Dissertations / Theses on the topic 'Arqueas metanogênicas'

Foram operados dois reatores UASB de bancada (volumes de 39,0 e 10,5 L) instalados em série, alimentados com águas residuárias de suinocultura com concentração de sólidos suspensos totais (SST), no primeiro reator, em torno de 5000 mg/L, com temperatura controlada (de 25 a 30 graus Celsius) e com tempo de detenção hidráulica (TDH) no primeiro reator de 62 a 16 h e no segundo de 16 a 4 h. O objetivo foi avaliar o desempenho e caracterizar física e microbiologicamente o lodo dos reatores UASB operados em dois estágios. Os resultados obtidos no ensaio 1, com TDH de 62 h no primeiro reator e SST no afluente de 5240 mg/L, mostraram eficiências de remoção de DQO total de 86% e 59% e SST de 82% e 57%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 1, foi de 95% e 94%. No ensaio 2, com TDH de 31 h no primeiro reator e SST de 5000 mg/L no afluente, observou-se eficiência de remoção de DQO total de 86% e 43% e SST de 85% e 58%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 2, foi de 92% e 94%. No ensaio 3, com TDH de 16 h no primeiro reator e SST de 5490 mg/L no afluente, observou-se eficiência de remoção de DQO total de 73% e 23% e SST de 65% e 20%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 3, foi de 79% e 73%. A TCOV aplicada no primeiro reator, no ensaio 1, foi de 4,55 kg DQO total/\'M POT.3\'.d, no ensaio 2 de 8,75 kg DQO total/\'M POT.3\'.d e no ensaio 3 de 18,65 kg DQO total/\'M POT.3\'.d. A produção de \'CH IND.4\' no primeiro reator foi de 17,50 a 68,20 L \'CH IND.4\'/d e no segundo reator de 1,62 a 5,50 L \'CH IND.4\'/d com a diminuição do TDH. Os reatores UASB instalados em série foram eficientes na remoção da fração dissolvida e, principalmente, da fração devido à concentração de SST do afluente. Para TCOV de 4,55 kg DQO/\'M POT.3\'.d no primeiro reator, pôde-se obter eficiências de remoção de DQO total e de SST acima de 90% e de DQO dissolvida acima de 85%. Para TCOV de 18,65 kg DQO/\'M POT.3\'.d no primeiro reator, as eficiências de remoção de DQO total e de SST foram acima de 70% e DQO dissolvida acima de 75%. As maiores produções específicas de metano foram obtidas com TCOV de 2,55 kg DQO/\'M POT.3\'.d para o segundo reator e de 8,65 kg DQO/\'M POT.3\'.d para o primeiro reator. A operação dos reatores UASB com valores de concentração de SST no afluente em torno de 5000 mg/L foram prejudiciais ao processo de granulação do lodo. Os grânulos apresentaram distribuição dispersa das morfologias microbianas ao longo da parede, não caracterizando a divisão em camadas definidas. As arqueas metanogênicas predominantes foram as semelhantes à Methanosaeta.
Two bench scale UASB reactors (volumes of 39,0 and 10,5 L) were operated in sequence, fed with swine wastewater with total suspended solids (TSS) concentration around 5000 mg/L in the first reactor, with controlled temperature (from 25 to 30 Celsius degrees) and operating with hydraulic detention time (HDT) in the first reactor varying from 62 to 16 h and in the second reactor from 16 to 4 h. The objective was to evaluate the performance and to characterize physically and microbiologically the sludge from UASB reactors operated in two stages treating swine wastewater. The results obtained in phase 1, with HDT of 62 h in the first reactor and TSS in the influent of 5240 mg/L, presented total COD removal efficiencies of 86% and 59% and TSS reduction efficiency of 82% and 57%, in the first and second reactors, respectively. The removal efficiency of total COD and TSS in the system, in phase 1, was 95% and 94%, respectively. In the phase 2, using HDT of 31 h in the first reactor and TSS of 5000 mg/L in the influent, it was observed a total COD removal efficiency of 86% and 43% and TSS reduction efficiency of 85% and 58%, in the first and second reactors, respectively. The system removal efficiency of total COD and TSS in phase 2, was 92% and 94%, respectively. In phase 3, with a HDT of 16 h in the first reactor and TSS of 5490 mg/L in the influent, it was observed a total COD removal efficiency of 73% and 23% and TSS reduction efficiency of 65% and 20%, in the first and second reactors, respectively. The total COD removal efficiency and TSS reduction efficiency in the system, in phase 3, was 79% and 73%, respectively. The volumetric organic loading rate (VOLR) applied in the first reactor, in phase 1, was 4,55 kg total COD/\'M POT.3\'.d, in phase 2 was 8,75 kg total COD/\'M POT.3\'.d and in phase 3 was 18,65 kg total COD/\'M POT.3\'.d. The \'CH IND.4\' production in the first reactor was from 17,50 to 68,20 L \'CH IND.4\'/d and in the second reactor from 1,62 to 5,50 L \'CH IND.4\'/d decreasing the HDT in the experiment phases. The UASB reactor installed in sequence were efficient in the dissolved fraction removal and, mainly, to the fraction due to the TSS influent concentration. The total VOL value of 4,55 kg COD/\'M POT.3\'.d was measured in the first reactor, it was achieved TSS and total COD removal efficiencies above 90% and dissolved COD above 85%. For the OVL of 18,65 kg COD/\'M POT.3\'.d in the first reactor the TSS and total COD removal were above 70% and dissolved COD above 75%. The larger methane specific production was obtained with a total VOL of 2,55 kg COD/\'M POT.3\'.d in the second reactor and 8.65 kg COD/\'M POT.3\'.d in the first reactor. The UASB reactors operation with the TSS concentration values of 5000 mg/L in the influent was prejudicing the sludge granulation process. The granules present a microbial morphology disperse distribution that doesn\'t characterize a layers defined distribution. The predominant metonogenic archeas were similar to Methanosaeta.

Neste trabalho foi realizada a caracterização microbiana anaeróbia de reatores anaeróbios diferenciais horizontais e em batelada, operados sob condições sulfetogênicas e mesofílicas (30ºC). Os reatores diferenciais foram preenchidos com diferentes materiais suportes (espuma de poliuretano, carvão vegetal, polietileno reciclado de baixa densidade e cerâmica porosa à base de alumina) visando a seleção do suporte adequado para otimização do processo sulfetogênico, para a relação DQO/sulfato de aproximadamente 0,67. Os reatores diferenciais foram alimentados diariamente com esgoto sintético, contendo aproximadamente 1000 mg/L de DQO e 1500 mg/L de sulfato, durante 28 dias de operação. A caracterização microbiana foi realizada através da técnica de hibridação in situ fluorescente (FISH), microscopia óptica e eletrônica de varredura. Foram realizadas quantificações, em termos de porcentagens, de microrganismos pertencentes ao Domínio Bacteria (EUB338), Domínio Archaea (ARC915) e bactérias redutoras do íon sulfato (BRS) da subdivisão delta de Proteobacteria (SRB385). Nos reatores diferenciais, houve predomínio de bactérias em todos os suportes estudados. Os reatores diferenciais operados com espuma e carvão apresentaram maiores porcentagens de BRS, com valores iguais a 57,6% e 69,7%, respectivamente. A cerâmica foi o material que apresentou melhor equilíbrio de bactérias e arqueas metanogênicas, com 59,6% e 40,9%, respectivamente. Os reatores em batelada foram operados com espuma de poliuretano e carvão vegetal com relação DQO/sulfato de aproximadamente 3. As porcentagens de BRS quantificadas pelo FISH foram iguais a 65,3% e 69,1% para espuma e carvão, respectivamente. Em ambos os reatores o carvão vegetal foi o material mais favorável à sulfetogênese.
