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Abstract(s)
The textile industry produces high amounts of effluents containing synthetic dyes that are recalcitrant, toxic, potentially hazardous to the environment, and difficult to treat by conventional methods. Biotechnological approaches are generally considered more environmentally friendly and biological methods for dye degradation need to be further investigated. The work described in this PhD thesis aimed to develop a yeast-based solution to decolorize textile dyed effluents that can be safely discharged into the environment. Yeast strains Candida parapsilosis (HOMOGS20B), Yarrowia lipolytica (HOMOGST27AB) and Candida pseudoglaebosa (LIIIS36B), isolated from wastewater treatment plants, were tested for their ability to decolorize textile dyes. A total of 32 commercial textile synthetic dyes and simulated textile effluents were tested with the target yeasts (single strains and consortia) and the decolorization was evaluated spectrophotometrically for 48-72 hours. Yeasts were able to perform decolorization through adsorption and biodegradation for 28 of the dyes and simulated effluents to extents higher than 50%. Y. lipolytica (HOMOGST27AB) and C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) presented true decolorization of reactive dyes, above 90% at 100 mg/L, and of simulated effluents at 5 g/L of concentration. Enzyme production was evaluated: oxidoreductase was found in the three yeasts, whereas tyrosinase was only found in Y. lipolytica (HOMOGST27AB) and C. pseudoglaebosa (LIIIS36B). The potential toxicity of the dyed simulated effluents, before and after treatment, was investigated. The toxicity of the yeast-treated effluents was assessed using three different assays to represent different trophic levels. Mutagenicity was also evaluated. C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) was the most effective strain, completely decolorizing four of the five simulated effluents. Degradation products, possibly aromatic amines, were detected in the supernatant. Although the toxicity of the original simulated effluents was considered high, treated effluents demonstrated a decrease in toxicity and none exhibited mutagenicity. A yeast-based solution for decolorization of textile industrial wastewater was assessed. The three yeast strains previously selected for their dye decolorization capacity were freeze-dried. Additionally, Y. lipolytica (HOMOGST27AB) was also spray-dried. Skim milk powder and maltodextrin were used as cell protectors, and the freeze-dried products were stored at cold (4 °C) and room temperature for 210 days. The viability of the yeast cells and their decolorization capacity over time were assessed. Dried yeast cells maintained their viability and decolorization capacity for at least 90 days of storage after spray- and freeze-drying with both cell-protecting agents. The dried yeast-based solution for decolorizing textile industrial wastewater combines stability, efficiency, and convenience of production for application in real industrial facilities. A sequencing batch reactor (SBR) inoculated with activated sludge and successfully bioaugmented with the dye-decolorizing yeast strain – Y. lipolytica (HOMOGST27AB) was assembled. The bioaugmented AGS-SBR was operated for the treatment of a synthetic saline wastewater (12 g/L) intermittently fed with the reactive textile dye (Navy Everzol ED) at 25, 15, and 7.5 mg/L. Dye degradation did not occur although some dye adsorbed to the granules. AGS-SBR performance in removing carbon and nitrogen was effective and was not affected by the dye addition. The AGS core microbiome gathered essentially microorganisms from the Proteobacteria and Bacteroidetes phyla. The microbial profile showed a dynamic microbiome established at Phase I of the operation, with a high decrease in abundance of Ignavibacterium from the initial biomass to the granules formed and an increase of Actinobacteria, Cytophagia, Flavobacteria, and Alphaproteobacteria in the remaining phases of the bioreactor operation. The bioaugmented yeast remained present throughout the entire reactor process. Y. lipolytica (HOMOGST27AB) and C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) are a potential biotechnological tool for dye degradation in textile wastewaters, especially those containing reactive dyes and a promising tool to integrate in bioremediation solutions, contributing to eco sustainability in the water sector, but further operational scenarios need to be researched.
