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Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2022-12-22T15:09:59Z No. of bitstreams: 1 Leonardo Bandeira dos Santos.pdf: 1948968 bytes, checksum: 2119c5899042358dde55941fe656902b (MD5) Made available in DSpace on 2022-12-22T15:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo Bandeira dos Santos.pdf: 1948968 bytes, checksum: 2119c5899042358dde55941fe656902b (MD5) Previous issue date: 2022-02-24 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq The concern with the quality of the water that leaves industrial facilities contaminated by oil results in extremely strict quality control standards for the discharge of this oily industrial effluent into springs or for its reuse. In the environment of a Thermoelectric Plant (TP), the installations must be maintained in accordance with the standards imposed by environmental agencies, to ensure conditions of service to the National Electric System Operator (NESO). In this research, a biosurfactant was used as an auxiliary flotation collector to support a scale-up criterion in the construction of an induced presaturation tower (IPST) in a semi-industrial scale. The semi-industrial IPST was developed to separate water-oil by flotation using 03 stages arranged vertically, in series. When feeding each stage, the effluent is pre-saturated with the aid of air microbubbles generated by modified multistage centrifugal pumps. Obtaining the results of the bench prototype led to equipment with a nominal treatment capacity of 1200 L.h-1, which occupied a space of 4 meters high by 2 meters wide and 5 meters long, made of stainless steel and a high degree of automation. IPST was set up in the industrial facilities of Centrais Elétricas da Paraíba SA – EPASA – João Pessoa - PB - Brazil. Correlations between operating parameters and efficiency were indicated by Principal Component Analysis (PCA). The definition of the most relevant statistical factors was obtained with the aid of a fractional factorial design. The search for optimized operating conditions was investigated by a Central Composite Rotational Design (CCRD). The application of the “desirability function” tool defined the independent variables as globais optimization conditions of 95%: Recycle flow (Qrec) – 450 L.h-1, Average speed of the oily foam scrapers (Vrasp) – 80 rpm, Average pressure microbubble pumps (PMB) – 11 bar and effluent feed temperature (TA) – 38 ºC. The results obtained validated the use of a biosurfactant as an auxiliary collector of positive environmental impact and Damköhler correlation as a scale-up tool for municipal flotation chambers with pre-saturation, arranged in series. A preocupação com a qualidade da água que sai de instalações industriais contaminadas por óleo resulta em padrões extremamente rígidos de controle de qualidade, para a descarga desse efluente industrial oleoso em mananciais hídricos ou para reuso. No ambiente de uma Usina Termoelétrica (UTE) deve-se manter as instalações de acordo com as normas impostas pelos órgãos ambientais, para garantir condições de atendimento ao Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Nesta pesquisa foi utilizado um biossurfactante como coletor auxiliar de flotação para embasar critério de scale-up na construção de uma torre de pré-saturação induzida (TPSI) em escala semi-industrial. Preliminarmente foi construído um protótipo em escala de bancada. Nesta etapa foram realizadas análises cinéticas e hidráulicas utilizando-se o número adimensional de Damkhöler e um biossurfactante produzido pela bactéria Pseudomonas cepacia CCT 6659, elevando-se a eficiência de separação água-óleo do equipamento de bancada construído, de 92% devido à limitação da automação para 97%. A TPSI semi-industrial foi desenvolvida para separar água-óleo por flotação utilizando 03 estágios dispostos verticalmente, em série. Na alimentação de cada estágio o efluente é pré-saturado com auxílio de microbolhas de ar geradas por bombas centrífugas multiestágios modificas. A obtenção dos resultados do protótipo de bancada levou a um equipamento com capacidade de tratamento nominal de 1200 L.h-1 e que ocupou um espaço de 4 metros de altura por 2 metros de largura por 5 metros de comprimento, confeccionado em aço inox e elevado grau de automação. A TPSI foi montada nas instalações industriais das Centrais Elétricas da Paraíba S.A – EPASA – João Pessoa - PB - Brasil. As correlações entre os parâmetros operacionais e a eficiência foram indicadas pela Análise de Componentes Principais (ACP). A definição dos fatores estatísticos mais relevantes foi obtida com o auxílio de um planejamento fatorial fracionário. A busca por condições operacionais otimizadas foi investigada por um delineamento composto central rotacional (DCCR). A aplicação da ferramenta “função de desejabilidade” definiu como condições de otimização global de 95% as variáveis independentes: Vazão de reciclo (Qrec) – 450 L.h-1, Velocidade média dos raspadores de espuma oleosa (Vrasp) – 80 rpm, Pressão média das bombas de microbolhas (PMB) – 11 bar e Temperatura do efluente de alimentação (TA) – 38 ºC. Os resultados obtidos validaram o uso de um biossurfactante como coletor auxiliar de impacto positivo ambiental e a correlação de Damköhler como ferramenta de scale-up para câmaras de flotação com pré-saturação, dispostas em série.