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The release of wastewater and the shrimp feed cost are the main challenges faced by the shrimp farming industry. An alternative solution to both problems is biofloc production in a unit external to the farm, in an activated sludge system for effluent treatment. The treatment system’s influent was composed of the shrimp farm wastewater supplemented with urea and sugarcane molasses. The results show that the average removal of chemical oxygen demand was 71% and the average biofloc production in the reactor was approximately 1.5g.L-1. Adding molasses to the influent contributed to the increase in the quantity and diversity of existing microorganisms that are beneficial to cultured shrimp. The mass balance of nitrogen compounds confirmed that nitrification occurred in the system. Therefore, the use of the activated sludge system is a viable and environmentally suitable alternative to produce bioflocs and shrimp farming effluent treatment A geração de efluentes e o custo com a alimentação do camarão são os principais desafios enfrentados pela carcinicultura. Uma solução conjunta para ambos os problemas é a produção de bioflocos em um sistema de lodo ativado para tratamento de efluentes. Neste trabalho, o afluente ao sistema estudado era composto pelas águas residuais do cultivo de camarão suplementadas com ureia e melaço de cana-de-açúcar. Os resultados mostraram que a remoção média de demanda química de oxigênio foi de 71% e a produção média de bioflocos no reator foi de aproximadamente 1,5 g.L-1. A adição de melaço ao afluente contribuiu para o aumento da quantidade e da diversidade de microrganismos benéficos para a produção de camarão. Houve remoção de amônia e nitrificação confirmada pelo balanço de massa. Portanto, a utilização do sistema de lodos ativados é uma alternativa viável e ambientalmente adequada para produzir bioflocos e tratar efluentes de cultivo de camarão

Molecular biology techniques applied in anaerobic digestion allow the study of microbial ecology and community structure in bioreactors. Glycerol is a byproduct of transesterification and can be used to produce hydrogen by anaerobic digestion, so understanding the microbial interactions is necessary to assess the relation among biological, operational and functional factors, improving the processes and the performance of the system. This research aimed to study the variations of diversity, richness and functional organization of the microbial community, analyzing ecological and operational parameters, as well as the functionality and productivity of anaerobic reactors. Hydrogenic UASB reactors were operated and monitored under OLR increases. The feeding used were: crude glycerol and pure glycerol (two phases), with nutrient solution in all the affluents. The parameters analyzed were: COD, metabolites, pH, flow, volume and gas composition, functional organization, range-weighted richness, Shannon diversity, and species found by Sanger sequencing. Sludge samples were collected and stored at each OLR change and the DNA was extracted and amplified with primers containing GC clamps for Bacteria and Archaea domains, followed by DGGE on polyacrylamide gel (8%) for both domains. The resulting bands were excised, amplified, purified and sequenced. The results showed that in OLR below 30 kg COD/m 3.d-1there was an increase in the carrying capacity and stability of the environment, with low functional organization and increased richness and diversity in both studies, for both domains and substrates. Population parameters of Bacteria in the following stages decreased and functional organization increased, indicating a gradual increase in the level of community specialization. Populational increases were greater with residual glycerol than with pure due to the specificity of the second substrate compared to the residual, a more generalist substrate. The ecological parameters of Archaea in the later stages decreased due to inhibition by substrate excess, which promoted an increase in the productivity of the bacterial domain. Pure glycerol proved to be a worse substrate for the development of methanogens than the residual. Técnicas de biologia molecular aplicadas em digestão anaeróbia permitem estudar a ecologia microbiana e estrutura de comunidades em biorreatores. O glicerol é um subproduto da transesterificação e pode ser usado para produzir hidrogênio