This research reports an anaerobic microbial characterization of both, a horizontal differential anaerobic and a batch reactors, operated at sulfidogenic and mesofilic conditions at 30ºC. The differential reactors were filled with four support materials (polyurethane foam, vegetable coal, recycled polyethylene of low density and alumin based porous ceramic) aiming the selection of a more appropriated support for optimization of sulfidogenic processes (ratio COD/sulfate of approximately 0.67). Differential reactors were fed daily with synthetic sewage, containing approximately 1000 mg/L of COD and 1500 mg/L of sulfate concentrations, during 28 days of operation. Microbial characterization was accomplished using fluorescent in situ hybridization (FISH), optic and scanning electronic microscopy. It was realized a quantification, in percentages, of microorganisms belong to Bacteria Domain (EUB338), Archaea Domain (ARC915) and sulfate-reducing bacteria (SRB) of delta subdivision Proteobacteria (SRB385). Differential reactors have shown predominance of bacteria in all the support materials studied. Differential reactors operated with foam and coal presented the greatest percentages of SRB, with values equal to 57.6% and 69.7%, respectively. The ceramic was the material that presented the best equilibrium of bacteria and methanogenic archaea, with 59.6% and 40.9%, respectively. Batch reactors were operated with polyurethane foam and vegetable coal with COD/sulfate ratio of approximately 3. Percentages of SRB quantified by FISH were equals to 65.3% and 69.1% for foam and coal, respectively. In both reactors the vegetable coal have shown to be the most favorable material to sulfidogenesis.

Foram estudados três procedimentos para o tratamento prévio de amostras provenientes de três sistemas de biodigestão anaeróbia operados com resíduos sólidos urbanos padronizados (RSUDp), com o fim de promover o desprendimento de células microbianas de fibras e outros materiais, e com isso obter um inóculo mais homogêneo para contagens celulares. Os tratamentos foram os seguintes: (a) suspensão de amostras em tampão fosfato e processamento em liqüidificador; (b) homogeneização mecânica e manual de amostras em solução mineral anaeróbia; (c) amostras submetidas a banho de ultra-som. O método do Número Mais Provável (NMP) foi utilizado para avaliar o número de bactérias celulolíticas e arqueas metanogênicas, em meio mineral contendo celulose em pó. Não foram constatadas diferenças entre os três tratamentos empregados, considerando-se os valores encontrados para ambos os grupos, da ordem de 102 células/mL. O tratamento com ultra-som foi escolhido para outras determinações em função da simplicidade quanto à manipulação. Assim, foram operados dois biorreatores anaeróbios com RSUDp para avaliação da reprodutibilidade dos valores das amostras após tratamento com ultra-som, para a determinação do número de microrganismos (celulolíticos, acetogênicos e metanogênicos) e avaliação da atividade microbiana anaeróbia na degradação do RSUDp. Os resultados das contagens de bactérias celulolíticas e arqueas metanogênicas pelo método do NMP em meio contendo celulose não foram superiores a 103 células/mL, e as réplicas foram bastante semelhantes. O aumento do número do grupo metanogênico pôde ser correlacionado com o aumento dos teores de metano no biorreator amostrado. As contagens de organismos acetogênicos e metanogênicos em meio mineral com fontes específicas revelou valores até 103 células/mL. Os tipos morfológicos predominantes nos exames microscópicos dos sistemas de biodigestão foram bacilos curvos, retos, sarcinas e cistos de sarcinas e as amostras dos tubos de contagem mostraram para celulolíticas, bacilos, cocos e sarcinas, para acetogênicas bacilos, bacilos espessos, cocos e cistos de sarcinas e para as arqueas metanogênicas bacilos fluorescentes e sarcinas. A evolução do processo de biodigestão anaeróbia nos dois últimos sistemas operados mostrou-se bastante próxima a proposta por BARLAZ et al. (1989b), em que o número de bactérias celulolíticas e de arqueas metanogênicas aumenta na fase considerada metânica acelerada. O conteúdo de sólidos totais diminuiu em 50% ao longo do processo e os teores de ácidos orgânicos voláteis diminuíram de 27,5 para 8, 79 g de ác. acético/L.
Three different treatments were applied to samples from three anaerobic biodigestion systems operated with standardized municipal solid waste to promote the release of microbial cells adhered to fibers and other materials, resulting in a more homogeneous inoculum to cellular counting. The following treatments were applied to the samples: a) suspension in phosphate buffer followed by blending; b) mechanical and hand homogenization in anaerobic mineral solution; c) sonication in ultrasound bath. The Most Probable Number (MPN) technique was employed to evaluate the populations of cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea, in mineral medium containing powdered cellulose. The populations of both groups of microorganisms were close to 102 cells/mL independently of the treatment applied to release the cells and no clear distinction among them could be made concerning their efficiencies. In view of this fact the ultrasound treatment was employed in all other determinations due to its simple execution. Two anaerobic bioreactors operated with standardized municipal solid waste were monitored to evaluate the reliability of sonication as a procedure for cell release, to determine microorganism populations (cellulolytic, acetogenic bacteria and methanogenic Archaea) and to evaluate the microbial anaerobic activity concerning the biodegradation of the standardized municipal solid waste. Cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea had similar populations (lower than 103 cells/mL) as well as acetogenic and methanogenic microorganisms (up to 103 cells/mL). The increase in the methanogenic population could be directly related to the increase of methane production in the studied reactor. The morphological types which predominate in the microscopic examinations of the biodigestion systems were curved and straight rods and sarcina. The tubes for MPN countings showed the presence of rods, coccus and sarcina for cellulolytic bacteria; rods, tick rods, coccus and sarcina for acetogenic bacteria and fluorescent rods and sarcina for methanogenic Archaea. The evolution of the anaerobic biodigestion process in the latter two monitored systems was very similar to the one proposed by BARLAZ et al. ( 1989b) where the number of cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea increase during the accelerated methane phase. The total content of solids decreased 50% during the process and the volatile acidity decreased from 27,5 g acetic acid/L to 8,79 g acetic acid/L.

A conversão de áreas de florestas da Amazônia em áreas agrícolas e pastoris desregula processos relacionados ao estoque de carbono, sendo considerada depois da queima de combustíveis fósseis a atividade que mais contribui com a emissão de gases do efeito estufa, dentre os quais se encontra o metano. A produção de metano é intermediada pelas arquéias metanogênicas, que atuam na decomposição anaeróbia da matéria orgânica. Portanto, para compreender as alterações do fluxo desse gás no ecossistema amazônico, é necessário que as comunidades microbianas envolvidas nesse processo sejam estudadas. Dessa forma, o presente estudo teve por objetivo monitorar e caracterizar comunidades de arquéias metanogênicas, por análises de enriquecimento destas comunidades, em amostras de solo provenientes de floresta primária, floresta secundária e pastagem da região amazônica. As amostras de solo foram colocadas em meio enriquecido com a adição de acetato, metanol ou H2:CO2, separadamente, para estimular os metabolismos aceticlástico, metilotrófico e hidrogenotrófico. O monitoramento desses cultivos foi realizado por análises de emissão de metano por cromatografia gasosa, quantificação do gene mcrA pela técnica de PCR quantitativo (qPCR) e caracterização da comunidade metanogênica por meio de microscopia e sequenciamento da região V4-V5 do gene 16S rRNA. Analisando a emissão de metano entre os três tipos de fontes de carbono para as três amostras de solo, os enriquecimentos com metanol apresentaram uma produção maior de metano em relação as amostras com o acetato e muito superior aos cultivos com atmosfera de H2:CO2. A maior média de produção de metano ocorreu nos enriquecimentos com metanol, indicando que a via metilotrófica embora considerada alternativa, pode ser importante na produção de metano no solo amazônico. Por meio da técnica de qPCR foi possível quantificar o gene mcrA das amostras de pastagens logo no tempo inicial da incubação, o que não foi possível para as amostras florestais. No tempo final, o número de cópias desse gene foi similar para os três perfis de solo. Foi possível observar pela caracterização fenotípica dos enriquecimentos agregados de células característicos do gênero Methanosarcina, gênero que foi identificado posteriormente pelo sequenciamento do gene 16S rRNA, além de células em formatos de bastonetes e cocos. Os resultados do sequenciamento permitiram identificar 7 grupos distintos de arqueias metanogênicas, afiliados aos filos Euryarchaeota e Bathyarchaeota. Nas amostras iniciais de pastagens foram identificadas sequências que se afiliaram a todos esses grupos, enquanto as amostras florestais apresentaram sequencias afiliadas apenas ao gênero Methanosarcina. A composição final da comunidade das amostras de pastagens foi similar a inicial, porém mais abundante. Os enriquecimentos de amostras de solo de floresta primária e secundária apresentaram uma composição distinta, devido ao enriquecimento de grupos que não foram identificados no início da incubação. Os resultados obtidos mostraram que embora as arqueias metanogênicas estejam em baixa abundância nos solos florestais, podem ser enriquecidos quando submetidos a condições favoráveis, atingindo produção de metano e alcançando composição similar as amostras de pastagens.
