions were dependent on the treatment time. During the treatment, S. cerevisiae consumed only D-glucose with low ethanol, glycerol, and acetic acid production. Furthermore, in SM and RSHH media, 5-HMF and furfural were almost completely assimilated (> 90 %), with low levels of furoic acid formation. In these media, S. cerevisiae partially converted ferulic acid (15%) and p-coumaric acid (20%), being observed only the conversion product of ferulic acid (vanillyl alcohol). Vanillin was totally assimilated in SM, however a residual of this compound (42%) was observed in RSHH, being vanillyl alcohol the main conversion product. Regarding OTHH was observed the assimilation of total furans (47%) and total phenolic (11%), and no conversion products were identified. The results from the P. stipitis fermentation in RSHH showed that biotreatment for 6 hours favored D-xylose consumption and ethanol production, indicating that this parameter is an important factor to be considered. In these conditions, D-xylose consumption was 57% with 9 g/L ethanol production (YP/S = 0.18 g/g QP = 0.086 g/Lh). The results of OTHH fermentation showed lower YP/S (0.14 g/g) and QP (0.060 g/L.h ) compared to RSHH, which indicates a higher degree of toxicity in OTHH. Regarding SM, the biotreatment increased D-xylose consumption and ethanol production by P. stipitis in approximately 40%, when compared with untreated-SM. The most suitable conditions of S. cerevisiae concentration (5 g/ L), pH (3.0) and the aeration factor (6.5) defined in RSHH through an experimental design, provided 67% of D-xylose consumption, and 13.5 g/L ethanol production by P. stipitis (YP/S = 0.24 g/g QP = 0.15 g/L.h). In bioreactor, P. stipitis was able to completely consume D-xylose, producing 23 g/L ethanol after 44 hours. Based on these results, it can be concluded that previous treatment of hemicellulose hydrolysates with S. cerevisiae is a promising technique capable of reducing the toxicity degree of RSHH and OTHH, with consequent improvement in their fermentability, especially on ethanol production rate.

Neste trabalho foi estudado o tratamento simultâneo por biofiltração de emissões de compostos orgânicos voláteis, COV e gás sulfídrico, H2S, em estações de tratamento de despejos industriais, de refinaria de petróleo, ETDI. A biofiltração dos gases emanados da EDTI mostrou ser uma técnica de alta eficiência, atingindo valores de 95 a 99 % para tratamento simultâneo de COV e H2S em concentrações de 1000 e 100 ppmv, respectivamente. Foram realizados testes em 95 dias consecutivos de operação, em uma planta piloto instalada na Superintendência da Industrialização do Xisto, SIX, em São Mateus do Sul, Paraná, de março a agosto de 2006. O biofiltro foi do tipo fluxo ascendente, com 3,77 m3 de leito orgânico, composto de turfa, carvão ativado, lascas de madeira, serragem brita fina além de outros componentes menores. Foi realizada inoculação biológica com lodo filtrado de estação de tratamento de esgoto sanitário. As vazões de gás aplicadas variaram de 85 a 407 m3/h, resultando em taxas de carga de massa de 11,86 a 193,03 g de COV/h.m3 de leito e tempos de residência de 24 segundos a 6,5 minutos, com tempo ótimo de 1,6 minutos. A capacidade máxima de remoção do sistema encontrada, nas condições testadas, foi de 15 g de COV/h. m3, compatível com os valores encontrados na literatura para depuração biológica de COV na escala praticada. Também foi verificada a redução de componentes específicos de BTX, demonstrando boa degradabilidade dos compostos orgânicos. Finalmente o biofiltro demonstrou boa robustez biológica diante dos desvios operacionais intencionalmente provocados, tais como falta de umidade do leito, baixa temperatura, alta vazão, falta de carga de COV e baixo pH do leito. Depois de retomada a condição de operação estável, a biofiltração rapidamente atingiu o estado de equilíbrio, assegurando o uso eficiente e confiável da técnica no tratamento de gases de EDTI na indústria do hidrocarbonetos ou em refinarias de petróleo. / In this project the biofiltration technique was applied as air pollution control technology to treat simultaneously emissions containing volatile organic compounds, VOC and hydrogen sulfide, H2S, in hydrocarbon processing industries and oil refinery Waste Water Treatment Plant, WWTP. The technique demonstrated high biological efficiency up to 95 and 100 % of simultaneous biofiltration of VOC and H2S, with inicial concentration of 1000 and 100 ppmv, respectively. Tests were conducted at UN-SIX/ Petrobras Oil Shale Processing Unit facilities through 95 consecutives days, from March to August 2006. The chosen reactor model was an up stream system, pilot plant scale with volume of 3.77 m3 of an organic compost media made out a blend of peat, rotten wood chips, activated carbon, lime, among other minor components. The biological inoculation was done with sanitary sludge from WWTP. The pilot plant capacity was able to treat from 85 to 480 m3/h of WWTP off-gas, resulting COV application rate from 11.86 to 193.03 g VOC/ h. m3 of media, and residence time from 24 sec to 6.5 minutes, with optimum value at 1.6 minutes. The system maximum elimination rate was about 15 g VOC/h. m3, value comparable to ones presented in open literature. The specific BTX compounds depuration was observed, demonstrating relevant media specificity to treat organic compounds. Finally the biofiltration systems demonstrated good biological toughness considering the operational provoked upsets, as lack of media bed humidity, low biofiltration temperature, high flow rate, lack of VOC flow and acid pH. After normal operational conditions were retaken all process characteristics and efficiency [was] reached the correspondent values, showing reliable and efficient use of the technique to treat off gases in WWTP of hydrocarbon processing industries and Oil Refineries.

