Methanotrophic activity and microbial community dynamics in a UASB sludge

Authors

DOI:

https://doi.org/10.6008/CBPC2179-6858.2021.001.0026

Keywords:

Anaerobic Gas, Chromatograph, Methane Oxidation, Pilot-Scale, Sludge

Abstract

This study determined the methanotrophic activity in anaerobic sludge from a pilot-scale UASB reactor. Four batch experiments, with three replicates, were performed in 110 mL antibiotic flasks. The results showed that the maximum rate was 115 µmolCH4.d-1 and the methanotrophic activity was 2.3 mmolCH4.gTVS-1.d-1, indicating that the methanotrophic microorganisms play a key role within the UASB reactor since they are part of the sludge microbiota and may consume some of the methane produced inside the reactor. Therefore, these microorganisms may reduce possible methane losses, either atmospheric and/or dissolved in the treated effluent. The microbial community was investigated by molecular tools (PCR-DGGE) and two DNA sequences related to methanotrophic bacteria, Methylocystis sp. (similarity of 93%) and Methylocaldum sp. (similarity of 98%) to 16S rRNA gene sequences, were detected. The methanotrophic activity and the identification of the community of main microorganisms involved allow the reduction of methane into the atmosphere and contribute to the system’s mass balance between production and consumption.

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Author Biographies

Luciene Alves Batista Siniscalchi, Universidade Federal de Lavras

Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Ambiental (DAM) da Universidade Federal de Lavras (UFLA). Bióloga e mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Ouro Preto, Especialista em Gestão e Manejo Ambiental pela UFLA e doutora em Saneamento pelo Programa de Pós Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Universidade Federal de Minas Gerais. Docente nos programas de Pós Graduação em: Tecnologias e Inovações Ambientais (PPGTIA, mestrado profissional) e Engenharia Ambiental (PPGEAMB, mestrado acadêmico). Áreas de atuação: microbiologia aplicada, microbiologia sanitária e ambiental, saneamento. Experiência e/ou interesse: Cultivo em batch de microrganismos metanotróficos e metanogênicos, bactérias N-DAMO, bactérias acidófilas, bioaerossóis, quantificação de nitrificantes/desnitrificantes, bactérias indicadoras de contaminação fecal, identificação e quantificação de microrganismos em esgoto e lodo de esgoto.

Juliano Curi de Siqueira, Universidade Federal de Lavras

Mestrando em Engenharia Ambiental com ênfase em Saneamento Ambiental e Bacharel em Engenharia Ambiental e Sanitária (2018) pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). É membro do Colegiado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da UFLA, atuando como representante dos discentes. Atua principalmente nas seguintes áreas: tratamento de águas residuárias agroindustriais e urbanas e recuperação de recursos no saneamento ambiental. Possui experiência com caracterização física e química de águas residuárias em laboratório. 

Paula Peixoto Assemany, Universidade Federal de Lavras

Professora adjunta do Departamento de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Lavras. Possui Doutorado em Engenharia Civil, área de concentração Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Viçosa (2017). Realizou doutorado sanduíche no Laboratório Nacional de Energia e Geologia de Portugal (LNEG), durante os anos de 2015-2016. Possui Mestrado em Engenharia Civil, área de concentração Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Viçosa (2013). Graduou-se em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Viçosa (2010). Atua principalmente nos seguintes temas: microalgas como agentes de recuperação de recursos no saneamento ambiental, tratamento de águas residuárias via lagoas de alta taxa e valorização de subprodutos do tratamento de efluentes.

Ana Maria Moreira Batista, Universidade do Estado de Minas Gerais

Atualmente é professora da Universidade do Estado de Minas Gerais, Faculdade de Engenharia, Departamento de Recursos Naturais, Ciências e Tecnologia Ambiental. Possui graduação em Ciências Biológicas - Faculdades Metodistas Integradas Isabela Hendrix (2005), mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Minas Gerais (2009) e doutorado em Ecologia (Conservação e Manejo da Vida Silvestre) pela Universidade Federal de Minas Gerais (2013) e pós-doutorado pelo DESA(UFMG). Tem experiência na área de Microbiologia, com ênfase em Hidrobiologia, atuando principalmente nos seguintes temas: monitoramento da qualidade de água em reservatórios muito e pouco impactados, cianobactérias, fitoplâncton, indicadores bacteriológicos, cryptosporidium, giardia.