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2022-12-21T19:31:54Z No. of bitstreams: 1 Italo Jose Batista Durval.pdf: 1815528 bytes, checksum: cab851fb72bcd916e5a321992400269b (MD5) Made available in DSpace on 2022-12-21T19:31:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Italo Jose Batista Durval.pdf: 1815528 bytes, checksum: cab851fb72bcd916e5a321992400269b (MD5) Previous issue date: 2021-07-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq The present study characterized and evaluated the biosurfactant produced by Bacillus cereus UCP 1615 in various industrial applications. The production of the biomolecule was carried out in a low-cost medium composed of 2% residual frying soybean oil and 0.12% peptone. The interfacial tension reducing capacity and the critical micelle concentration (CMC) were defined as 6 mN/m and 500 mg/L, respectively. Large-scale production was carried out in 1.2, 3.0 and 50 L bioreactors, reaching surface tension values of 28.7, 27.5 and 32 mN/m and yields around 4.3, 4.6 and 4.1 g/L, respectively. The biosurfactant was classified as an anionic lipopeptide from analyzes to determine ionic charge, thin layer chromatography (TLC), gas chromatography (GC) and nuclear magnetic resonance (NMR). Long-term conservation tests with the additive potassium sorbate (0.2%) demonstrated the stability of the surface-active properties of the biosurfactant, suggesting its application in a possible commercial formulation. To evaluate the application of the biosurfactant in environmental processes, it was applied in tests containing seawater, soil and rocks contaminated with petroleum derivatives and its toxicity was also evaluated against marine organisms Artemia salina (microcrustacean), Poecilia vivipara (fish) and Anomalocardia brasiliana (bivalve) and to the seeds of vegetables Brassica oleracea (cabbage), Solanum lycopersicum (tomato) and Cucumis anguria (gherkin). The biosurfactant proved to be efficient and biocompatible for bioremediation tests in seawater, promoting the growth of the microbiota, and showed removal rates of hydrophobic compounds in sandy soil and rocks of 84 and 69%, respectively. The application of the biomolecule as a bioemulsifier in food was also evaluated through its use in the composition of a cookie type cookie, with cytotoxicity using the L929 and Vero cell lines and the antioxidant activity determined. A biscuit with preserved typical characteristics and benefits compared to the standard without biosurfactant was obtained. Cytotoxicity tests reinforced the biosurfactant's biocompatibility, and the antioxidant activity indicative corroborated with the biosurfactant's contribution to the biscuit preservation. The biosurfactant was also tested as a stabilizer in the synthesis of silver nanoparticles as an antimicrobial agent. Nanoparticles of size around 20 nm were obtained using the green Tollens method. The nanoparticles showed fungicidal activity against human and plant pathogenic fungal genera. The results obtained demonstrate that the biosurfactant from Bacillus cereus UCP 1615 has potential for use in several economic sectors, proving the biotechnological versatility of this biomolecule and its industrial importance. O presente estudo caracterizou e avaliou o biossurfactante produzido por Bacillus cereus UCP 1615 em diversas aplicações industriais. A produção da biomolécula foi feita em meio de baixo custo composto por 2% de óleo de soja residual de fritura e 0,12% de peptona. A capacidade de redução da tensão interfacial e a concentração micelar crítica (CMC) foram definidas como 6 mN/m e 500 mg/L, respectivamente. A produção em larga escala foi feita em biorreatores de 1,2, 3,0 e 50,0 L, alcançando valores de tensão superficial de 28,7, 27,5 e 32,0 mN/m e rendimentos em torno de 4,3, 4,6 e 4,1 g/L, respectivamente. O biossurfactante foi classificado como um lipopetídeo aniônico a partir de análises para determinação da carga iônica, cromatografia em camada delgada (TLC), cromatografia gasosa (GC) e ressonância magnética nuclear (RMN). Testes de conservação a longo prazo com o aditivo sorbato de potássio (0,2%) demonstraram a estabilidade das propriedades tensoativas do biossurfactante, sugerindo sua aplicação em uma possível formulação comercial. Para avaliar a aplicação do biossurfactante em processos ambientais, o mesmo foi aplicado em ensaios contendo água do mar, solo e rochas contaminadas com derivado de petróleo e sua toxicidade também foi avaliada frente ao microcrustáceo Artemia salina, ao peixe Poecilia vivipara e ao bivalve Anomalocardia brasiliana, bem como frente às sementes de vegetais Brassica oleracea (repolho), Solanum lycopersicum (tomate) e Cucumis anguria (maxixe). O biossurfactante mostrou-se eficiente e biocompatível para biorremediação em água do mar, promovendo o crescimento da microbiota, e ainda apresentou índices de remoção de compostos hidrofóbicos em solo arenoso e rochas de 84 e 69%, respectivamente. A aplicação da biomolécula como bioemulsificante em alimentos também foi avaliada através da sua utilização na composição de um biscoito tipo cookie, tendo a citotoxicidade utilizando as linhagens celulares L929 e Vero e a atividade antioxidante determinados. Um biscoito com características típicas preservadas e com benefícios em relação ao padrão sem biossurfactante foi obtido. Os testes de citotoxicidade reforçaram a biocompatibilidade do biossurfactante, e o indicativo de atividade antioxidante corroborou com a contribuição do biossurfactante para preservação do biscoito. O biossurfactante também foi avaliado como estabilizante na síntese de nanopartículas de prata como agente antimicrobiano. Nanopartículas de tamanho em torno de 20 nm foram obtidas através do método verde de Tollens. As nanopartículas apresentaram atividade fungicida diante de gêneros de fungos patogênicos humanos e vegetais. Os resultados obtidos demonstram que o biossurfactante de Bacillus cereus UCP 1615 tem potencial de utilização em diversos setores econômicos, comprovando a versatilidade biotecnológica desta biomolécula e sua importância industrial.