Neste trabalho foi estudado o tratamento simultâneo por biofiltração de emissões de compostos orgânicos voláteis, COV e gás sulfídrico, H2S, em estações de tratamento de despejos industriais, de refinaria de petróleo, ETDI. A biofiltração dos gases emanados da EDTI mostrou ser uma técnica de alta eficiência, atingindo valores de 95 a 99 % para tratamento simultâneo de COV e H2S em concentrações de 1000 e 100 ppmv, respectivamente. Foram realizados testes em 95 dias consecutivos de operação, em uma planta piloto instalada na Superintendência da Industrialização do Xisto, SIX, em São Mateus do Sul, Paraná, de março a agosto de 2006. O biofiltro foi do tipo fluxo ascendente, com 3,77 m3 de leito orgânico, composto de turfa, carvão ativado, lascas de madeira, serragem brita fina além de outros componentes menores. Foi realizada inoculação biológica com lodo filtrado de estação de tratamento de esgoto sanitário. As vazões de gás aplicadas variaram de 85 a 407 m3/h, resultando em taxas de carga de massa de 11,86 a 193,03 g de COV/h.m3 de leito e tempos de residência de 24 segundos a 6,5 minutos, com tempo ótimo de 1,6 minutos. A capacidade máxima de remoção do sistema encontrada, nas condições testadas, foi de 15 g de COV/h. m3, compatível com os valores encontrados na literatura para depuração biológica de COV na escala praticada. Também foi verificada a redução de componentes específicos de BTX, demonstrando boa degradabilidade dos compostos orgânicos. Finalmente o biofiltro demonstrou boa robustez biológica diante dos desvios operacionais intencionalmente provocados, tais como falta de umidade do leito, baixa temperatura, alta vazão, falta de carga de COV e baixo pH do leito. Depois de retomada a condição de operação estável, a biofiltração rapidamente atingiu o estado de equilíbrio, assegurando o uso eficiente e confiável da técnica no tratamento de gases de EDTI na indústria do hidrocarbonetos ou em refinarias de petróleo. / In this project the biofiltration technique was applied as air pollution control technology to treat simultaneously emissions containing volatile organic compounds, VOC and hydrogen sulfide, H2S, in hydrocarbon processing industries and oil refinery Waste Water Treatment Plant, WWTP. The technique demonstrated high biological efficiency up to 95 and 100 % of simultaneous biofiltration of VOC and H2S, with inicial concentration of 1000 and 100 ppmv, respectively. Tests were conducted at UN-SIX/ Petrobras Oil Shale Processing Unit facilities through 95 consecutives days, from March to August 2006. The chosen reactor model was an up stream system, pilot plant scale with volume of 3.77 m3 of an organic compost media made out a blend of peat, rotten wood chips, activated carbon, lime, among other minor components. The biological inoculation was done with sanitary sludge from WWTP. The pilot plant capacity was able to treat from 85 to 480 m3/h of WWTP off-gas, resulting COV application rate from 11.86 to 193.03 g VOC/ h. m3 of media, and residence time from 24 sec to 6.5 minutes, with optimum value at 1.6 minutes. The system maximum elimination rate was about 15 g VOC/h. m3, value comparable to ones presented in open literature. The specific BTX compounds depuration was observed, demonstrating relevant media specificity to treat organic compounds. Finally the biofiltration systems demonstrated good biological toughness considering the operational provoked upsets, as lack of media bed humidity, low biofiltration temperature, high flow rate, lack of VOC flow and acid pH. After normal operational conditions were retaken all process characteristics and efficiency [was] reached the correspondent values, showing reliable and efficient use of the technique to treat off gases in WWTP of hydrocarbon processing industries and Oil Refineries.