Publicações de 2021

  • Dissertação - Manoele Tonatto Scalco

    Ânodo de escova de fibra de carbono em célula combustível microbiana para o tratamento de esgoto sanitário e geração de bioenergia


    Autor: Manoele Tonatto Scalco (Currículo lattes)

    Resumo

    A procura por novos recursos energéticos para suprir as necessidades mundiais aumentou o interesse por células combustíveis microbiológicas (CCMs) que geram eletricidade a partir degradação de matéria orgânica por bactérias exoeletrogênicas. Para a estrutura das CCMs se deve considerar o tipo de material que irá compor os eletrodos anódicos e catódicos e suas áreas superficiais, sendo as escovas de fibra de carbono e grafite alternativas de grande potencial para esse fim, bem como a conformação ar-cátodo. O objetivo deste trabalho foi estudar o uso de escovas de fibra de carbono como eletrodo anódico em CCMs do tipo ar-cátodo, comparando e avaliando o seu desempenho na degradação de matéria orgânica proveniente do tratamento de esgoto sanitário e na geração de energia. Para isso foi estudado o uso de eletrodos anódicos com diferentes valores de áreas superficiais - 575 cm² (CCM 1 e 1), 687,5 cm² (CCM 2) e 781,5 cm² (CCM 3) - e comparados entre si. As CCMs foram inoculadas com sedimento marinho e o período de startup durou até a estabilização da diferença de potencial (ddp). Após estabilizar, foram analisadas diferentes Rext - 1000 , 800 , 560 , 330 , 270 e 150 - onde obteve-se densidades de potência máxima média de 11,91 mW/m² e 12,65 mW/m² para as CCMs 1 e 1 (duplicata) e 11,64 mW/m² e 8,5 mW/m² para as CCMs 2 e 3, respectivamente, utilizando a resistência de 330 , a qual foi escolhida para ser usada até o final do estudo. Após a troca de Rext e mantendo as alimentações com acetato de sódio 1 g/L até o dia 79 para as CCMs 1 e 1 e até o dia 152 CCMs 2 e 3, foram encontrados valores de ddp máximos de 0,46 V, 0,5 V, 0,58 V e 0,44 V para as CCMs 1, 1, 2 e 3, respectivamente. Além disso, durante esse período as remoções médias de matéria orgânica foram entre 56% a 59%. A implementação do esgoto sanitário na operação das CCMs se iniciou nos dias 80 para as CCMs 1 e 1 e 153 para as CCMs 2 e 3, até o término do estudo. Durante esse tempo as remoções de matérias orgânicas médias atingiram valores acima de 60%. Avaliando a capacidade energética, ao contrário da remoção de matéria orgânica, as CCMs 1, 1 e 3 obtiveram valores semelhantes de ddp quando feita a comparação entre efluente sintético e esgoto sanitário. Mesmo a CCM 2 obtendo valores de ddp (0,58 V) maiores que as demais, sua densidade de corrente atingiu valores máximos de 25,57 mA/m², sendo esse valor menor ao encontrado para a CCM 1 que continha uma área superficial de escova menor, atingindo 0,5 V e 26,35 mA/m². As CCMs apresentaram resultados promissores na remoção de matéria orgânica de esgoto sanitário, sendo obtidos taxas superiores com maiores áreas superficiais de escovas de fibra de carbono.

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  • Dissertação - Sherlen Karine da Cruz

    Efeitos das condições de processo na produção de exopolissacarídeos por Mesorhizobium sp. a partir de permeado de soro de queijo

    Autor: Sherlen Karine da Cruz

    Os exopolissacarídeos (EPS) são polissacarídeos extracelulares produzidos por micro-organismos em resposta a condições ambientais extremas ou a um estresse durante o crescimento microbiano, possuindo diferentes propriedades físico-químicas e estruturais interessantes ao setor industrial. Bactérias diazotróficas vêm sendo estudadas por produzirem quantidades expressivas de EPS, sendo que a maioria dos processos utilizam substratos de custo elevado como manitol, glicose e sacarose. Assim, o emprego de subprodutos ou resíduos agroindustriais tem sido investigado como alternativa. O rendimento e as características dos EPS variam com as condições de cultivo, incluindo a composição do meio, temperatura, pH, agitação e aeração. Dessa forma, o presente estudo buscou otimizar a produção de EPS avaliando como as condições de cultivo da bactéria Mesorhizobium sp. SEMIA 816 afetam o processo, utilizando permeado de soro de queijo (PS) como fonte de carbono. Um planejamento experimental Plackett-Burman (PB) de 20 ensaios, com 4 pontos centrais, foi realizado para avaliar a influência de 12 variáveis na concentração de EPS e biomassa máxima: K2HPO4, KH2PO4, MgSO4.7H2O, NaCl, extrato de levedura (EL), MnCl2.4H2O, CaCl2.2H2O, PS, pH inicial do meio de produção, relação volume inicial de meio:volume de reator (Vi:VR), agitação e temperatura. Analisando os resultados do planejamento experimental, observou-se que a produção de EPS variou de 0 até 9,28 g L-1 e que 10 das 12 variáveis estudadas demonstraram efeitos significativos na resposta, sendo a concentração de PS a mais influente. O aumento das concentrações do K2HPO4, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O e PS foi positivo. Efeitos contrários foram observados para KH2PO4, EL, CaCl2.2H2O, pH inicial do meio de produção, relação Vi:VR, agitação e temperatura, enquanto as variáveis NaCl e MnCl2.4H2O não influenciaram. Para a concentração de biomassa, que variou de 0,6 a 7,15 g L-1, o incremento nas variáveis MgSO4.7H2O, PS e EL foram significativos e positivos, sendo este último o de maior influência e oposto ao encontrado para a concentração de EPS. O aumento da relação Vi:VR e temperatura influenciaram negativamente a produção de biomassa, e as demais variáveis independentes não influenciaram significativamente nesta resposta. Cultivos subsequentes foram realizados variando a concentração de EL (0,4, 2,2 e 4,0 g L-1) e utilizando as demais variáveis nas melhores condições indicadas no planejamento experimental para aumentar a concentração de EPS. As condições testadas comprovaram os resultados encontrados no planejamento PB, sendo que o aumento da concentração de EL levou a um maior crescimento microbiano (1,25, 2,43 e 3,14 g L-1, respectivamente) e menor produção de EPS (6,92, 3,15 e 0,75 g L-1, respectivamente), sendo essa produção de EPS 19,6% inferior ao alcançado no PB. Dessa forma, as condições de cultivo impactam diretamente a produção de EPS, sendo as concentrações de carboidratos e fonte de nitrogênio de grande influência no processo. Dentre todas condições avaliadas no presente estudo a mais eficaz foi aquela correspondente aos pontos centrais do planejamento PB, com o meio composto por 0,1 g L-1 de K2HPO4, 0,4 g L-1 de KH2PO4, 0,2 g L-1 de MgSO4.7H2O, 0,1 g L-1 de NaCl, 2,2 g L-1 de EL, 0,12 g L-1 de MnCl2.4H2O, 0,15 g L-1 de CaCl2.2H2O e 25 g L-1 de PS, utilizando-se pH inicial 7,0, agitação de 150 rpm, relação Vi:VR 0,2:1 e temperatura de 30 °C, alcançando em média 8,61 g L-1 de EPS em 96 h e 3,04 g L-1 de biomassa máxima em 72 h.

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