por digestão anaeróbia, portanto, conhecer as interações microbianas permite compreender a relação entre os fatores biológicos, operacionais e funcionais, aperfeiçoando os processos envolvidos e o desempenho do sistema. Esta pesquisa teve como objetivo estudar as variações de diversidade, riqueza e organização funcional da comunidade microbiana, relacionando os parâmetros ecológicos, operacionais, a funcionalidade e a produtividade de reatores anaeróbios. Reatores UASB hidrogênicos foram operados e monitorados, sob aumentos de COV. Os afluentes utilizados foram: glicerol residual e glicerol puro (duas fases), com solução de nutrientes em todos os afluentes.Analisou-se: DQO, metabólitos, pH, vazão, volume e composição de gás, organização funcional, riqueza, diversidade de Shannon, e espécies encontradas por sequenciamento de mSanger. Amostras do lodo foram coletadas e armazenadas a cada mudança de COV e o DNA foi extraído e amplificado com primers contendo grampos GC para os domínios Bacteria e Archaea, seguido por DGGE em gel de poliacrilamida (8%) para os dois domínios. As bandas resultantes foram excisadas, amplificadas, purificadas e sequenciadas. Os resultados mostraram que em cargas abaixo de 30 kg DQO/m3.d houve elevação da capacidade de suporte e estabilidade do meio, com baixa organização funcional e aumento da riqueza e diversidade em ambos os estudos, para ambos os domínios e substratos. Os parâmetros populacionais de Bacteria nos estágios seguintes reduziu e a organização funcional aumentou, indicando aumento gradual no nível de especialização da comunidade. Os aumentos populacionais foram maiores com glicerol residual do que com puro devido à especificidade do segundo substrato quando comparado ao residual, mais generalista. Os parâmetros ecológicos de Archaea nas etapas posteriores decaíram por inibição pelo substrato, o que promoveu aumento da produtividade do domínio bacteria. O glicerol puro se mostrou um substrato pior para o desenvolvimento de metanogênicas do que o residual.

Caproic acid or hexanoic acid has a wide range of applications in the pharmaceutical, chemical and food industries. The utilization of a fermentative production route has been studied as an alternative to petrochemical route, which relies on non-renewable resources. In the fermentative route, it is essential to provide a continuous caproic acid extraction from the biotic medium, because the accumulation of this acid inhibits microorganisms. In this study, the extraction and re-extraction of caproic acid by contact membranes are investigated in detail. This extraction system involves reactive and diffusive processes in two stages: i) the extraction step, where caproic acid passes through selectivity to an extraction solution (mineral oil + 3% trioctylphosphine (TOPO)); ii) the re-extraction step, where the caproic acid passes through affinity to an alkaline solution (0.5M H3BO3, pH ≥ 9.0). This type of extraction system has advantages over conventional liquid-liquid extraction of organic acids, because the membrane has hydrophobic characteristics, and acts as a physical barrier, which prevents the liquid phases dispersion. LIQUICEL two membranes are used (model 2.5 x 8.0 Extra-Flow), with surface area of 1.4 m², volume of the inner hull of 0.15 L (150 ml) and volume of the outer hull of 0.40 L (400ml). Each membrane has 800 hollow fibers of polypropylene (internal diameter 0.24 mm, length 15 cm, 0.03 mm thick wall and 0.03 mM of pore size of the membrane with 40% porosity). The mass transfer rates of membrane system were determined for different operating conditions from the effluent using a bioreactor and a pure (caproic acid diluted in water) effluents. In these experiments the caproic acid concentrations ranged between 0.1 and 2.5 g.L-1, which is a representative range for reactors operated at pH 5.5. The flow rates of the acidic and alkaline solutions ranged from 9,2 a 219,4 m.d-1. During the assays, pH, and caproic acid concentrations were monitored. The experiments using synthetic effluent showed that mass transfer rates in the extraction membranes are 9,5 g.m-2.h-1, and achieved extraction efficiency of 96%. Using the bioreactor effluent, the mass transfer rates were 3,67 g.m-2.h-1, and extraction effiency was 43%. Additionally, from these tests, it is possible to observe that the extraction rates are directly proportional to the liquid velocity in the external