Avaliação do desempenho de manta geotêxtil em reator em batelada sequencial no tratamento de esgoto sanitário / Performance evaluation of the geotextile blanket in sequential batch reactor in wastewater treatment

RESUMO No presente trabalho, foi avaliado o desempenho de um sistema de lodo ativado em batelada, com módulo de filtração, proporcionado por uma manta geotêxtil, na remoção de matéria orgânica presente em esgoto sanitário. O reator em escala piloto tinha volume útil de 85 L e foi operado durante 182 dias, com tempo total de ciclo de 24 horas de duração e idade do lodo (θc) de 25 dias. O sistema foi composto de um reator convencional (SB1), utilizado como controle e operado nas mesmas condições que o SM1, o qual utilizou a filtração em manta geotêxtil. Para confecção dos três módulos de filtração, foi utilizada uma manta sintética não tecida combinada com três tipos de espaçadores: tela antiderrapante em poliéster com revestimento em PVC (etapa I) durante 56 dias, geomanta tridimensional de filamentos de polipropileno termosoldados (etapa II) durante 49 dias e manta acrílica 100% poliéster (etapa III) durante 76 dias. A concentração de oxigênio dissolvido (OD) manteve-se na faixa de 3 mgO2.L-1, a relação alimento (A)/microrganismo (M) variou de 0,2 a 0,1 gDBO5.gSSV-1.d-1, e a carga orgânica média aplicada mudou de 0,194 a 0,267 kgDQO.m-3.d.-1. A remoção da turbidez manteve-se na faixa de 97%, a de matéria orgânica em termos de demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) foi de 93% e entre 87 e 93% para o parâmetro demanda química de oxigênio (DQO), com o reator SM1 apresentando valores de eficiência e estabilidade operacional superiores ao SB1.

ABSTRACT This work evaluated the performance of a batch activated sludge system with a filtration module, provided by a geotextile blanket to remove organic matter present in sewage. The pilot-scale reactor had a useful volume of 85L, and it was operated for 182 days, with a total cycle time of 24 hours, and sludge age (θc) 25 days. The system was based on a conventional controller (SB1), used as a control and operated under the same conditions as the reactor (SM1) using geotextile blanket filtration. The preparation of the three filtration modules was applied to a non-woven synthetic blanket combined with three types of spacers: PVC-coated non-slip polyester mesh (Step I) for 56 days, three-dimensional geo-mat of thermosolded polypropylene filament (Step II) for 49 days, and 100% polyester acrylic blanket (Step III) for 76 days. The OD concentration remained in the range of 3 mgO2L-1, an F/M ratio ranging from 0.2 to 0.1 gBOD5. gVSS-1d-1 and the organic loading rate average applied ranged from 0.194 to 0.267 kg COD / m3.d.-1. Turbidity removal remained in the range of 97%, and the organic matter removal in terms of BOD5 was 93%, and from 87 to 93% in terms of COD, with SM1 reactor showing efficiency and stability values higher than SB1.

Influência da idade do lodo na colmatação das membranas em um biorreator à membrana tratando esgoto sanitário / Effect of solids retention time on membrane fouling in a membrane bioreactor treating municipal wastewater

RESUMO O presente estudo avaliou o efeito da idade do lodo (θc) no potencial incrustante do licor misto em um biorreator à membrana (BRM) tratando esgoto sanitário. Tal avaliação foi conduzida em BRM construído em escala de bancada, com volume útil de 15 L, operado por 420 dias na modalidade de batelada sequencial. Durante o período experimental, foram aplicadas 3 estratégias operacionais, E-1, E-2 e E-3, em que foram testadas as idades de lodo de 80, 40 e 20 dias, respectivamente. Os resultados revelaram que a utilização da idade de lodo de 20 dias resultou em licor misto com maior potencial incrustante, apresentando, neste caso, uma velocidade de colmatação (VC) das membranas de 1,95 mbar dia-1, aproximadamente 2 vezes maior do que a observada nas idades de lodo de 80 e 40 dias. A maior colmatação observada foi atribuída a maior concentração de produtos microbianos solúveis (PMSs) no licor misto e a maior relação proteínas/polissacarídeos (PN/PS) dos flocos biológicos nesse período em questão. Por outro lado, a aplicação da idade de lodo de 80 dias resultou em menor VC das membranas do BRM, com valor de 0,82 mbar dia-1. Contudo, no período final dessa estratégia foi observado crescimento excessivo de bactérias filamentosas, que se refletiu em piora da filtrabilidade do licor misto e aumento da VC das membranas. De maneira geral, os resultados obtidos mostraram que a aplicação da idade de lodo de 40 dias resultou em licor misto com menor potencial incrustante.

ABSTRACT This study evaluated the effect of solids retention time (SRT) on membrane fouling rate in a membrane bioreactor (MBR) treating municipal wastewater. The evaluation was conducted in a membrane bioreactor built in bench scale, with a volume of 15 L, operated for 420 days in the sequential batch regime. During this period, three experimental runs were applied, E-1, E-2 and E-3, in which the solids retention time of 80, 40 and 20 days, respectively, were tested. The results showed that use of 20-days solids retention time resulted in a higher membrane fouling rate (MFR), with value of 1,95 mbar d-1, approximately two times higher than observed in the solids retention time of 80 and 40 days. The higher membrane fouling rate observed was attributed to a higher concentration of soluble microbial products (SMP) in the mixed liquor and to the higher proteins/polysaccharides ratio of the biological flocs in this period. On the other hand, the use of 80-days solids retention time resulted in a lower membrane fouling rate, with a value of 0.82 mbar d-1. However, it was observed in the final period of this experimental run an excessive growth of filamentous bacteria, which was reflected in a deterioration of the mixed liquor filterability and an increase of membrane fouling rate. Overall, the results showed that the 40-days solids retention time resulted in a mixed liquor with lower fouling propensity.