A indústria têxtil produz grandes quantidades de efluentes contendo corantes sintéticos que são recalcitrantes, tóxicos, potencialmente perigosos para o meio ambiente e são difíceis de tratar pelos métodos convencionais. As abordagens biotecnológicas são geralmente consideradas mais ecológicas e métodos biológicos para degradação de corantes precisam ser mais investigados. O trabalho descrito nesta tese de doutoramento teve como objetivo desenvolver uma solução à base de levedura para remoção de cor de efluentes têxteis corados para que possam ser descartados com segurança no meio ambiente. As estirpes de levedura Candida parapsilosis (HOMOGS20B), Yarrowia lipolytica (HOMOGST27AB) e Candida pseudoglaebosa (LIIIS36B), isoladas de estações de tratamento de águas residuais, foram testadas quanto à sua capacidade de remover cor de corantes têxteis. Um total de 32 corantes têxteis sintéticos comerciais e efluentes têxteis simulados foram testados com as leveduras-alvo (estirpes individuais e consórcios) e a remoção de cor foi avaliada espectrofotometricamente por 48-72 horas. As leveduras foram capazes de realizar a descoloração por adsorção e biodegradação para 28 dos corantes e efluentes simulados em mais de 50%. As estirpes Y. lipolytica (HOMOGST27AB) e C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) apresentaram descoloração verdadeira de corantes reativos, acima de 90% a 100 mg/L, e de efluentes simulados a 5 g/L de concentração. A produção enzimática foi avaliada: a oxidoredutase foi encontrada nas três leveduras, enquanto a tirosinase foi encontrada apenas na Y. lipolytica (HOMOGST27AB) e C. pseudoglaebosa (LIIIS36B). A potencial toxicidade dos efluentes simulados corados, antes e depois do tratamento, foi investigada. A toxicidade dos efluentes tratados com levedura foi avaliada usando três testes diferentes para representar diferentes níveis tróficos. A mutagenicidade também foi avaliada. A estirpe C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) foi a mais eficaz, removendo a cor completamente a quatro dos cinco efluentes simulados. Os produtos de degradação, possivelmente aminas aromáticas, foram detetados no sobrenadante. Embora a toxicidade dos efluentes simulados originais tenha sido considerada alta, os efluentes tratados demonstraram uma diminuição na toxicidade e nenhum exibiu mutagenicidade. Uma solução à base de levedura para a remoção de cor de efluentes industriais têxteis foi produzida e avaliada. As três estirpes de leveduras previamente selecionadas pela sua capacidade de descoloração de corantes foram liofilizadas (freeze-dry). Além disso, a estirpe Y. lipolytica (HOMOGST27AB) foi também seca por pulverização (spray-dry). Leite em pó desnatado (Skim milk) e maltodextrina foram utilizados como protetores celulares, e os produtos liofilizados foram armazenados a frio (4 °C) e a temperatura ambiente durante 210 dias. A viabilidade das células de levedura e a sua capacidade de descoloração ao longo do tempo foram avaliadas. As células de levedura mantiveram sua viabilidade e capacidade de descoloração por pelo menos 90 dias de armazenamento após secagem por pulverização e liofilização com ambos os agentes protetores de células. A solução à base de levedura seca para descoloração de efluentes industriais têxteis combina estabilidade, eficiência e conveniência de produção para aplicação em instalações industriais reais. Um reator inoculado com lamas ativadas e bioaumentado com sucesso com a estirpe de levedura descolorante Y. lipolytica (HOMOGST27AB) foi montado. O reactor bioaumentado foi usado para o tratamento de um efluente salino sintético (12 g/L) alimentado intermitentemente com o corante têxtil reativo (Navy Everzol ED) a 25, 15 e 7,5 mg/L. A degradação do corante não ocorreu, embora algum corante tenha adsorvido aos grânulos. O desempenho do biorreactor na remoção de carbono e azoto foi eficaz e não foi afetado pela adição de corante. O microbioma central dos grânulos aeróbios (AGS) reuniu essencialmente microrganismos dos filos Proteobacteria e Bacteroidetes. O perfil microbiano mostrou um microbioma dinâmico estabelecido na Fase I da operação, com uma grande diminuição na abundância de Ignavibacterium desde a biomassa inicial até aos grânulos formados e um aumento de Actinobacteria, Cytophagia, Flavobacteria e Alphaproteobacteria nas demais fases da operação do biorreator. A levedura bioaumentada permaneceu no reactor durante todo o processo. As estirpes Y. lipolytica (HOMOGST27AB) e C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) são uma potencial ferramenta biotecnológica para a degradação de corantes em efluentes têxteis, especialmente aqueles que contêm corantes reativos e uma ferramenta promissora para integrar em soluções de biorremediação, contribuindo para a eco sustentabilidade no setor da água, mas outros cenários operacionais necessitam de ser investigados.