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2022-12-22T15:41:15Z No. of bitstreams: 1 Marcos Jose Chaprao.pdf: 4626332 bytes, checksum: 605d70b63c5a2034a68adbbf5fd9d914 (MD5) Made available in DSpace on 2022-12-22T15:41:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Jose Chaprao.pdf: 4626332 bytes, checksum: 605d70b63c5a2034a68adbbf5fd9d914 (MD5) Previous issue date: 2020-02-18 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Activities related to the oil and electric energy sector are mainly responsible for the production of oily water and its disposal, requiring strategies for the treatment and separation of these residues. Dissolved Air Flotation (DAF) is one of the most used water-oil separation processes. This technology uses mostly chemical surfactants as collectors to enhance the separation of oil particles in suspension. As an alternative to synthetic and toxic surfactants, the use of biosurfactants has stood out for the treatment of industrial effluents, as they are biodegradable and have low toxicity. In view of the challenges exposed and the needs for development and improvement of known techniques, the present work presents an efficient solution using a biosurfactant as an alternative collector, produced by Bacillus methylotrophicus UCP 1616 in an economic culture medium composed of industrial waste associated with flotation technologies. Production was evaluated, stability in the face of a wide range of conditions (pH, temperature and salinity), chemical characterization (FTIR and 1H NMR) of the biotensoactive, toxicity to vegetable seeds and the application of the biotensoactive in the removal of oil in soils and waters as a bioremediation agent. After evaluating its properties, the biotensoactive was formulated commercially, through the addition of a preservative (potassium sorbate) and with heat treatment at 80 ° C. After formulation, samples of the biosurfactant were stored at room temperature for 180 days and their surfactant properties were tested. The B. methylotrophicus biosurfactant was applied in a bench scale FAD system and in a vertical Chamber of flotation by Induced Pre- Saturation (CPSI) as an alternative collector, being added to a synthetic oily effluent with 150 ppm of lubricating oil in water. A Central Rotational Composite Design (CCRD) was used to evaluate the influence of independent variables (effluent flow and formulated biosurfactant flow) on the oil removal efficiency in prototypes. Samples of the treated effluent were collected to evaluate the percentage of oil removal by spectrophotometry. According to the results obtained, the biosurfactant showed a reduction in the surface tension of the water from 71 mN / m to 29 mN / m and high stability under the conditions studied. The maximum concentration of biosurfactant reached was 10.0 g / l. The biomolecule was considered a lipopeptide based on the results of chemical characterization, demonstrated absence of toxicity and exhibited potential for the bioremediation of soil and water contaminated by oil derivatives. The formulated biosurfactant demonstrated stability in both conservation methods, with tolerance in environments with extreme conditions. The efficiency of the formulated biomolecule was demonstrated by the oil removal rate of 92% in the DAF prototype and 99% in CIPS. The results showed that the biosurfactant of B. methylotrophicus increases the efficiency of the flotation process, being able to assist in the mitigation and management of industrial effluents and contributing to the reduction of environmental pollution caused by oil-derived hydrocarbons. As atividades ligadas ao setor petrolífero e de energia elétrica são as principais responsáveis pela produção de águas oleosas e seu descarte, demandando estratégias de tratamento e separação desses resíduos. A Flotação por Ar Dissolvido (FAD) é um dos processos de separação água-óleo mais utilizado. Essa tecnologia utiliza em sua maioria surfactantes químicos como coletores para potencializar a separação das partículas de óleo em suspensão. Como alternativa aos surfactantes sintéticos e tóxicos, o uso de biossurfactantes vem se destacando para o tratamento de efluentes industriais, por serem biodegradáveis e apresentarem baixa toxicidade. Diante dos desafios expostos e das necessidades de desenvolvimento e aperfeiçoamento das técnicas conhecidas, o presente trabalho apresenta uma solução eficiente utilizando um biossurfactante como coletor alternativo, produzido por Bacillus methylotrophicus UCP 1616 em um meio de cultivo econômico composto por resíduos industriais associado a tecnologias de flotação. Foram avaliadas a produção, estabilidade frente a uma grande variação de condições (pH, temperatura e salinidade), caracterização química (FTIR e 1H RMN) do biotensoativo, toxicidade frente a sementes de vegetais e a aplicação do biotensoativo na remoção de óleo em solos e águas como agente de biorremediação. Após avaliação de suas propriedades, o biotensoativo foi formulado comercialmente, através da adição de um conservante (sorbato de potássio) e com tratamento térmico a 80 °C. Após a formulação, amostras do biossurfactante foram armazenadas à temperatura ambiente por 180 dias e suas propriedades tensioativas foram testadas. O biossurfactante de B. methylotrophicus foi aplicado em um sistema de FAD e em uma Câmara vertical de flotação por Pré-Saturação Induzida (CPSI) em escala de bancada, como coletor alternativo, sendo adicionado a um efluente oleoso sintético com 150 ppm de óleo lubrificante em água. Foi utilizado um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para avaliar a influência das variáveis independentes (vazão do efluente e vazão do biossurfactante formulado) na eficiência de remoção de óleo nos protótipos. Amostras do efluente tratado foram coletadas para avaliação do percentual de remoção de óleo por espectrofotometria. De acordo com os resultados obtidos, o biossurfactante desmonstrou redução da tensão superficial da água de 71 mN/m para 29 mN/m e boa estabilidade frente as condições estudadas. A concentração máxima de biossurfactante atingida foi de 10,0 g/l. A biomolécula foi considerada um lipopeptídeo baseado nos resultados da caracterização química, demonstrou ausência de toxicidade e exibiu potencial para a biorremediação de solo e de água contaminados por derivados de petróleo. O biossurfactante formulado demonstrou elevada estabilidade em ambos os métodos de conservação, com tolerância em ambientes com condições extremas. A eficiência da biomolécula formulada foi demonstrada pela taxa de remoção de óleo de 92% no protótipo FAD e de 99% na CPSI em escala de bancada. Os resultados demonstraram que o biossurfactante de B. methylotrophicus aumenta a eficiência do processo flotação, podendo auxiliar na mitigação e no gerenciamento de efluentes industriais e contribuindo para a redução da poluição ambiental causada por hidrocarbonetos derivados do petróleo.