PROAMB - Doutorado (Teses)
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Resultados da Pesquisa
Item Dinâmica de elementos de resistência a antibióticos no tratamento biológico de dejetos de suinocultura.(2022) Pereira, Andressa Rezende; Silva, Silvana de Queiroz; Aquino, Sergio Francisco de; Silva, Silvana de Queiroz; Aquino, Sergio Francisco de; Santiago, Aníbal da Fonseca; Teixeira, Mônica Cristina; Moreira, Ivone Cristina Vaz; Kunz, AirtonO tratamento biológico de dejetos de suinocultura, atividade pecuária de extrema relevância para a economia do Brasil, é empregado de forma a reduzir o impacto ambiental negativo gerado por tal atividade. Entretanto, a presença de antibióticos nos dejetos pode provocar efeitos na produção de biogás e causar a seleção de bactérias resistentes, que podem compartilhar seus genes de resistência a antibióticos (GRAs) nestes ambientes, alertando sobre este problema de saúde pública. Neste contexto um sistema de tratamento dejetos da produção de suínos, composto por um biodigestor seguido por três lagoas facultativas, foi monitorado e avaliado quanto à remoção de poluentes orgânicos usuais, antibióticos e GRAs (blaTEM, ermB, qnrB, sul1 e tetA). O monitoramento do sistema revelou que o biodigestor contribuiu com a remoção mediana de 70% do conteúdo orgânico, enquanto as lagoas facultativas se destacaram na retenção de 74% dos sólidos carreados da etapa anaeróbia, além de favorecer a assimilação/volatilização da amônia. O antibiótico norfloxacina, detectado e quantificado por cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas, apresentou-se na faixa de < 0,79 a 60,55 μg L-1 . Não foi observada redução significativa da concentração ao longo do sistema de tratamento. No entanto, o sistema parece favorecer a retenção de norfloxacina, por adsorção ao lodo das unidades. Para os elementos genéticos, quantificados de forma absoluta por qPCR, observaram-se reduções significativas de até 2,8 logs, atribuídas especialmente ao biodigestor. Entretanto, o sistema de tratamento de dejetos parece atuar de forma seletiva sobre a comunidade bacteriana, removendo de forma mais expressiva bactérias que não transportam GRAs. A fim de avaliar a presença de potenciais patógenos bacterianos resistentes a antibióticos, uma análise da diversidade microbiana baseada no sequenciamento do RNAr 16S foi realizada ao longo do sistema de tratamento. Esta revelou uma forte associação entre as famílias Moraxellaceae, Streptococcaceae, membros não-identificados da ordem Clostridiales, Lactobacillaceae e Enterobacteriaceae com os GRAs monitorados, indicando que estas famílias podem ser suas possíveis portadoras. Adicionalmente, investigaram-se os efeitos do antibiótico norfloxacina na produção de metano, bem como sua remoção durante a digestão anaeróbia, em ensaios de bancada. Os resultados revelaram que concentrações superiores a 500 μg L-1 de norfloxacina promoveram acúmulo de ácidos graxos voláteis nos reatores, mas apenas na maior concentração testada (150 mg L -1 ) verificou-se inibição de 13% na produção de metano. Além disso, a modelagem cinética de decaimento do antibiótico confirmou que a adsorção foi o principal mecanismo de remoção. Assim, com base nos resultados deste trabalho, foi possível constatar que o sistema de tratamento controla o efeito negativo da norfloxacina sobre a digestão anaeróbia, assimilando as flutuações das concentrações advindas do dejeto e promovendo sua adsorção, com pequeno impacto na produção de metano. No entanto, a presença e resiliência de genes de resistência a antibióticos na fração líquida tratada é preocupante, recomendando-se um maior controle do teor orgânico e sólidos no efluente final, a fim de reduzir a disseminação de GRAs após disposição no ambiente.Item Obtenção de biogás a partir da co-digestão anaeróbia de resíduos do processo de produção de bioetanol de primeira e segunda geração.