Publication
Industrial Production of Microalgae with Microplastic Contaminated Waters. Effects and biosolutions
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências da Terra e do Ambiente | pt_PT |
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Biológicas | pt_PT |
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Químicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Cordeiro, Nereida Maria Abano | |
| dc.contributor.advisor | Kaufmann, Manfred Josef | |
| dc.contributor.author | Mendonça, Ivana Rita da Silva | |
| dc.date.accessioned | 2023-01-19T16:33:28Z | |
| dc.date.available | 2023-01-19T16:33:28Z | |
| dc.date.issued | 2022-12-14 | |
| dc.description.abstract | Currently, microplastics (MPs) pose one of the most pressing environmental and urban issues, and aquatic systems are particularly vulnerable to these particles. Among the major sources of the problem are wastewater treatment plants. Biomass production relies heavily on water quality in microalgal-based industries. Therefore, industrially exploited microalgae, Tetraselmis suecica, Scenedesmus armatus and Nannochloropsis gaditana, were cultivated in PS- and PE-MPs contaminated waters (5 and 10 mg/L). Simulating industrial procedure, production began 4 days before stationary phase, and chronic effects were assessed with 27-day long experiments. Both MPs induced species-specific algae density: T. suecica inhibited (up to 11%), S. armatus no significant changes and N. gaditana increased (up to 6%). However, all presented significant decrease in biomass yield (up to 24, 48 and 52%, respectively) - by a reduction in single cell weight (up to 14, 47, and 43%), and/or the production of smaller cells (e.g., T. suecica). Although chronic exposure showed adaptation signs in algae density, reduction in biomass production is still evident (up to 19, 49, and 35%). RSM revealed that microalgal biomass production using MPs contaminated waters is concentration-dependent. With growing interest in developing sustainable solutions, unused remnants of bacterial cellulose membranes were ground to form BC hydrogels as potential bioflocculants of MPs. BC hydrogel’s viability in removing MPs from MPs-contaminated water was assessed for different environmental and operational conditions. BC hydrogel unveiled a very high flocculation rate (80.42%), most likely driven by the hydrogel’s microporous nature. RSM showed BC hydrogel:MPs ratio and grinding times as the most critical variables modulating flocculation rates. Also, short exposure times (5 min) were sufficient to drive robust particle aggregation. These findings suggest that BC hydrogel could be an alternative to synthetic flocculants in wastewater remediation processes. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Atualmente, os microplásticos (MPs) representam uma ameaça ambiental e urbana emergente, e os sistemas aquáticos são particularmente vulneráveis a essas partículas. Uma das principais fontes deste problema são as estações de tratamento de águas residuais. A produção de biomassa depende muito da qualidade da água em indústrias baseadas em microalgas. Portanto, microalgas exploradas industrialmente, Tetraselmis suecica, Scenedesmus armatus e Nannochloropsis gaditana, foram cultivadas em águas contaminadas com PS e PE-MPs (5 e 10 mg/L). Simulando o procedimento industrial, produção iniciou 4 dias antes da fase estacionária, e os efeitos crónicos foram avaliados com experiências de 27 dias. Ambos os MPs induziram, na densidade celular respostas especificas para cada microalga: T. suecica foi inibida (até 11%), S. armatus sem alterações significativas e N. gaditana estimulada (até 6%). Porém, todas exibiram uma queda acentuada na produção de biomassa (até 18, 48 e 30%, respetivamente) – através de alterações bioquímicas nas microalgas, resultando na redução do peso por célula (até 14, 47 e 43%), e/ou na produção de células mais pequenas (ex., T. suecica). Embora a exposição crónica tenha mostrado sinais de adaptação na densidade algal, redução na produção de biomassa continua evidente (até 19, 49 e 35%). RSM revelou que a produção de biomassa microalgal usando águas contaminadas com MPs é dependente da concentração. Com o aumento do interesse no desenvolvimento de soluções sustentáveis, restos não utilizados de membranas de celulose bacteriana (BC) foram moídos para formar hidrogéis como potenciais biofloculantes de MPs. A viabilidade de hidrogel de BC na remoção de MPs de águas contaminadas com MPs foi avaliada para diferentes condições ambientais e operacionais. O hidrogel de BC revelou uma taxa de floculação muito alta (80,42%), provavelmente impulsionada pela natureza microporosa do hidrogel, muito superior a biofloculantes dispersivos comerciais como goma xantana e alginato. RSM mostrou a razão hidrogel de BC:MPs e os tempos de moagem como as variáveis mais críticas na modulação das taxas de floculação. Mais, tempos de exposição curtos (5 min) foram suficientes para conduzir uma agregação de partículas robusta. Estas descobertas sugerem que o hidrogel BC pode ser uma alternativa aos floculantes sintéticos em processos de remediação de efluentes. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203180160 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.13/4939 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Commercial microalgae | pt_PT |
| dc.subject | Industrial biomass production | pt_PT |
| dc.subject | Microplastic contaminated waters | pt_PT |
| dc.subject | Bacterial cellulose hydrogel | pt_PT |
| dc.subject | Flocculation | pt_PT |
| dc.subject | Bioremediation | pt_PT |
| dc.subject | Microalgas comerciais | pt_PT |
| dc.subject | Produção industrial de biomassa | pt_PT |
| dc.subject | Águas contaminadas com microplásticos | pt_PT |
| dc.subject | Hidrogel de celulose bacteriana | pt_PT |
| dc.subject | Floculação | pt_PT |
| dc.subject | Biorremediação | pt_PT |
| dc.subject | Bioquímica Aplicada | pt_PT |
| dc.subject | . | pt_PT |
| dc.subject | Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia | pt_PT |
| dc.title | Industrial Production of Microalgae with Microplastic Contaminated Waters. Effects and biosolutions | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| person.familyName | da Silva Mendonça | |
| person.givenName | Ivana Rita | |
| person.identifier | 3435316 | |
| person.identifier.ciencia-id | 7619-C648-AE6C | |
| person.identifier.orcid | 0000-0002-9148-026X | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| relation.isAuthorOfPublication | 832d1d80-719b-4935-b565-1d7c31c90f77 | |
| relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery | 832d1d80-719b-4935-b565-1d7c31c90f77 | |
| thesis.degree.name | Tese apresentada à Universidade da Madeira com vista à obtenção do grau de Mestre em Bioquímica Aplicada | pt_PT |