Amazonian forest conversion into agricultural and livestock areas disrupts processes related to carbon stock, being considered, after the fossil fuels burning, the activity contributes most to greenhouse gases emission, of which is methane. Methane production is mediated by methanogenic archaea, acting in organic matter anaerobic decomposition. Therefore, to understand the changes in the flow of this gas in the Amazonian ecosystem, it is necessary to study microbial communities involved in this process. This study aims to monitor and characterize methanogenic archaeal communities by population enrichment from soil samples collected in primary, secondary and pasture of the Amazon region. Soil samples were placed into an enriched medium and received separately acetate, methanol, and H2:CO2 to stimulate the three metabolism types: acetoclastic, methylotrophic and hydrogenotrophic. Monitoring was performed by methane emission analysis by gas chromatography, mcrA quantification by the quantitative PCR and the community characterization was performed by microscopy and sequencing of the V4-V5 region of the 16S rRNA gene. Analyzing the methane emission by the three types of carbon sources in the three soil samples, methanol enrichments presented a higher methane yield than the acetate samples and much larger than cultures with H2:CO2. These results indicate that methylotrophic pathway, although considered as an alternative, may be important in methane production in the Amazonian soil. Was possible to quantify the mcrA gene by qPCR from pasture samples at the initial incubation time, which was not possible for forest samples. In incubation final time, copies number of this gene was similar for the three soil profiles. The phenotypic characterization of enrichments revealed aggregated cells, characteristic of the genus Methanosarcina, later identified by 16S rRNA sequencing. The cells in rod-shaped and cocci formats were also observed. Was identify by sequencing 7 different methanogenic archaeas groups affiliated with Euryarchaeota and Bathyarchaeota phylum. In the initial pasture samples, were identified sequences affiliated with all these groups, while forest samples presented sequences affiliated with only a Methanosarcina genus. Pasture samples showed a final community composition similar to initial, however more abundant. Soil samples enrichment from primary and secondary forest presented a distinct composition due to groups enrichment that was not identified at incubation beginning. These results showed that although methanogenic archaeas are in low abundance in forest soils, they can be enriched when submitted to favorable conditions, archive methane production and reaching similar composition pasture samples.

Altos fluxos positivos de metano para a atmosfera foram detectados na região amazônica. O gás metano é o segundo mais importante gás de efeito estufa e micro-organismos pertencentes ao Domínio Archaea são responsáveis pela produção de aproximadamente 70% do metano emitido para a atmosfera anualmente. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a diversidade de arqueias em sedimentos dos rios Floresta e Madeira através de técnicas moleculares e do cultivo de arqueias metanogênicas. A maior parte das sequências obtidas nas duas bibliotecas pertence ao domínio Crenarchaeota, algumas com similaridade menor que 97% às sequências depositadas nos bancos de dados, revelando a existência de grupos ainda não descritos na literatura. Nos enriquecimentos do sedimento do rio Madeira detectaram-se células pertencentes às famílias Methanosarcinaceae e Methanobacteriaceae pelo emprego de sondas fluorescentes de RNA. Culturas dos gêneros Methanosarcina e Methanobacterium foram estabelecidas em laboratório. A grande diversidade de arqueias não cultivadas encontrada vem reforçar a necessidade de se estudar esse grupo, especialmente sua fisiologia e, consequentemente, seu papel ecológico nos diversos ambientes em que são encontrados.
High positive fluxes of methane to the atmosphere have been detected in the Amazonian region. Methane is the second most important greenhouse gas and microorganisms belonging to the Archaea domain are responsible for approximately 70% of the total methane emitted to the atmosphere annually. The objective of this work was to characterize the Archaea diversity in two sites at Madeira and Floresta rivers sediments using molecular techniques and the culturing of methanogenic archaea. Most sequences obtained in the libraries from both rivers belonged to the Crenarchaeota domain, and around half of them presented less than 97% of similarity to sequences available in databases, revealing the existence of new archaea groups yet to be described in the literature. Cells belonging to the Methanosarcinaceae and Methanobacteriaceae families were detected in the enrichment cultures from Madeira River through the use of RNA fluorescent probes. Strains of Methanosarcina sp. and Methanobacterium sp. are being maintained under laboratory conditions. The great diversity of uncultured Archaea found emphasizes the need to study this group, mainly its physiology and, consequently, its role in the diverse environments they occupy.

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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Avaliou-se o desempenho de um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) seguido de um filtro anaeróbio de fluxo ascendente, instalados em série, com volume total de 300 L e 190 L, respectivamente, no tratamento de águas residuárias de suinocultura. As cargas orgânicas volumétricas aplicadas no reator UASB foram de 9,2 a 26,7 g DQOtotal (L d)-1. Para o pós-tratamento do efluente do sistema de tratamento anaeróbio utilizou-se um filtro biológico percolador (FBP) com volume total de 250 L. O meio suporte utilizado no filtro anaeróbio e no FBP foi composto por anéis de bambu e anéis de eletroduto plástico corrugado. As cargas hidráulicas superficiais (Qs) aplicadas no FBP variaram de 3,5 a 21,1 m3 (m2 d)-1. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) aplicados no sistema de tratamento anaeróbio e pós-tratamento foram de 23,3 a 66,6 h. As produções volumétricas de metano no sistema de tratamento anaeróbio variaram de 0,16 a 0,68 L CH4 (L reator d)-1. Foram observadas eficiências médias de remoção de até 97% para a demanda química de oxigênio total, de 98% para os sólidos suspensos totais, de 78% para o nitrogênio total, de 79% para o fósforo total, de 99,9% para o cobre, de 99,9% para o zinco e de 99,99% para os coliformes termotolerantes, no sistema de tratamento anaeróbio e póstratamento. Com a utilização de diferentes fontes de substrato no ensaio de atividade da microbiota, observou-se o crescimento equilibrado das populações hidrolíticas, acidogênicas, acetogênicas e metanogênicas acetoclásticas e hidrogenotróficas no lodo dos reatores anaeróbios. Com a aplicação da técnica de biologia molecular (metagenômica) foram identificadas no lodo do reator UASB e do filtro anaeróbio de fluxo ascendente arquéias metanogênicas das famílias Methanomicrobiaceae, Methanobacteriacea, Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae.
The performance of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) followed of the anaerobic filter, installed in series, were evaluated for the treatment of swine wastewater. The total volume of UASB and anaerobic filter were of 300 L and 190 L, respectively. The organic load rate applied on the reactor UASB were of 9.2 to 26.7 g total COD (L d)-1, in the start and assays 1, 2, 3 and 4. For the post-treatment of effluent the anaerobic system was used a trickling filter, with total volume of 250 L. The supports used in the anaerobic filter and trickling filter were composed by bamboo rings in the start up and assays 1 to 2 and plastics rings in the assays 3 to 4. The hydraulic load applied on the trickling filter were of 3.5 to 21.1 m3 (m2 d)-1. The hydraulic detetion time (HDT) applied of system anaerobic and post treatment were 23.3 at 66.6 h. The volumetric methane productions ranged from 0.16 a 0.68 L CH4 (L reactor d)-1. The efficiencies of removal the chemical oxygen demand, total solids suspended, copper, zinc and fecal coliforms were of up to 97, 98, 78, 79, 99.9, 99.9 e 99.99%, respectively, for the anaerobic and post-treatment. With the use of different substratum sources in the assays of specific methanogenic activity, it was observed the balanced growth of the populations of microorganisms in the sludge of anaerobic reactor. The archaeas of the families Methanomicrobiaceae, Methanobacteriaceae; Methanosaetaceae and Methanosarcinaceae were identified in the sludge of the reactor UASB and of the anaerobic filter.