Produção de L-asparaginase pela levedura Leucosporidium muscorum CRM 1648 isolada de sedimento marinho coletado na Península Antártica / L-asparaginase production by the yeast Leucosporidium muscorum CRM 1648 isolated from marine sediments collected in Antarctic Peninsula

L-asparaginase (L-ASNase) é uma enzima com propriedades interessantes para a indústria médica, farmacêutica e de alimentos, que tem recebido atenção especial, inclusive no Brasil, por fazer parte do protocolo de tratamento de distúrbios linfoproliferativos, como a leucemia linfoblástica aguda (LLA). No mercado desde a década de 1970, as enzimas de origem bacteriana enfrentam algumas limitações por provocarem reações adversas graves em quase 80% dos pacientes em tratamento. Nesse contexto, L-ASNases provenientes de leveduras se destacam como alternativa, por serem mais próximas às congêneres humanas. A Antártica ainda é um ambiente pouco explorado, com grande diversidade de microrganismos com potencial para a produção de moléculas biológicas de interesse industrial. Nesse contexto, 150 leveduras isoladas de amostras de sedimento marinho coletadas na Península Antártica como parte do projeto MICROSFERA (PROANTAR/CNPq) foram avaliadas para a produção de L-ASNase. A triagem resultou em 9 isolados produtores, dos quais 7 pertencem ao gênero Leucosporidium. A linhagem L. muscorum CRM 1648 foi a que produziu mais enzima (540 U.L-1), com maior produtividade (5,6 U.L-1.h-1) e, por isso, foi alvo deste estudo. A análise univariada de fontes de carbono e nitrogênio indicou maior crescimento desse microrganismo e produção de L-ASNase em meio CD com extrato de levedura, prolina e sacarose. Ureia, cloreto de amônio e sulfato de amônio resultaram em baixa ou nenhuma produção da enzima, sugerindo que a metabolização de fontes de nitrogênio por essa linhagem está sob a influência do fenômeno de repressão catabólica pelo nitrogênio (RCN). Dois delineamentos experimentais do tipo fatorial completo resultaram em um aumento de 10 vezes na produção e produtividade da enzima (4582,5 U.L-1 e 63,6 U.L-1.h-1, respectivamente). A análise univariada da concentração inicial de inóculo (X0), pH inicial do meio, temperatura e adição de água do mar mostrou que a melhor condição para a produção foi: pH = 5,5 ou 6,5, cultivo a 15°C com adição de água do mar (25-50% m/v). A variável X0 não foi significativa nas concentrações avaliadas. Cultivos em biorreator (batelada) foram conduzidos em quatro diferentes níveis de oxigênio dissolvido (OD): (1) OD não controlado e abaixo de 20%, (2) OD não controlado e acima de 20%, (3) OD controlado em 80% e (4) OD controlado em 20%. Os resultados mostraram que OD é fator limitante para o crescimento de L. muscorum CRM 1648 e produção de L-ASNase por essa levedura e deve ser mantido acima de 35% para maior produção da enzima.Neste trabalho, a composição do meio e condições de cultivo foram estabelecidas para favorecer a produção de uma nova L-ASNase livre de atividade glutaminásica por levedura adaptada ao frio, abrindo espaço para novos estudos acerca de seu potencial antileucêmico e possível uso como alternativa às enzimas já existentes no mercado no tratamento de LLA

L-asparaginase (L-ASNase) is an enzyme with interesting properties for medical, pharmaceutical and food industry, which has received special consideration, especially in Brazil, for being part of lymphoproliferative disorders treatment, such as acute lymphoblastic leukemia (ALL). Bacterial enzymes are on the market since the 1970s and face some limitations related to theirserious adverse reactions that reach almost 80% of all patients in treatment. In this context, L-ASNases from yeasts are highlighted as important alternative to bacterial enzymes, due to the closerphylogeny to human congeners. Antarctic environment has much to be explored, with a vast diversity of microorganisms with potential to produce biomolecules with industrial interest. A total of 150 yeasts isolated from Antarctic marine sediments as part of MICROSFERA project (PROANTAR/CNPq) were evaluated for L-ASNase production. The screening resulted in 9 producers, 7 species from the genus Leucosporidium. L. muscorum CRM 1648 was the strain that yielded the highest L-ASNase activity (540 U.L-1) and volumetric productivity (5.6 U.L-1.h-1). Carbon and Nitrogen sources were evaluated by a method of one-factor at a time (OFAT). From the gather results, sucrose, yeast extract and proline resulted in a maximal growth and highest enzyme production.The absence or low production of L-ASNase in medium with urea, ammonium chloride and ammonium sulfate suggests the presence of nitrogen catabolic repression (NCR). Carbon and nitrogen concentration were evaluated by full factorial design and yielded about ten times higher enzyme and volumetric productivity (4582.5 U.L-1 and 63.6 U.L-1.h-1, respectively). Initial inoculum concentration (X0), initial pH, temperature and concentration of seawater in the culture were evaluated by OFAT analysis and the best condition for L-ASNase production was: pH = 5.5 or 6.5, at 15 °C with addition of seawater (25-50 wt%). X0 was not considered a significant variable. Bioreactor assays (in batch regime) were performed in four different dissolved oxygen (DO) levels: (1) without DO control (DO remained under 20%), (2) without DO control (DO remained above 20%), (3) DO controlled at 80%, and (4) DO controlled at 20%.The results showed that DO is a key factor for growth of L. muscorum CRM 1648 and production of L-ASNase by this yeast and should be maintained above 35% for higher production of this enzyme.At this work, the medium and culture conditions were established to support the production of a novel glutaminase-free L-ASNase by a cold adapted yeast, opening a new path for further studies regarding its antileukemic potential and possible use as an alternative for ALL treatment

