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Tipo do documento: Tese
Título: Desenvolvimento de um bioprocesso para biorremediação do nitrogênio amoniacal de efluentes com produção de biopolímeros por cianobactérias e bactérias heterotróficas
Título(s) alternativo(s): Development of a bioprocess for bioremediation of ammoniacal nitrogen from effluents with production of biopolymers by cyanobacteria and heterotrophic bacteria
Autor: Scheliga, Camylle Guimarães 
Primeiro orientador: Calderari, Mônica Regina da Costa Marques
Primeiro coorientador: Teixeira, Claudia Maria Luz Lapa
Segundo membro da banca: Damaso, Mônica Caramez Triches
Terceiro membro da banca: Costa, Antônio Carlos Augusto da
Quarto membro da banca: Pereira Neto, Ana Maria
Quinto membro da banca: Gomes, Marcia Marques
Resumo: Mesmo após a digestão anaeróbica do lixiviado de aterro sanitário, de efluentes municipais e de diversos efluentes agroindustriais (destilarias, criação de bovinos, suínos, aves, e búfalos) é relatado que concentrações de nitrogênio amoniacal acima de 800 mg.L-1 podem estar presentes nesses efluentes. A elevada concentração de nitrogênio amoniacal nesses efluentes leva à eutrofização dos corpos hídricos caso não haja um processo eficiente e viável de tratamento. Até então, há uma busca por um processo eficiente e economicamente viável para biorremediação do nitrogênio amoniacal de efluentes. Através da versatilidade metabólica das cianobactérias, esta fonte de nitrogênio pode ser utilizada e removida, produzindo carotenóides, ficobiliproteínas e biopolímeros (polihidroxialcanoatos) de interesse industrial. O desafio para torná-lo viável é a toxicidade do nitrogênio amoniacal para as cianobactérias. Estudos recentes têm demonstrado que a inserção de uma fonte orgânica no meio amoniacal reduz a toxicidade do nitrogênio amoniacal para as cianobactérias pela maior independência de seu aparato fotossintetizante afetado pela toxicidade do nitrogênio amoniacal. Dessa forma, o presente estudo foi inovador ao propor a valorização do glicerol bruto residual da produção de biodiesel e sua utilização como fonte orgânica para biorremediação de efluentes industriais por cianobactérias. Além disso, o uso de efluentes industriais como fonte de nitrogênio para seu crescimento tem o potencial de reduzir os custos com o meio de produção das cianobactérias já que as fontes nitrogenadas possuem alto impacto em seu custo. Desenvolveu-se um bioprocesso utilizando as melhores estratégias (aumento da concentração inicial de biomassa, condução do bioprocesso por batelada alimentada, controle do pH do bioprocesso e mixotrofia) de forma sinérgica e inovadora. A inserção do glicerol bruto residual permitiu o estabelecimento de uma cultura mista de Arthrospira (Spirulina) platensis e bactérias heterotróficas. As bactérias cresceram em produtividade volumétrica de biomassa de 0,435±0,004 g.L-1.d-1 e tiveram um acúmulo de biopolímeros máximo e terórico de 49±7% da biomassa. Já a A. platensis foi produzida em produtividade de 0,226±0,005 g.L-1.d-1, e teve alta importância na produção de pigmentos de alto valor agregado (ficocianina, 84.2±2.8 mg.g-1 e carotenoides totais, 1,62±0,18 mg.g-1. Houve a assimilação de nitrogênio amoniacal próxima de 600 mg.L-1 em apenas 8 dias de bioprocesso. No oitavo dia, o bioprocesso encontrava-se estável, com um consumo diário de nitrogênio amoniacal de 100 mg.L-1.d-1 e em eficiência de remoção de 100%. Não houve presença de nitrito e nitrato no meio após o bioprocesso cujas condições são promissoras, em comparação aos resultados recém-publicados na literatura, para serem avaliadas por outras espécies de microalgas com produção de outros compostos de interesse industrial. Sendo assim, o bioprocesso desenvolvido mostrou-se atrativo para biorremediação dos efluentes industriais sob o ponto de vista econômico e ambiental.
Abstract: Even after anaerobic digestion of leachate, municipal effluents and various agro-industrial effluents (distilleries, cattle, swine, poultry, and buffalo) it is reported that ammoniacal nitrogen concentrations above 800 mg.L-1 may be present in these effluents. The high concentration of ammoniacal nitrogen in these effluents leads to eutrophication of water bodies if there is no efficient and viable treatment process. Nowadays, there is a search for an efficient and economically viable process for the bioremediation of ammoniacal nitrogen from effluents. Through the metabolic versatility of cyanobacteria, this nitrogen source can be used and removed, producing carotenoids, phycobiliproteins and biopolymers (polyhydroxyalkanoates) of industrial interest. The challenge to make it viable is the toxicity of ammoniacal nitrogen to cyanobacteria. Recent studies have shown that the insertion of an organic source in the ammoniacal medium reduces the toxicity of ammoniacal nitrogen to cyanobacteria due to the greater independence of their photosynthetic apparatus affected by the toxicity of ammoniacal nitrogen. Thus, the present study was innovative in proposing the application of residual crude glycerol from biodiesel production with its use as an organic source for bioremediation of industrial effluents by cyanobacteria. In addition, the use of industrial effluents as a source of nitrogen for their growth has the potential to reduce the costs of the cyanobacteria production medium, since the nitrogen sources have a high impact on their cost. A bioprocess was developed using the best strategies (high initial biomass concentration, conduction of the bioprocess by fed batch, control of the pH of the bioprocess and mixotrophy) in a synergistic and innovative way. The insertion of residual crude glycerol allowed the establishment of a mixed culture of Arthrospira (Spirulina) platensis and heterotrophic bacteria. The bacteria grew at a volumetric biomass productivity of 0.435±0.004 g.L-1.d-1 and had a maximum and theoretical biopolymer accumulation of 49±7% of the biomass. A. platensis was produced at a productivity of 0.226±0.005 g.L-1.d-1, producing high value-added pigments (phycocyanin, 84.2±2.8 mg.g-1 and total carotenoids, 1,62±0.18 mg.g-1). The assimilation of ammoniacal nitrogen was close to 600 mg.L-1 in just 8 days of bioprocess. On the eighth day, the bioprocess was stable, with a daily consumption of nitrogen ammoniacal concentration of 100 mg.L-1.d-1 and removal efficiency of 100%.There was no presence of nitrite and nitrate in the medium after the bioprocess whose conditions are promising, compared to the results recently published in the literature, to be evaluated by other species of microalgae with production of other compounds of industrial interest.Therefore, the developed bioprocess showed to be attractive for bioremediation of industrial effluents from an economic and environmental point of view.
Palavras-chave: Ammoniacal nitrogen
Cyanobacteria
Polyhydroxyalkanoates
Residual crude glycerol
Biopolímeros
Nitrogênio amoniacal
Cianobactéria
Polihidroxialcanoatos
Glicerol bruto residual
A. platensis
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química
Citação: SCHELIGA, Camylle Guimarães. Desenvolvimento de um bioprocesso para biorremediação do nitrogênio amoniacal de efluentes com produção de biopolímeros por cianobactérias e bactérias heterotróficas. 2022. 134 f. Tese (Doutorado em Química) - Faculdade de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18885
Data de defesa: 23-Mai-2022
Aparece nas coleções:Doutorado em Química

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