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A reoxigenação de água residuária é tratada na literatura técnica de maneira análoga à reoxigenação na água limpa; os efeitos do consumo de oxigênio pela população bacteriana ativa são quantificados pela introdução dos parâmetros alfa e beta. Alfa corrige o coeficiente volumétrico de transferência de massa do oxigênio e beta corrige a concentração de saturação do oxigênio dissolvido na água. Com o presente estudo pretende-se tornar explícitos os parâmetros cinéticos envolvidos no processo, de modo a fornecer base conceitual para um melhor entendimento do fenômeno. A pesquisa é feita a partir de trabalho experimental, seguido de modelagem matemática conceitual. No entanto, no lugar dos microrganismos como sumidouro de oxigênio dissolvido foi utilizado o borbulhamento sub-superficial de gás nitrogênio, em processo de stripping. Um processo físico, portanto, substitui o processo bioquímico no papel de retirar o oxigênio dissolvido no seio líquido. O modelo matemático proposto ajustou-se bem aos dados experimentais, sendo que a sua validação pôde ser obtida através das análises estatísticas realizadas. / The reoxygenation in wastewater is seen in the technical literature in an analogous way as the reoxygenation of clean water. The effects of the oxygen consumed by active bacteria population are quantified with the introduction of the parameters alpha and beta. Alpha corrects for the volumetric mass transfer coefficient and beta corrects for the dissolved oxygen saturation concentration. The present research intends to make explicit the kinetic of the process, in order to supply conceptual support to a better understanding of the phenomenon. The research is done through experimental work, followed by conceptual, mathematical modeling. Stripping with nitrogen is used as an oxygen sink instead of microorganisms. Thus, a physical process replaces the biochemical process. The proposed mathematical model fitted well to the experimental data, and its validation could be obtained through the statistical analyses done.

A terapia fotodinâmica (TFD) é uma técnica não invasiva usada no tratamento de lesões de pele, como câncer basocelular, queratose actínica, e doença de Bowen, dentre outros. Basicamente, a combinação da administração de um fotossensibilizador (FS), com a irradiação de luz adequada e o oxigênio celular, gera uma série de reações oxidativas que provocam a morte do tecido. Contudo, o principal efeito colateral desta terapia é a fotossensibilidade prolongada ocasionada pela administração de fotossensibilizadores sistêmicos. Por outro lado, a via tópica não apresenta esta limitação, pois o tratamento é realizado no local da lesão através de pró-drogas. O ácido aminolevulínico, ALA, está entre as pró-drogas mais utilizadas para indução do acúmulo do agente fotossensível na pele, a protoporfirina IX, ou PpIX. Contudo, a via tópica não permite penetração suficiente e homogênea do creme para o tratamento de lesões espessas. Visando a melhoria da TFD, foram realizados estudos in vivo e in vitro. Nos estudos in vivo, técnicas mecânicas - rolos de microagulhas, tape stripping e injeção livre de agulhas foram estudadas buscando encontrar a mais eficiente nos quesitos de: promoção da penetração da pró-droga no tecido, distribuição homogênea e de indução do acúmulo de PpIX. Para isto, foi o utilizado o modelo porcino, in vivo, conhecido como o modelo que possui a pele mais similar à pele humana. Os resultados in vivo mostram que as técnicas têm resultados similares na produção de PpIX e na distribuição de porfirina mais homogênea na superfície. Além disso, todas as técnicas estudadas in vivo têm se destacado em promover uma entrega mais homogênea de ALA também na profundidade da pele quando comparadas ao grupo controle. Nos estudos in vitro, foram examinadas possíveis diferenças na capacidade de formação da PpIX e/ou de resistência de células ao tratamento por TFD entre células expressando diferentes características de transição epitélio-mesenquimal. Os resultados in vitro indicam que as células com características epitélio-mesenquimal mais acentuadas produzem mais PpIX e são mais responsivas à TFD. Estes resultados indicam que a TFD tem maior efetividade no tratamento de células mesenquimais, e os estudos in vivo mostram que no tecido normal há maior seletividade de produção na camada da epiderme e apêndices da pele sugerindo que a terapia pode ser utilizada com maior eficiência em lesões superficiais e, até mesmo diminuir as taxas de recorrência devido a heterogeneidade de distribuição do creme na pele quando umas das técnicas mecânicas são utilizadas. / Photodynamic therapy (PDT) is a noninvasive technique used to treat skin lesions, such as basal cell cancer, actinic keratosis and Bowen\'s disease. Basically, the administration of a photosensitizer (PS), combined with the illumination of adequate light and the cellular oxygen, generate a series of oxidative reactions that cause tissue death. However, the major side effect of the treatment is prolonged photosensitivity caused by the systemic administration of photosensitizers. On the other hand, the topical therapy does not show this limitation, and it is performed at the lesion site via prodrugs. The aminolevulinic acid, ALA, is the most