Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Projecto de pré-dimensionamento de uma ETAR em Luanda - Angola

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica

Exposure to volatile organic compounds, particulate matter and fungi in a composting plant

Composting is an important process of solid waste management and it can be used for treatment of a variety of different wastes (green waste, household waste, sewage sludge and more). This process aims to: 1. Reduce the volumes of waste and; 2. Create a valuable product which can be recycled as a soil amendment in agriculture and gardening. A natural self-heating process involving the biological degradation of organic matter under aerobic conditions. The handling of waste and compost is responsible for the release of airborne microorganisms and their compounds in the air. Possible contaminants: a) Dust; b) Mesophilic and thermophilic microorganisms; c) Volatile organic compounds; d) Endotoxins and mycotoxins…. Aim: assess exposure/contamination to: a) Volatile organic compounds (VOCs); b) Particulate matter (PM); c) Fungi. In a composting plant located in Lisbon. An additional goal was to identify the workplace with higher level of contamination. In a totally indoor composting plant. The composting operations consisted: 1º Waste already sorted is unloaded in a reception area; 2º Pretreatment - remove undesirable materials from the process (glass, rocks, plastics, metals…); 3º Anaerobic digestion; 4º Dehydration; 5º Open composting with forced aeration. All the process takes thirteen weeks.

Biodegradação enzimática de aminas aromáticas tóxicas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Hydrogen evolution and consumption in AOT–isooctane reverse micelles by Desulfovibrio gigas hydrogenase

The enzyme hydrogenase isolated from the sulphate reducing anaerobic bacterium Desulfovibrio gigas was encapsulated in reverse micelles of AOT–water–isooctane. The enzyme ability to consume molecular hydrogen was studied as a function of the micelle size (given by Wo = [H2O]/[organic solvent]). A peak of catalytic activity was obtained for Wo = 18, a micelle size theoretically fitting the heterodimeric hydrogenase molecule. At this Wo value, the recorded catalytic activity was slightly higher than in a buffer system(Kcat = 169.43 s−1 against the buffer value of 151 s−1). The optimal buffer used to encapsulate the enzyme was found to be imidazole 50 mM, pH 9.0. The molecular hydrogen production activity was also tested in this reverse micelle medium.

Contribuição para o estudo dos subprodutos de uma ETAR: gradados e areias

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, na Área de Especialização de Hidráulica

Periplasmic nitrate reductases: structural and spectroscopic studies

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Bioquímica, especialidade Bioquímica-Física, pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa

Inhibition of Aspergillus fumigatus and its biofilm by Pseudomonas aeruginosa is dependent on the source, phenotype and growth conditions of the bacterium

Aspergillus fumigatus (Af) and Pseudomonas aeruginosa (Pa) are leading fungal and bacterial pathogens, respectively, in many clinical situations. Relevant to this, their interface and co-existence has been studied. In some experiments in vitro, Pa products have been defined that are inhibitory to Af. In some clinical situations, both can be biofilm producers, and biofilm could alter their physiology and affect their interaction. That may be most relevant to airways in cystic fibrosis (CF), where both are often prominent residents. We have studied clinical Pa isolates from several sources for their effects on Af, including testing involving their biofilms. We show that the described inhibition of Af is related to the source and phenotype of the Pa isolate. Pa cells inhibited the growth and formation of Af biofilm from conidia, with CF isolates more inhibitory than non-CF isolates, and non-mucoid CF isolates most inhibitory. Inhibition did not require live Pa contact, as culture filtrates were also inhibitory, and again non-mucoid>mucoid CF>non-CF. Preformed Af biofilm was more resistant to Pa, and inhibition that occurred could be reproduced with filtrates. Inhibition of Af biofilm appears also dependent on bacterial growth conditions; filtrates from Pa grown as biofilm were more inhibitory than from Pa grown planktonically. The differences in Pa shown from these different sources are consistent with the extensive evolutionary Pa changes that have been described in association with chronic residence in CF airways, and may reflect adaptive changes to life in a polymicrobial environment.

Living bacteria rheology: Population growth, aggregation patterns, and collective behaviour under diferente shear flows

The activity of growing living bacteria was investigated using real-time and in situ rheology-in stationary and oscillatory shear. Two different strains of the human pathogen Staphylococcus aureus-strain COL and its isogenic cell wall autolysis mutant, RUSAL9-were considered in this work. For low bacteria density, strain COL forms small clusters, while the mutant, presenting deficient cell separation, forms irregular larger aggregates. In the early stages of growth, when subjected to a stationary shear, the viscosity of the cultures of both strains increases with the population of cells. As the bacteria reach the exponential phase of growth, the viscosity of the cultures of the two strains follows different and rich behaviors, with no counterpart in the optical density or in the population's colony-forming units measurements. While the viscosity of strain COL culture keeps increasing during the exponential phase and returns close to its initial value for the late phase of growth, where the population stabilizes, the viscosity of the mutant strain culture decreases steeply, still in the exponential phase, remains constant for some time, and increases again, reaching a constant plateau at a maximum value for the late phase of growth. These complex viscoelastic behaviors, which were observed to be shear-stress-dependent, are a consequence of two coupled effects: the cell density continuous increase and its changing interacting properties. The viscous and elastic moduli of strain COL culture, obtained with oscillatory shear, exhibit power-law behaviors whose exponents are dependent on the bacteria growth stage. The viscous and elastic moduli of the mutant culture have complex behaviors, emerging from the different relaxation times that are associated with the large molecules of the medium and the self-organized structures of bacteria. Nevertheless, these behaviors reflect the bacteria growth stage.