Production of L-asparaginase of pharmaceutical nterest from yeasts isolated from the Antarctic continent / Produção de L-asparaginase de interesse farmacêutico a partir de leveduras isoladas do continente Antártico

The L-asparaginase (ASNase) obtained from yeasts species has been poorly studied and a new yeast ASNase could be an alternative to minimize the side effect in the treatment of lymphoblastic leukemia. The Antarctic ecosystems have a great potential to obtain novel enzymes produced from psychrophilic and psychrotolerant microorganisms. Yeasts isolated from samples collected in the Antarctic Peninsula by the PROANTAR expedition team were tested for the production of ASNase and L-glutaminase (GLNase). From this screening, the strain Leucosporidium scottii L115 presented the highest ASNase activity (6.24 U g-1 of dried cell weight (dcw)) with a combination of low GLNase activity (0.41 U g-1 dcw). The ASNase belonging to L. scottii L115 (LsASNase) was purified 227 fold with a specific activity of 137.01 U mg-1 at 37 ºC, and with 0.93 U mg-1 for GLNase. Moreover, the maximum activity was observed at pH 7.5 at 55 ºC. The enzyme is a multimer presenting a single band of 54.5 kDa of molecular weight in reduced conditions and 462 kDa by size exclusion chromatography. The LsASNase is a glycosylated enzyme that presented a band lower at 25 kDa when was treated with PGNase F. The enzymatic kinetic reveals an allosteric regulation of the enzyme and the kinetic parameters were determined at 37º C, pH 7.0 as K0.5 = 233 µM, kcat = 54.7 s-1 and nH = 1.52 demonstrating a positive cooperativity by the enzyme and the substrate. The ASNase production by L. scottii L115 was improved by applying DoE for the culture medium development. The PB and CDD designs were used to optimize the ASNase production providing the nutrient values of 6.15 g L-1 of proline, 28.34 g L-1 sucrose, and 15.61 g L-1 of glycerol for a maximal production. The synthetic medium containing the optimized quantities was added with the salts: KCl, 0.52 g L-1; MgSO4.7H2O, 0.52 g L-1; CuNO3.3H2O, 0.001 g L-1; ZnSO4.7H2O, 0.001 g L-1; FeSO4.7H2O, 0.001 g L-1.The optimized medium produces a 23.75 ULh-1 of ASNase in shake flask culture. Furthermore, L. scottii is characterized as an oleaginous yeast that accumulates lipids with a suitable fatty acid profile. The production of ASNase and lipids were scaled up in the 1 L bioreactor to evaluate the initial cell concentration, carbon source, and oxygen transfer rate (kLa).The experiments were performed at 15ºC in the bioreactor BIOSTAT®Q plus (Sartorius Stedim, Germany) in batch mode, using 0.5 L of the optimized medium culture in phosphate buffer 50 mM pH 7.0. The initial cell concentration was evaluated at 1%, 3%, and 5% (v/v). Sucrose and glycerol were tested alone to examine if the combination of both is mandatory to produce ASNase. All these assays were carried in duplicate. The kLa was assessed through a CCD design in the range of 1.42 - 123.0 h-1. The performance in bioreactor showed the productivity of 36.95 ULh-1of ASNase under the optimized conditions (growth temperature 15º C, X0: 5 g L-1, pH 7.0, 48 h, kLa 89-92 h-1). The cultivation of L. scottii L115 at 15ºC in sucrose and glycerol as carbon sources generate an interesting lipid profile, where it presents monounsaturated and polyunsaturated lipids

