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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2007.tde-25062008-142053
Documento
Autor
Nome completo
Julia Sumiko Hirasawa
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2007
Orientador
Banca examinadora
Silva, Maria Bernadete Amâncio Varesche (Presidente)
Bossolan, Nelma Regina Segnini
Foresti, Eugenio
Oliveira, Roberto Alves de
Zaiat, Marcelo
Título em português
Avaliação da metanogênese e sulfetogênese na presença de oxigênio, sob diferentes relações etanol/sulfato, utilizando técnicas de biologia molecular
Palavras-chave em português
BRS
FISH
Methanosaeta sp.
Oxigênio
PCR/DGGE
UASB
Resumo em português
Neste trabalho foi realizada a caracterização microbiana, por meio de técnicas de biologia molecular, do lodo granulado de reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB - Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor) operado sob condições mesofílicas (30 '+ OU -' 2ºC) e sulfetogênicas, com (TDH) de 12 h, na presença de 3,0 '+ OU -' 0,7 mg/L de oxigênio dissolvido. Essa caracterização foi realizada no lodo granulado proveniente da manta inferior (P1) e superior (P2) do UASB. O reator UASB de 10,5 L foi alimentado com meio basal Zinder acrescido de solução de vitaminas, metais traços e bicarbonato de sódio (10%). O meio foi preparado diariamente com água de abastecimento público, pH 7-8. Etanol e sulfato de sódio foram utilizados como fonte orgânica e de enxofre, respectivamente. Nestas condições, foram estudadas três diferentes relações de demanda química de oxigênio (DQO)/sulfato (3,0, 1,6 e 2,0). A análise de hibridação in situ fluorescente (FISH) demonstrou que houve predomínio de arquéias metanogênicas, detectadas com a sonda ARC915, em todas as condições operacionais, com médias iguais a 75,9, 77,1 e 85,4% em P1 e 78,6, 73,4 e 83,1% em P2, respectivamente. Methanosaeta sp. foi a arquéia metanogênica acetoclástica predominante confirmada também por seqüenciamento da banda recortada do gel de DGGE (eletroforese em gel de cadeia desnaturante), com similaridade de 96%. As bactérias (sonda EUB338) variaram de 9,6 a 36,2% e de 15,5 a 37,4% em P1 e P2, respectivamente. As bactérias redutoras de sulfato (BRS), detectadas com a sonda SRB385, variaram de 7,9 a 10,8% e de 8,7 a 19,8% em P1 e P2, respectivamente. Outros microrganismos identificados foram Shewanella sp. e Desulfitobacterium hafniense Y51, e a bactéria redutora de sulfato Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris DP4. A distribuição do tamanho dos grânulos não sofreu mudança significativa no decorrer dos ensaios. Grânulos de 2 a 3 mm, que geralmente representam biomassa ativa no reator, contou com média de 76% do total quantificado; enquanto, grânulos de 1 a 2 mm, os quais sugerem que novos grânulos estavam sendo formados representaram 17% no reator UASB. As concentrações médias de metano e sulfeto no biogás foram iguais a 33 e 1,5 'mü'mol/ mL, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram que a presença de oxigênio, na concentração aplicada, não afetou severamente o metabolismo dos microrganismos comumente considerados estritamente anaeróbios. Esse fato foi evidenciado também pelo valor do potencial redox obtido que se manteve aproximadamente constante em -208 mV, mesmo na presença de oxigênio. As eficiências de remoção de matéria orgânica (DQO) e redução de sulfato também alcançaram resultados favoráveis, com médias superiores a 74%.
Título em inglês
Evaluation of methanogenesis and sulfidogenesis in presence of oxygen under different ethanol/sulfate ratios using molecular biology techniques
Palavras-chave em inglês
FISH
Methanosaeta sp.
Oxygen
PCR/DGGE
SRB
UASB
Resumo em inglês
A microbial characterization of granular sludge from an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) was carried out by molecular biology techniques. The reactor with 1,5 L of volume was operated with HRT of 12 h under mesophilic (30 '+ OR -' 2ºC) and sulfidogenic conditions, in the presence of 3.0 '+ OR -' 0.7 mg 'O IND.2'/L. The granular sludge samples were withdrawn from the bottom (P1) and upper (P2) parts of the reactor. The synthetic substrate used in the reactor feeding was composed by Zinder basal medium in addition with a solution of vitamins, trace metal and sodium bicarbonate (10%). The Zinder basal medium was prepared daily with tap water with pH value varying from 7 to 8. Concentrations of ethanol and sodium sulfate were applied as organic and sulfur sources, respectively. Three different COD/sulfate ratios (3,0, 1,6 and 2,0) were evaluated in these conditions. The fluorescent in situ hibridization (FISH) analysis demonstrated the predominance of methanogenic archaea, detected by ARC915 specific probe, in all the operational conditions, with mean values of 75.9%, 77.1% and 85.4% in P1 and 78.6%, 73.4% and 83.1% in P2. The sequencing of the excised band of DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) showed similarity of 96% with the acetoclastic archaea Methanosaeta sp. The bacterial community (EUB338 probe) varied from 9.6% to 36.2% in P1 and from 15.5% to 37.4% in P2. Sulfate-reducing bacteria (SRB), detected by SRB385 probe, varied from 7.9% to 10.8% and from 8.7% to 19.8% in P1 and P2, respectively. Other identified microorganisms were Shewanella sp. and Desulfitobacterium hafniense Y51 bacteria, and the sulfate-reducing Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris DP4. Granule-size distribution did not significantly change during the assays. Granules of size varying from 2 mm to 3 mm, that generally represent the active biomass inside the reactor, accounted for 76% of the total quantified percentage; while, granules of size varying from 1 mm to 2 mm, that suggest the formation of new granules in the reactor, presented mean percentage of 17% of the total. The mean produced concentrations of methane and sulfide in the reactor were equal to 33 'mü'mol/mL and 1.5 'mü'mol/mL of biogas, respectively. The obtained results indicated that the applied oxygen concentration did not severely affect the metabolism of the strictly anaerobic microorganisms. This fact was evidenced by the obtained result of the oxidation-reduction potential that remained equal to -208 mV, even in the presence of oxygen. The mean removal efficiencies of organic matter (COD) and sulfate also achieved favourable results with values higher than 74%.
 
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HIRASAWA.pdf (1.83 Mbytes)
Data de Publicação
2008-06-26
 
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