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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2006.tde-02022007-131635
Document
Author
Full name
Ana Paula Miqueleto
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2006
Supervisor
Committee
Zaiat, Marcelo (President)
Aquino, Sérgio Francisco de
Bossolan, Nelma Regina Segnini
Pasotto, Marlei Barboza
Pires, Eduardo Cleto
Title in Portuguese
Polímeros extracelulares insolúveis (EPS) nos reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais: caracterização e fatores que favorecem a produção
Keywords in Portuguese
ASBBR
EPS
Extrato de carne
Glicose
Macronutrientes
Óleo de soja
Polímero extracelular
Tratamento anaeróbio
Abstract in Portuguese
Os exopolissacarídeos (EPS) insolúveis produzidos em processos de tratamento anaeróbios de certos tipos de água residuárias são indesejáveis devido a problemas operacionais que podem vir causar, inviabilizando, muitas vezes, o processo. O reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais contendo biomassa imobilizada (ASBBR) é uma nova configuração de reator que vem sendo estudada no tratamento de águas residuárias cujos resultados são positivos, no entanto em algumas condições observou-se a produção de EPS que inviabilizou o processo. Para evitar estes problemas operacionais em escala real é importante saber os fatores que favorecem a produção de EPS nestes sistemas. Portanto, os objetivos deste trabalho foram verificar a influência de diferentes fontes de carbono e a relação carbono/nitrogênio (C/N), na produção e composição de polímeros extracelulares (EPS) e no desempenho do ASBBR contendo biomassa imobilizada em espuma de poliuretano. As fontes de carbono utilizadas foram glicose, extrato de carne, óleo de soja, as três fontes de carbono juntas, e os ácidos acético, butírico e propiônico juntos. Nos experimentos variando-se a relação C/N utilizou-se glicose como fonte de carbono e uréia como fonte de nitrogênio. As relações C/N foram 13,6 (C/N1), 6,8 (C/N2) e 3,4 (C/N3) gC/gN. Para verificar a influência das condições de microaerofilia na produção do EPS, foi feito também um experimento borbulhando gás nitrogênio, mantendo sob anaerobiose estrita e utilizando glicose como fonte de carbono. Em todos os experimentos o reator foi alimentado com 1000 mgDQO/L. O reator atingiu eficiências médias de remoção da matéria orgânica de 82% em todas as condições, exceto quando o reator foi alimentado com óleo de soja, pois constatou-se o fenômeno de adsorção no material suporte. A produção de EPS por grama de fonte de carbono fornecida foi de 23,6 mg, 13,3 mg, 9,0 mg, 5,9 mg, 5,7 mg, 2,6 mg e 1,4 mg quando o reator foi alimentado com glicose na relação C/N1, óleo de soja, ácidos voláteis, glicose na relação C/N2, glicose/extrato de carne/óleo de soja, glicose na relação C/N3 e extrato de carne, respectivamente. Em condições de anaerobiose estrita não foi observada a produção de EPS. Os resultados sugerem que, a fonte de carbono, condição de microaerofilia e alta relação C/N favorecem a produção de EPS. Por meio de ensaios enzimáticos, com celulase combinada, verificou-se que o principal exopolissacarídeo presente no material polimérico foi celulose. Comparando os espectros de infravermelho das amostras de EPS constatou-se que as diferentes condições nutricionais não influenciaram na composição do polímero. A celulose bacteriana produzida, nesses casos, apresenta organizações alomórficas diferentes quando há glicose no substrato, constatada pelas análises de raios-X.
Title in English
Insoluble exopolysaccharides (EPS) in the anaerobic sequential batch biofilm reactor: characterization and factors that enhance the production
Keywords in English
Anaerobic treatment
ASBBR
EPS
Extracellular polymer
Glucose
Macronutrients
Meat extract
Soybean oil
Abstract in English
The insoluble exopolysaccharides (EPS) produced in anaerobic treatment processes from some kinds of wastewater are unwelcome due to operational problems that it may cause, making the process unfeasible most of times. The anaerobic sequential batch biofilm reactor (ASBBR), containing immobilized biomass, is a new configuration of reactor that has been studied for wastewater treatment with positive results. Nevertheless, it was verified the production of EPS in some conditions, which made the process impracticable. To avoid these operational problems in full scale it is important to know the factors that enhance EPS production on those systems. Thus, the objectives of this work were investigating the influence of different carbon sources and the relation carbon/nitrogen (C/N), on the production and composition of extracellular polymers (EPS) and on the performance of the ASBBR with immobilized biomass in polyurethane foam. The carbon sources used were glucose, meat extract, soybean oil, the three carbon sources combined and acetic, butyric and propionic acids combined. On the experiments with variation of C/N relation, glucose was used as carbon source and urea as nitrogen source. The C/N relations were: 13.6 (C/N1), 6.8 (C/N2) and 3.4 (C/N3) gC/gN. Another experiment was accomplished to verify the influence of microerophilic conditions on EPS production, bubbling nitrogen gas, keeping under strict anaerobic conditions and using glucose as carbon source. The reactor was fed with 1000 mgDQO/L in all experiments, achieving 82% of organic substance removal average efficiency, except when fed with soybean oil. At this condition it was verified the adsorption phenomenon in the material support. The yield of EPS was 23.60 mg/g carbon, 13.3 mg/g carbon , 9.0 mg/g carbon, 5.9 mg/g carbon, 5.70 mg/g carbon, 2.6 mg/g carbon and 1.4 mg/g carbon when the reactor was fed with glucose in the relation C/N2, glucose/meat extract/soybean oil, glucose in the relation C/N3 and meat extract, respectively. The production of EPS was not observed at strict anaerobic conditions. Results suggest that the carbon source, microerophilic condition and high C/N relation favor EPS production. Through enzymatic tests with combined cellulase, it was verified that cellulose was the main exopolysaccharide present at the polymeric material. Furthermore, polymers composition is not influenced by different nutritional conditions, comparing infrared spectra of EPS samples. In these cases, the produced bacterial cellulose presents different allomorphic organizations as showed by X-rays analysis.
 
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Tese.pdf (3.32 Mbytes)
Publishing Date
2007-02-13
 
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  • MIQUELETO, A P, et al. Influence of Carbon Sources and C/N Ratio on EPS Production in Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactors for Wastewater Treatment [doi:10.1016/j.biortech.2009.09.026]. Bioresource Technology [online], 2010, vol. 101, p. 1324-1330.
  • MIQUELETO, A P, et al. Caracterização de EPS Obtidos em Reatores Anaeróbios Operados em Bateladas Seqüenciais Tratando Diferentes Fontes de Carbono. In XV Simpósio Nacional de Bioprocessos, Recife, PE, 2005. Anais., 2005.
  • MIQUELETO, A P, et al. Factors that Affect EPS Production in Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactors (ASBBR) for Wastewater Treatment. In VIII Taller y Simposio Latinoamericano Sobre Digestión Anaerobia, Punta del Este, 2005. Memorias del VIII Taller y Simposio Latinoamericano Sobre Digestión Anaerobia., 2005.
  • SANTOS, S M, et al. Microrganismo Responsável pela Produção de Exopolímero de Celulose em Reator Anaeróbio Operado em Bateladas Seqüenciais. In 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Belo Horizonte, 2007. Anais. : ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2007.
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