Orientador: Roberto Alves de Oliveira
Resumo: A importância da recuperação de recursos da vinhaça de cana-de-açúcar para fins de produção de energia associado à sua destinação adequada é uma política pública atual para o setor sucroenergético. Os reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF) têm vantagens construtivas, econômicas, operacionais e de desempenho no tratamento de efluentes complexos, mas ainda não foram estudados com a vinhaça. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar quatro RAHLF, em série (R1, R2, R3 e R4) no tratamento da vinhaça, com carga orgânica volumétrica (COV) 5 até 45 g DQOtotal (L d)-1 no R1 e com o uso da recirculação do efluente do R4. Com os RAHLF em série ocorreu estabilidade e, após a primeira entressafra, a retomada do sistema de tratamento, com aumento gradual da COV até valores elevados, foi bem sucedida. A partida do sistema com COV elevada, na segunda entressafra, provocou acidificação dos reatores e com a manutenção da recirculação do efluente a alcalinidade e o pH foram novamente apropriados para a digestão anaeróbia, o sistema foi recuperado e alcançou estabilidade. As maiores remoções de DQOtotal e produções de metano ocorreram no R1 e R2; no entanto, o R3 e R4 contribuíram para melhorar a estabilidade do sistema e atingir eficiência (60%) e conversão (0,24 L CH4 (g DQO removida)-1) mais altas sob COV elevada. As produções volumétricas de metano aumentaram com a COV e foram máximas com 20,0 g DQOtotal (L d)-1 no R1, alcançando valor de 1,07 L CH4 (L d)-1 no sistema e bio... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Doutor

O sedimento marinho da Península Antártica representa uma área sensível a mudanças ambientais. No entanto, pouco se conhece sobre as comunidades microbianas que habitam esse ecossistema, incluindo a sua diversidade, distribuição e variações temporais. O objetivo foi determinar a estrutura das comunidades microbianas nos sedimentos marinhos da Baía do Almirantado, Ilha Rei George, Península Antártica. Sedimentos da Baía apresentam uma predominância dos Filos Proteobacteria, Firmicutes e Actinobacteria. Análise temporal revelou que comunidades microbianas em sedimentos próximos à estação Ferraz são mais estáveis quando comparadas aos sedimentos em áreas de menor atividade antrópica. No gradiente de profundidade foi observado que a estrutura de comunidade não mudou, indicando tolerância a variações de pressão hidrostática. Organismos heterotróficos dos gêneros Psychrobacter, Psychromonas e Loktanella foram os mais abundantes, sugerindo uma alta concentração de matéria orgânica disponível. O enriquecimento de culturas metanogênicas produziu até 1,70 mmol de CH4 após 120 dias de incubação. Este estudo sugere que as condições dos sedimentos favorecem organismos psicrofílicos de metabolismo heterotrófico.
Marine sediment of the Antarctic Peninsula is a susceptible area to environmental changes. However, little is known about the microbial communities inhabiting this ecosystem, including its diversity, distribution and variations over time. The aim of this study was to determine the structure of microbial communities present in marine sediments of Admiralty Bay, King George Island, on the Antarctic Peninsula. Sediments from Admiralty Bay shown a predominance of the Proteobacteria, Firmicutes, and Actinobacteria phyla. Temporal analysis revealed that microbial communities in sediment, near Ferraz station, are more stable compared to that in the sediments in areas of lower human activity. No variation on the community structure was observed in depth gradient, indicating tolerance to hydrostatic pressure variations. Heterotrophic organisms of the genera Psychrobacter, Psychromonas and Loktanella were the most abundant, suggesting a high concentration of organic matter in the sediment. Enrichment of methanogenic cultures enrichment yielded 1.70 mmol of CH4. This study suggests that conditions in sediments favoring metabolism of heterotrophic and psychrophilic organisms.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento de arquéias metanogênicas e bactérias redutoras de sulfato na presença de oxigênio, em reatores anaeróbios em batelada, sob condições sulfetogênicas e mesofílicas. Os reatores foram inoculados com lodo anaeróbio proveniente de reator UASB utilizado no tratamento de água residuária de avicultura. Triplicatas de reatores foram alimentadas com meio basal ZINDER, acrescido de acetato de sódio, etanol ou lactato de sódio e sulfato de sódio, de modo a se obter relações DQO/sulfato iniciais de 1,1-1,5. O headspace dos reatores foi preenchido com \'N IND.2\' (100%) acrescido de oxigênio puro comercial (3-3,5 mg/L de oxigênio dissolvido). Os reatores anaeróbios controle foram alimentados com os mesmos substratos orgânicos, entretanto, seu headspace foi preenchido com \'N IND.2\'/\'CO IND.2\' (70/30%). Nos reatores com acetato de sódio, etanol e lactato de sódio as velocidades de produção de metano foram de 0,30 mmol/L.h, 0,41 mmol/L.h e 0,16 mmol/L.h, respectivamente, para os reatores controle. Em relação aos reatores com oxigênio os valores foram de 0,27 mmol/L.h, 0,40 mmol/L.h e 0,08 mmol/L.h, respectivamente. Na presença de acetato, etanol e lactato a redução de sulfato foi de 57% e 97%; 59,6% e 76,6%; 77,5% e 41,9%, respectivamente, nos reatores controle e com oxigênio. Nos reatores com acetato e etanol houve predomínio de organismos do domínio Archaea nos reatores controle (59,2% e 58,8%) e com oxigênio (60,7% e 54,5%), respectivamente. No reator controle contendo lactato, também ocorreu o predomínio de arquéias metanogênicas (56,2%), enquanto na presença de oxigênio houve predomínio de organismos do domínio Bacteria (63,9%). As proporções de BRS nos reatores controle e com oxigênio contendo acetato, etanol e lactato foram de 22% e 17,3%; 28% e 16,9%; 19,5% e 21,9%, respectivamente. O oxigênio não inibiu a metanogênese e nem a redução de sulfato nos reatores contendo acetato e etanol.
This work aimed to evaluate the behavior of methanogenic archaea and sulfate reducing bacteria in the presence of oxygen, using anaerobic batch reactors under sulfidogenic and mesophilic conditions. The reactors were inoculated with anaerobic sludge from UASB reactor treating poultry wastes. Third copies of the reactors were fed with ZINDER medium, increased with sodium acetate, ethanol or sodium lactate and sodium sulfate, in order to get COD/sulfate ratio of 1,1-1,5. The headspace of the reactors was filled with \'N IND.2\' (100%) and increased with oxygen (OD concentration of 3-3.5 mg/L). The anaerobic control reactors were fed with the same organics substrates, however, the headspace was filled with \'N IND.2\'/\'CO IND.2\' (70/30%). The rates of methane production were 0.30 mmol/L.h, 0.41 mmol/L.h and 0.16 mmol/L.h, in acetate, ethanol and lactate controls reactors, respectively. In oxygen reactors, the rates of methane production were 0.27 mmol/L.h, 0.40 mmol/L.h and 0.08 mmol/L.h in acetate, ethanol and lactate reactors, respectively. The rates of sulfate reduction in acetate, ethanol and lactate reactors were 57% and 97%; 59.6% and 76.6%; 77.5% and 41.9%, respectively, in control reactors and oxygen reactors. In acetate and ethanol reactors, were verified predominance of Archaea domain in control reactors (59.2% and 58.8%) and oxygen reactors (60.7% and 54.5%), respectively. In lactate control reactor also was verified predominance of Archaea domain (56.2%), whereas in lactate oxygen reactors there was predominance of cells belonging to Bacteria domain (63.9%). BRS ratio in acetate, ethanol and lactate control reactors and oxygen reactors corresponded to 22% and 17.3%; 28% and 16.9%; 19.5% and 21.9%, respectively. The addition of oxygen didn\'t inhibit the methanogenesis and sulfate reduction in acetate reactors and in ethanol reactors.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-08-12Bitstream added on 2014-06-13T18:44:31Z : No. of bitstreams: 1 neves_mc_dr_jabo.pdf: 5007913 bytes, checksum: dbd1f98db55ea3fe7154227df200f61f (MD5)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Estratégias para reduzir o aquecimento da Terra e aumentar a produção animal requerem novos sistemas, onde devem ser consideradas as emissões de metano e de outros gases que possam provocar danos ao meio ambiente. O objetivo deste trabalho foi a mensuração da produção de metano por arquéias e aplicação da metagenômica para detecção destas na fração sólida do conteúdo ruminal. Para a análise da produção de metano foi colhido o conteúdo ruminal seguido do preparo da solução a ser fermentada e armazenamento dos gases. A amplificação da região 168 rDNA foi obtida por PCR e a seguir foram feitas clonagem, seqüenciamento e análise das seqüências pelos programas Sequencing Analysis 3.4 e Phred/Phrap/Consed, submetendo-as ao programa BLA8T. Maiores produções de metano e relações acetato:propionato foram observadas nos tratamentos contendo 70% de volumoso. As análises do BLA8T permitiram identificar nos tratamentos com 70% e 30% de feno, 96 seqüências relacionadas à família Methanobacteriaceae, 47 seqüências a arquéias não cultiváveis e 60 seqüências foram de arquéias desconhecidas (T1), 125 seqüências relacionadas à família Methanobacteriaceae, 42 seqüências a arquéias não cultiváveis e 32 seqüências foram de arquéias não conhecidas (T2). Para os tratamentos feitos com 70% e 30% de silagem de milho, foram observadas 30 seqüências referentes à família Methanobacteriacea, 18 seqüências à família Methanomicrobiacea, 43 seqüências a arquéias não cultiváveis e 118 seqüências foram de arquéias desconhecidas (T3) e 173 seqüências referentes à família Methanobacteriacea, 31 seqüências a arquéias não cultiváveis e 25 seqüências foram de arquéias desconhecidas (T4). As análises deste experimento mostraram variação na produção de metano quanto às diferentes proporções V:C e a metagenômic...