parts of the membranes. These results confirm that the maximum rates of extraction and re-extraction of the contact membrane system are in a feasible range to be used together with anaerobic reactors for producing caproic acid. Ácido Caproico, ou hexanóico, tem uma ampla gama de aplicações nas indústrias farmacêutica, química e alimentícia. A utilização de uma via de produção fermentativa tem sido estudada como uma alternativa à via petroquímica, que depende de recursos não renováveis. Na via fermentativa é essencial um processo contínuo de extração de ácido capróico a partir do meio biótico, uma vez que a acumulação deste ácido inibe a microbiota. Neste trabalho, a extração e re-extração do ácido capróico por membranas de contato são investigadas. O sistema de extração envolve processos difusivos e reativos e em duas etapas: i) uma etapa de extração, em que o ácido capróico é transferido através de seletividade para a solução de extração (óleo mineral + 3% de trioctilfosfina (TOPO)); ii) uma etapa de reextração, na qual o ácido caproico passa para uma solução alcalina (0,5 M de ácido bórico (H3BO3), pH ≥ 9,0) por afinidade. Este tipo de extração tem vantagens em relação à extração líquido-líquido convencional de ácidos orgânicos, pois a membrana possui características hidrofóbicas, que atua como uma barreira física impedindo a dispersão das fases líquidas. São utilizadas duas membranas Liquicel (modelo 2,5 x 8,0 Extra-Flow), com área superficial de 1,4 m², volume do casco interno de 0,15 L (15 0ml) e volume do casco externo de 0,40 L (400 ml). Cada membrana possui 800 fibras ocas de polipropileno (com diâmetro interno de 0,24 mm, 15 cm de comprimento, 0,03 μm de espessura da parede e 0,03 μm de tamanho dos poros da membrana com 40% de porosidade). As taxas de transferência de massa do sistema de membrana foram determinadas para diferentes condições de funcionamento a partir de um efluente oriundo de um biorreator e um efluente sintético (ácido capróico diluído em água). Nestes experimentos as concentrações de ácido capróico variaram de 0,1 a 2,5 g/L, que é uma faixa representativa para os reatores operados com pH 5,5. As vazões das soluções ácidas e alcalinas variaram de 9,2 m.d-1 a 219,4 m.d-1. Durante os testes, o pH e as concentrações de ácido capróico foram monitorados. Os experimentos utilizando solução pura mostram taxas de transferência de massa máxima nas membranas de extração 9,5 g.m-2.h-1, com uma eficiência de 96%. Utilizando o efluente oriundo de um biorreator essas taxas de transferência de massa máxima foi 3,67 g.m-2.h-1, com uma eficiência de 43%. Adicionalmente, a partir destes experimentos, é possível observar que as taxas de extração são diretamente proporcionais à velocidade do líquido nas partes externas das membranas. Estes resultados confirmam que as taxas máximas de extração e re-extração do sistema de membrana de contato estão em uma faixa que pode viabilizar a utilização deste sistema em conjunto com reatores anaeróbios que produzem ácido capróico.

The present study aimed to evaluate glycerol from biodiesel as Substrate for synthesis of hydrogen (H2), methane (CH4) and carboxylic acids through Anaerobic digestion. Initially, bench tests were carried out in batch With the purpose of evaluating H2 production by varying the inoculum source (flocculent sludge From sewage treatment plant - ES, granular sludge from Brewery effluent treatment plant - EC, goat ruminal fluid - LR and one Uniform mixture of these inoculants - MX) and the strategy of inhibition of metagenesis - EIM (Addition of chloroform, acid shock and heat shock). After that, the Of the substrate / microorganism ratio (S0 / X0) in H2 production. The values ​​of S0 / X0 Tested ranged from 1 to 16 g of chemical oxygen demand (COD) / g of total solids Volatile compounds (VTS). For the experiments in continuous flow, a system of reactors was used UASB (upflow anaerobic sludge blanket) type, fed with Glycerol to evaluate H2 and CH4 production. In the last step of the research, Conducted batch tests to evaluate glycerol as a substrate to produce Caproic acid (C6), varying the origin of the inoculum, the concentration of ethanol, with and without Bioaumentation with Clostridium acetobutylicum. The results showed that inocula ES, LR and MX, added with chloroform, were the most efficient in selecting the Hydrogen producing bacteria, with yields varying between 0.12 and 0.21 mol