Utilização de redes neuronais artificiais na gestão de processos de digestão anaeróbia

Numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), a otimização do processo de Digestão Anaeróbia (DA) é fundamental para o aumento da produção de biogás, que por sua vez é convertido em energia, essencial para a rentabilidade de exploração de ETAR. No entanto, a complexidade do processo de Digestão Anaeróbia das lamas constitui um obstáculo à sua otimização. Com este trabalho pretende-se efetuar a análise e tratamento de dados de Digestão Anaeróbia, com recurso a Redes Neuronais Artificiais (RNA), contribuindo, desta forma, para a compreensão do processo e do impacto de algumas variáveis na produção de biogás. As Redes Neuronais Artificiais são modelos matemáticos computacionais inspirados no funcionamento do cérebro humano, com capacidade para entender relações complexas num determinado conjunto de dados, motivo por que se optou pela sua utilização na procura de soluções que permitem predizer o comportamento de uma DA. Para o desenvolvimento das RNA utilizou-se o programa NeuralToolsTM da PalisadeTM. Como caso de estudo, a metodologia foi aplicada ao Digestor A da ETAR Sul da SIMRIA, empresa onde teve lugar o estágio curricular que originou o presente trabalho. Nesse contexto, utilizaram-se dados com informação referente aos últimos dois anos de funcionamento do digestor, disponíveis na empresa. Apesar de se terem verificado certas limitações, na predição em alguns casos particulares, de um modo geral, considera-se que os resultados obtidos permitiram concluir que as redes neuronais modeladas apresentam boa capacidade de generalização na imitação do processo anaeróbio. Conclui-se, portanto, que o estudo realizado pode constituir um contributo com interesse para a otimização da produção do biogás na DA de ETAR Sul da SIMRIA e que a utilização de RNA poderá ser uma ferramenta a explorar, quer nessa área, quer noutras áreas de gestão de sistemas de saneamento básico.

Fluorescence in nanostructured fulleride films

Applied Physics Letters, 89

Waste recovery into activated carbon for water purification from heavy metals

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química Pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecn

alpha-Co(OH)(2)/carbon nanofoam composite as electrochemical capacitor electrode operating at 2 V in aqueous medium

In this work, alpha-Co(OH)(2) is electrodeposited onto carbon nanofoam forming a composite electrode operating in a potential window of 2 V in aqueous medium. Prior to electrodeposition, the carbon nanofoam substrate is subjected to a functionalization process, which leads to an increase of about 40% in its specific capacitance value. Formation of cobalt hydroxide clusters onto the functionalized carbon nanofoam by pulse electrodeposition further enhances the specific capacitance of the electrode. The combination of these factors with an enlarged working potential window, results in a material with specific capacitance close to 300 F g(-1) at current density of 1 A g(-1), considering the total mass loading of the composite. This suggests the potential application of the prepared composites in high energy density electrochemical supercapacitors. (c) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Syngas production by water electrolysis: preliminary tests on methane production

Master Thesis to obtain the Master degree in Chemical Engineering - Branch Chemical Processes

Pozzolanic activity of oil-refining catalyst: evaluation by electron and atomic microscopy

The reuse of waste fluid catalytic cracking (FCC) catalyst as partial surrogate for cement can reduce the environmental impact of both the oil-refinery and cement production industries [1,2]. FCC catalysts can be considered as pozzolanic materials since in the presence of water they tend to chemically react with calcium hydroxide to produce compounds possessing cementitious properties [3,4]. In addition, partial replacement of cement with FCC catalysts can enhance the performance of pastes and mortars, namely by improving their compressive strength [5,6]. In the present work the reaction of waste FCC catalyst with Ca(OH)2 has been investigated after a curing time of 28 days by scanning electron microscopy (SEM) with electron backscattered signal (BSE) combined with X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) carried out with a JEOL JSM 7001F instrument operated at 15 kV coupled to an INCA pentaFetx3 Oxford spectrometer. The polished cross-sections of FCC particles embedded in resin have also been evaluated by atomic force microscopy (AFM) in contact mode (CM) using a NanoSurf EasyScan 2 instrument. The SEM/EDS results revealed that an inward migration of Ca occurred during the reaction. A weaker outward migration of Si and Al was also apparent (Fig. 1). The migration of Ca was not homogeneous and tended to follow high-diffusivity paths within the porous waste FCC catalyst particles. The present study suggests that the porosity of waste FCC catalysts is key for the migration/reaction of Ca from the surrounding matrix, playing an important role in the pozzolanic activity of the system. The topography images and surface roughness parameters obtained by atomic force microscopy can be used to infer the local porosity in waste FCC catalyst particles (Fig. 2).