A L-asparaginase (ASNase) obtida a partir de espécies de leveduras tem sido pouco estudada e uma nova ASNase de levedura pode ser uma alternativa para minimizar os efeitos adversos no tratamento da leucemia linfoblástica. Os ecossistemas Antárticos têm um grande potencial para obter novas enzimas produzidas a partir de microorganismos psicrofílicos e psicotrolerantes. As leveduras isoladas de amostras coletadas na Península Antártica pela equipe de expedição do PROANTAR foram testadas para a produção de ASNase e L-glutaminase (GLNase). A partir desta triagem, a cepa Leucosporidium scottii L115 apresentou a maior atividade de ASNase (6,24 U g-1 dcw) com uma combinação de baixa atividade de GLNase (0,41 U g-1 dcw). A ASNase pertencente a L. scottii L115 (LsASNase) foi purificada 227 vezes com uma atividade específica de 137,01 U mg-1 a 37 ºC e com 0,93 U mg-1 de GLNase. A atividade máxima foi observada a pH 7,5 a 55 ºC. A enzima é um multímero que apresenta uma banda única de 54,5 kDa de peso molecular em condições redutoras e 462 kDa por cromatografia de exclusão molecular. A LsASNase é uma enzima glicosilada que apresentou uma banda menor a 25 kDa quando tratada com PGNase F. A cinética enzimática revela uma regulação alostérica da enzima e os parâmetros cinéticos foram determinados a 37º C, pH 7,0 como K0,5 = 233 µM, kcat = 54,7 s-1 e nH = 1,52 demonstrando uma cooperatividade positiva pela enzima e o substrato. A produção de ASNase por L. scottii L115 foi melhorada aplicando DoE para o desenvolvimento do meio de cultura. Os desenhos experimentais de PB e CDD forma usados para otimizar a produção de ASNase e forneceram os valores de nutrientes de 6,15 gL-1 de prolina, 28,34 gL-1 de sacarose e 15,61 gL-1 de glicerol para uma produção máxima. O meio sintético contendo as quantidades otimizadas foi adicionado com os sais: : KCl, 0.52 g L-1; MgSO4.7H2O, 0.52 g L-1; CuNO3.3H2O, 0.001 g L-1; ZnSO4.7H2O, 0.001 g L-1; FeSO4.7H2O, 0.001 g L-1.O meio otimizado produz 23.75 ULh-1 de ASNase em cultivo em frasco agitado. Além disso, L. scottii é caracterizada como uma levedura oleaginosa que acumula lipídios com um perfil adequado de ácidos graxos. A produção de ASNase e lipídios foi ampliada no biorreator de 1 L para avaliar a concentração celular inicial, fonte de carbono e taxa de transferência de oxigênio (kLa). Os experimentos foram realizados a 15ºC no biorreator BIOSTAT®Q plus (Sartorius Stedim) em modo batelada, utilizando 0,5 L da cultura de meio otimizado em tampão fosfato 50 mM pH 7,0. A concentração celular inicial foi avaliada em 1%, 3% e 5% (v / v). Sacarose e glicerol foram testados isoladamente para examinar se a combinação de ambos é obrigatória para produzir ASNase. Todos esses ensaios foram realizados em duplicado. O kLa foi avaliado através de um planejamento CCD na faixa de 1,42-123,0 h-1. O desempenho no biorreator mostrou a produtividade de 36,95 ULh-1 de ASNase sob condições otimizadas (temperatura de crescimento 15º C, X0: 5 g L-1, pH 7,0, 48 h, kLa 89-92 h-1). O cultivo de L. scottii L115 a 15ºC em sacarose e glicerol como fontes de carbono gera um perfil lipídico interessante, onde apresenta lipídios monoinsaturados e poliinsaturados

Caracterização de efluente têxtil e avaliação da capacidade de remoção de cor utilizando o fungo Lasiodiplodia theobromae MMPI / Textile effluent characterization and evaluation of capacity color removal using the fungus Lasiodiplodia theobromae MMPI

RESUMO Os processos industriais de produção têxtil têm como característica o uso de grandes volumes de água durante as etapas de lavagem e tingimento dos tecidos, resultando em efluentes com enorme diversidade e complexidade química. A presença de corantes dissolvidos é bastante visível e problemática, considerando sua recalcitrância e cinética de degradação lenta. Neste trabalho, o fungo Lasiodiplodia theobromae MMPI foi avaliado quanto à capacidade de descoloração de efluente industrial têxtil. Os ensaios foram conduzidos em biorreator de bancada (5 L) com tempo de incubação de 192 horas. A eficiência de descoloração variou de 19,52% (24 h) a 91,26% (168 h) e a produção de biomassa micelial variou de 1,23 g.L-1 (24 h) a 7,60 g.L-1 (168 h). Produção de exopolissacarídeo (EPS) também foi observada, com quantidades variando de 2,84 g L-1 em 24 h a 4,28 g.L-1 em 48 h. A caracterização do efluente industrial indicou valores de alguns parâmetros de controle fora dos padrões de lançamento exigidos pela legislação brasileira, com elevada demanda química de oxigênio (DQO) (659 mg.L-1) e demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) (328 mg.L-1). A análise de toxicidade utilizando o microcrustáceo Artemia salina demonstrou que a concentração de efluente bruto que causou a mortalidade de 50% dos organismos (CL50) foi de aproximadamente 14,72% (v/v) e ao final do tratamento foi de 4,98% (v/v). Embora o fungo não tenha sido hábil na detoxificação biológica do efluente, ele apresentou resultados promissores quanto à capacidade de remoção de cor, demonstrando potencial de uso em processos auxiliares de tratamento de efluente industrial têxtil visando descoloração.