A indústria têxtil produz grandes quantidades de efluentes contendo corantes sintéticos que são recalcitrantes, tóxicos, potencialmente perigosos para o meio ambiente e são difíceis de tratar pelos métodos convencionais. As abordagens biotecnológicas são geralmente consideradas mais ecológicas e métodos biológicos para degradação de corantes precisam ser mais investigados. O trabalho descrito nesta tese de doutoramento teve como objetivo desenvolver uma solução à base de levedura para remoção de cor de efluentes têxteis corados para que possam ser descartados com segurança no meio ambiente. As estirpes de levedura Candida parapsilosis (HOMOGS20B), Yarrowia lipolytica (HOMOGST27AB) e Candida pseudoglaebosa (LIIIS36B), isoladas de estações de tratamento de águas residuais, foram testadas quanto à sua capacidade de remover cor de corantes têxteis. Um total de 32 corantes têxteis sintéticos comerciais e efluentes têxteis simulados foram testados com as leveduras-alvo (estirpes individuais e consórcios) e a remoção de cor foi avaliada espectrofotometricamente por 48-72 horas. As leveduras foram capazes de realizar a descoloração por adsorção e biodegradação para 28 dos corantes e efluentes simulados em mais de 50%. As estirpes Y. lipolytica (HOMOGST27AB) e C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) apresentaram descoloração verdadeira de corantes reativos, acima de 90% a 100 mg/L, e de efluentes simulados a 5 g/L de concentração. A produção enzimática foi avaliada: a oxidoredutase foi encontrada nas três leveduras, enquanto a tirosinase foi encontrada apenas na Y. lipolytica (HOMOGST27AB) e C. pseudoglaebosa (LIIIS36B). A potencial toxicidade dos efluentes simulados corados, antes e depois do tratamento, foi investigada. A toxicidade dos efluentes tratados com levedura foi avaliada usando três testes diferentes para representar diferentes níveis tróficos. A mutagenicidade também foi avaliada. A estirpe C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) foi a mais eficaz, removendo a cor completamente a quatro dos cinco efluentes simulados. Os produtos de degradação, possivelmente aminas aromáticas, foram detetados no sobrenadante. Embora a toxicidade dos efluentes simulados originais tenha sido considerada alta, os efluentes tratados demonstraram uma diminuição na toxicidade e nenhum exibiu mutagenicidade. Uma solução à base de levedura para a remoção de cor de efluentes industriais têxteis foi produzida e avaliada. As três estirpes de leveduras previamente selecionadas pela sua capacidade de descoloração de corantes foram liofilizadas (freeze-dry). Além disso, a estirpe Y. lipolytica (HOMOGST27AB) foi também seca por pulverização (spray-dry). Leite em pó desnatado (Skim milk) e maltodextrina foram utilizados como protetores celulares, e os produtos liofilizados foram armazenados a frio (4 °C) e a temperatura ambiente durante 210 dias. A viabilidade das células de levedura e a sua capacidade de descoloração ao longo do tempo foram avaliadas. As células de levedura mantiveram sua viabilidade e capacidade de descoloração por pelo menos 90 dias de armazenamento após secagem por pulverização e liofilização com ambos os agentes protetores de células. A solução à base de levedura seca para descoloração de efluentes industriais têxteis combina estabilidade, eficiência e conveniência de produção para aplicação em instalações industriais reais. Um reator inoculado com lamas ativadas e bioaumentado com sucesso com a estirpe de levedura descolorante Y. lipolytica (HOMOGST27AB) foi montado. O reactor bioaumentado foi usado para o tratamento de um efluente salino sintético (12 g/L) alimentado intermitentemente com o corante têxtil reativo (Navy Everzol ED) a 25, 15 e 7,5 mg/L. A degradação do corante não ocorreu, embora algum corante tenha adsorvido aos grânulos. O desempenho do biorreactor na remoção de carbono e azoto foi eficaz e não foi afetado pela adição de corante. O microbioma central dos grânulos aeróbios (AGS) reuniu essencialmente microrganismos dos filos Proteobacteria e Bacteroidetes. O perfil microbiano mostrou um microbioma dinâmico estabelecido na Fase I da operação, com uma grande diminuição na abundância de Ignavibacterium desde a biomassa inicial até aos grânulos formados e um aumento de Actinobacteria, Cytophagia, Flavobacteria e Alphaproteobacteria nas demais fases da operação do biorreator. A levedura bioaumentada permaneceu no reactor durante todo o processo. As estirpes Y. lipolytica (HOMOGST27AB) e C. pseudoglaebosa (LIIIS36B) são uma potencial ferramenta biotecnológica para a degradação de corantes em efluentes têxteis, especialmente aqueles que contêm corantes reativos e uma ferramenta promissora para integrar em soluções de biorremediação, contribuindo para a eco sustentabilidade no setor da água, mas outros cenários operacionais necessitam de ser investigados.
Description
Keywords
Decolorizing yeasts Biodegradation Textile dye decolorization Stream’s toxicity Cell's preservation methods Yeast-bioaugmented aerobic granular sludge Leveduras descolorantes Biodegradação Descoloração de corantes têxteis Toxicidade dos fluxos Métodos de preservação de células Grânulos aeróbios bioaumentados por leveduras