New ultrasonic-based methods in proteomics

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia.A presente dissertação foi preparada no âmbito do convénio bilateral existente entre a Universidade Nova de Lisboa e a Universidade de Vigo.

Freshwater arsenic detoxification through selenium-enriched food supplements. A proteomic approach

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de doutor em Bioquímica pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Otimização da produção de biogás com recurso a redes neuronais artificiais

Numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), são elevados os custos não só de tratamento das águas residuais como também de manutenção dos equipamentos lá existentes, nesse sentido procura-se utilizar processos capazes de transformar os resíduos em produtos úteis. A Digestão Anaeróbia (DA) é um processo atualmente disponível capaz de contribuir para a redução da poluição ambiental e ao mesmo tempo de valorizar os subprodutos gerados. Durante o processo de DA é produzido um gás, o biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo assim a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás, mas a complexidade do processo constitui um obstáculo à sua otimização. Neste trabalho, aplicaram-se Redes Neuronais Artificiais (RNA) ao processo de DA de lamas de ETAR. RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás no digestor I da ETAR Norte da SIMRIA, usando o programa NeuralToolsTM da PalisadeTM para desenvolvimento das RNA. Para tal, efetuou-se uma análise e tratamento de dados referentes aos últimos quatro anos de funcionamento do digestor. Os resultados obtidos permitiram concluir que as RNA modeladas apresentam boa capacidade de generalização do processo de DA. Considera-se que este caso de estudo é promissor, fornecendo uma boa base para o desenvolvimento de modelos eventualmente mais gerais de RNA que, aplicado conjuntamente com as características de funcionamento de um digestor e o processo de DA, permitirá otimizar a produção de biogás em ETAR.

Effect of b-Propiolactone treatment on the complement activation mediated by equine antisera

Reduction of complement activation through an alteration of the Fc fragment of immunoglobulins by b-propiolactone treatment was carried out in equine antisera raised against rabies virus, Bothrops venoms and diphtherial toxin. Results were evaluated by means of an anaphylactic test performed on guinea-pigs, and compared to the ones obtained with the same sera purified by saline precipitation (ammonium sulfate), followed or not by enzymatic digestion with pepsin. Protein purity levels for antibothropic serum were 184.5 mg/g and 488.5 mg/g in b-propiolactone treated and pepsin-digested sera, respectively. The recovery of specific activity was 100% and 62.5% when using antibothropic serum treated by b-propiolactone and pepsin digestion, respectively. The antidiphtherial and anti-rabies sera treated with b-propiolactone and pepsin presented protein purity levels of 5,698 and 7,179 Lf/g, 16,233 and 6,784 IU/g, respectively. The recovery of specific activity for these antisera were 88.8%, 77.7%, 100% and 36,5%, respectively. b-propiolactone treatment induced a reduction in complement activation, tested "in vivo", without significant loss of biological activity. This treatment can be used in the preparation of heterologous immunoglobulins for human use.