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-11-28T16:24:47Z No. of bitstreams: 1 Elias Jose da Silva.pdf: 10945290 bytes, checksum: b39eb3188eac9647eabc879fe8e08607 (MD5) Made available in DSpace on 2018-11-28T16:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elias Jose da Silva.pdf: 10945290 bytes, checksum: b39eb3188eac9647eabc879fe8e08607 (MD5) Previous issue date: 2018-10-05 Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Financiadora de Estudos e Projetos - Finep Oil, although it is the propeller of world economic development, generates diverse types of effluents and wastes, often complex and difficult to treat. The production of oily water effluents has caused environmental problems for several industries. Physical-chemical processes such as centrifugation and ultrafiltration can be effective when used to separate oils and greases but are inefficient when oils are emulsified. The dissolved air flotation (DAF) process, on the other hand, has been successfully used in the treatment of wastewater. This physicochemical separation technique uses small amounts of collectors that facilitate the adhesion of the particles and, consequently, the separation of the pollutants, improving the efficiency of the process. On the other hand, these chemical collectors are toxic, a factor that represents the generation of other environmental pollutants. Thus, biosurfactants, biodegradable and non-toxic amphipathic molecules produced by microorganisms, present themselves as promising collectors in increasing flotation efficiency. In this sense, the present work had as objective of carrying out an experimental study to investigate the gravitational separation of oily emulsions using the DAF process with the addition of biosurfactants. Initially, a biosurfactant was produced by the bacterium Pseudomonas aeruginosa UCP 0992 grown in 0.5% corn steep liquor and 4.0% of vegetable oil residue in a bioreactor, using a Rotational Central Compound Design (RCCD) in order to optimize the cultivation conditions for maximum yield. The best results were achieved in the fermentation condition with 1.0 vvm aeration, 3.0% of the inoculum at 225 rpm for 120 hours, resulting in a surface tension of 26.5 mN/m and a yield of 26 g/L of biosurfactant. The biosurfactant was then characterized as a glycolipid with a Critical Micellar Concentration (CMC) of 600 mg/L. Tests with the biosurfactant under temperature variations, heating time, pH and addition of salt demonstrated the stability of the biomolecule. Kinetic and static tests with motor oil adsorbed on sand demonstrated removals of 90 and 80%, respectively. Experiments of oil degradation by the bacterium and by the combination of bacteria and biosurfactant were also carried out on samples of sand and sea water. In both cases, the oil degradation reached levels higher than 90% in the presence of the biosurfactant and its producing species. After its characterization, the crude biosurfactant was applied as a collector to a bench DAF prototype built in acrylic. The flotation experiments followed a DCCR, having as independent variables the oily water flow, the microbubble water flow, the aqueous biosurfactant solution flow and the biosurfactant concentration and as a variable response the oil separation efficiency. The isolated and potassium sorbate formulated biosurfactant was also tested in the prototype after optimization of the operating conditions. The results showed that the biosurfactant increased the separation efficiency of the oil by the DAF process from 65 to 95% and that there were no great differences between the biosurfactant forms used in the system. Two biosurfactants produced by the bacteria Pseudomonas cepacia CCT6659 and Bacillus cereus 1615 were applied in the treatment of oily effluent from a thermoelectric plant, obtaining, as results, percentages of removal of 94 and 80%, respectively. It was concluded that the use of biosurfactant as a collector in flotation is a promising alternative in the treatment of oily waters generated in the industrial environment. O petróleo, embora seja a fonte propulsora do desenvolvimento econômico mundial, gera diversos tipos de efluentes e resíduos, muitas vezes complexos e de difícil tratamento. A produção de efluentes do tipo água oleosa tem provocado problemas ambientais para diversas indústrias. Processos físico-químicos como centrifugação e ultrafiltração podem ser eficazes quando usados para separar óleos e graxas, porém são ineficientes quando os óleos estão emulsionados. O processo de flotação por ar dissolvido (FAD), por outro lado, tem sido utilizado com sucesso no tratamento de águas residuárias. Essa técnica de separação físico-química utiliza pequenas quantidades de coletores que facilitam a adesão das partículas e, consequentemente, a separação dos poluentes, melhorando a eficiência do processo. Por outro lado, esses coletores químicos são tóxicos, fator que representa a geração de outros poluentes ambientais. Assim, os biossurfactantes, moléculas anfipáticas biodegradáveis e atóxicas produzidas por micro-organismos, apresentam-se como coletores promissores no aumento de eficiência da flotação. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo experimental para investigar a separação gravitacional de emulsões oleosas utilizando-se o processo de FAD com a adição de biossurfactantes. Inicialmente, um biossurfactante foi produzido pela bactéria Pseudomonas aeruginosa UCP 0992 cultivada em 0,5% de milhocina e 4,0% de resíduo de óleo vegetal em biorreator, empregando um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) com a finalidade de otimizar as condições de cultivo para obtenção do rendimento máximo. Os melhores resultados foram alcançados na condição de fermentação com aeração de 1,0 vvm, 3,0% do inóculo a 225 rpm durante 120 horas, resultando em uma tensão superficial de 26,5 mN/m e um rendimento de 26 g/L de biossurfactante. Em seguida, o biossurfactante foi caracterizado como um glicolipídeo com uma Concentração Micelar Crítica (CMC) de 600 mg/L. Testes com o biossurfactante sob variações de temperatura, tempo de aquecimento, pH e adição de sal demonstraram a estabilidade da biomolécula. Ensaios cinético e estático com óleo de motor adsorvido em areia demonstrarm remoções de 90 e 80%, respectivamente. Experimentos de degradação do óleo pela bactéria e pela combinação da bactéria e do biossurfactante também foram realizados em amostras de areia e água do mar. Em ambos os casos, a degradação de óleo alcançou níveis superiores a 90% na presença do biossurfactante e de sua espécie produtora. Após sua caracterização, o biossurfactante bruto foi aplicado como coletor a um protótipo de FAD de bancada construído em acrílico. Os experimentos de flotação seguiram um DCCR, tendo como variáveis independentes a vazão de água oleosa, a vazão de água de microbolhas, a vazão da solução aquosa de biossurfactante e a concentração de biossurfactante, e como variável resposta a eficiência de separação de óleo. O biossurfactante isolado e formulado com sorbato de potássio também foi testado no protótipo após otimização das condições operacionais. Os resultados demonstraram que o biossurfactante aumentou a eficiência de separação do óleo pelo processo de FAD de 65 para 95% e que não houve grandes diferenças entre as formas de biossurfactante utilizadas no sistema. Dois biossurfactantes produzidos pelas bacterias Pseudomonas cepacia CCT6659 e Bacillus cereus1615, foram aplicados no tratamento de efluente oleoso de uma usina termoelétrica, obtendo como resultados, percentuais de remoção de 94 e 80%, respectivamente. Concluiu-se que o uso do biossurfactante como auxiliar na flotação constitui uma alternativa promissora no tratamento de águas oleosas geradas no ambiente industrial.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-03-14T12:40:00Z No. of bitstreams: 1 Darne Germano de Almeida.pdf: 17175209 bytes, checksum: cdf4af80710a872ffc91bc54a2b03ec3 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-14T12:40:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Darne Germano de Almeida.pdf: 17175209 bytes, checksum: cdf4af80710a872ffc91bc54a2b03ec3 (MD5) Previous issue date: 2017-02-22 Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Financiadora de Estudos e Projetos - Finep Contamination by petroleum and its by-products causes serious damage, which has awakened great attention to the development and application of innovative technologies for the removal of these contaminants. In this sense, this work aimed to produce a biosurfactant of Candida tropicalis UCP0996 from industrial residues as substrates for application as a remediation agent. Biosurfactant production optimization was evaluated for the influence of the variables concentrations of molasses, corn steep liquor, residual canola oil and inoculum size on the response variables of surface tension and biosurfactant yield. The optimum conditions selected for the fermentative process were 2.5% of residual canola oil, 2.5% of corn steep liquor, 2.5% of molasses and 2% of inoculum size, with reduction of surface tension and yield of 29.98 mN/m and 4.19 g/L, respectively. The biosurfactant was produced in bioreactors, yielding yields of 5.87 g/L (2 L bioreactor) and 7.36 g/L (50 L bioreactor). The tensioactive and emulsifying capacity of the biosurfactant was investigated under extreme conditions of temperature, salinity, pH and heating time, indicating their stability. Chemical composition investigation of the by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) and gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) revealed that the biosurfactant studied is an anionic glycolipid with critical micelle concentration (CMC) of 600 mg/L and low hydrophobicity. After the characterization, the biomolecule had its toxicity investigated against the microcrustacean Artemia salina, proving to be innocuous against this environmental indicator. The biosurfactant was then subjected to different methodologies for the formulation of a commercial additive. The biomolecule remained stable for 120 days at room temperature after addition of potassium sorbate as a preservative. The application of the biomolecule in petroderivative removal and degradation processes demonstrated its ability to disperse about 71% of the motor oil into seawater, to remove 67% of the oil adsorbed on a porous surface and to increase the degradation of the oil by microorganisms. Based on the results, it was possible to establish the biotechnological potential of the product obtained for application in the industrial and environmental area, replacing the synthetic surfactants. A contaminação por petróleo e seus derivados causam prejuízos graves, o que tem despertado grande atenção para o desenvolvimento e aplicação de tecnologias inovadoras para a remoção desses contaminantes. Nesse