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Tipo: Dissertação
Título: Caracterização de comunidades bacterianas mesófilas e termófilas em biorreatores a membrana durante o tratamento de efluentes de fábrica de papel reciclado
Título(s) alternativo(s): Characterization of mesophilic and thermophilic bacterial communities in membrane bioreactors during treatment of recycled paper mill effluents
Autor(es): Vieira, Nívea Moreira
Primeiro Orientador: Tótola, Marcos Rogério
Primeiro coorientador: Silva, Cláudio Mudado
Segundo coorientador: Borges, Arnaldo Chaer
Primeiro avaliador: Costa, Maurício Dutra
Segundo avaliador: Moraes, Célia Alencar de
Terceiro avaliador: Nascimento, Antonio Galvão do
Abstract: A fabricação de papel consome elevadas quantidades de água, gerando grandes volumes de efluentes. O tratamento biológico de efluentes industriais de fábricas de papel é a alternativa mais amplamente utilizada para esse processo. Biorreatores a membranas sob condições termófilas constituem uma nova tecnologia de tratamento, ainda pouco utilizada em decorrência da falta de conhecimento técnico e científico para sua implementação. Apesar de sua grande importância, o número de espécies microbianas conhecidas e descritas representa apenas uma pequena fração da diversidade microbiana encontrada nos sistemas de tratamento biológico de efluentes industriais. O presente estudo verificou a viabilidade técnica de utilização de biorreatores a membranas para o tratamento termófilo e mesófilo de efluentes de fábrica de papel reciclado, caracterizando as comunidades bacterianas presentes nessas condições. Durante o experimento foram mantidos três reatores, sendo um na condição mesófila a 35 °C e dois em que a temperatura foi aumentada gradualmente até uma máxima de 55 °C. Nessa fase, foi adicionada a um dos reatores uma amostra de composto de resíduo sólido urbano, coletado em sistema de compostagem em fase termófila, com o propósito de se aumentar a diversidade de bactérias termófilas. A utilização de BRM operando em condição termófila e mesófila foi uma alternativa eficiente para o tratamento de efluente de fábrica de papel reciclado. A adição do composto não alterou a eficiência do tratamento termófilo. A avaliação da comunidade bacteriana por meio de PCR-DGGE revelou a ocorrência de alteração significativa do perfil de diversidade genética em resposta ao aumento da temperatura. O aumento gradual da temperatura no interior dos reatores termófilos casou mudanças na composição da comunidade bacteriana de Eubacteria e, especificamente, dos filos Firmicutes e Proteobacteria, incluindo as classes Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria e Gammaproteobacteria. A adição do composto a um dos reatores termófilos também provocou alteração na comunidade bacteriana. A clonagem e seqüenciamento parcial do gene 16S rDNA de Eubactéria revelaram a existência de 20 seqüências distintas no lodo biológico mantido na condição mesófila (35 °C). Dentre essas seqüências, foram detectadas representantes das classes Alphaproteobacteria (15 %) e Betaproteobacteria (15 %) e do filo Firmicutes (25 %). 45 % das seqüências dessa biblioteca não puderam ser associadas a quaisquer dos filos bacterianos reconhecidos. No lodo biológico mantido a 45 °C, foram encontradas 22 seqüências distintas, representando as classes Alphaproteobaceria (27,3 %) e Betaproteobacteria (13,6 %) e os filos Firmicutes (31,8 %), Deinococcus-Thermus (4,5 %) e Chlorobi (4,5 %). 18,2% das seqüências dessa biblioteca não puderam ser associadas a filos bacterianos reconhecidos. No lodo biológico mantido a 55 °C, foram encontradas 24 seqüências distintas, representando as classes Alphaproteobaceria (4 %), Betaproteobacteria (20 %) e Gammproteobacteria (4 %), além dos filos Firmicutes (40 %), Deinococcus-Thermus (12 %) e Chlorobi (4 %). 16 % das seqüências dessa biblioteca não puderam ser associadas a filos bacterianos reconhecidos. Os resultados obtidos no presente estudo demonstram que lodos biológicos mantidos em condição termófila, durante o tratamento de efluente de fábrica de papel reciclado, apresentam comunidades bacterianas cuja diversidade é comparável com a de lodos mantidos em condição mesófila. Uma conclusão geral do presente estudo é que BRMs sob condições termófilas são uma alternativa viável para o tratamento de efluentes de fábricas de papel reciclado, capazes de suportar uma diversidade bacteriana compatível com a manutenção de elevada eficiência de remoção da matéria orgânica e eventual plasticidade operacional.