Strategies to reduce the Earth worming and raise animal production require new systems, where it must be considered methane and other gases emission that might cause environmental damages. The aim of this work was to evaluate the archaea methane production and the metagenomic evaluation of these bacteria present on the solid phase of the bovine ruminal content. For methane production analysis the ruminar content was collected followed by the proper manipulation for the fermentation process to take place and produced gas storage. The ribosomal 16S rRNA region was obtained by PCR amplification which was followed by cloning and DNA sequencing. The data was later analyzed by the software Sequencing Analysis 3.4, Phred/Phrap/Consed and BLAST. The highest methane production and acetate:propionate ratios were observed for the treatments containing 70% of roughage. The BLAST analysis allowed to identify 96 DNA sequences related to the Methanobacteriaceae family, 47 DNA sequences related to unculturable archaea and 60 DNA sequences were related to unknown archaea (T1), 125 DNA sequences related to Methanobacteriaceae, 42 DNA sequences do unculturable archaea and 32 DNA sequences were considered related to unknown archaea (T2) for the treatments containing 70% and 30% of hay. For those containing 70% and 30% of com silage it was possible to detect 30 DNA sequences related to Methanobacteriaceae, 18 DNA sequences related to Methanomicrobiaceae, 43 sequences related to unculturable archaea, 118 DNA sequences related to unknown archaea (T3) and 173 DNA sequences related to Methanobacteriaceae, 31 sequences related to unculturable archaea, and 25 to unknown archaea (T4). The analysis carried out in this experiment have shown a variation of the methane production as different R:C ratio were used and metagenomic with the rDNA conserved region together with archaea taken from the ruminal content DNA... (Complete abstract click electronic access below)

Este trabalho investigou a diversidade microbiana e a filogenia de arquéias e bactérias em consórcios anaeróbios metanogênicos, originados de sedimentos estuarinos enriquecidos com pentaclorofenol (PCP) e 2,6-diclorofenol (2,6-DCP). Para tanto foram construídas bibliotecas genômicas e utilizados métodos moleculares independentes de cultivo como a Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante (DGGE) e o seqüenciamento de segmentos específicos do DNAr 16S microbiano. Os resultados da DGGE permitiram verificar alterações na estrutura das comunidades microbianas, as quais provavelmente ocorreram devido às adversidades ocorridas nos sistemas durante o período de incubação como a entrada de oxigênio nos frascos e o acúmulo de compostos clorados no meio de cultivo, principalmente o 2,6-DCP. A estimativa da diversidade beta, realizada pela comparação dos padrões de bandas da DGGE, também permitiu inferir que as alterações nas composições das comunidades de arquéias e bactérias foram devidas às duas estratégias empregadas para o enriquecimento da microbiota autóctone do estuário estudado, ou seja, a pasteurização/não pasteurização das amostras de sedimentos estuarinos. Os resultados das análises filogenéticas revelaram que as seqüências analisadas dos clones bacterianos foram relacionadas ao grupo das bactérias Gram-positivas com baixo conteúdo de G+C pertencentes à Ordem Clostridiales (100%) do Filo Firmicutes e as das arquéias relacionadas ao grupo das metanogênicas pertencentes às Ordens Methanobacteriales (7,1%), Methanosarcinales (14,3%), Methanomicrobiales (57,1%) e arquéias não identificadas (21,4%) do Filo Euryarchaeota. Em relação às bactérias, alguns clones foram identificados como pertencentes aos gêneros Sedimentibacter, Clostridium e Alkalibacter, os quais são representados por microrganismos que apresentam metabolismo fermentativo e requerem a presença de extrato de levedura para o crescimento. Provavelmente as bactérias analisadas neste trabalho fermentaram a glicose e o piruvato, os quais foram utilizados como doadores de elétrons, com conseqüente produção de lactato, etanol, butirato, acetato, formiato e hidrogênio/gás carbônico, que podem ter sido utilizados por outros grupos de microrganismos no processo global da digestão anaeróbia. Tais bactérias foram importantes para o processo global de degradação dos clorofenóis, pois também utilizaram como doadores de elétrons os produtos parcialmente degradados por outras bactérias fazendo com que não houvesse acúmulo desses compostos no sistema. Enquanto que algumas arquéias foram relacionadas a organismos hidrogenotróficos pertencentes aos gêneros Methanoculleus e Methanocalculus, Methanobacterium, e acetotróficos do gênero Methanosaeta, as quais utilizaram como substratos para a metanogênese os subprodutos da fermentação bacteriana, ou seja, o \'H IND.2\'/\'CO IND.2\', o formiato e o acetato, contribuindo assim para a manutenção do equilíbrio das demais reações ocorridas no sistema. Desta forma, os dados obtidos neste trabalho poderão auxiliar na compreensão do funcionamento de ecossistemas contaminados por compostos clorados, bem como contribuir para o desenvolvimento de novos processos biotecnológicos aplicados aos problemas ambientais.
This work aimed to investigate microbial diversity and phylogeny of archaea and bacteria microrganisms methanogenic in estuarine sediment samples enriched with organic sources under methanogenic and halophlic conditions. The samples were obtained from previous study on anaerobic degradation of pentachlorophenol (PCP) and 2,6-dichlorophenol (2,6-DCP). Microbial studies were done by the molecular methods without cultivation requirement, Denaturing Gradient Del Electrophoresis (DGGE) and specific segments of 16S rDNA sequencing. DGGE-profile showed structure changes in microbial community. Probably, as a consequence of \'O IND.2\' intake and accumulation of chlorinated compounds, mainly 2,6-DCP, in the culture medium. The beta diversity estimation showed that changes in arquaea and bacteria communities probably occurred as a consequence of the two enrichment strategies used for estuarine indigenous microorganisms, pasteurization and non-pasteurization of the estuarine sediments samples. Phylogenetic analysis indicated the presence of gram-positive bacterium with low G+C content related to Clostridiales Order (100%) belonging to Firmicutes Phylum, as well as related to methanogenic archaea from Methanobacteriales (7,1%), Methanosarcinales (14,3%) and Methanomicrobiales (57,1%) Order. Non-identified archaeas from Euryarchaeota Phylum were also found (21,4%). Concerning to bacterias, it was identified clones related to genera Sedimentibacter, Clostridium and Alkalibacter, which have fermentative metabolism and require yeast extract to grow. Probably, bacterial cells analised in this work fermented glucose and pyruvate producing lactate, ethanol, butirate, acetate, formiate and hydrogen/carbon dioxide. All these products could be used for other microbial groups in the global process of anaerobic digestion. The bacterial microorganisms were important to global process of chlorophenol degradation because contributed in the overall process utilizing the products partially degraded by other bacterias and preventing its accumulation in the system. Identified archaeal cells were related to hydrogenotrophs microorganisms of the genera Methanosaeta, Methanoculleus, Methanocalculus and Methanobacterium, which utilized the bacterial fermentation sub-products as acetate, \'H IND.2\'/\'CO IND.2\' and formiate as substrate for the methanogenesis, contributing for the maintenance of the balance of other reactions occurred in the system. The results of this work give advanced knowledge about understanding biotechnological process of contaminated ecosystems by chlorinated compounds. Therefore, it could contribute to development of new biotechnological processes applied to environmental problems.

