Browsing by Author "Borges, Rodrigo"
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- Are native microalgae consortia able to remove microplastics from wastewater effluents?Publication . Afonso, Valdemira; Borges, Rodrigo; Rodrigues, Brígida; Barros, Raúl; Bebianno, Maria; Raposo, SaraWastewater Treatment Plants (WWTPs) are potential sources of microplastics (MPs) in the aquatic environment. This study aimed to investigate the potential of wastewater-native microalgae consortia to remove MPs from the effluent of two different types of WWTPs as a dual-purpose solution for MPs mitigation and biomass production. For that purpose, the occurrence of MPs from two types of WWTP effluents was analysed over one year. MPs were characterized in terms of morphology (microbead, foam, granule, irregular, filament and film), colour and size. The wastewater characterisation was followed by the removal of MP loads, using native microalgae consortia, pre-adapted to the wastewater effluent. Microalgae consortia evolved naturally through four mitigation assays, adapted to seasonal conditions, such as temperature, photoperiod, and wastewater composition. MPs were present in all the effluent samples, ranging from 52 to 233 MP L− 1 . The characterisation of MPs indicated a predominance of white and transparent particles, with irregular and filament shapes, mainly under 500 μm in size. The μFTIR analysis revealed that 43% of the selected particles were plastic, with a prevalence of poly propylene (PP) (34%) and polyethylene terephthalate (PET) (30 %). In the mitigation experiments, substantial biomass production was achieved (maximum of 2.6 g L− 1 (d.w.)), with successful removal of MPs, ranging from 31 ± 25% to 82 ± 13%. These results show that microalgae growth in wastewater effluents efficiently promotes the removal of MPs, reducing this source of contamination in the aquatic environment, while generating valuable biomass. Additionally, the strategy employed, requires minimal control of culture conditions, simplifying the integration of these systems in real-world WWTP facilities for improved wastewater management.
- Chemical and physical pretreatments of microalgal biomassPublication . Rodrigues, Brígida; Borges, Rodrigo; Castro, Maria; Constantino, Ana; Raposo, SaraNon-axenic microalga Chlorella sorokiniana was cultivated in batch cultures, and its total sugar composition was determined. The microalga under study showed a total sugar concentration of 21.44 ± 0.46% (w/w). The effects of freeze-drying, oven-drying, freezing and thawing, chemical and the combination of hydrothermal and chemical pretreatments were evaluated. In the combined pretreatment different concentrations of H2SO4 and reaction times were also optimized. It was possible to determine that the sugar extraction yields more significant were 59.5% for the lyophilization, 6.2% with 6 cycles of freeze and thawing and around 100% for 2 and 4% (v/v) of H2SO4 at 121 °C for 30 min. Some of the methods that were described in this study are interesting to facilitate cost-efficient conversion of microalgal biomass into biofuels.
- The potential of native microalgae consortia to remove pharmaceutical compounds present in treated wastewaterPublication . Lourenço Afonso, Valdemira; Rodrigues, Brígida; Borges, Rodrigo; Jorge de Barros, Raúl José; Bebianno, Maria; Raposo, SaraWastewater treatment plants play a key role in the release of pharmaceuticals and other contaminants into the aquatic environment, causing negative effects on the ecosystems of receiving water bodies. This work aimed to assess the removal efficiency of real loads of these contaminants by wastewater-native microalgae consortia acting on treated wastewater previously subjected to secondary treatment. Wastewater sampling and removal efficiency experiments were conducted over 1 year at three different sampling points. Nineteen pharmaceutical compounds of different drug classes (stimulants, anticonvulsants, antidepressants, antibiotics, β-blockers, lipid regulators, and nonsteroidal anti-inflammatory drugs/analgesics), as well as one herbicide/algicide (Diuron) were detected and quantified. Native blooming microalgae consortia were grown in treated wastewaters, and their potential to remove these compounds was quantified. The removal efficiency of these compounds by native microalgae consortia was variable, ranging from almost no removal for Clofibric acid or Ketoprofen to near complete removal for Fluoxetine, Venlafaxine, Atenolol or Diuron. These variations were influenced not only by the molecular nature of the compounds but also by the microbial composition variability of the microalgae consortia, especially among the prokaryotes present. Overall, microalgae consortia successfully removed between 40 % and 83 % of the total detected compounds, preventing a significant part of these from entering the aquatic environment, contributing to enhance treated wastewater quality. Significant biomass growth was observed, reaching dry-weight concentrations up to 2.6 g.L− 1 , indicative of good capacity of the grown consortia to deal with the toxicity effects of the pollutants. In addition to what is now reported, microalgae treatment also removes other pollutants, such as nutrients, metals or microplastic particles, constituting a versatile tertiary treatment for polishing treated wastewaters. These findings demonstrate the potential of native microalgae consortia-based systems to improve wastewater treatment processes, mitigating the environmental impact of pharmaceutical compounds while producing potentially useful biomass.