popular pro-drug in topical PDT. This prodrug induces PpIX production that is a photosensitive porphyrin. However, when ALA is used topically, the cream does not provide enough or homogeneous penetration for the treatment of deep lesions. Therefore, with the aim of improving PDT therapy, studies in vivo and in vitro were performed. In the in vivo analysis, mechanical techniques - microneedle roller, tape stripping, and needle-free injection- were studied looking for the most effective regarding to improve the following purposes: promoting penetration of the prodrug into the tissue, homogeneous distribution, and at inducing PpIX accumulation. The evaluations were made by fluorescence spectroscopy, biopsy of skin, and fluorescence images, using the porcine model, in vivo, known as the most similar of human skin tissue. The in vivo results showed that all techniques have similar results in the production of PpIX, and perform a more homogeneous porphyrin distribution in the skin surface. Moreover, all the techniques have excelled in promoting a homogeneous distribution of PpIX in the deep of the skin when compared to the control group. In addition to the skin penetration, studies of PpIX production were performed in vitro in cells expressing different levels of epithelial-mesenchymal transition characteristics. The studies were made in regard to a possible difference in PpIX formation capacity and / or a resistance to the PDT treatment. The in vitro results showed that cells with more epithelial-mesenchymal characteristics produce more PpIX and are more responsive to the PDT therapy. These results indicate that PDT therapy may have a better effectiveness in the treatment of mesenchymal cells and also the results in vivo showed that the ALA-induced PpIX in normal tissue seems to be selective to epidermal and skin appendages, indicating that the topical therapy may be used with a higher efficiency in superficial injuries providing lower recurrence rates when they combine with one of the techniques studied.

A conscientização da população com relação aos malefícios da radiação ultravioleta (UV) levaram à adoção de hábitos preventivos, com destaque para a utilização diária de formulações fotoprotetoras. Ainda que os filtros solares tradicionais sejam efetivos na absorção ou reflexão da radiação UV, sabe-se que a sua atuação contra os radicais livres é limitada, fator que exige a incorporação de compostos antioxidantes às preparações, visando proteção cutânea de excelência. O presente trabalho objetivou o desenvolvimento e avaliação de formulações multifuncionais contendo os filtros solares bemotrizinol e octil triazona, acrescidos do composto bioativo ácido ferúlico - reconhecido pelas suas propriedades antioxidante e fotoprotetora. As formulações foram desenvolvidas de acordo com um delineamento experimental do tipo fatorial (DoE 23) e avaliadas por meio de metodologias in vitro, in vivo e ex vivo para determinação de sua eficácia fotoprotetora e potencial antioxidante. As emulsões foram consideradas estáveis, seguras, com valor de pH biocompatível com a pele e viscosidade aparente adequada ao uso proposto. O delineamento experimental comprovou o potencial antioxidante e fotoprotetor do ácido ferúlico, visto que a presença deste promoveu aumento de até 90% na atividade antioxidante in vitro das formulações, bem como acréscimo de 32% no Fator de Proteção Solar (FPS) in vivo e 24% no Fator de Proteção UVA (UVA-PF). Por meio do ensaio ex vivo, a formulação contendo o ácido ferúlico apresentou tendência em aumentar a atividade antioxidante natural da pele, comparativamente à formulação contendo apenas os filtros solares e à pele não tratada; ademais, houve queda no potencial antioxidante da pele após a exposição à radiação UV, enfatizando a necessidade de proteção cutânea frente aos danos oxidativos. Os resultados comprovaram os efeitos antioxidante e fotoprotetor combinados do ácido ferúlico, em especial quando em sinergismo com filtros solares, tornando o composto bioativo um candidato promissor no desenvolvimento de formulações multifuncionais inovadoras, seguras e eficazes contra os efeitos nocivos decorrentes da exposição solar. / The public awareness regarding the harmful effects of ultraviolet (UV) radiation led to preventive habits, especially the daily use of sunscreens. Although traditional solar filters are effective in UV radiation absorption or reflection, it is known that their activity against free radicals is restricted, an aspect that requires the incorporation of antioxidants to preparations, aiming superior skin protection. Here, we developed and evaluated multifunctional formulations containing the sunscreens bemotrizinol and ethylhexyl triazone plus the bioactive compound ferulic acid - known for its antioxidant and photoprotective properties. Formulations were developed according to a factorial experimental design (DoE 23) and evaluated using in vitro, in vivo and ex vivo methods to determine its photoprotective effectiveness and antioxidant potential. The emulsions were considered stable, safe, with pH value biocompatible with the skin and apparent viscosity suitable for the proposed use. The experimental design evidenced the photoprotective and antioxidant potential of ferulic acid, once its presence increased to 