Genomic characterization of adenovirus serotype 7 isolated in Brazil from acute respiratory disease patients during the period from 1980 to 1991

Forty isolates of adenovirus type 7 were analized by restriction enzyme digestion with BamHI, SmaI, EcoRI and HindIII. These isolates were obtained from acute respiratory disease patients during the years 1980 to 1991. Only two genomic types were found: Ad7b and Ad7e, with Ad7b (87.5%) being more frequent than Ad7e (12.5%). The genomic type Ad7e appeared in the years 1980, 1981 and 1983. Ad7b appeared in 1982 and it was the only genomic type found from 1984 to 1991. Both genomic types were responsible for lower (LRTI) and upper (URTI) respiratory tract infection, but the proportion LRTI/URTI is higher for Ad7b (25/6) than for Ad7e (1/4).

Coccidioidomycosis in Brazil. A case report

Coccidioidomycosis is an endemic infection with a relatively limited geographic distribution: Mexico, Guatemala, Honduras, Colombia, Venezuela, Bolivia, Paraguai, Argentina and the southwest of the United States. In these countries, the endemic area is restricted to the semiarid desert like regions which are similar to the northeast of Brazil. Case report: The patient is a 32 year-old male, born in the state of Bahia (Northeast of Brazil) and has been living in São Paulo (Southeast) for 6 years. He was admitted at Hospital das Clínicas, at the Department of Pneumology in October 1996, with a 6 month history of progressive and productive cough, fever, malaise, chills, loss of weight, weakness and arthralgia in the small joints. Chest x-rays and computerized tomography disclosed an interstitial reticulonodular infiltrate with a cavity in the right upper lobe. The standard potassium hydroxide preparation of sputum and broncoalveolar lavage demonstrated the characteristic thickened wall spherules in various stages of development. Sabouraud dextrose agar, at 25° C and 30° C showed growth of white and cottony aerial micelium. The microscopic morphology disclosed branched hyphae characterized by thick walled, barrel shaped arthroconidia alternated with empty cells. The sorological studies with positive double immunodiffusion test, and also positive complement fixation test in 1/128 dilution confirmed the diagnosis. The patient has been treated with ketoconazole and presents a favorable clinical and radiological evolution

Recovery of acid and base from brackish water by bipolar membrane electrodialysis

Nesta dissertação pretendeu-se estudar a viabilidade do uso de eletrodiálise com membranas bipolares (BM) na recuperação de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio a partir de um efluente industrial que contém 1.4 mol/L de cloreto de sódio. Estas membranas mostraram ser uma ferramenta eficiente para a produção de ácidos e bases a partir do respetivo sal. Foi feita uma seleção de diferentes membranas bipolares (Neosepta, Fumatech e PCA) e aniónicas (PC-SA e PC-ACID 60) na tentativa de encontrar a combinação mais adequada para o tratamento do efluente. Dependendo do critério, o melhor arranjo de membranas é o uso de PC-ACID 60 (membrana aniónica), PC-SK (membrana catiónica) e membranas bipolares do tipo Neosepta para maior pureza dos produtos; membranas bipolares Fumatech para maior eficiência de dessalinização e membranas bipolares PCA para um maior grau de dessalinização. Tecnologicamente foi possível obter uma dessalinização de 99.8% em quatro horas de funcionamento em modo batch com recirculação de todas as correntes. Independentemente da combinação usada é recomendável que o processo seja parado quando a densidade de corrente deixa de ser máxima, 781 A/m2. Assim é possível evitar o aumento de impurezas nos produtos, contra difusão, descida instantânea do pH e uma dessalinização pouco eficiente. A nível piloto o principal fornecedor de membranas e unidade de tratamento “stack” é a marca alemã PCA. Sendo assim realizaram-se ensaios de repetibilidade, contra difusão, avaliação económica e upscaling utilizando as membranas bipolares PCA. A nível económico estudou-se o uso de dois tipos de unidades de tratamento; EDQ 380 e EDQ 1600, para diferentes níveis de dessalinização (50, 75 e 80%). Tendo em conta a otimização económica, é recomendável uma dessalinização máxima de 80%, uma vez que a eficiência de processo a este ponto é de 40%. A aplicação do método com a unidade EDQ 1600 para uma dessalinização de 50% é a mais vantajosa economicamente, com custos de 16 €/m3 de efluente tratado ou 0,78 €/kg Cl- removido. O número de unidades necessárias é 4 posicionados em série.