ABSTRACT The industrial processes of textile production are characterized by the use of large volumes of water during the washing steps and fabric dyeing, resulting in effluent with enormous diversity and chemical complexity. The presence of dissolved dyes is quite noticeable and problematic, considering their recalcitrance and slow degradation kinetic. In this work, the Lasiodiplodia theobromae MMPI fungus was evaluated for their ability to removing color from effluent. The assays were performed in a bench-scale bioreactor (5 L) with an incubation time of 192 hours. The decoloring efficiency ranged from 19.52% on 24h to 91,26% on 168 h and the mycelial biomass production ranged from 1.23 g.L-1 (24 h) to 7.60 g.L-1 (168 h). Production of exopolysaccharide (EPS) also was observed, with amounts ranged from 2.84 g.L-1 (24 h) to 4.28 g.L-1 (48 h). The characterization of the effluent showed some values of control parameters outside the discharge standards required by Brazilian law, with high Chemical Oxygen Demand (COD) (659 mg.L-1) and Biochemical Oxygen Demand (BOD5) (328 mg.L-1). The toxicity analysis using the microcrustacean Artemia salina, showed that the raw effluent concentration that caused 50% mortality of organisms (LC50) was approximately 14.72% (v/v) and at the end of treatment was 4.98% (v/v). Although the fungus was not efficient in biological detoxification of the effluent, it showed promising results for its color removal capacity, demonstrating potential for use in auxiliary treatment processes of textile effluents for the color removal.

Avaliação das concentrações de metano gerado em um biorreator de bancada com base em parâmetros físico-químicos / Evaluation of methane concentrations generated in a bench bioreactor based on physical and chemical parameters

RESUMO O monitoramento do metano (CH4) gerado em biorreatores permite avaliar o desenvolvimento da biodegradação anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos (RSO). O objetivo deste artigo foi avaliar as interposições ocasionadas por fatores físico-químicos nas concentrações de metano gerado em um biorreator de bancada preenchido com RSO provenientes de uma escola da cidade de Campina Grande (PB), Brasil. A metodologia empregada na pesquisa consistiu na confecção e instrumentação de um biorreator de bancada de 0,03 m3 de capacidade, no qual foi realizado o monitoramento das concentrações de metano, análise microbiológica e dos parâmetros físico-químicos durante um período de 355 dias. A partir da análise dos resultados, foi constatado que o pH esteve acima de 7,0 durante a maior parte do monitoramento, indicando que a alcalinidade apresentada pelo material utilizado no preenchimento do biorreator foi suficiente para impedir que o acúmulo de ácidos voláteis ocorrido na fase inicial do monitoramento acarretasse a desestabilização do sistema. Dessa forma, foi possível concluir que os parâmetros físico-químicos analisados contribuíram de forma satisfatória para a biodegradação dos resíduos, levando em consideração que as concentrações de metano atingiram os níveis esperados para esse tipo de reator, chegando a valores próximos a 60%.

ABSTRACT The monitoring of the methane (CH4) generated in bioreactors allows to evaluate the development of the anaerobic biodegradation of organic solid waste (OSW). The aim of this paper was to evaluate the interpositions caused by physicochemical factors in the methane concentrations generated on a bench bioreactor filled with OSW from a school in the city of Campina Grande (PB), Brasil. The methodology used in the research consisted in confection and instrumentation of a bioreactor of 0.03 m3 capacity, in which were carried out monitoring of methane concentrations, microbiological analysis and of the physical-chemical parameters during a period of 355 days. From the analysis of the results, was found that the pH was above 7.0, during for the most part of the monitoring, indicating that the alkalinity presented by the material used to fill the bioreactor was enough to impede the accumulation of volatile acids occurred in the initial phase of monitoring entailed the destabilization of the system. Thus, it was possible to concluded that the physical-chemical parameters analyzed contributed of satisfactory form for the biodegradation of the waste, leading in consideration that methane concentrations reached the levels expected for this type of reactor, reaching values close to 60%.

Distribuição de massa molar em um biorreator com membrana para tratamento de efluente de laticínios / Molecular weight distribution in a membrane bioreactor for dairy effluent treatment

Os biorreatores com membrana (BRM) apresentam-se como um dos processos mais promissores para tratamento de águas residuárias com elevada carga orgânica, como os efluentes de laticínios, propiciando a geração de um efluente com elevada qualidade e adequado ao reuso direto ou após tratamento terciário. O objetivo desse trabalho foi avaliar o uso de BRM para tratamento de efluente de indústria de laticínios e utilizar a distribuição de massa molar da alimentação, do permeado e da fração solúvel do lodo como ferramenta para a investigação dos mecanismos de remoção dos poluentes no sistema. O BRM se mostrou um sistema viável para o tratamento do efluente em questão, apresentando eficiências de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e cor aparente de 98 e 99%, respectivamente. Através da distribuição de massa molar foi possível observar a alta capacidade de biodegradação e a estabilidade proporcionada pelo BRM, já que, mesmo em situações de alterações constantes nas características da alimentação, o líquido reacional sempre apresentou baixas concentrações de poluentes. Ressalta-se também a importância da membrana no sistema, uma vez que, além de permitir a retenção completa de biomassa e a operação com idades de lodo e concentração de sólidos suspensos maiores, pode proporcionar ainda a retenção de compostos que não foram biodegradados, contribuindo para a geração de um efluente tratado com alta qualidade.