90% the in vitro antioxidant activity of the formulations, as well as 32% increase in the in vivo Sun Protection Factor (SPF) and 24% increase in the UVA Protection Factor (UVA-PF). Through the ex vivo assay, the formulation containing ferulic acid tended to increase the natural antioxidant activity of the skin, compared to the formulation containing only UV filters or the untreated skin; moreover, there was a decrease in the antioxidant potential of the skin after UV radiation exposure, emphasizing the need for skin protection against oxidative damage. The results confirmed the antioxidant and photoprotective effects of ferulic acid, especially when in synergy with UV filters, making the bioactive compound a promising candidate in the development of innovative, safe and effective multifunctional formulations against the harmful effects of sun exposure.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:23:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danuza Costa Campos.pdf: 804335 bytes, checksum: 441982181b951341885ec2d7d4211a38 (MD5) Previous issue date: 2009-07-09 / By the population growth, the production of municipal solid residues is enhancing, and consequently the final disposal of such residues has been one of the major environmental problems faced in large urban centers. Lately the most used form of arrangement is the sanitary landfill, and when the residues are biodegraded inside the landfill cells they produce leachate and biogas. The leachate is a highly liquid pollutant, besides having high concentrations of ammonia nitrogen. Treating leachate is a very difficult task once its composition is very complex. A kind of treatment that is being developed is the stripping of ammonia where this chemical will be removed from the leachate by the mass transfer of the liquid phase to gas. Therefore, this paper addressed to study the ammonia stripping process in leachate liquids using plug-flow reactors in series. In order to accomplish the experimental part four plugflow reactors in series were built, with average height of 50 centimeters, without forced air supplier and without the leachate pH adjustment. The leachate samples used was from the metropolitan landfill of João Pessoa city, Paraiba, which was collected and transported to the EXTRABES laboratory and made the physicalchemical caracterization. The experimental monitoring system consisted of four distinct phases, with applied superficial loads of 450, 500, 600 and 700 kg NH4 +. ha 1.dia 1, hydraulic detention time equal to 65, 60, 50 and 38 days, and it was obtained an average efficiency of ammonia nitrogen removal around 96.1%, 99.7%, 99.5% and 98.5% respectively. At the end of monitoring, the reactor was discharged and made microscopic examinations of the remaining sludge reactor and each can observe the presence of bacteria fototróficas anoxigênicas, cocci, bacilli and algae. Can be found in this study that the higher the applied superficial load, was greater efficiency of removal of ammonia nitrogen, which may be load tested to verify the larger surface of contaminant removal. / Com o aumento populacional, a geração de resíduos sólidos urbanos vem aumentando, e com isso a disposição final desses resíduos vem sendo um dos graves problemas ambientais enfrentados nos grandes centros urbanos. A forma de disposição mais utilizada ultimamente é o aterro sanitário, e quando os resíduos são biodegradados dentro das células dos aterros, esses geram lixiviado e biogás. O lixiviado é um líquido altamente poluidor, haja vista, possuir altas concentrações de nitrogênio amoniacal. Tratar lixiviado é uma tarefa muito difícil devido a sua composição ser muito complexa. Um tratamento que vem sendo desenvolvido é o stripping de amônia, no qual a amônia vai ser removida do lixiviado por transferência de massa da fase líquida para a fase gasosa. Com isso, o presente trabalho tem como objetivo estudar o processo de stripping de amônia em líquidos lixiviados, utilizando reatores em série de fluxo pistonado. Para a realização da parte experimental foram construídos quatro reatores em série de fluxo pistonados, com altura média de 50 centímetros, sem alimentação forçada de ar e sem correção do pH do lixiviado. O lixiviado utilizado foi proveniente do aterro metropolitano de João Pessoa, onde foi coletado e transportado até as dependências físicas do laboratório da Estação Experimental de Tratamento Biológico de Esgoto Sanitário EXTRABES e feito a caracterização físico-química. O monitoramento do sistema experimental constou de quatro fases distintas, com cargas superficiais aplicadas de 450, 500, 600 e 700 kg NH4 +.ha 1.dia 1, tempo de detenção hidráulica igual a 65, 60, 50 e 38 dias, e obteve-se uma eficiência média de remoção de nitrogênio amoniacal em torno de 96,1%, 99,7%, 99,5% e 98,5%, respectivamente. Ao final do monitoramento, os reatores foram descarregados e feitos exames microscópicos no lodo remanescente de cada reator e pode-se observar a presença de bactérias fototróficas anoxigênicas, cocos, bacilos e algas. Pode ser constatado nesta pesquisa que quanto maior a carga superficial aplicada aos reatores, maior foi eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal, podendo ainda ser testadas cargas superficiais maiores para verificar a remoção desse contaminante.