Paper mils consume large quantities of water and thus generate high volume of effluents. Biological treatment of paper mils industrial effluent is widely used for this purpose. The new technology of membrane bioreactors under thermophilic conditions is still underused due to the lack of sufficient technical and scientific knowledge. In spite of their importance, only a fraction of the microbial species found during the biological treatment of industrial effluents have been identified and described. In the present study, the technical feasibility of membrane bioreactors for themophilic and mesophilic treatments of recycled paper mill effluents was assessed. Bacterial communities present under those conditions were characterized. Three bioreactors were maintained: one at 35°C, and two under gradually increasing temperatures, beginning at 35°C up to 55°C. To one of the latter bioreactors, upon reaching 55°C, a sample of compost was added as a source of themophilic bacteria. Membrane bioreactors under thermophilic or mesophilic conditions were efficient for treating the recycled paper mill effluents, however, compost addition did not change the thermophilic treatment efficiency. The diversity among the bacterial population was evaluated by PCR-DGGE performed with metagenomic DNA extracted from biological sludge samples collected from the bioreactors at 35°C, 40°C, 45°C, 50°C, and 55°C. Primers specific for Eubacteria, Firmicutes, Alphaproetobacteria, Betaproteobacteria, and Gamaproteobacteria were used. Different DGGE profiles were obtained at the different temperatures, implying bacterial communities composition changes for Eubateria, Firmicutes, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, and Gamaproteobacteria. Compost addition to one reactor under thermophilic condition caused changes in the bacterial community. Partial sequencing of 16S rDNA revealed 20 unique DNA sequences belonging to Eubacteria present in the biological sludge kept under mesophilic condition (35°C). Among them, 15% were Alphaproteobacteria, 15% Betaproteobacteria, 25% Firmicutes, and 45% could not be assigned to any recognized group.Twenty-two unique partial rDNA sequences were found on samples of the biological sludge kept at 45°C. They represented 27.3% Alphaproteobacteria, 13.6% Betaproteobacteria, 31.8% Firmicutes, 4.5% Deinococcus-Thermus, and 4.5% Chlorobi. Eighteen percent of the sequences were not identified. From the bioreactor kept at 55°C, 24 unique sequences were found: 4 % were Alphaproteobacteria, 20% Betaproteobacteria, 4 % Gamaproteobacteria, 40% Firmicutes, 12% Deinococcus-Thermus, and 4% Chlorobi, and 16% were not of any recognizable group. The results show that biological sludge, during the thermophilic treatment of recycled paper mill effluents display bacterial communities of similar diversity when compared to those of the mesophilic treatment. It is reasonable to conclude that membrane bioreactors under thermophilic conditions may be a feasible alternative for the treatment of recycled paper mill effluents, capable of maintaining bacterial communities diverse enough to efficiently remove the organic matter.
Palavras-chave: DGGE
Diversidade bacteriana
Metagenômica
Clonagem
Sequenciamento
DGGE
Bacterial diversity
Cloning
Sequencing
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA::MICROBIOLOGIA APLICADA
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Associações micorrízicas; Bactérias láticas e probióticos; Biologia molecular de fungos de interesse
Programa: Mestrado em Microbiologia Agrícola
Citação: VIEIRA, Nívea Moreira. Characterization of mesophilic and thermophilic bacterial communities in membrane bioreactors during treatment of recycled paper mill effluents. 2009. 114 f. Dissertação (Mestrado em Associações micorrízicas; Bactérias láticas e probióticos; Biologia molecular de fungos de interesse) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2009.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/5317
Data do documento: 31-Ago-2009
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