The membrane bioreactor (MBR) is one of the most promising processes for the treatment of high organic load wastewaters, as dairy effluent, providing the generation of an effluent with high quality, which could be reuse directly or after tertiary treatment. The aim of this study was to evaluate a MBR to treat effluent from the dairy industry and to use molecular weight distribution of the feed, permeate and the soluble fraction of the sludge as a tool for investigating the mechanisms of pollutants removal in the system. The MBR has proven to be a viable system for the treatment of the effluent in question, with removal efficiencies of chemical oxidation demand (COD) and color of 98 and 99% respectively. Through the molar weight distribution it was possible to observe the high biodegradation capacity and stability provided by the MBR, as even in situations of constant change in feed characteristics, the mixed liquid always showed low concentrations of pollutants. It is also highlighted the importance of the membrane in the system, which, besides allowing the complete retention of biomass and operation with high solids retention time and suspended solids concentration, it can provide the retention of compounds which were not biodegraded, contributing to the generation a treated effluent with high quality.

Cattleya walkeriana growth in different micropropagation systems / Crescimento de Cattleya walkeriana em diferentes sistemas de micropropagação

The aim of the present research was to verify the in vitro growth of orchids in different systems of micropropagation, being cultivated in a bioreactor, with natural ventilation and conventional systems. Cattleya walkeriana plants were obtained from the germination of seeds in culture medium. After 8 months, seedlings with 1 cm of length were placed in a culture vessel according to the treatments, which counted with two micropropagation systems (conventional and natural ventilation) in three media of culture (liquid, solid with 5 or 6g L-1 of agar). Two additional treatments in bioreactor of temporary and continuous immersion were performed. The design was entirely randomized (ERD), consisting of a 2x3 factorial with two additional treatments, totaling 8 treatments with three repetitions. The temporary immersion bioreactor promoted a bigger growth of the aerial part and of the root system, bigger accumulation of dry mass and better control of water loss by the plants. The temporary immersion bioreactor is the best micropropagation system for the C. walkeriana growth in vitro.

O objetivo do presente trabalho foi verificar o crescimento in vitro de orquídeas em diferentes sistemas de micropropagação, sendo cultivado em biorreator, sistema de ventilação natural e convencional. Plantas de Cattleya walkeriana foram obtidas a partir da germinação de sementes em meio de cultura. Após o a germinação, as plantas foram uniformizadas com aproximadamente 1,0cm de comprimento e inoculadas nos diferentes tratamentos. Os tratamentos contaram dois sistema de micropropagação (convencional e ventilação natural) e três meios de cultura (líquido, sólido com 5 e 6g L-1 de ágar). Foram realizados dois tratamentos adicionais em biorreator de imersão temporária e contínua. O delineamento foi o inteiramente casualizado, consistindo de um fatorial 2x3 com dois tratamentos adicionais, totalizando oito tratamentos com três repetições. O biorreator de imersão temporária promoveu o maior crescimento da parte aérea e do sistema radicular, maior acúmulo de massa seca e melhor controle da perda de água das plantas. O biorreator de imersão temporária é o melhor sistema de micropropagação para o crescimento in vitro de C. walkeriana.

Biorreator à membrana em batelada sequencial aplicado ao tratamento de esgoto visando à remoção de nutrientes / Membrane sequencing batch reactor for the wastewater treatment aiming the nutrients removal

Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de um biorreator à membrana em batelada sequencial para a remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo) de esgoto sanitário. O reator, construído em escala piloto, foi operado durante 241 dias com tempo total de ciclo de 4 horas, sendo 5 minutos para alimentação, 55 minutos para a fase anóxica e 180 minutos para as fases de aeração e filtração (simultaneamente). Ao longo do monitoramento, foram empregados dois fluxos de filtração: 5,55 e 11,1 L.m-2.h-1, que resultaram nas taxas de troca volumétrica de 5 e 10%, respectivamente. As eficiências médias de remoção de Demanda Química de Oxigênio total, nitrogênio amoniacal e nitrogênio total alcançadas foram de 99, 98 e 96%, respectivamente. Em relação à remoção de fósforo, observou-se inicialmente um baixo rendimento do reator, sendo verificado ao longo do tempo, no entanto, uma tendência de melhora na remoção desse nutriente, atingindo eficiência média de 74% entre os dias 158 e 241. A utilização do fluxo de filtração de 5,55 L.m-2.h-1 proporcionou uma operação estável ao biorreator à membrana em batelada sequencial no que se refere à pressão transmembrana, tendo sido atingido o valor limite de 0,7 bar apenas uma vez em 181 dias de operação, ao passo que, com fluxo de 11,1 L.m-2.h-1, esse limite foi atingido 3 vezes em 55 dias.

This study evaluated the performance of a membrane bioreactor sequencing batch, in pilot scale, to remove nutrients (nitrogen and phosphorus) from domestic wastewater. The reactor was operated for 241 days with a total cycle time of 4 hours, with 5 minutes for feeding, 55 minutes for the anoxic phase and 180 minutes for the aeration and filtration phases (simultaneously). Throughout the monitoring, two filtration flows were employed: 5.5 and 11.1 (critical flux) L.m-2.h-1, which resulted in the volume exchange rates of 5 and 10%, respectively. The removal efficiencies of total Chemical Oxygen Demand, ammonia nitrogen and total nitrogen were achieved by 99, 98 and 96%, respectively. Regarding phosphorus removal, a poor performance was observed in the beginning of the experiment; however, a tendency of improvement in the removal of this nutrient was further verified, reaching an efficiency average of 74% between the operational days 158 and 241. The flux filtration at 5.55 L.m-2.h-1 has provided a membrane bioreactor sequencing batch stable operation in relation to transmembrane pressure since it reached the limit value of 0.7 bar only once in 181 operational days, while for 11.1 L.m-2.h-1 it was observed 3 times in 55 days.