A conscientização da população com relação aos malefícios da radiação ultravioleta (UV) levaram à adoção de hábitos preventivos, com destaque para a utilização diária de formulações fotoprotetoras. Ainda que os filtros solares tradicionais sejam efetivos na absorção ou reflexão da radiação UV, sabe-se que a sua atuação contra os radicais livres é limitada, fator que exige a incorporação de compostos antioxidantes às preparações, visando proteção cutânea de excelência. O presente trabalho objetivou o desenvolvimento e avaliação de formulações multifuncionais contendo os filtros solares bemotrizinol e octil triazona, acrescidos do composto bioativo ácido ferúlico - reconhecido pelas suas propriedades antioxidante e fotoprotetora. As formulações foram desenvolvidas de acordo com um delineamento experimental do tipo fatorial (DoE 23) e avaliadas por meio de metodologias in vitro, in vivo e ex vivo para determinação de sua eficácia fotoprotetora e potencial antioxidante. As emulsões foram consideradas estáveis, seguras, com valor de pH biocompatível com a pele e viscosidade aparente adequada ao uso proposto. O delineamento experimental comprovou o potencial antioxidante e fotoprotetor do ácido ferúlico, visto que a presença deste promoveu aumento de até 90% na atividade antioxidante in vitro das formulações, bem como acréscimo de 32% no Fator de Proteção Solar (FPS) in vivo e 24% no Fator de Proteção UVA (UVA-PF). Por meio do ensaio ex vivo, a formulação contendo o ácido ferúlico apresentou tendência em aumentar a atividade antioxidante natural da pele, comparativamente à formulação contendo apenas os filtros solares e à pele não tratada; ademais, houve queda no potencial antioxidante da pele após a exposição à radiação UV, enfatizando a necessidade de proteção cutânea frente aos danos oxidativos. Os resultados comprovaram os efeitos antioxidante e fotoprotetor combinados do ácido ferúlico, em especial quando em sinergismo com filtros solares, tornando o composto bioativo um candidato promissor no desenvolvimento de formulações multifuncionais inovadoras, seguras e eficazes contra os efeitos nocivos decorrentes da exposição solar. / The public awareness regarding the harmful effects of ultraviolet (UV) radiation led to preventive habits, especially the daily use of sunscreens. Although traditional solar filters are effective in UV radiation absorption or reflection, it is known that their activity against free radicals is restricted, an aspect that requires the incorporation of antioxidants to preparations, aiming superior skin protection. Here, we developed and evaluated multifunctional formulations containing the sunscreens bemotrizinol and ethylhexyl triazone plus the bioactive compound ferulic acid - known for its antioxidant and photoprotective properties. Formulations were developed according to a factorial experimental design (DoE 23) and evaluated using in vitro, in vivo and ex vivo methods to determine its photoprotective effectiveness and antioxidant potential. The emulsions were considered stable, safe, with pH value biocompatible with the skin and apparent viscosity suitable for the proposed use. The experimental design evidenced the photoprotective and antioxidant potential of ferulic acid, once its presence increased to 90% the in vitro antioxidant activity of the formulations, as well as 32% increase in the in vivo Sun Protection Factor (SPF) and 24% increase in the UVA Protection Factor (UVA-PF). Through the ex vivo assay, the formulation containing ferulic acid tended to increase the natural antioxidant activity of the skin, compared to the formulation containing only UV filters or the untreated skin; moreover, there was a decrease in the antioxidant potential of the skin after UV radiation exposure, emphasizing the need for skin protection against oxidative damage. The results confirmed the antioxidant and photoprotective effects of ferulic acid, especially when in synergy with UV filters, making the bioactive compound a promising candidate in the development of innovative, safe and effective multifunctional formulations against the harmful effects of sun exposure.

