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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2024.tde-13032024-171300
Documento
Autor
Nome completo
Rafael Santana Mendonça
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2024
Orientador
Banca examinadora
Regitano, Jussara Borges (Presidente)
Cotta, Simone Raposo
Leal, Rafael Marques Pereira
Título em português
Efeitos da compostagem termofílica industrial na qualidade do lodo de esgoto e na dissipação de resistência antimicrobiana em solos
Palavras-chave em português
Agricultura sustentável
Biossólidos
Microbioma
Poluição do solo
Resistoma
Resumo em português
O crescimento populacional urbano potencializa a produção de lodo de esgoto (LE), resíduo gerado em grandes quantidades e comumente destinado em aterros sanitários, mas com potencial uso agrícola como fonte alternativa de nutrientes para as plantas e condicionador de solos. No entanto, o LE tem relevante potencial poluidor e deve ser adequadamente tratado antes da aplicação em solos. Dentre os contaminantes, os emergentes, tais como os genes de resistência antimicrobiana (GRAs) e elementos genéticos móveis (EGMs), são bastante preocupantes, pois promovem perturbações ambientais que configuram grande risco à saúde pública mundial. Por isso, o manejo do LE deve ser garantido por meio de tratamentos eficientes que visem sua qualidade no amplo aspecto (aptidão agrícola, benefícios ao ambiente e à qualidade do solo e desenvolvimento vegetal). A compostagem termofílica se mostra promissora no tratamento de grandes quantidades de LE, promovendo sua estabilização e degradação de vários contaminantes orgânicos. A adição de calcário ao processo parece alavancar melhorias na sua qualidade e na dissipação de GRAs e EGMs. Porém, pouco se sabe sobre a efetividade desses tratamentos quando realizados em escala industrial e sobre a eficácia na atenuação desses genes em solos após a aplicação do composto gerado. Portanto, objetivou-se com este trabalho avaliar o efeito da aplicação de compostos obtidos industrialmente, com e sem a adição de calcário, na qualidade biológica de solos de diferentes texturas e no completo desenvolvimento da cultura do milho, além da dissipação de resistência antimicrobiana (RAM) (real e potencial) das classes de antimicrobianos mais utilizadas. A qualidade do LE foi avaliada por meio de mudanças físico-químicas promovidas pela compostagem, parâmetros fitométricos, componentes de rendimento e acúmulo de nutrientes pelas plantas, além do potencial enzimático, alterações na comunidade bacteriana dos solos e a abundância relativa de GRAs e EGMs nos solos em distintos tempos (quantificada por HT-qPCR). A compostagem industrial foi eficaz na redução de metais pesados do resíduo e de EGMs e GRAs nos solos, sobretudo para a classe das sulfonamidas. Foram identificados os EGMs que mais contribuem para o potencial de transferência de GRAs e o resistoma natural do solo foi acessado. Os compostos promoveram benefícios à qualidade biológica dos solos por meio do incremento de atividade enzimática e não houve diferença acerca dos componentes de rendimento do milho, mesmo com a menor dose de fertilizante mineral adicionada. No entanto, o menor acúmulo de nutrientes no tecido foliar sugere que compostos de LE tem maior potencial como condicionador de solos do que como substituintes de fertilizantes minerais. A adição de calcário ao processo não potencializou à dissipação de GRAs e EGMs, porém gerou um composto de melhor qualidade biológica frente à atividade enzimática e diversidade da comunidade bacteriana, mas as principais alterações foram observadas apenas no tempo inicial. A compostagem termofílica em escala industrial melhora a qualidade do lodo de esgoto, tornando sua aplicação mais segura frente aos teores de metais pesados, à RAM nos solos e ao estímulo da atividade enzimática, porém, perdas nutricionais são observadas e refletidas no acúmulo desses elementos no tecido das plantas.
Título em inglês
Industrial thermophilic composting on sewage sludge quality and on dissipation of antimicrobial resistance in soils
Palavras-chave em inglês
Biosolids
Microbiome
Resistome
Soil pollution
Sustainable agriculture
Resumo em inglês
Urban population growth intensifies the production of sewage sludge (SS), a waste generated in massive quantities and commonly disposed of in landfills but holds potential for agricultural use as an alternative nutrient source for plants and a soil conditioner. However, due to its pollution potential, SS must be adequately treated before soil application. Amongst the contaminants, emerging ones such as antimicrobial resistance genes (ARGs) and mobile genetic elements (MGEs), are highly concerning due to their capacity to cause environmental disturbances with significant risks to global public health. Therefore, SS management requires effective treatments addressing its quality in various aspects including agricultural suitability, environmental benefits, soil quality, and plant development. Thermophilic composting emerges as a promising approach for treating large volumes of SS, promoting its stabilization and degradation of various organic contaminants. The lime addition to the composting process appears to enhance improvements in SS quality and the dissipation of ARGs and MGEs. However, the effectiveness of these treatments on an industrial scale, as well as their ability to mitigate the presence of these genes in soils after the application of the composts generated, are areas of knowledge still lacking. This study aimed to assess the impact of the application of industrially obtained composts, with and without the lime addition, on the biological quality of soils with different textures and the complete development of maize. Additionally, the dissipation of antimicrobial resistance (real and potential) of the most commonly used antimicrobial classes was assessed. The quality of SS was assessed through physicochemical changes and nutrient availability promoted by composting, phytometric parameters, yield components, and nutrient accumulation by plants. Additionally, enzymatic potential, alterations in soil bacterial communities, and the relative abundance of ARGs and MGEs in soils at different times (quantified by HTqPCR) were also analyzed. Industrial composting was effective in reducing heavy metal content in the residue and MGEs and ARGs in soils, especially for the class of sulfonamides. The MGEs that most contribute to the potential transfer of ARGs were identified, and the natural soil resistome was accessed. The composts promoted benefits to the biological quality of soils through increased enzymatic activity, and there was no difference in maize yield components, even with the lower dose of mineral fertilizer added. However, the lower accumulation of nutrients in the leaf tissue suggests that SS composts have greater potential as soil conditioners than substitutes for mineral fertilizers. The lime addition to the composting process did not enhance the dissipation of ARGs and MGEs but generated a compost of better biological quality, especially in terms of enzymatic activity and bacterial community diversity, although the main changes were observed only at the initial time. Industrialscale thermophilic composting improves the quality of sewage sludge, making its application in soils safer in terms of heavy metal content, antimicrobial resistance risk, and the stimulation of enzymatic activity. However, nutritional losses are observed and reflected in the lower accumulation of these elements in plant tissues.
 
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Data de Publicação
2024-03-19
 
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