Giuliano Siniscalchi Martins, Instituto Federal de Minas Gerais

Graduado em Desenho Industrial/ Projeto de Produto pela Universidade do Estado de Minas Gerais (2002) e em Física pela Universidade Federal de Minas Gerais (2006). Realizou mestrado em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de Ouro Preto (2007). Durante o mestrado estudou a cinética de agregação eritrocitária e o efeito de alterações da concentração de Fibrinogênio na mesma através de medidas fotométricas visando o desenvolvimento de estratégias para diagnósticos de doenças relativas a alterações sanguíneas. Realizou o Doutorado em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de Minas Gerais (Programa de pós-graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas, 2015). Durante o trabalho estudou modificações nas propriedades mecânicas de blendas de matriz de Poliestireno através da inserção de uma segunda fase polimérica dotadas de memória de forma (poliuretano com memória de forma). Desenvolveu poliuretanas com memória de forma enxertadas com poliestireno para melhoria da interface PS/PU. Atuou como docente nos diversos níveis de ensino (fundamental, médio e superior). É docente do Instituto Federal de Minas Gerais em disciplinas relativas a Física, Matemática, Ciências dos Materiais e Desenho Técnico. Atualmente realiza Residência Pós/Doutoral na Universidade Federal de Minas Gerais estudando o desenvolvimento de polímeros de origem natural (quitosana) enxertados com polímeros de origem sintética para o tratamento de água. 

Juliana Calabria de Araújo, Universidade Federal de Minas Gerais

Professor Associado da UFMG atua na área de Microbiologia Aplicada a Engenharia Sanitária. Bióloga pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, com mestrado e doutorado em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo (USP)/EESC, com período sanduiche no EAWAG, Suíça. Pós-doutorado no Departamento de Microbiologia da USP (2002-2005), em ecologia molecular microbiana e biorremediação de áreas contaminadas. Pós-doutorado na Universidade Federal de Minas Gerais no Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (2006-2007). Professora visitante e pos-doc na Universidade de Toronto (2018-2019).Trabalha com identificaçao e quantificaçao de microrganismos e patógenos (bactérias resistentes a antibioticos, virus entéricos, SARS-CoV2) em amostras de agua, efluente, lodo e resíduos. Trabalha com digestao anaerobia e biodegradacao de poluentes, tratamento anaerobio de esgoto, remoção de Nitrogenio de efluentes pelo processo Anammox. Atua nas areas de: ecologia molecular microbiana, biofilmes anaeróbios, arqueias metanogênicas, fisiologia de microrganismos, remoção de nitrogênio,remoção e recuperação de nutrientes a partir de efluentes. Utiliza tecnicas moleculares (sequenciamento de nova geracao, metagenomica, entre outras) para identificacao e quantificação de microrganismos, em amostras ambientais (água e solo) e de reatores biológicos (lodo e efluentes). Trabalha com cultivo de microrganismos anaerobios: bactérias anammox, metanotróficas, metanotróficas desnitrificantes, bactérias fototróficas, etc, para aplicação das mesmas no pós-tratamento de efluentes. Coordenou o curso de Pós Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (SMARH) da UFMG (conceito Capes 7), de dezembro/2012 à Agosto/ 2015, bem como o Conselho de Pós-graduação da Escola de Engenharia da UFMG de março/2014 à Agosto/2015. Bolsista de produtividade em Pesquisa (Pq2) do CNPq (2016 a 2018); (2020 a 2022)

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Published

2020-09-15

Issue

Vol. 12 No. 1 (2021): Revista Ibero-Americana de Ciências Ambientais - Jan 2021

Section

Engenharia Sanitária

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