A terapia fotodinâmica (TFD) é uma técnica não invasiva usada no tratamento de lesões de pele, como câncer basocelular, queratose actínica, e doença de Bowen, dentre outros. Basicamente, a combinação da administração de um fotossensibilizador (FS), com a irradiação de luz adequada e o oxigênio celular, gera uma série de reações oxidativas que provocam a morte do tecido. Contudo, o principal efeito colateral desta terapia é a fotossensibilidade prolongada ocasionada pela administração de fotossensibilizadores sistêmicos. Por outro lado, a via tópica não apresenta esta limitação, pois o tratamento é realizado no local da lesão através de pró-drogas. O ácido aminolevulínico, ALA, está entre as pró-drogas mais utilizadas para indução do acúmulo do agente fotossensível na pele, a protoporfirina IX, ou PpIX. Contudo, a via tópica não permite penetração suficiente e homogênea do creme para o tratamento de lesões espessas. Visando a melhoria da TFD, foram realizados estudos in vivo e in vitro. Nos estudos in vivo, técnicas mecânicas - rolos de microagulhas, tape stripping e injeção livre de agulhas foram estudadas buscando encontrar a mais eficiente nos quesitos de: promoção da penetração da pró-droga no tecido, distribuição homogênea e de indução do acúmulo de PpIX. Para isto, foi o utilizado o modelo porcino, in vivo, conhecido como o modelo que possui a pele mais similar à pele humana. Os resultados in vivo mostram que as técnicas têm resultados similares na produção de PpIX e na distribuição de porfirina mais homogênea na superfície. Além disso, todas as técnicas estudadas in vivo têm se destacado em promover uma entrega mais homogênea de ALA também na profundidade da pele quando comparadas ao grupo controle. Nos estudos in vitro, foram examinadas possíveis diferenças na capacidade de formação da PpIX e/ou de resistência de células ao tratamento por TFD entre células expressando diferentes características de transição epitélio-mesenquimal. Os resultados in vitro indicam que as células com características epitélio-mesenquimal mais acentuadas produzem mais PpIX e são mais responsivas à TFD. Estes resultados indicam que a TFD tem maior efetividade no tratamento de células mesenquimais, e os estudos in vivo mostram que no tecido normal há maior seletividade de produção na camada da epiderme e apêndices da pele sugerindo que a terapia pode ser utilizada com maior eficiência em lesões superficiais e, até mesmo diminuir as taxas de recorrência devido a heterogeneidade de distribuição do creme na pele quando umas das técnicas mecânicas são utilizadas. / Photodynamic therapy (PDT) is a noninvasive technique used to treat skin lesions, such as basal cell cancer, actinic keratosis and Bowen\'s disease. Basically, the administration of a photosensitizer (PS), combined with the illumination of adequate light and the cellular oxygen, generate a series of oxidative reactions that cause tissue death. However, the major side effect of the treatment is prolonged photosensitivity caused by the systemic administration of photosensitizers. On the other hand, the topical therapy does not show this limitation, and it is performed at the lesion site via prodrugs. The aminolevulinic acid, ALA, is the most popular pro-drug in topical PDT. This prodrug induces PpIX production that is a photosensitive porphyrin. However, when ALA is used topically, the cream does not provide enough or homogeneous penetration for the treatment of deep lesions. Therefore, with the aim of improving PDT therapy, studies in vivo and in vitro were performed. In the in vivo analysis, mechanical techniques - microneedle roller, tape stripping, and needle-free injection- were studied looking for the most effective regarding to improve the following purposes: promoting penetration of the prodrug into the tissue, homogeneous distribution, and at inducing PpIX accumulation. The evaluations were made by fluorescence spectroscopy, biopsy of skin, and fluorescence images, using the porcine model, in vivo, known as the most similar of human skin tissue. The in vivo results showed that all techniques have similar results in the production of PpIX, and perform a more homogeneous porphyrin distribution in the skin surface. Moreover, all the techniques have excelled in promoting a homogeneous distribution of PpIX in the deep of the skin when compared to the control group. In addition to the skin penetration, studies of PpIX production were performed in vitro in cells expressing different levels of epithelial-mesenchymal transition characteristics. The studies were made in regard to a possible difference in PpIX formation capacity and / or a resistance to the PDT treatment. The in vitro results showed that cells with more epithelial-mesenchymal characteristics produce more PpIX and are more responsive to the PDT therapy. These results indicate that PDT therapy may have a better effectiveness in the treatment of mesenchymal cells and also the results in vivo showed that the ALA-induced PpIX in normal tissue seems to be selective to epidermal and skin appendages, indicating that the topical therapy may be used with a higher efficiency in superficial injuries providing lower recurrence rates when they combine with one of the techniques studied.