(2020) Herrera Adarme, Oscar Fernando; Aquino, Sergio Francisco de; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Aquino, Sergio Francisco de; Zaiat, Marcelo; Rodrigues, Fábio de Ávila; Silva, Silvana de Queiroz; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Gurgel, Leandro Vinícius AlvesNeste trabalho foi avaliada a co-digestão anaeróbia (AcD) dos subprodutos da biorefinaria da cana-de-açúcar, especificamente, hidrolisado hemicelulósico (HH) (obtido pelo pré-tratamento hidrotérmico do bagaço da cana (SB)), vinhaça (gerada durante o processo de produção de etanol de primeira geração), extrato de levedura (YE) (que pode ser obtidos a partir de leveduras descartadas) e cinzas volantes de bagaço de cana (SBFA), usando experimentos de potencial bioquímico de metano (PBM). As melhores condições experimentais da AcD em batelada (proporção de mistura de 25-75% de HH-vinhaça; 1,0 g L-1 YE; 15 g L-1 SBFA e 100-0% de HH-vinhaça, 1,5 g L-1 YE; 45 g L-1 SBFA) levaram à produção de 0,279 e 0,267 Nm3 de CH4 por kg de demanda química de oxigênio (DQO) removida com um excedente de energia de 0,43 e 0,34 MJ kg SB-1, respectivamente. Realizaram-se experimentos de adsorção utilizando SBFA mostrando que é possível adsorver até 61,71 e 58,21 mg g-1 de 5-hidroximetil-2- furfuraldeído e 2-furfuraldeído, reduzindo assim a toxicidade do substrato e melhorando a produção de biogás durante a AcD dos subprodutos mencionados. Posteriormente, dois sistemas anaeróbios mesofílicos alimentados continuamente com a mistura de HH e vinhaça e inoculados com SBFA e YE foram utilizados para validar os dados obtidos em batelada. Um novo reator anaeróbio de leito estruturado de estágio único (nSBR) foi comparado com um sistema acidogênico-metanogênico de dois estágios, formado por um reator acidogênico de leito estruturado (ASTBR) seguido por um reator metanogênico UASB. A carga orgânica (OLR) (de 0,9 a 10,8 g COD L-1 d-1) aplicada em estes sistemas foi atingida pela fixação do tempo de retenção hidráulica (HRT) nos reatores (17,5 h em nSBR; 6 h no ASTBR e 19,9 h no UASB) e a alteração da concentração de DQO da alimentação por meio de diluição. Os resultados mostraram a viabilidade do uso de um sistema de dois estágios (ASTBR / UASB) no tratamento de uma mistura HH-vinhaça, levando a uma remoção global de DQO superior a 80% e um rendimento de metano de 0,245 Nm3 CH4 kg de COD-1r. Por sua vez, o sistema de estágio único (nSBR) levou a 65% da remoção da DQO e 0,205 Nm3 CH4 kg de COD-1r de rendimento de metano. Análises da comunidade microbiana do lodo coletado dos reatores anaeróbios em diferentes condições operacionais mostraram mudanças estruturais e relacionais entre as comunidades microbianas dominantes, pertencentes aos gêneros Clostridium, 8 Bacteroides, Desulfovibrio, Lactobacillus, Lactococcus, Longilinea, Methanosaeta, Pleomorphomonas e Syntrophus, e as condições cinéticas, hidrodinâmicas e de performance dos sistemas anaeróbios. Ambos sistemas, único (nSBR) e duplo (ASTBRUASB) estagio, exibiram estabilidade a longo prazo de operação (240 dias) com baixo acúmulo de AGV (média de 550 mgL-1 no nSBR e 625 mgL-1 no UASB). Finalmente, para cenários que consideram uma biorrefinaria de cana-de-açúcar integrada, uma avaliação técnico-econômica e ambiental foi realizada mostrando que o rendimento de metano é o parâmetro mais sensível. O melhor cenário mostrou, que usando um sistema anaeróbio de dois estágios para o substrato estudado e considerando o uso de 50% do excedente do bagaço para a produção de etanol, foi possível atingir uma taxa interna de retorno (TIR), um retorno sobre o investimento (ROI) e um período de payback de 26%, 89,05% e 5,36 anos, respectivamente. Indicadores de impacto ambiental como pegada de carbono, que variou de 12,3 a 50,02 g CO2/MJ e % de redução de emissões (de 42,7 a 85,9%) para etanol 2G e processo de produção de biogás foram obtidos em todos os cenários. Assim, os resultados evidenciaram a importância do investimento em P&D e da implementação de Políticas de Biocombustíveis, principalmente para produção de etanol 2G (bagaço disponível), e também para a co-digestão anaeróbia de subprodutos buscando atingir objetivos de economia circular e viabilidade global da bioferinaria de cana de açúcar integrada.