H2 / mol glycerol. The S0 / X0 tests showed that the maximum H2 yield (32 mL H2 / gDQA or 35 L H2 / kg glycerol) was achieved when S0 / X0 of 10 gDQO / gSTV. Above this value, the H2 yield decreased, but the production rate Constant (on average 167 mL H2 / [gSTV.d]). The results in flow Showed that the UASB producer of H2 (RH) filled with carrier medium could be Stably operated at 50 kg COD / m3.d and produce 46 L biogas / d, 51% being composed of H2, which was reflected in a yield of 0.135 mol H2 / mol glycerol. The UASB reactor Producer of CH4, fed with diluted RH effluent, was operated with maximum VOC of 19 kg COD / m3.d and was able to produce 92 L biogas / d, 74% composed of CH4, Resulting in a methane-specific production of 0.25 m 3 CH 4 / kg COD added. In In terms of energy, H2 and CH4 produced by UASB reactors are capable of 171 MJ / m3 reactor. Based on the maximum concentrations of 1,3-propanediol, And caproic acid produced in laboratory scale, it was possible to estimate that A plant that generates 25 m3 glycerol / d can achieve a daily profitability between US $ 1,848.43 and 6,765.07, depending on the desired product. Finally, the production tests of C6 allowed to conclude that the highest concentration (3.8 g C6 / L) was found when sludge Granular from brewery effluent treatment plant was bioaumented, With addition of 100 mM ethanol. O presente estudo teve como objetivo avaliar o glicerol proveniente de biodiesel como substrato para síntese de hidrogênio (H2), metano (CH4) e ácidos carboxílicos através de digestão anaeróbia. Inicialmente, foram realizados testes de bancada alimentados em batelada com a finalidade de avaliar a produção de H2 variando-se a fonte de inóculo (lodo floculento proveniente de estação de tratamento de esgoto sanitário – ES, lodo granular proveniente de estação de tratamento de efluente de cervejaria – EC, líquido ruminal de caprino – LR e uma mistura uniforme destes inóculos – MX) e a estratégia de inibição da metagênese – EIM (adição de clorofórmio, choque ácido e choque de calor). Depois disso, foi avaliado o efeito da relação substrato/micro-organismo (S0/X0) na produção de H2. Os valores de S0/X0 testados variaram entre 1 e 16 g de demanda química de oxigênio (DQO)/g de sólidos totais voláteis (STV). Para os experimentos em fluxo contínuo, foi usado um sistema de reatores anaeróbios do tipo UASB (upflow anaerobic sludge blanket) em série, alimentado com glicerol residual para avaliar a produção de H2 e CH4. Na última etapa da pesquisa, foram conduzidos testes em batelada para avaliar o glicerol como substrato para produzir ácidos caproico (C6), variando-se a origem do inóculo, a concentração de etanol, com e sem bioaumentação com Clostridium acetobutylicum. Os resultados comprovaram que os inóculos ES, LR e MX, adicionados de clorofórmio, foram os mais eficientes em selecionar as bactérias produtoras de hidrogênio, com rendimentos variando entre 0,12 e 0,21 mol H2/mol glicerol. Os testes de S0/X0 mostraram que o máximo rendimento de H2 (32 mL H2/gDQOadicionada ou 35 L H2/kg glicerol) foi alcançado quando aplicou-se S0/X0 de 10 gDQO/gSTV. Acima desse valor, o rendimento de H2 diminuiu, mas a taxa de produção específica se mantém constante (em média 167 mL H2/[gSTV.d]). Os resultados em fluxo contínuo mostraram que o UASB produtor de H2 (RH) preenchido com meio suporte pôde ser operado estavelmente a 50 kgDQO/m3.d e produzir 46 L biogás/d, sendo 51% composto por H2, o que se refletiu em um rendimento de 0,135 mol H2/mol glicerol. Já o reator UASB produtor de CH4, alimentado com efluente diluído do RH, foi operado com COV máxima de 19 kgDQO/m3.d e foi capaz de produzir 92 L biogás/d, sendo 74% composto por CH4, acarretando uma produção específica de metano igual a 0,25 m3CH4/kgDQO adicionada. Em termos energéticos, o H2 e o CH4 produzidos pelos reatores UASB são capazes de gerar 171 MJ/m3 reator. Com base nas concentrações máximas de 1,3-propanodiol, ácido propiônico e ácido caproico produzidos em escala de laboratório, foi possível estimar que uma usina que gera 25 m3 glicerol/d pode alcançar uma rentabilidade diária entre a US$ 1.848,43 e 6.765,07, dependendo do produto desejado. Por fim, os testes de produção de C6 permitiram concluir que a maior concentração (3,8 g C6/L) foi encontrada quando lodo granular proveniente de estação de tratamento de efluente de cervejaria foi bioaumentado, com adição de etanol a 100 mM.