Cinética do cultivo de Neisseria lactamica em biorreator / Bioreactor cultivation kinetics of Neisseria lactamica

Neisseria lactamica está envolvida na aquisição da imunidade natural contra Neisseria meningitidis, causadora da doença meningocócica. Vesículas de membrana externa (OMV) de N. lactamica são antígenos potenciais contra N. meningitidis. Analisou-se a cinética de biomassa, de produção de OMV, da fonte de carbono (lactato), e dos metabólitos, para maximizar a produção de OMV. Realizaram-se ensaios em biorreator, em batelada simples, batelada alimentada com lactato, com ou sem pulsos de aminoácidos e extrato de levedura (YE). Utilizou-se o meio de Catlin (MC) como meio mínimo, e analisaram-se efeitos das concentrações do lactato, aminoácidos e YE. Lactato foi consumido e citrato e acetato produzidos. Os melhores resultados obtidos foram no meio com adição de 2 g/L de YE e concentrações dobradas de lactato e 5 aminoácidos constitutivos do MC, em batelada alimentada com pulsos. O lactato apresentou efeito positivo sobre o rendimento de OMV e o YE sobre a biomassa. Os 5 aminoácidos constitutivos do MC foram necessários para obtenção de biomassa e rendimento de OMV.

Neisseria lactamica is involved with the acquisition of natural immunity to Neisseria meningitidis. N. lactamica outer membrane vesicles (OMV) are potential antigens against N. meningitidis, the pathogen of meningococcal disease. The objective of this work was to analyze the kinetics of bacterial growth, OMV production, the carbon source (lactate), and products of metabolism, to improve growing conditions and OMV production. Groups were studied in batch process, fed-batch process with lactate, fed-batch process with pulses of amino acids and YE. MC was considered as minimal medium and it was analyzed the effect of lactate, amino acids and YE. Lactate was consumed and citrate and acetate increased in the medium. The best results were in fed-batch with pulses, in MC with the double concentrations of lactate and amino acids, added with 2 g/L of YE. The lactate had a positive effect over OMV yield and YE had a positive effect over biomass. 5 amino acids of MC were necessary to obtain biomass and OMV yield.

Avaliação da remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada de águas residuárias em biorreator de membranas / Evaluation of carbonaceous organic matter and nitrogen removal of wastewater in membrane bioreactor

O presente trabalho objetivou a avaliação da remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada, bem como a determinação do fluxo crítico, em biorreator de membranas, com zona pré-anóxica, tratando águas residuárias industriais da produção de aminoácidos. O reator foi operado sob carga orgânica volumétrica de 1,91 kg.DQO.m-3.d-1 e 0,18 kg.NTK.m-3.d-1; a recirculação do reator aeróbio para o reator anóxico foi de quatro vezes a vazão afluente. O reator apresentou médias de remoção de DQO, NTK e NT de 97, 98 e 92 por cento, respectivamente. O sistema de ultrafiltração foi testado em vários fluxos entre 25 e 37 L.m-2.h-1 e determinou-se o fluxo crítico de 28 L.m-2.h-1 quando operado com 11,4 g.L-1 de SST e 35 dias de tempo de retenção celular. Os resultados mostraram que houve viabilidade técnica no uso de biorreator de membranas para remoção de matéria orgânica de águas residuárias industriais da produção de aminoácidos.

This study aimed to evaluate the carbonaceous organic matter and nitrogen removal as well as the determination of critical flux in membrane bioreactor, with pre-anoxic zone, treating industrial wastewater of amino acids production. The reactor was operated under organic loading rate of 1.91 kgDQO.m-3.day-1 and 0.18 kgNTK.m-3.day-1, the recirculation from aerobic reactor to anoxic reactor was four times the influent flow rate. The system showed an average removal of COD, TKN and TN of 97, 98 and 92 percent, respectively. The ultrafiltration system was tested at various fluxes between 25 and 37 L.m-2.h-1, to determine the critical flux of 28 L.m-2.h-1 operating at 11.4 g.L-1 of TSS and 35 days of sludge retention time. The results showed the technical feasibility of using membrane bioreactor to remove organic matter from industrial wastewater of amino acids production.

Filtro anaeróbio associado à membrana de microfiltração tratando lixiviado de aterro sanitário / Anaerobic filter associated with microfiltration membrane treating landfill leachate

O objetivo deste artigo foi avaliar o desempenho de filtro anaeróbio em associação à membrana de microfiltração no tratamento de lixiviado de aterro sanitário. Os resultados obtidos indicaram que é possível tratar lixiviado com essa configuração de MBR (do inglês membrane bioreactor) com um tempo de detenção hidráulica de 2,04 dias. O valor médio da demanda química de oxigênio (DQO) foi 10.359 mg O2/L na entrada dos reatores, e a carga orgânica volumétrica aplicada aos reatores foi de 5,07 ± 2,90 kg DQO/m³.d. A eficiência média de remoção de DQO do filtro anaeróbio associado à membrana foi de 90,4 por cento contra 21,5 por cento do filtro anaeróbio. A eficiência de remoção de turbidez no filtro anaeróbio associado à membrana de microfiltração foi de 90,3 por cento, apresentando valores de saída de 2,0 ± 2,0 NTU. A velocidade ascensional foi de 0,05 m/h no filtro anaeróbio e 31,5 m/h no filtro anaeróbio associado à membrana, o que resultou em um número de Reynolds calculado de 2,9 e 1.799, respectivamente.