sentido, este trabalho teve por objetivo produzir um biossurfactante de Candida tropicalis UCP0996 a partir de resíduos industriais como substratos para aplicação como agente de remediação. A otimização da produção do biossurfactante foi avaliada quanto à influência das variáveis concentrações de melaço, milhocina, óleo de canola residual e tamanho do inóculo sobre as variáveis resposta tensão superficial e rendimento em biossurfactante. As condições ótimas selecionadas para o processo fermentativo foram 2,5% de óleo de canola residual, 2,5% de milhocina, 2,5% de melaço e tamanho do inóculo de 2%, com redução da tensão superficial e rendimento de 29,98 mN/m e 4,19 g/L, respectivamente. O biossurfactante foi produzido em biorreatores, alcançando rendimentos de 5,87 g/L (biorreator de 2 L) e 7,36 g/L (biorreator de 50 L). A capacidade tensoativa e emulsificante do biossurfactante foi investigada sob condições extremas de temperatura, salinidade, pH e tempo de aquecimento, indicando sua estabilidade. A investigação da composição química por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear de prótons (1H RMN) e cromatografia gasosa e acoplada a espectroscopia de massa (GC-MS) revelou que o biossurfactante estudado é um glicolipídeo de natureza aniônica com concentração micelar crítica (CMC) de 600 mg/L e de baixa hidrofobicidade. Após a caracterização, a biomolécula teve sua toxicidade investigada frente ao microcrustáceo Artemia salina, demonstrando ser inócua frente a este indicador ambiental. Em seguida, o biossurfactante foi submetido a diferentes metodologias para ser formulado como aditivo comercial. A biomolécula manteve-se estável ao longo de 120 dias à temperatura ambiente após adição de sorbato de potássio como conservante. A aplicação da biomolécula em processos de remoção e degradação de petroderivado demonstrou sua capacidade de dispersar cerca de 71% do óleo de motor em água do mar, de remover 67% do óleo adsorvido em superfície porosa e de aumentar a degradação do óleo pelos micro-organismos marinhos autóctones. Com base nos resultados, foi possível estabelecer o potencial biotecnológico do produto obtido para aplicação na área industrial e ambiental, em substituição aos surfactantes sintéticos.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-03-14T13:05:57Z No. of bitstreams: 1 Rita de Cassia Freire Soares da Silva.pdf: 22262452 bytes, checksum: 68105ddaa4b06db573208e3fc94b0a5f (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-14T13:05:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rita de Cassia Freire Soares da Silva.pdf: 22262452 bytes, checksum: 68105ddaa4b06db573208e3fc94b0a5f (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Financiadora de Estudos e Projetos - Finep The search for natural, biodegradable and less toxic compounds has stimulated the development of alternative products. Biosurfactants, microbiologically obtained molecules, have become an important strategy in obtaining compounds more compatible with the environment. In this sense, we evaluated the production, characterization and application of a biosurfactant obtained from Pseudomonas cepacia UCP 6659 in the removal of petroleum derivative in soils and waters. Initially, the cultivation conditions were statistically optimized through a central rotational compound design (CCRD) regarding the influence of the variables culture time, inoculum concentration and rotation speed. The selected biosurfactant was characterized for the stability of the tensoactive and toxicological properties. Its production was investigated in a semi-industrial bioreactor of 50 L. The biosurfactant was formulated using three conservation methods and stored for 120 days. Subsequently, the biosurfactant was tested in the decontamination of petroleum derivatives and in bioremediation process. As results, the most significant levels selected by the DCCR were 250 rpm, 60h and inoculum of 1.5 %, reaching a surface tension of 27 mN/m, a yield of 8.0 g / L and a CMC of 600 mg / L. The chemical characterization (FTIR, 1H NMR and GC-MS) revealed its glycolipid and anionic nature. The biotensoativo presented efficient emulsifying activity in motor oil above 90 % and stability against extreme conditions (120°C, 12 % NaCl and pH of 2 to 12). The biosurfactant was non-toxic to microcrack Artemia salina and cabbage seeds (Brassica oleracea). With the increase of the scale of production, a concentration of 40.5 g / L in biosurfactant was reached, with a surface tension of 29 mN/m. The biosurfactant showed stability in all conservation methods, showing that it is economically feasible for large scale application, due to the low cost of obtaining the formulated product, estimated at around US$ 0.14-0.15 / L, and can be produced At a reduced cost compared to those commercially available on the world market. The biosurfactant demonstrated efficacy of up to 75 % recovery of residual oil from samples of oil-saturated sand, 81 % dispersion of petroderivative in sea water and recovery of 90 % of motor oil on solid surface. The formulated product reached 76.55 % oil removal, 84.5 % in sea stones, and promoted 70 % oil biodegradation in sea water. Therefore, the biosurfactant produced by P. cepacia presents potential for application in the petroleum industry and in the decontamination of petroderivatives in the environment. A busca por compostos naturais, biodegradáveis e menos tóxicos tem estimulado o desenvolvimento de produtos alternativos. Os biossurfactantes, moléculas obtidas por via microbiológica, tornaram-se uma estratégia importante na obtenção de compostos mais compatíveis com o meio ambiente. Neste sentido, foram avaliadas a produção, caracterização e aplicação de um biossurfactante obtido de Pseudomonas cepacia UCP 6659 na remoção de derivado de petróleo em solos e águas. Inicialmente, as condições de