Bifenilas policloradas (PCBs) são compostos de difícil degradação presentes na composição de ascarel, muito utilizado como fluidos dielétricos e isolantes. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a diversidade de microrganismos em biofilmes de reatores anaeróbios na presença de PCB empregando Métodos de Microbiologia de Anaeróbios Estritos e de Biologia Molecular. Em reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), alimentado com etanol, formiato, Triton X-100 (0,1%) e ascarel (1 mL/L), operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas, foi retirado a comunidade microbiana do biofilme da espuma de poliuretano. Os grupos microbianos encontrados por meio da clonagem e sequenciamento do gene RNAr 16S para o domínio Bacteria foram relacionados aos filos Thermogae, Proteobacteria (Brachymonas petroleovorans, 100% de similaridade e Methylobacillus, 98% de similaridade), Firmicutes (Clostridium, 97% de similaridade, Syntrophomonas, 100% de similaridade e Sporomusa com 100% de similaridade), Synegistetes (Synergistes, 98% de similaridade), Spirochaetes (Leptonema illini, 98% de similaridade), Aminanaerobia, Deferribacteres, Chlorobi, Chloroflexi e Armatimonadetes. Além disso, como nesse biofilme foram identificadas bactérias redutoras de ferro, procedeu-se a sua quantificação por meio da técnica de tubos múltiplos (NMP, Número Mais Provável) obtendo 5,26 x \'10 POT.12\' NMP/g STV de bactérias redutoras de ferro. Ensaio em batelada foi realizado separadamente sob duas condições: (1) metanogênica e (2) ferro redutora. Em ambas as condições foram adicionadas aroclor 1260 (PCB). Os reatores, sob condição metanogênica, foram alimentados com meio de cultivo Angelidaki e substratos orgânicos (formiato e etanol), além de aroclor 1260 (0,2 \'mü\'g/L). Para simular a condição redutora de ferro foi acrescido ao meio de cultura Angelidaki, EDTA férrico (1,86 g/L). A produção de metano, na presença de aroclor 1260 foi de 3,8 x \'10 POT.-4\' mmol \'CH IND.4\'/g STV. A presença de bactérias ferro redutoras foi confirmada indiretamente pela taxa média de redução férrica (90%) nos reatores em batelada, após 60 dias de operação. Por meio de PCR/DGGE, elaborou-se um dendograma das amostras deste ensaio em batelada (metanogênico e redutor de ferro) comparativamente com as do reator RAHLF (biofilme presente na parede do reator e no material suporte). Os reatores em batelada apresentaram similaridade entre si de 79% e 92% para os domínios Bacteria e Archaea, respectivamente. As amostras do reator RAHLF foram 80% (Bacteria) e 96% (Archaea) similares. A existência de bactérias degradadoras de PCB, bem como, bactérias redutoras de ferro no biofilme anaeróbio contribuiu com informações sobre o consórcio microbiano e sua diversidade.
Polychlorinated biphenyls (PCBs) are compounds of difficult degradation, a component of askarel, which were used widely as coolants and lubricants. Hence, this study evaluated the diversity of microorganisms in the presence of PCBs in anaerobic reactors. For such, methods as Strict Anaerobic Microbiology and Molecular Biology were employed. The microbial community of the biofilm, developed in a fixed horizontal bed anaerobic reactor (RAHLF), was studied using the technique of cloning and sequencing of RNAr 16S gene for the Bacteria domain. The reactor had immobilized cells in polyurethane foam with ethanol and formate as a carbon source, Triton X-100 (0.1%) and polychlorinated biphenyls (1 mL/L), and operated with 24 hours HRT. The microbial groups found in this biofilm were related to phyla Thermogae, Proteobacteria (Brachymonas petroleovorans, 100% similarity and Methylobacillus, 98% similarity), Firmicutes (Clostridium, 97% similarity Syntrophomonas, and 100% similarity with Sporomusa 100% similarity), Synegistetes (Synergistes, 98% similarity), Spirochaetes (Leptonema Illini, 98% similarity), Aminanaerobia, Deferribacteres, Chlorobi, Chloroflexi and Armatimonadetes. Furthermore, as bacteria that reduce iron were found, we proceeded the quantification by the multiple tube method (MPN) for this group, obtaining 5.26 x \'10 POT.12\' MPN/g STV of iron-reducing bacteria. The batch reactors evaluated the growth of microorganisms in two condictions: (1) methanogenic e (2) iron reduction, both had the presence of PCBs (Aroclor 1260). The reactor, under methanogenic condition, was fed with synthetic substrate Angelidaki, ethanol and formate, used as carbon source, and aroclor 1260 (0.2 \'mü\'g /L). To simulate the condition of iron reducing, the same synthetic substrate was supplemented with ferric EDTA (1.86 g/L). The production of methane in the presence of aroclor 1260, was 3.8 x \'10 POT.-4\' mmol \'CH IND.4\'/g STV. The presence of iron reducing bacteria, after 60 days, was confirmed indirectly by the average rate of iron ferric reduction (90%). Filogenetics analysis (PCR/DGGE) compared the samples of this batch reactor - methanogenic and reduction of iron ferric -, with the samples of RAHLF - the biofilm in the reactor wall and the support material. The two condictions in batch reactors showed similarity of 79% and 92% respectively for the Bacteria and Archaea domain. Therefore, both samples of RAHLF showed 80% (Bacteria) and 96% (Archaea) of similarity. In other words, more similarity were presented due configuration of the reactor as well as the type of PCB added. As a result, the existence of PCBs degrading bacteria and iron-reducing bacteria in anaerobic biofilm, provided informations about the microbial consortium and its diversity in the presence of PCB.

A degradação da metilamina foi investigada por meio da avaliação da velocidade específica máxima de produção de metano (VEM CH4) e da comunidade microbiana relacionada aos Domínios Bacteria e Archaea. Para isso, foram realizados dois ensaios com reatores anaeróbios em batelada inoculados com lodo granulado oriundo de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Em todos os ensaios, os reatores controle, que não receberam adição de metilamina, apresentaram VEM CH4 de 0,04 mmol/L g STV dia. O primeiro ensaio avaliou a degradação da metilamina em diferentes concentrações de inóculo (2,5, 5,0 e 10,0 g STV/L) e substrato (1.550 e 3.100 mg metilamina/L). A concentração de \'CH IND.4\' esperada estequiometricamente foi atingida em todos os reatores (37,50 e 75,00 mmol \'CH IND.4\'/L, para concentrações de 1.550 e 3.100 mg metilamina/L, respectivamente), exceto para aquele com 2,5 g STV/L e 3.100 mg metilamina/L, que produziu somente 2,04 mmol \'CH IND.4\'/L. A maior velocidade específica máxima de produção de \'CH IND.4\' foi 4,42 mmol/L g STV dia, obtida nos reatores com 2,5 g STV/L e 1.550 mg metilamina/L. Os reatores inoculados com 5,0 g STV/L tiveram VEM CH4 de 2,31 e 2,34 para 1.550 e 3.100 mg metilamina/L, respectivamente. Os reatores com 1.550 mg metilamina/L e 10,0 g STV/L apresentaram VEM CH4 de 1,28 mmol/L g STV dia. A concentração de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' excedeu em 12,9%, 0,7% e 18,3% o valor esperado (698 mg/L) para os reatores com 1.550 mg metilamina/L e 2,5, 5,0 e 10,0 g STV/L, respectivamente. Nos reatores com 3.100 mg metilamina/L, as concentrações finais de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' foram 122 e 1.726 mg/L para concentrações de inóculo de 2,5 e 5,0 g STV/L, respectivamente. O segundo ensaio comparou diferentes relações metilamina/sulfato (0,71, 1,26 e 2,18) em reatores inoculados com 5,0 g STV/L contendo 1.550 mg metilamina/L. As concentrações de \'CH IND.4\' esperadas estequiometricamente foram atingidas em todos os reatores. As velocidades específicas máximas de formação de \'CH IND.4\' foram de 2,54, 2,31 e 3,14 mmol/L g STV dia para as relações metilamina/sulfato 0,71, 1,26 e 2,18, respectivamente. Em todos os reatores, a concentração de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' atingiu média final de 1200 mg/L. Os reatores controle consumiram 71,9% do sulfato adicionado. Os reatores com relação metilamina/sulfato 0,71, 1,26 e 2,18 consumiram 49,6%, 61,6% e 83,2% de todo o sulfato adicionado, respectivamente. Nos dois ensaios, os exames microscópicos revelaram a presença de cocos, bacilos, filamentos, cocos e sarcinas fluorescentes. Nos reatores alimentados apenas com metilamina, o seqüenciamento de fragmentos da região 16S do RNAr detectou cinco Filos do Domínio Bacteria (Acidobacteria 4%, Firmicutes 11%, Proteobacteria 14%, Spirochaetes 13% e Synergistes 47%). Nos reatores com metilamina e sulfato, sete Filos foram detectados (Firmicutes 45%, Proteobacteria 7%, Spirochaetes 2%, Synergistes 16%, Chloroflexi 4%, Thermotogae 8% e Planctomycetes 1%). Nos dois ensaios, o Domínio Archaea foi predominantemente representado pelas Famílias Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae, com presença de Methanomethylovorans hollandica, uma espécie de arquéia metanogênica com metabolismo especializado na degradação de metilamina.