A reoxigenação de água residuária é tratada na literatura técnica de maneira análoga à reoxigenação na água limpa; os efeitos do consumo de oxigênio pela população bacteriana ativa são quantificados pela introdução dos parâmetros alfa e beta. Alfa corrige o coeficiente volumétrico de transferência de massa do oxigênio e beta corrige a concentração de saturação do oxigênio dissolvido na água. Com o presente estudo pretende-se tornar explícitos os parâmetros cinéticos envolvidos no processo, de modo a fornecer base conceitual para um melhor entendimento do fenômeno. A pesquisa é feita a partir de trabalho experimental, seguido de modelagem matemática conceitual. No entanto, no lugar dos microrganismos como sumidouro de oxigênio dissolvido foi utilizado o borbulhamento sub-superficial de gás nitrogênio, em processo de stripping. Um processo físico, portanto, substitui o processo bioquímico no papel de retirar o oxigênio dissolvido no seio líquido. O modelo matemático proposto ajustou-se bem aos dados experimentais, sendo que a sua validação pôde ser obtida através das análises estatísticas realizadas. / The reoxygenation in wastewater is seen in the technical literature in an analogous way as the reoxygenation of clean water. The effects of the oxygen consumed by active bacteria population are quantified with the introduction of the parameters alpha and beta. Alpha corrects for the volumetric mass transfer coefficient and beta corrects for the dissolved oxygen saturation concentration. The present research intends to make explicit the kinetic of the process, in order to supply conceptual support to a better understanding of the phenomenon. The research is done through experimental work, followed by conceptual, mathematical modeling. Stripping with nitrogen is used as an oxygen sink instead of microorganisms. Thus, a physical process replaces the biochemical process. The proposed mathematical model fitted well to the experimental data, and its validation could be obtained through the statistical analyses done.

Thesis (MScEng (Process Engineering))--Stellenbosch University, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: Recently, improved technologies have been developed for the biobutanol fermentation process: higher butanol concentrations and productivities are achieved during fermentation, and separation and purification techniques are less energy intensive. This may result in an economically viable process when compared to the petrochemical pathway for butanol production. The objective of this study is to develop process models to compare different possible process designs for biobutanol production from sugarcane molasses. Some of the best improved strains, which include Clostridium acetobutylicum PCSIR-10 and Clostridium beijerinckii BA101, produce total solvent concentrations of up to 24 g/L. Among the novel technologies for fermentation and downstream processing, fedbatch fermentation with in situ product recovery by gas-stripping, followed by either liquid-liquid extraction or adsorption, appears to be the most promising techniques for current industrial application. Incorporating these technologies into a biorefinery concept will contribute toward the development of an economically viable process. In this study three process routes are developed. The first two process routes incorporate well established industrial technologies: Process Route 1 consist of batch fermentation and steam stripping distillation, while in Process Route 2, some of the distillation columns is replaced with a liquid-liquid extraction column. The third process route incorporates fed-batch fermentation and gas-stripping, an unproven technology on industrial scale. Process modelling in ASPEN PLUS® and economic analyses in ASPEN Icarus® are performed to determine the economic feasibility of these biobutanol production process designs. Process Route 3 proved to be the only profitable design in current economic conditions. For the latter process, the first order estimate of the total project capital cost is $187 345 000.00 (IRR: 35.96%). Improved fermentation strains currently available are not sufficient to attain a profitable process design without implementation of advanced processing techniques. Gas stripping is shown to be the single most effective process step (of those evaluated in this study) which can be employed on an industrial scale to improve process economics of biobutanol production. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Onlangse verbeteringe in die tegnologie vir die vervaardiging van butanol via die fermentasie roete het tot gevolg dat: hoër butanol konsentrasies en produktiwiteit verkry kan word tydens die fermentasie proses, en energie verbruik tydens skeiding-en suiweringsprosesse laer is. Hierdie verbeteringe kan daartoe lei dat biobutanol op ʼn ekonomiese vlak kan kompeteer met die petrochemiese vervaardigings proses vir butanol. Die doelwit van die studie is om proses modelle te ontwikkel waarmee verskillende proses ontwerpe vir die vervaardiging van biobutanol vanaf suikerriet melasse vergelyk kan word. Verbeterde fermentasie organismes, wat insluit Clostridium acetobutylicum PCSIR-10 en Clostridium beijerinckii BA101, het die vermoë om ABE konsentrasies so hoog as 24 g/L te produseer. Wat nuwe tegnologie vir fermentasie en skeidingprosesse behels, wil dit voorkom of wisselvoer fermentasie met gelyktydige verwydering van produkte deur gasstroping, gevolg deur of vloeistof-vloeistof ekstraksie of adsorpsie, van die mees belowende tegnieke is om tans in die nywerheid te implementeer. Deur hierdie tegnologie in ʼn bioraffinadery konsep te inkorporeer sal bydra tot die ontwikkeling van ʼn ekonomies lewensvatbare proses. Drie prosesserings roetes word in die studie ontwikkel. Die eerste twee maak gebruik van goed gevestigde industriële tegnologie: Proses Roete 1 implementeer enkellading fermentasie en stoom stroping distillasie, terwyl in Proses Roete 2 van die distilasiekolomme vervang word met ʼn vloeistof-vloeistof ekstraksiekolom. Die derde proses roete maak gebruik van wisselvoer fermentasie met gelyktydige verwydering van produkte deur gas stroping. Die tegnologie is nog nie in die nywerheid bewys of gevestig nie. Om die ekonomiese uitvoerbaarheid van die proses ontwerpe te bepaal word proses modellering uitgevoer in ASPEN PLUS® en ekonomiese analises in ASPEN Icarus® gedoen. Proses Roete 3 is die enigste ontwerp wat winsgewend is in huidige ekonomiese toestande. Die eerste orde koste beraming van die laasgenoemde projek se totale kapitale koste is $187 345 000.00 (opbrengskoers: 35.96%). Die verbeterde fermentasie organismes wat tans beskikbaar is, is nie voldoende om ʼn proses winsgewend te maak nie; gevorderde proses tegnologie moet geïmplementeer word. Gasstroping is bewys as die mees effektiewe proses stap (getoets in die studie) wat op industriële skaal geïmplementeer kan word om die winsgewendheid van die biobutanol proses te verbeter. / Centre for Renewable and Sustainable Energy Studies

Oito blocos transportáveis para calibração foram construídos para serem utilizados como padrões de concentração na calibração de espectrômetros gama portáteis e aerotransportados. Todo o procedimento de construção é descrito em detalhe. Os blocos, com dimensões de 1 m x 1 m x 0,30 m e massas variando entre 593 kg e 673 kg, devem a sua radioatividade à adição de diferentes quantidades de feldspato potássico (ortoclásio), caldasito e areia monazítica à massa de concreto. As concentrações de potássio, urânio e tório variam significativamente de um bloco para outro atingindo valores máximos de 5,7% de K, 45,6 ppm eU e 137 ppm eTh. A distribuição do fluxo de radiação gama proveniente da superfície dos blocos de concreto e a magnitude das heterogeneidades na concentração dos elementos radioativos foi determinada experimentalmente. Como exemplo de aplicação apresenta-se o resultado da calibração de um espectrômetro gama portátil. / Eight transportable calibration pads were built in to be used as concentration standards for portable and airborne gamma spectrometers calibrations. The pads construction procedure is described in full detail. The pads, with dimensions of 1 m x 1 m x 0,30 m and masses between 593 kg and 673 kg were made radioactive by the addition of different amounts of k-feldspar, caldasite and monazitic sand to the concrete masses. The potassium, uranium and thorium concentration vary significantly in the pads, reaching maximum values of 5,7% of K, 45,6 ppm eU and 137 ppm eTh. The distribution of the gamma radiation flux from the pads surfaces and the heterogeneity magnitudes of the radioactive elements concentration were experimentally established. An example of gamma spectrometer calibration is presented.