Produção centralizada a biogás - análise do impacto a nível cooperativo

A utilização de energia renovável é hoje tema abordado em todo o mundo, devido à preocupação com a preservação do meio ambiente. Entre as energias renováveis, a biomassa destaca-se pela excelente disponibilidade que possui. Os dejetos bovinos são uma das mais abundantes, o qual tem grande potencial energético, se fermentado corretamente em biodigestores, obtendo como um dos produtos finais, o biogás. Esse gás é constituído na sua maior parte por gás metano (CH4) que é altamente inflamável. Neste trabalho pretende-se fazer a avaliação do potencial energético das propriedades de produção de leite na região do concelho de BRAGA aplicando uma tecnologia de queima de biogás e de produção de eletricidade utilizando um sistema de cogeração convencional e uma tecnologia mais recente, o Organic Rankine Cycle (ORC) e explicitando a respetiva análise económica. As opções por um sistema ORC na central em análise foram justificadas ponderando as vantagens e desvantagens deste ciclo em relação ao ciclo de vapor de água. O objetivo é a obtenção de energia elétrica e térmica e o aumento do rendimento global da instalação com o aproveitamento de todas as energias disponíveis, assim como a eliminação da toxidade dos dejetos para aproveitamento como biomassa. Partindo do levantamento bibliográfico e caraterização das diversas propriedades existentes no concelho, utilizando a tecnologia mais indicada e atual para este tipo de instalação. A biomassa utilizada foi uma mistura de dejetos bovinos com água. O biogás produzido foi convertido em energia elétrica e térmica, através da sua queima. Tem-se assim uma central que além de dar destino adequado aos dejetos animais, diminui a contaminação ambiental, evita a emissão de gás metano para a atmosfera e produz biogás. Efetua-se os cálculos económicos para dois cenários distintos, implementação de uma central de valorização de biogás em cada um dos oito maiores produtores de leite do núcleo de Penso e o aproveitamento dos dejetos produzidos pelos mesmos para implementação de uma central global de recolha dos mesmos, onde é feito o tratamento dos mesmos e a consequente produção de biogás. Na análise económica foram utilizados os seguintes critérios: o VAL (valor atual líquido), a TIR (taxa interna de rendibilidade) e o Período de Retorno Financeiro do Projeto.

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.

Primary bioreceptivity of limestones from the mediterranean basin to phototrophic microorganisms

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Doutor em Conservação e Restauro pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Structure to function studies in UDP-glucose dehydrogenases and nitroreductases

The thesis is divided into two parts corresponding to structural studies on two different proteins. The first part concerns the study of two UDP-glucose dehydrogenases (UGDs) from Sphingomonas elodea ATCC 31461 and Burkholderia cepacia IST 408, both involved in exopolysaccharide production. Their relevance arises because some of these bacterial exopolysaccharides are valuable as established biotechnological products, the former case, whilst others are highly problematic, when used by pathogens in biofilm formation over biological surfaces, as the latter case, namely in the human lungs. The goal of these studies is to increase our knowledge regarding UGDs structural properties, which can potentiate either the design of activity enhancers to respond to the increased demand of useful biofilms, or the design of inhibitors of biofilm production, in order to fight invading pathogens present in several infections. The thesis reports the production and crystallisation of both proteins, the determination of initial phases by single-wavelength anomalous dispersion (SAD) in S. elodea crystals using a seleno-methionine isoform, and phasing of B. cepacia crystals by molecular replacement (MR) using the S. elodea model, as well as the refinement, structural analysis and comparison between the several UGDs structures available during this work.(...)

Chlamydospore formation by Paracoccidioides brasiliensis mycelial form

To investigate the role of some adverse environmental conditions in chlamy-dospore formation by the mycelial form of P. brasiliensis, we cultured four P. brasiliensis isolates (18, Bt4, 1183, Pb9) at 25°C within solid agar medium either rich or poor in nutrients. Isolates 18 and 1183 were also cultured under anaerobiosis in a nitrogen atmosphere. Isolate 18 produced great number of terminal and intercalary chlamydospore after 7-10 days of culture in a medium poor in nutrients (2% agar with 0.1% dextrose and polypepton). The three other isolates also produced chlamydospores under the same conditions, but in lower numbers. Chlamydospore production by isolate 18 was abolished when the fungus was cultured in two agar media rich in nutrients (brain heart infusion and potato dextrose agar). Anaerobic incubation of isolate 18 under an atmosphere of N2 showed small mycelial outgrowth with numerous chlamydospores. At the electron microscopical level, the chlamydospores showed one or various nuclei and numerous mitochondria, indicating great potential for further development. Accordingly, chlamydospores produced multiple budding after only 24 h incubation at 35°C. The results demonstrate that under adverse environmental conditions P. brasiliensis mycelial form produces chlamydospores within a short period of time.