cultivo foram estatisticamente otimizadas através de um delineamento composto central rotacional (CCRD) quanto à influência das variáveis tempo de cultivo, concentração do inóculo e velocidade de rotação. O biossurfactante selecionado foi caracterizado quanto à estabilidade das propriedades tensoativas e toxicológicas. Investigou-se sua produção em biorreator semi-industrial de 50 L. O biossurfactante foi formulado utilizando três métodos de conservação, sendo armazenado durante 120 dias. Posteriormente, o biossurfactante foi testado na descontaminação de derivados de petróleo e em processo de biorremediação. Como resultados, os níveis mais significativos selecionados pelo (DCCR) foram 250 rpm, 60h e inóculo de 1,5 %, alcançando uma tensão superficial de 27 mN/m, um rendimento de 8,0 g/L e uma CMC de 600 mg/L. A caracterização química (FTIR, 1H RMN e GC-MS) revelou sua natureza glicolipídica e aniônica. O biotensoativo apresentou eficiente atividade emulsificante em óleo de motor acima de 90 % e estabilidade frente a condições extremas (120°C, 12 % de NaCl e pH de 2 a 12). O biossurfactante foi atóxico ao microcrustáceo Artemia salina e as sementes de repolho (Brassica oleracea). Com o aumento de escala de produção foi alcançado uma concentração de 40,5 g/L em biossurfactante, com uma tensão superficial de 29 mN/m. O biossurfactante apresentou estabilidade em todos os métodos de conservação, demonstrando ser economicamente viável para aplicação em larga escala, devido ao baixo custo de obtenção do produto formulado, estimado em torno de US $ 0,14-0,15/L, podendo ser produzido a um custo reduzido em comparação aos comercialmente disponíveis no mercado mundial. O biossurfactante demonstrou eficácia de até 75 % na recuperação de óleo residual a partir de amostras de areia saturada com óleo, dispersão de 81 % de petroderivado em água do mar e recuperação de 90 % de óleo de motor em superfície sólida. O produto formulado atingiu uma remoção de óleo em solo de 76,55 %, 84,5 % em pedras marinhas, e promoveu uma biodegradação de óleo de 70 % em água do mar. Portanto, o biossurfactante produzido por P. cepacia apresenta potencial para aplicação na indústria de petróleo e na descontaminação de petroderivados no ambiente.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-03-14T13:22:12Z No. of bitstreams: 1 Danyelle Khadydja Felix dos Santos.pdf: 27852030 bytes, checksum: 9c7b67c95867750ad685525f6607b8d1 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-14T13:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danyelle Khadydja Felix dos Santos.pdf: 27852030 bytes, checksum: 9c7b67c95867750ad685525f6607b8d1 (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Financiadora de Estudos e Projetos - Finep Surfactants are amphipathic powerful agents with application in various industries, especially in the oil industry. Many types of chemically synthesized surfactants are used today, although the development of alternative products, biodegradable and less toxic as the so-called biosurfactants agents obtained by microbiological route, becomes an important strategy to achieve products adequate for use in the environment, and with specific properties and applications. Many biosurfactants have been produced, although few are marketed due to the high production cost involved in obtaining these compounds, especially as regards the use of expensive substrates and purification processes. In this sense, this project proposed studies directed towards maximizing the production of a low cost biosurfactant for application in environments contaminated by petroleum derivates and heavy metals. Experiments were conducted to maximize the production of the biosurfactant from Candida lipolytica UCP0988 cultivated on 5% animal fat and 2.5%corn steep liquor using a 23 full factorial design. The effects and interactions of the agitation speed (200, 300 and 400rpm), the variables aeration (0, 1 and 2vvm) and time of cultivation (48, 96 and 144h) on the surface tension, yield and biomass were evaluated. The results showed that the variable time of cultivation had positive influence on the production of biosurfactant, while the increase of the variables aeration and agitation showed a negative effect. This study investigated the large-scale production, characterization, evaluation of toxicity and economic analysis of the biosurfactant produced by Candida lipolytica UCP 0988 grown in amedium containing 5% animal fat and 2.5% corn steep liquor. The kinetics of biosurfactant production was described. The biosurfactant producedin the stationary growth phaseunder agitation of 200rpm andin the absence of aeration reducedthe surface tension of the medium to 28mN/m after 96 h, yielding 10.0 g/L ofisolated biosurfactant in a 2 L bioreactor. The production was maximized in a 50 L bioreactor, reaching 40 g/L biosurfactant and 25 mN/m. The cell biomasswas quantifiedand characterizedfor usein animal nutrition. Chemical structures of the biosurfactant were identified using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). The crude biosurfactant was not toxic to the bivalve Anomalocardia brasiliana, to the microcrustacean Artemia salina, or three species of vegetables seeds. The formulated biosurfactant was also not toxic to the fish Poecilia vivipara. The addition of the biosurfactant to seawater stimulated the degradation of motor oil via the activity of the indigenous microorganisms. In tests carried out with seawater, the crude biosurfactant demonstrated 80% oil spreading efficiency in the screening dispersion test. Regarding the swirling bottle test, the dispersion rate was 50% for the isolated biosurfactant at a concentration twice the critical micelle concentration. The biosurfactant proved to be efficient in detergency tests, as it removed 70% of motor oil from contaminated cotton cloth. Application for