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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Enriquecimento e caracterização de bactérias Anammox para a remoção de nitrogênio amoniacal de efluentes
Authors: Ana Paula Campos
First Advisor: Juliana Calabria de Araujo
First Co-advisor: Carlos Augusto de Lemos Chernicharo
First Referee: Carlos Augusto de Lemos Chernicharo
Second Referee: Marcos Von Sperling
Third Referee: Maria Helena Matté
Abstract: A remoção de nitrogênio é fundamental no tratamento de águas residuárias e geralmente é realizada por processos microbiológicos como nitrificação e desnitrificação. A oxidação anaeróbia do íon amônio (ANAMMOX- Anaerobic Ammonium Oxidation) com nitrito levando a N2 é uma reação mediada por microrganismos (bactérias anammox), descoberta há mais dez anos em um biorreator desnitrificante, e que apresenta potencial para remoção de nitrogênio de águas residuárias. O objetivo deste trabalho foi o de enriquecer e produzir biomassa anammox, usando como inóculo lodo aeróbio proveniente do sistema de lodos ativados da ETE Arrudas COPASA. O enriquecimento e cultivo foram feitos em Reator em Batelada Sequencial (RBS) de 1,2 L, alimentado com meio mineral autotrófico sob condições anaeróbias, temperatura de 34°C, e tempo de detenção hidráulica de 24 horas. Este procedimento foi realizado em dois experimentos distintos. No experimento I, atividade Anammox foi detectada após 90 dias de cultivo, pelo consumo simultâneo de quantidades estequiométricas de NO2 -e NH4+ no sistema. Análises de hibridação in situ fluorescente (FISH) revelaram que as bactérias anammox representaram 53% do total de células após 6 meses de enriquecimento, e que bactérias nitrificantes não estavam presentes no reator. A eficiência média de remoção de amônia e nitrito foi de 90%. A identificação filogenética realizada através de clonagem, sequenciamento e análise comparativa do DNAr 16S, revelou que a maioria dos clones estava proximamente relacionada com Candidatus Brocadia sínica. E um clone apresentou sequência relacionada com Candidatus Brocadia sp. 40 (98% de identidade), e pode representar uma espécie nova para a qual sugere o nome de Candidatus Brocadia brasiliensis. No experimento II, foi utilizado volume maior de inóculo, e a atividade anammox foi detectada após 50 dias de cultivo. Análises de FISH demonstraram que a biomassa enriquecida era composta por anammox (provavelmente Ca. Brocadia e Ca. Kuenenia), Nitrosomonas e Nitrospira, indicando coexistência e competição dessas populações. Os resultados do FISH também revelaram que a população de anammox compreendeu cerca de 23 a 48% do total de células deste enriquecimento. A eficiência média de remoção de amônia e nitrito obtida neste experimento foi de 60 %. Conclui-se, portanto, que o enriquecimento das anammox foi possível a partir de amostra de lodo ativado, sob condições controladas em RBS, em período de 2 a 3 meses. Os resultados da comparação dos dois experimentos sugeriram que o volume de inóculo e a composição do meio afluente (concentração dos compostos nitrogenados) provavelmente desenvolveram papel importante na seleção da comunidade microbiana desenvolvida no RBS em cada um dos experimentos.
Abstract: Nitrogen removal is essential in the treatment of wastewater and is typically performed by microbiological processes such as nitrification and denitrification. The anoxic ammonium oxidation (ANAMMOX) with nitrite leading to N2 is a reaction mediated by microorganisms (anammox bacteria), discovered for more than ten years ago in a denitrifying bioreactor, which presents the potential for nitrogen removal from wastewater. The aim of this study was to enrich and produce anammox biomass using as inoculum sludge from the municipal WWTP Arrudas - COPASA activated sludge system, which treats domestic sewage from the city of Belo Horizonte. The enrichment and cultivation were done in a Sequencing Batch Reactor (SBR) of 1.2 L, fed with autotrophic mineral medium under anaerobic conditions, temperature of 34°C, and hydraulic retention time of 24 hours. This procedure was performed in two different experiments. In experiment I, anammox activity started to be detected after 90 days of cultivation, by the simultaneous consuption of stoichiometric amounts of NO2 -e NH4+ in the system. Fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis revealed that anammox bacteria accounted for 53% of total bacteria after 6 months of enrichment, and that nitrifying bacteria were not present in the reactor. The average ammonia and nitrite removal efficiency was 90%. The phylogenetic identification performed by cloning, sequencing and comparative analysis of 16S rDNA revealed that most of clones were closely related to Candidatus Brocadia sinica (with sequence similarity of more than 99%). However, one clone was related to Candidatus Brocadia sp. 40 (with 98% of identity), and might represented a novel species for which we propose the name Candidatus Brocadia brasiliensis. In experiment II, a larger volume of inoculum was used and anammox activity was detected after 50 days of cultivation. FISH analysis showed that the biomass developed in the SBR was composed by anammox cells (likely Ca. Brocadia and Ca. Kuenenia), Nitrosomonas and Nitrospira, suggesting that coexistence and competition between these populations occurred. FISH results also revealed that anammox bacteria accounted for 23 to 45% of total bacteria in this enrichment. The average ammonia and nitrite removal efficiency was 60%. Thus, it can be concluded that anammox enrichment was possible from activated sludge under controlled conditions within two to three months. The comparison results of both experiments suggested that the volume of inoculum and the composition of the feed (nitrogen compounds concentrations) probably played an important role in the selection of the microbial community developed in the RBS for each of the experiments.
Subject: Engenharia sanitária
Saneamento
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/ENGD-8KCQZ3
Issue Date: 22-Feb-2011
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