- Valorization of microalgal biomass in a biorefinery perspectivePublication . Borges, Rodrigo; Barros, Raúl J.; Raposo, SaraA valorização da biomassa de microalgas verdes foi avaliada e melhorada, utilizando como modelo a microalga verde não-axénica Chlorella sorokiniana para a caracterização do perfil de pigmentos e ácidos gordos presentes. Foi efetuada a avaliação de diferentes solventes para a extração de pigmentos, incluindo solventes verdes, ou seja, menos prejudiciais para o ambiente, tal como a extração sequencial de ácidos gordos através de uma segunda etapa de extração. Um segundo ciclo de extração à mesma biomassa foi efetuado para avaliar a necessidade deste para a extração de pigmentos com solvente fresco. Este estudo foi efetuado para tanto biomassa fresca como liofilizada. Utilizando os resultados dos ensaios realizados foi feito um estudo preliminar da sustentabilidade económica de um processo industrial com base na extração sequencial de ambos metabolitos. Ultimamente, a utilização de microalgas para a extração e criação de produtos de elevado valor tem sido estudada e atualmente já é implementada em alguns setores. Devido à versatilidade destes microrganismos, podem ser utilizados para a produção de uma variedade de bens, como biocombustíveis e bioplásticos. As principais vantagens das microalgas são o seu baixo custo de manutenção e não competirem por terreno com atividades agrícolas. As microalgas também possuem o potencial de ser cultivadas em águas residuais como forma de tratamento destas, utilizando os nutrientes presentes nestas para crescer. A eficiência de extração dos solventes utilizados foi comparada pela adição de solvente à biomassa e homogeneização por vortex. A extração foi auxiliada por uma hora de banho de ultrassons. As fases sólidas e líquidas foram separadas por centrifugação e a presença de pigmentos foi analisada por espectrofotometria e cromatografia líquida. A mesma biomassa foi utilizada para avaliar a eficiência de um segundo ciclo de extração. A luteína, clorofila a, clorofila b, juntamente com algumas clorofilas não identificadas foram considerados os pigmentos principais da C. sorokiniana. Outros pigmentos como neoxantina, betacaroteno, feoforbide a e feofitina a foram encontrados em menores quantidades. Relativamente à extração de pigmentos, a extração de pigmentos de biomassa fresca obteve rendimentos de extração mais elevados que a biomassa liofilizada para todos os solventes. O solvente com a taxa de extração mais elevada para os pigmentos quantificados foi o metanol para ambas biomassa fresca e liofilizada, atingindo para a biomassa fresca rendimentos de extração de 13.83 ± 0.70 mg/g biomassa para luteína, 18.61 ± 2.91 mg/g para clorofila a, 29.93 ± 1.87 mg/g para clorofila b, e 3.15 ± 0.40 mg/g para betacaroteno. A mistura de clorofórmio-metanol, tal como o acetato de metilo, demonstraram ser bastante eficientes na extração de pigmentos. O isopropanol e o éter etílico apresentaram os rendimentos de extração de pigmentos mais baixos. O segundo ciclo de extração de pigmentos utilizando solvente novo para a mesma biomassa provou não ser muito eficiente, especialmente para os solventes com rendimentos de extração mais elevados. Os resultados obtidos na quantificação de pigmentos por espectrofotometria e ultra high-performance liquid chromatography (UHPLC) demonstraram bastante variação, sendo que a clorofila a demonstrou valores superiores na quantificação por espectrofotometria enquanto a clorofila b demonstrou valores mais elevados na quantificação por UHPLC. Os carotenoides totais demonstraram valores bastante aproximados no entanto foram ligeiramente superiores na quantificação por UHPLC. A extração sequencial de ácidos gordos e pigmentos a partir da mesma biomassa foi avaliada por uma extração inicial de pigmentos da biomassa com os solventes que apresentaram melhor extração, seguida de uma extração de ácidos gordos pelo método de Bligh & Dyer (1959). Os resultados obtidos foram comparados com o valor de ácidos gordos totais obtidos para biomassa sem extração de pigmentos prévia. A quantificação dos ácidos gordos foi feita através da transesterificação destes e análise por cromatografia de gás. A caracterização de ácidos gordos revelou o ácido palmítico como o presente em maior quantidade na biomassa de C. sorokiniana, correspondendo a 40.5% do total de ácidos gordos. O ácido palmitoleico corresponde a 8.1% do total, o ácido oleico a 10.7% do total de ácidos gordos e o ácido linolénico a 15.5% do total de ácidos gordos. Os restantes ácidos gordos apresentaram frações menores. De forma semelhante ao que se sucedeu na extração de pigmentos, a extração de ácidos gordos demonstrou ser mais eficiente para biomassa fresca, extraindo 118.1 mg/g biomassa, em comparação à liofilizada onde foi extraído apenas 57.9 mg/g biomassa. Apesar de o metanol apresentar a melhor taxa de extração de pigmentos demonstrou remover a totalidade de ácidos gordos da biomassa fresca durante a extração de pigmentos. Os solventes utilizados que apresentaram menor extração de ácidos gordos durante a extração de pigmentos foram o acetato isopropílico e o acetato etílico, no entanto estes solventes apresentaram apenas valores medíocres na extração de pigmentos. Devido a esta fraca extração de ácidos gordos por parte do acetato etílico durante a extração de pigmentos foi possível extrair aproximadamente 77% do total de ácidos gordos presentes na biomassa durante a fase de extração de ácidos gordos. A avaliação preliminar do processo de extração sequencial de ambos pigmentos e ácidos gordos da biomassa de C. sorokiniana a uma escala industrial foi efetuada através de uma simulação utilizando o software SuperPro Designer. O processo industrial foi projetado com base nos resultados obtidos no trabalho prático mantendo as proporções de matérias usadas e produtos obtidos. O acetato etílico foi escolhido como solvente para a simulação devido a possuir uma extração sequencial mais equilibrada entre pigmentos e ácidos gordos. Os resultados obtidos indicam a sustentabilidade económica do processo se os produtos forem comercializados a valores elevados. Os preços dos produtos seriam, 10 000 euros/kg para os pigmentos e 15 euros/kg para os ácidos gordos. Apesar de os valores serem elevados, é possível que se enquadrem no mercado real devido à especificidade e pureza do produto. Futuramente, deveria ser feita uma avaliação mais profunda à extração sequencial de pigmentos e ácidos gordos, possivelmente incluindo a co-extração de mais metabolitos de elevado valor da mesma biomassa. A valorização de microalgas seria uma contribuição no avanço de para uma maior sustentabilidade ambiental.