The degradation of methylamine was investigated assessing the maximum specific methane production rate (MSR CH4) and the microbial community related to Bacteria e Archaea Domains. For this, two tests were performed in anaerobic batch reactors inoculated with granular sludge from an UASB reactor used in the treatment of poultry wastes. In all experiments, the control reactors, without methylamine addition, showed MSR CH4 of 0.04 mmol/L g TVS day. The first experiment evaluated the degradation of methylamine at different inoculum concentrations (2.5, 5.0 and 10.0 g TVS/L) and substrate concentrations (1,550 and 3,100 mg methylamine/L). The stoichiometrically expected \'CH IND.4\' concentration was reached in all reactors (37.50 and 75.00 mmol \'CH IND.4\'/L, for methylamine concentrations of 1,550 and 3,100 mg methylamine/L, respectively), except for the reactor with 2.5 g TVS/L and 3,100 mg methylamine/L, that produced only 2.04 mmol \'CH IND.4\'/L. The highest maximum specific methane production rate was 4.42 mmol/L g TVS day, reached in the reactors with 2.5 g TVS/L and 1,550 mg methylamine/L. The reactors inoculated with 5.0 g TVS/L had MSR CH4 of 2.31 and 2.34 for 1,550 and 3,100 mg methylamine/L, respectively. The reactors with 1,550 mg methylamine/L and 10.0 g TVS/L had MSR CH4 of 1.28 mmol/L g TVS day. The \'N\'-\'NH IND.4\'POT.-\' concentrations exceeded 12.9%, 0.7% and 18.3% the expected value (698 mg/L) for the reactors with 1,550 mg methylamine/L and 2.5, 5.0 and 10.0 g TVS/L, respectively. In the reactors with 3,100 mg methylamine/L, the final concentrations of \'NH IND.4\'POT.+\'-\'N\' were 122 and 1,726 mg/L for inoculum concentrations of 2.5 and 5.0 g TVS/L, respectively. The second experiment compared different methylamine/sulfate ratios (0.71, 1.26 and 2.18) on reactors inoculated with 5.0 g TVS/L containing 1,550 mg methylamine/L. The stoichiometrically expected \'CH IND.4\' concentration was reached in all reactors. The maximum specific methane production rates were 2.54, 2.31 and 3.14 mmol/L g TVS day for methylamine/sulfate ratios of 0.71, 1.26 and 2.18, respectively. In all reactors, the average \'NH IND.4\'POT.+\'-\'N\' final concentration was 1,200 mg/L. The control reactors consumed 71.9% of the added substrate. The reactors with methylamine/sulfate ratios of 0.71, 1.26 and 2.18 consumed 49.6%, 61.6% and 83.2% of all the added sulfate, respectively. In both experiments, the microscopic analysis revealed cocci, rods, filaments, fluorescent cocci and sarcinas. In the reactors fed with methylamine only, the sequencing of 16S rRNA fragments detected five Phyla of the Bacteria Domain (Acidobacteria 4%, Firmicutes 11%, Proteobacteria 14%, Spirochaetes 13% and Synergistes 47%). In the reactors with methylamine and sulfate, seven Phyla were detected (Firmicutes 45%, Proteobacteria 7%, Spirochaetes 2%, Synergistes 16%, Chloroflexi 4%, Thermotogae 8% e Planctomycetes 1%). In both experiments, Archaea Domain was mainly represented by Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae and Methanosarcinaceae Families, with the presence of Methanomethylovorans hollandica, a methanogenic archaea specie with specific metabolism for methylamine degradation.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-09Bitstream added on 2014-06-13T19:43:44Z : No. of bitstreams: 1 santana_am_dr_jabo.pdf: 5909203 bytes, checksum: 3d660be8aee8bbcfabdb656e3b158b48 (MD5)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Neste trabalho avaliou-se o desempenho de sistema de tratamento combinado anaeróbio-aeróbio constituído por dois reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB), em série, em escala piloto (volumes de 510 e 209 L, respectivamente) seguidos de um reator em batelada seqüencial (RBS - volume de trabalho 210 L) aeróbio, tratando águas residuárias de suinocultura com concentrações médias de sólidos suspensos totais (SST) variando de 5 a 11 g L-1 e submetidos a tempos de detenção hidráulica (TDH) de 28 e 14 h no primeiro reator (R1), 11 e 6 h no segundo reator (R2) e de 58 e 26 h no RBS. As eficiências médias de remoção de DQO total e SST variaram de 54 a 90% e de 54 a 96%, respectivamente, no conjunto de reatores UASB em dois estágios (R1+R2), com carga orgânica volumétrica (COV) de 11 a 26 g DQO (L d)-1 no R1. A produção volumétrica máxima de metano de 1,613 m3 CH4 (m3 reator d)-1 ocorreu no R1, com COV de 19 g DQO (L d)-1 e TDH de 14 h. No RBS aeróbio, como pós-tratamento do efluente gerado nos reatores UASB, as eficiências médias de remoção foram 89%, 93%, 61%, 89% e 71% para a DQO total, SST, P-total, NTK e NT, respectivamente, com COV variando de 0,4 a 3,6 g DQO (L d)-1. Assim, no sistema de tratamento combinado anaeróbio-aeróbio (R1+R2+RBS), as eficiências médias de remoção da DQO total, SST, P-total, NTK e NT atingiram valores de 96 a 99%, 96 a 99%, 77 a 85%, 76 a 97% e 68 a 89%, respectivamente, e dos micronutrientes de 77 a 98%, 94 a 99%, 83 a 97% e de 62 a 99% para Fe, Zn, Cu e Mn, respectivamente, Para os coliformes termotolerantes, as eficiências de remoção médias foram de 93,80 a 99,99%, obtendo-se valores mínimos de 2,3 x 103 NMP/100 mL. A atividade metanogênica específica do lodo dos reatores UASB foi mais elevada quando se utilizou o propionato + butirato como fonte de substrato, e quando os reatores foram operados...
