Caracterização da diversidade molecular microbiana e simulação computacional da produção de biogás a partir de lodo de ETE

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Rocha, Mariana Erthal
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
• Palavras-chave em Português: Engenharia ambiental; Biogás; Águas residuais - Microbiologia; Lodo residual; Água - Estações de tratamento; Environmental engineering; Biogas; Sewage - Microbiology; Sewage sludge; Water treatment plants; ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL::CONTROLE DA POLUICAO
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23582

A digestão anaeróbia (DA) é um processo biológico eficaz para o tratamento de diferentes tipos de resíduos orgânicos e produção de energia na forma de biogás. Bactérias e Archaea formam consórcios microbianos, tendo como produto, o gás metano (CH4). A DA e a estabilidade na formação do biogás, fundamentais para a operação de um reator, ainda não são totalmente compreendidas. Identificar os microrganismos (MO) envolvidos no processo permite conhecer o potencial metabólico do sistema em questão. Na presente investigação, o Modelo de Digestão Anaeróbia nº 1 (ADM1) foi utilizado para simular a produção de CH4 em um reator anaeróbio (RA), e um ensaio associado de potencial bioquímico de metano (BMP) em escala de bancada, foi conduzido tendo lodo de esgoto (LE) da estação municipal de tratamento de esgotos (ETE) Alegria/RJ como matéria-prima. O LE apresentou as seguintes características físico-químicas: pH (7,4 - 7,6), alcalinidade (2.382 ± 100 mg CaCO3 L-1), tDQO (21.903 ± 1000 mg L-1), COT (895 ± 100 mg L-1), ST, STV e SSV (2,0%, 1,1% e 0,8%, respectivamente). O ensaio de BMP foi realizado em seis réplicas sob condições mesófilas anaeróbias (37 ± 0,1°C) por 11 dias com rendimento de CH4 de 137,6 ± 6,39 NmL CH4 ou 124 ± 6,72 CH4 g-1 VS-1. Ao comparar os resultados obtidos no BMP com os dados gerados pelo modelo computacional ADM1, foram obtidas curvas de produção cumulativa de CH4 semelhantes, indicando a calibração e a validação do modelo ADM1. Utilizando a plataforma Illumina MiSeq, o sequenciamento do gene 16S RNAr revelou uma comunidade bacteriana central no material sólido, apresentando variações notáveis nos perfis. Antes da DA, a abundância relativa no LE era composta por: Proteobacteria > Bacteroidota > Actinobacteriota. Pós-DA, a abundância relativa mudou para Firmicutes > Synergistota > Proteobacteria, com Sporanaerobacter e Clostridium emergindo como gêneros dominantes. A comunidade metanogênica passou por uma mudança na via metabólica de acetoclástica para hidrogenotrófica nos reatores em escala de laboratório. No nível de gênero, Methanosaeta, Methanolinea e Methanofastidiosum predominaram inicialmente, enquanto pós-DA, Methanobacterium, Methanosaeta e Methanospirillum tiveram precedência. Esta transição metabólica pode estar ligada ao aumento da abundância de Firmicutes, particularmente Clostridia, que abrigam bactérias oxidantes de acetato (CH₃COO) facilitando a conversão de acetato em hidrogênio (H2). Firmicutes foi o filo dominante durante a DA, seguido por Synergistota. Sporanaerobacter e Clostridium foram os gêneros dominantes nos reatores BMP. A mudança da comunidade de arqueas metanogênicas de Methanosaeta para Methanobacterium pode estar relacionada ao aumento do filo Firmicutes e Synergistota nos reatores, afetando o grau de fermentação do substrato, o qual contém bactérias oxidantes de acetato, as quais convertem acetato em H2 que é eliminado pelos metanogênicos, tornando a reação termodinamicamente possível para esses grupos. Os perfis microbianos observados no presente estudo ampliam o conhecimento atual sobre possíveis relações sintróficas entre bactérias produtoras de H2 e arquéias metanogênicas hidrogenotróficas em LE. Os resultados obtidos ajudam a vislumbrar novos horizontes para futuros estudos de ecologia microbiana e melhoria da produção de biogás em ETEs.