The objective of this paper was to evaluate the performance of anaerobic filter associated with a microfiltration membrane, treating landfill leachate. The results obtained showed that it is possible to treat wastewater using this MBR configuration with a hydraulic retention time of 2.04 days. The average values of organic volumetric load were 5.07 ± 2.90 kg COD/m³.d at the inlet of both reactors. The efficiencies of chemical oxygen demand (COD) removal were 90.4 percent to the anaerobic filter associated with microfiltration and 21.5 percent to the anaerobic filter. The turbidity removal was 90.3 percent to the MBR configuration with average values at the outlet of 2.0 ± 2.0 NTU. Values of upflow velocity of 31.5 m/h were reported in the anaerobic filter associated with microfiltration membrane and 0.05 m/h in the anaerobic filter which promoted a Reynolds number of 2.9 and 1,799, respectively.

Caffeine degradation by Rhizopus delemar in packed bed column bioreactor using coffee husk as substrate

Various microorganisms including bacteria, yeast and fungi can degrade caffeine. There are few publications about caffeine degradation pathway in filamentous fungi, mainly by solid-state fermentation (SSF). Studies were carried out on degradation of caffeine and their metabolites by filamentous fungi in SSF using coffee husk as substrate. The purpose of this work was to investigate the caffeine degradation pathway by Rhizopus delemar in packed bed column fermenter and to compare this degradation metabolism with glass flasks fermentation. The methylxanthines were quantified by HPLC analysis. The experiments were realized with the optimized conditions in previous experiments: pH 6.5, 28ºC, inoculation rate 10(6) spores/g substrate, aeration rate 60 mL/min and initial moisture 73%. Under these conditions, after 72 hous of fermentation was achieved only 0.19% of caffeine and 0.014% of theophylline in the coffee husk. The strain proved to be able for caffeine and theophylline degradation by SSF in packed bed column bioreactor.

Diversos microrganismos incluindo bactérias, fungos e leveduras são capazes de assimilar a cafeína de meios sintéticos ou de resíduos de café. Existem poucos trabalhos sobre a via de degradação da cafeína em fungos filamentosos, principalmente por fermentação no estado sólido (FES). Estudos de degradação da cafeína por fungos filamentosos em FES usando casca de café como substrato vêm sendo realizados. O objetivo deste trabalho foi investigar a via de degradação da cafeína por Rhizopus delemar em biorreator de colunas aeradas e comparar este metabolismo de degradação com o da fermentação em frascos de vidro. As metilxantinas foram quantificadas por análises em HPLC. Os experimentos foram realizados com as condições otimizadas previamente: pH 6,5, 28ºC, 10(6) espores/g substrato, vazão de ar 60 mL/min e 73% de umidade inicial. Após 90 horas de fermentação, 65% da cafeína foi reduzida, resultando 0,19% de cafeína e 0,014% de teofilina na casca de café. Esta cepa provou ter habilidade para degradar cafeína e teofilina por FES em biorreator de colunas.

Caffeine degradation by Rhizopus delemar in packed bed column bioreactor using coffee husk as substrate

Various microorganisms including bacteria, yeast and fungi can degrade caffeine. There are few publications about caffeine degradation pathway in filamentous fungi, mainly by solid-state fermentation (SSF). Studies were carried out on degradation of caffeine and their metabolites by filamentous fungi in SSF using coffee husk as substrate. The purpose of this work was to investigate the caffeine degradation pathway by Rhizopus delemar in packed bed column fermenter and to compare this degradation metabolism with glass flasks fermentation. The methylxanthines were quantified by HPLC analysis. The experiments were realized with the optimized conditions in previous experiments: pH 6.5, 28ºC, inoculation rate 10(6) spores/g substrate, aeration rate 60 mL/min and initial moisture 73%. Under these conditions, after 72 hous of fermentation was achieved only 0.19% of caffeine and 0.014% of theophylline in the coffee husk. The strain proved to be able for caffeine and theophylline degradation by SSF in packed bed column bioreactor.

Diversos microrganismos incluindo bactérias, fungos e leveduras são capazes de assimilar a cafeína de meios sintéticos ou de resíduos de café. Existem poucos trabalhos sobre a via de degradação da cafeína em fungos filamentosos, principalmente por fermentação no estado sólido (FES). Estudos de degradação da cafeína por fungos filamentosos em FES usando casca de café como substrato vêm sendo realizados. O objetivo deste trabalho foi investigar a via de degradação da cafeína por Rhizopus delemar em biorreator de colunas aeradas e comparar este metabolismo de degradação com o da fermentação em frascos de vidro. As metilxantinas foram quantificadas por análises em HPLC. Os experimentos foram realizados com as condições otimizadas previamente: pH 6,5, 28ºC, 10(6) espores/g substrato, vazão de ar 60 mL/min e 73% de umidade inicial. Após 90 horas de fermentação, 65% da cafeína foi reduzida, resultando 0,19% de cafeína e 0,014% de teofilina na casca de café. Esta cepa provou ter habilidade para degradar cafeína e teofilina por FES em biorreator de colunas.