In this work a combination between aerobic and anaerobic treatment systems constituted by two Upflow Anaerobic Sludge Reactor (UASB) in series, in a pilot scale (510 and 209 L volume each respectively) followed by a sequential batch reactor (SBR – 210L net volume) aerobic, treating swine residual water having from 5 to 11 g L-1 of Total Suspended Solids (TSS) and under a hydraulic detention timing (HDT) of 28 and 14 hours in the first reactor (R1), 11 and 6 hours in the second reactor (R2) and 58 and 26 hours in the Sequential Batch Reactor (RBS). The COD and TSS average efficiency varied from 54 to 90% and from 54 to 96% respectively in the UASB two stages (R1 and R2), in a volumetric organic load (VOL) varying from 11 to 26g COD (L d)-1 in the R1. The maximum methane volumetric production was 1.613 m3 CH4 (m3 reactor d)-1 in the R1, having a 19g COD (L d)-1 and an HDT of 14h. Using an aerobic SBR as an effluent pretreater that was generate in the UASB reactors, it was reached an average of removing efficiency of 89%, 93%, 61%, 89% and 71% to total COD, TSS, total P, TNK and TN, respectively, COD varying from 0.4 to 3.6 g COD (L d)-1. This way, in the anaerobic-aerobic combined system (R1 + R2 + RBS) the total COD, TSS, total P, TNK and TN, average removing reached values from 96 to 99%, 96 to 99%, 77 to 85%, 76 to 97% and 68 to 89%, respectively. To Fe, Zn, Cu and Mn the average efficiency was from 77 to 98%, 94 to 99%, 83 to 97% and 62 to 99%, respectively. To the thermotolerant coliforms the removal efficiency average was from 93.80 to 99.99% reaching the lower value of 2.3 x 103 MPN/100 mL. The sludge specific methanogenic activity in the UASB reactors was more elevated when was used the propionate + butyrate as substrate in conjunction with the operation of 28 HDT, 11h and TSS affluent around 5 g L-1, reaching 0.443 and 0.206 mmol CH4 (g SV h)-1 in the reactors R1 and R2, respectively.

A pesquisa que ora se apresenta visou estabelecer as condições nutricionais adequadas para o uso do sedimento do estuário de Santos - São Vicente do Estado de São Paulo, como inóculo no reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no processo de degradação anaeróbia do pentaclorofenol (PCP) em busca da aplicação da tecnologia em escala real, assim como identificar grupos microbianos envolvidos no processo. Para tanto, sedimento do estuário de Santos-São Vicente, com características metanogênicas foi utilizado. Os microrganismos provenientes do sedimento estuarino foram enriquecidos sob condições metanogênicas e halofílicas, visando a utilização do sedimento como inoculo nos ensaios nutricionais e na operação dos reatores do tipo RAHLF. O meio de cultivo salino Biota, suplementado com glicose e formiato, foi utilizado para o desenvolvimento da comunidade microbiana metanogênica halofílica. Testes de degradação do PCP foram realizados previamente sob diferentes concentrações de nitrogênio e fósforo, com vistas a uma melhor compreensão da relação N:P adequada para o processo anaeróbio. Os resultados provenientes do acompanhamento da diversidade microbiana do domínio Bacteria nas diferentes relações testadas indicaram a seleção de distintas comunidades microbianas, resultando em diferentes velocidades de degradação do PCP. A relação N:P de 10:1 foi a que apresentou melhores resultados, pois além da rápida degradação do PCP quando comparada com as outras relações, apresentou a maior diversidade de microrganismos. Posteriormente, o sistema RAHLF foi operado com vazão média afluente de aproximadamente 44 mL/hora, com meio mineral salino Biota (DQO:N:P de 1000:130:45) para R1 e com a alteração para relação DQO:N:P de 1000:10:1 para R2. Duas diferentes estratégias foram adotadas para partida dos reatores. Para R1, optou-se por acrescentar PCP na concentração inicial de 10,0 mg/L, durante 110 dias causando desestabilização da metanogênese e acúmulo de PCP, requerendo intervenção para recuperação do reator pelo período de 90 dias. Na partida do RAHLF 2, optou-se pelo aumento gradual de concentração do PCP de 0,5 mg/L a 12,0 mg/L durante 52 dias. Após estabelecimento da metanogêsenese, R1 foi alimentado durante 270 dias com 5,0 mg PCP/L, durante 41 dias com 8,0 mg/L e 59 dias com 12 mg/L. O balanço de massa no reator RAHLF 1 demonstrou que 0,52% do PCP adicionado saiu no efluente e que não ocorreu adsorção no sistema. 22,34 mg de 2,4,6 TCP, intermediário da degradação do PCP, ficaram adsorvidos na biopartícula. Os resultados das análises de diversidade microbiana apontaram para mudança da comunidade microbiana do domínio Bacteria ao longo do período operacional e morfologias de bacilos fluorescentes semelhantes a Methanobacterium sp estiveram presentes no reator. No RAHLF 2, a degradação do PCP foi de 100%, até a concentração de 10,0 mg/L. No final da fase com 12,0 mg PCP/L, a concentração no efluente foi de 1,4 mg PCP/L, com eficiência média de remoção de 93,2 \'+ ou -\' 5,5%. 2,4,6 TCP foi o intermediário principal no efluente do reator. 4,06% do PCP adicionado ao sistema foram encontradas no efluente e 15,94% ficaram adsorvidas nas biopartículas do reator. Portanto, considera-se que 80% do PCP adicionado sofreu degradação anaeróbia microbiana. A presença dos microrganismos Methanocalcullus e Methanosaeta na fase final de operação do RAHLF 2 e determinadas no sedimento coletado foi considerada fundamental para manter estabilidade do reator. Essa descoberta contribui com informações sobre a real diversidade microbiana de ecossistemas tropicais, sobretudo em habitats anaeróbios, bem como sobre as condições nutricionais e os procedimentos necessários para confiná-la em reatores e usá-la em processos de biorremediação.
The research presented here aimed to determine the optimal nutritional conditions for the use of sediment from the Santos-São Vicente estuary in the state of São Paulo, Brazil, as an inoculum for a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor (HAIB) applied to the anaerobic degradation of pentachlorophenol (PCP), seeking to apply the technology on the real scale and to identify the microbial groups involved in the process. To this end, sediment with methanogenic characteristics from the Santos-São Vicente estuary was used. The microorganisms from the estuarine sediment were enriched under methanogenic and halophilic conditions, aiming to use the sediment as an inoculum in nutritional assays and in the operation of HAIB reactors. Biota saline culture medium supplemented with glucose and formiate was used to develop the halophilic methanogenic microbial community. PCP degradation tests were carried out previously under different concentrations of nitrogen and phosphorus in order to gain a better understanding of the optimal N:P ratio for the anaerobic process. The findings on the microbial diversity of the domain Bacteria at the various ratios tested here indicated the selection of distinct microbial communities, resulting in different PCP degradation velocities. The N:P ratio utilized was 10:1 since it presented the best results not only in terms of faster PCP degradation than the other ratios but also highest diversity of microorganisms. The HAIB reactor was then operated with a mean inflow of approximately 44 mL/hour, using the biota saline mineral medium with a COD:N:P ratio of 1000:130:45 in R1 (reactor 1) and a COD:N:P ratio of 1000:10:1 in R2. Two distinct strategies were adopted to start up the reactors. In R1 PCP was added at an initial concentration of 10.0 mg/L for 100 days, causing destabilization of the methanogenesis and accumulation of PCP, requiring a 90-day intervention for the reactor\'s recovery. To start up R2, the PCP concentration was increased gradually from 0.5 mg/L to 12.0 mg/L for 52 days. After methanogenesis was established, R1 was fed for 270 days with 5.0 mg of PCP/L, followed by 41 days with 8.0 mg/L and 59 days with 12 mg/L. The mass balance in R1 indicated that 0.52% of the added PCP exited through the reactor\'s outflow and that adsorption of the system did not occur. 22.34 mg of 2,4,6 TCP, an intermediary of PCP degradation, was adsorbed in the bioparticles. The results of the analysis of microbial diversity indicated a change in the microbial community of the domain Bacteria along the operational period, with fluorescent bacilli morphologies resembling Methanobacterium sp present in the reactor. PCP degradation in R2 was 100% up to a concentration of 10.0 mg/L. At the end of the phase with 12.0 mg PCP/L, the effluent concentration was 1.4 mg PCP/L, with a mean removal efficiency of 93.2 \'+ or -\' 5,5%. 2,4,6 TCP was the main intermediary in the reactor\'s effluent. 4.06% of the PCP added to the system was found in the effluent and 15.94% was absorbed in the bioparticles of the reactor. Therefore, it was concluded that 80% of the added PCP underwent microbial anaerobic degradation. The presence of Methanocalcullus and Methanosaeta microorganisms in the final operating phase of R2, which was determined in the collected sediment, was considered fundamental for maintaining the reactor\'s stability. This discovery contributes to the body of information about the real microbial diversity of tropical ecosystems, above all in anaerobic habitats, and about the nutritional conditions and procedures involved in confining these microorganisms in reactors and using them in bioremediation processes.