Desenvolvimento de coagulante/ floculante para tratamento de águas residuais numa indústria de adesivos

Esta dissertação teve como objetivo clarificar a qualidade das águas residuais de uma indústria de fabricação de adesivos. Para esta clarificação optou-se por um tratamento de coagulação/floculação a ser efetuado com a adição de apenas um produto no estado sólido. Para este estudo, selecionou-se substâncias comercialmente disponíveis destacando-se para esta formulação um coagulante, sulfato de alumínio (Al2 (SO4).3H2O, dois adjuvantes, hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 (adjuvante H) e Montmorillonite, Al2O3.4SiO2.H2O (adjuvante M) e um floculante, uma poliacrilamida aniónica (C3H5NO)n. O efluente bruto da indústria de adesivos foi caraterizado e verificou-se que dos parâmetros analisados, apenas o pH obedece aos valores limite de emissão para descarga no coletor municipal. Determinaram-se as quantidades ótimas das substâncias selecionadas, a quantidade mínima de produto formulado e foi feita a otimização da composição do produto formulado, para três níveis de pH e duas condições de agitação Numa primeira fase, a realização de ensaios preliminares sobre a quantidade de cada uma das substâncias conduziu aos valores 5 e 30 g de coagulante, 2 e 10 g de adjuvante M; 3 g de adjuvante H e 0,01 g de floculante por 500 mL de efluente. Na otimização da quantidade mínima de produto formulado obteve-se o valor de 5g de produto por 500 mL de efluente. Relativamente à formulação do produto foi definido estudar o efeito da variação das razões, %(m/m), dos adjuvantes (M e H) em função do coagulante, para diferentes valores de pH inicial (6,2; 8,1 e 10) e para duas condições de agitação (A e B), sobre os parâmetros analisados (CQO, SST, turvação, pH final e IVL). Na condição A manteve-se uma agitação de 150 rpm durante 2 minutos, reduzindo-se para 60 rpm durante 15 minutos e, por fim, para 30 rpm durante 5 minutos. Na condição B foi usada uma agitação constante de 90 rpm durante 22 minutos. O estudo do efeito das variações das razões % (m/m) dos adjuvantes M e H foi dividido em três grupos com três subgrupos: 1º grupo - 0,6 a razão mássica adjuvante M/coagulante e 0,4, 1,2 e 2 a razão mássica adjuvante H/ coagulante; 2º grupo - 0,2 a razão mássica adjuvante M/coagulante e 0,1, 0,4 e 0,6 a razão mássica adjuvante H/ coagulante; 3º grupo - 0,1 a razão mássica adjuvante M/coagulante e 0,1, 0,2 e 0,3 a razão mássica adjuvante H/ coagulante. Após este estudo obteve-se para cada condição de agitação (A e B), as razões %(m/m) e o pH inicial mais adequados, com base nos melhores resultados obtidos no efeito sobre a CQO. Para a condição de agitação A o melhor resultado obteve-se para pH inicial igual a 8,1 com a razão mássica de adjuvante M/ coagulante igual a 0,1 e a razão mássica de adjuvante H/coagulante igual a 0,1 (percentagens de remoção de 98,01%, 99,60% e 99,43% para a CQO, SST e turvação, respetivamente). Para a condição de agitação B o melhor resultado obteve-se para pH inicial igual a 8,1 com a razão mássica de adjuvante M/ coagulante igual a 0,1 e a razão mássica de adjuvante H/coagulante igual a 0,1 (percentagens de remoção de 98,67%, 99,77% e 98,40% para a CQO, SST e turvação, respetivamente). Nestas condições é necessário efetuar a correção do pH após o tratamento. Apesar das elevadas percentagens de remoção obtidas, o índice volumétrico de lamas indica fraca qualidade de sedimentação.

Development of new methodologies in sample treatment for proteomics workflow based on enzymatic probe sonication technology and mass spectrometry

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, for the degree of Doctor of Philosophy in Biochemistry