the removal of heavy metals demonstrated that the crude biosurfactant removed 30 to 40% of Cu and Pb from standard sand, while the isolated biosurfactant removed approximately 30% of the heavy metals. The HCl solution tested removed 60 to 50% of Cu, Pb and Zn and greatly increased the removal of metals when used together with the biosurfactant. The conductivity of the solutions containing Cd and Pb was sharply reduced by the biosurfactant. To provide a commercial surfactant, the biosurfactant was subjected to a preservation method based on the addition of 0.2% potassium sorbate over 120 days to estimate the validity of the product to be offered to the market. The formulated biosurfactant was analysed for emulsification and surface tension under different pH values, temperatures and the addition of NaCl. The results showed that the formulation did not cause significant changes in the tensoactive capacity of the biomolecule, indicating the possibility of its use in specific environmental conditions. The biosurfactant from C. lipolytica demonstrated versatility as a bioremediation agent of organic and inorganic pollutants as well as potential for industrial application as a stable, safe commercial agent. Os surfactantes são poderosos agentes anfipáticos com aplicação em vários segmentos industriais, especialmente nas indústrias petrolíferas. Muitos tipos de surfactantes quimicamente sintetizados são hoje utilizados; entretanto o desenvolvimento de produtos alternativos, biodegradáveis e menos tóxicos, como os chamados biossurfactantes, agentes obtidos por via microbiológica, torna-se uma estratégia importante na obtenção de produtos mais compatíveis com o meio ambiente e na ampliação das propriedades específicas e aplicações desses compostos. Muitos biossurfactantes têm sido produzidos, embora poucos sejam comercializados em virtude do alto custo de produção envolvido na obtenção desses compostos, principalmente no que se refere à utilização de substratos custosos e aos processos de purificação. Neste sentido, este trabalho propôs estudos para a produção de um biossurfactante de baixo custo para aplicação na despoluição de ambientes contaminados por derivados de petróleo e metais pesados. A maximização da produção do biossurfactante de Candida lipolytica UCP0988 cultivada em 5% de gordura animal e 2,5% de milhocina, foi inicialmente realizada em biorreator de 2L a partir de um planejamento fatorial 23 com ponto central. Os efeitos e interações da velocidade de agitação (200, 300 e 400rpm), aeração (0, 1 e 2vvm) e tempo de cultivo (48,96 e 144h) sobre a tensão superficial, o rendimento e a biomassa foram avaliados. Os resultados mostraram que o tempo de cultivo teve uma influência positiva na produção do biossurfactante, enquanto que o aumento da aeração e da agitação provocou um efeito negativo. A produção do biossurfactante em condições de cultivo maximizadas de 200 rpm e na ausência de aeração, alcançou valores em torno de 10,0 g/L em biossurfactante, com redução da tensão superficial para 28 mN/m após 96 horas. A curva de produção do biossurfactante demonstrou que a biomolécula foi produzida na fase estacionária de crescimento como metabólito secundário. Com o scale-up de produção do biossurfactante em reator de 50L, 40 g/L de biossurfactante foram produzidos, com tensão superficial de 25 mN/m. A biomassa celular foi quantificada e caracterizada para utilização como complemento nutricional em ração animal. A estrutura química do biossurfactante foi identificada utilizando Espectroscopia de infravermelho de Fourier (FTIR) e Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). O biossurfactante bruto não apresentou toxicidade frente ao bivalve Anomalocardia brasiliana e ao microcrustáceo Artemia salina e nem frente a três espécies de sementes de hortaliças testadas. O biossurfactante formulado também não apresentou toxicidade frente ao peixe Poecilia vivipara. A adição de biossurfactante à água do mar estimulou a degradação do óleo de motor através da ação dos micro-organismos autóctones. Testes de dispersão demonstraram 80% de dispersão do óleo na água do mar, enquanto que os experimentos conduzidos em garrafas cilíndricas demonstraram valores em torno de 50% de dispersão para o biossurfactante isolado no dobro de sua concentração micelar crítica (1,6%). O biossurfactante mostrou-se eficiente em testes de detergência, com remoção de 70% de óleo de motor em tecido de algodão. A aplicação do biossurfactante bruto na remoção de metais pesados em amostras de areia padrão demonstrou 30 e 40% de remoção de Cu e Pb, respectivamente, enquanto que o biossurfactante isolado removeu cerca de 30% dos metais pesados. A solução de HCl removeu 60-50% de Cu, Pb e Zn e aumentou consideravelmente a remoção dos metais quando utilizada juntamente com o biossurfactante. A condutividade de soluções aquosas de efluente de mina preparado em laboratório contendo Cd e Pb foi drasticamente reduzida pelo biossurfactante. Com a finalidade de fornecer um produto comercial com vida de prateleira prolongada, o biossurfactante foi submetido ao método de conservação baseado na adição de sorbato de potássio a 0,2% e testado ao longo de 120 dias a fim estimar a eficácia do produto a ser oferecido no mercado. O biossurfactante formulado foi então analisado quanto à emulsificação à tensão superficial, sob diferentes valores de pH, temperatura e a adição de NaCl. Os resultados mostraram que a formulação não causou alterações significativas na capacidade tensoativa da biomolécula, indicando a possibilidade da sua utilização em condições ambientais específicas. Os resultados obtidos nesse trabalho demonstraram a versatilidade do surfactante de C. lipolytica como agente de biorremediação de poluentes orgânicos e inorgânicos, bem como potencial para aplicação industrial como um agente comercial estável e seguro.