Estudo da atividade metanogênica específica e microbiota de iodo proveniente de um reator UASB instalado na ETE-UFLA tratando esgoto sanitário
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Tecnologias e Inovações Ambientais
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Resumo
A Atividade Metanogênica Específica (AME) consiste na determinação do potencial máximo de geração de metano pela comunidade microbiana selecionada e contida dentro de um sistema. Por meio de um teste de laboratório são fornecidas as condições ótimas, tais como a adição de substrato e o controle de temperatura, a fim de favorecer o metabolismo de arqueias metanogênicas para a produção de metano. Uma vez que permite mensurar a atividade biológica, essa análise pode ser utilizada como parâmetro de monitoramento periódico da atividade do lodo, determinando a massa mínima de lodo a ser mantida no reator para a remoção da carga orgânica aplicada, contribuindo, portanto, para o controle operacional do sistema de tratamento, bem como para obtenção de maior geração de energia na estação de tratamento de esgoto (ETE). Considerando que o efluente tratado na ETE-UFLA apresenta condições distintas das observadas para esgoto sanitário típico, bem como problemas na captação e utilização do biogás produzido na estação, o presente trabalho teve como finalidade avaliar o potencial máximo de geração de metano em lodo anaeróbio de um reator UASB da ETE-UFLA por meio do ensaio de AME com lavagem do biogás em solução alcalina e medição direta do volume de metano. Adicionalmente, avaliou-se também a comunidade microbiana contida no lodo de UASB utilizado para inóculo e após 70 dias de cultivo em meio basal Zinder para enriquecimento de arqueias metanogênicas, com identificação por meio da Plataforma de Sequenciamento de Nova Geração Illumina MiSeq. Obteve-se resultado de AME de 0,055 gDQOCH4/gSTV.d, valor ao menos duas vezes menor que o usualmente encontrado para lodos anaeróbios tratando esgoto doméstico, sendo observada significativa alteração no resultado no caso de uma perturbação operacional da ETE, demonstrando o potencial deste ensaio como parâmetro de monitoramento de sistemas anaeróbios. Estimou-se ainda que cada reator UASB da ETE teria capacidade de converter 117 kgDQO d-1 em CH4, produzindo quase 46 m3 d-1 de gás metano. A avaliação da comunidade microbiana mostrou que o lodo de UASB possui abundância de 3,89% de arqueias metanogênicas hidrogenotróficas do gênero Methanobacterium, e apenas 0,12% de Methanosaeta, arqueias acetoclásticas. Após o período de cultivo, a abundância de Methanosaeta aumentou de 0,12% para 1,37%, indicando que o método empregado foi efetivo no cultivo de arqueias metanogênicas acetoclásticas.
Abstract
The specific methanogenic activity (SMA) is the determination of the maximum potential of methane production by the microbial community contained within a system. Through a laboratory test, optimum conditions are provided, such as substrate addition and temperature control, in order to favor the metabolism of methanogenic archaeas to produce methane. Since it allows quantification of the biological activity, the test can be used periodically as a monitoring parameter of the sludge activity, determining the minimum sludge mass required to be maintained in the reactor for the removal of the applied organic load, thus contributing with the operational control of the treatment system. Considering that the wastewater treated at UFLA’s WWTP shows distinct characteristics if compared with typical sanitary sewage, as well as issues regarding collection and utilization of the generated biogas in the system, the present study aimed to evaluate the maximum potential of methane generation by the anaerobic sludge from a UASB reactor in the wastewater treatment plant of the Federal University of Lavras using the SMA test, through biogas washing in alkaline solution and direct measurement of methane. In addition, the microbial community within the UASB sludge, as well as after 70 days of cultivation in Zinder basal medium for enrichment of methanogenic archaea, was also evaluated, through Illumina MiSeq Next-Generation Sequencing Platform for identification of microorganisms. An SMA value of 0.055 gCODCH4/gTVS.day was obtained, at least two times lower than the values usually found for anaerobic sludge treating domestic wastewater, while a significant change in the result was observed in the case of an operational disturbance in the STP, demonstrating the potential of this test as a monitoring parameter in anaerobic systems. It was further estimated that each UASB reactor in the STP would be able to convert 117 kgCOD day-1 to CH4, producing almost 46 m3 day-1 of methane. The evaluation of the microbial community showed that the UASB sludge 3.89% in abundance of the hydrogenotrophic methanogen Methanobacterium, and only 0.12% of the acetoclastic Methanosaeta. After cultivation, Methanosaeta increased in abundance from 0.12% to 1.37%, indicating that the method was effective for cultivating acetoclastic methanogenic archaea.
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PAEZ, S. Estudo da atividade metanogênica específica e microbiota de iodo proveniente de um reator UASB instalado na ETE-UFLA tratando esgoto sanitário. 2019. 85 p. Dissertação (Mestrado em Tecnologias e Inovações Ambientais)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.