Análise dos parâmetros que interferem no metabolismo da microbiota anaeróbia e anóxica na remoção de bifenilas policloradas

A elevada concentração de cloro das bifenilas policloradas provoca alta toxicidade do composto, o qual dificulta sua biodegradação. A contaminação de PCB no Brasil foi confirmada em estudo realizado na Bahia de Santos-São Vicente (São Paulo), o qual revelou a necessidade de um plano de ação para o controle e remoção de PCB no Brasil. Pretendeu-se assim, na realização da presente pesquisa, verificar quatro hipóteses: (1) A técnica de Microextração em fase sólida é uma metodologia eficaz para avaliação de bifenilas policloradas de amostras de reatores; (2) A condição fermentativa-metanogênica abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo; (3) A condição desnitrificante abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo e (4) A remoção de PCB, bem como, a composição microbiana é distinta em cada condição metabólica. Para tanto, reatores em batelada foram montados separadamente com biomassa anaeróbia proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de avicultura e biomassa de sistemas de lodos ativados de tratamento de esgoto sanitário. Os reatores operados em condição mesófila foram alimentados com meio sintético, co-substratos, sendo etanol (457 mg.L-1) e formiato de sódio (680 mg.L-1) para os reatores anaeróbios, e somente etanol (598 mg.L-1) para os reatores anóxicos, além de PCB padrão Sigma (congêneres PCBs 10, 28, 52, 153, 138 e 180) em diferentes concentrações, dependendo do objetivo do ensaio. A aplicação do método de extração por SPME com análise em cromatógrafo gasoso com detector por captura de elétrons foi adequada para a determinação dos seis congêneres de PCB. Obteve-se ampla faixa de linearidade, seletividade frente aos vários interferentes, além da robustez do método, utilidade e confiabilidade na identificação e quantificação específica dos seis congêneres de PCB. A Hipótese 1 foi aceita; ou seja, por meio da aplicação da metodologia SPME foi possível quantificar os PCB nos reatores em batelada. Apesar de ter sido comprovada a inibição metanogênica na presença de PCB, com IC50 de 0,03 mg.L<sup-1 (concentração na qual 50% da atividade metanogênica é inibida), a partir da análise dos reatores metanogênicos no Ensaio de Remoção, foi confirmada a remoção de 0,92 mg.L-1, 0,19 mg.L-1, 0,18 mg.L-1, 0,07 mg.L-1, 0,55 mg.L-1 e 0,47 mg.L-1 para os PCBs 10, 28, 52, 153, 138 e 180, respectivamente, para 1,5 mg.L-1 inicial. Thermotogaceae, Sedimentibacter, Anaerolinaceae e Pseudomonas, foram identificadas nos reatores anaeróbios por meio da plataforma Illumina. Representantes de Thermotogaceae e Sedimentibacter foram identificados em sistemas com elevada taxa de remoção de PCB, e representantes do filo Chloroflexi (grupo no qual representantes da Anaerolineae estão inseridos) foram os primeiros microrganismos desalogenadores de PCB identificados. Assim a Hipótese 2 foi aceita; ou seja, por meio de ensaios em batelada foi comprovada a toxicidade do PCB sobre a comunidade anaeróbia, a alteração da composição microbiana influenciada pela presença de PCB e a remoção nesta condição. Verificou-se ainda que na presença de PCB ocorreu a desnitrificação e comparando-se diferentes relações C/N-NO3-, foi estipulado a relação 6,95 como ideal na presença de PCB. Mesmo sendo confirmada a inibição da comunidade anóxica na presença de PCB com IC50 de 1,0 mg.L-1, verificou-se remoção de 1,02 mg.L-1, 0,85 mg.L-1, 1,31 mg.L-1, 1,02 mg.L-1, 0,03 mg.L-1, e 0,09 mg.L-1, para os PCBs 10, 28, 52, 153, 138 e 180, respectivamente, para 1,5 mg.L-1, inicial. Bactérias semelhantes a Aeromonadaceae, Lutispora, Sedimentibacter e Thermotogaceae foram identificadas nos reatores desnitrificantes. Representantes de Aeromonadaceae e Lutispora estão relacionados com o metabolismo desnitrificante e representantes de Thermotogaceae e Sedimentibacter foram identificados em sistemas com elevada taxa de remoção de PCB. A Hipótese 3 foi também aceita; ou seja, por meio de ensaios em batelada foi calculada a relação C/N-NO3- ideal na presença de PCB e foi comprovada a toxicidade do PCB sobre a comunidade anóxica, a alteração da composição microbiana influenciada pela presença de PCB e a remoção nesta condição. A maior remoção de PCB foi verificada para a condição anaeróbia (entre 45% a 100%), quando comparada com a condição anóxica (entre 10% a 95%). Bactérias semelhantes a Sedimentibacter e pertencentes a família Thermotogaceae foram identificadas nas duas condições nutricionais. Entretanto, mesmo verificando-se elevada abundancia relativa desses grupos nos reatores, evidenciou-se distinção entre as biomassas em cada condição. Assim, a Hipótese 4 foi aceita; ou seja, por meio de ensaios em batelada foi comprovada maior eficiência de remoção sob condição anaeróbia e distinta composição microbiana em cada condição.

The high chlorine concentration in polychlorinated biphenyls improves its toxicity, complicating their biodegradation. A study conducted in Santos-São Vicente Bay (São Paulo) confirmed the PCB contamination in Brazil and reveled the need of an action plan to control e remove the PCB in Brazil. In this sense the aim of this study was to evaluate four hypotheses: (1) The Solid Phase Micro Extraction is an efficient methodology to evaluate biphenyl polychlorinated in reactors; (2) The fermentative-methanogenic microorganisms are resistant to PCB and capable to consume it; (3) The denitrifying microorganisms are resilient to the PCB and capable to remove it; (4) The PCB removal, as well the microbial composition is distinct in each condition. Therefore, batch reactors were operated separately inoculated with anaerobic biomass from UASB reactor treating poultry wastewater and biomass from activated sludge treating sewage wastewater. The reactors were feed with synthetic medium, co-substrates, as ethanol (457 mg.L-1) and sodium formate (680 mg.L-1) for the anaerobic reactors, and ethanol (598 mg.L-1) for the anoxic reactors and different concentrations of six congeners of PCB (PCBs 10, 28, 52, 153, 138 and 180) depending on the aim of the assay. The applicability of SPME technique in gas chromatography with electrons capture detection was attested in the analysis of six PCB congeners. Higher linearity, selectivity, accuracy, reproducibility and robustness was obtained in the PCB quantification analyses. The Hypothesis 1 was accepted; since the PCB congeners in the reactors were quantified by the SPME methodology. Although the PCB causes methanogenic inhibition, with IC50 of 0.03 mg.L-1 (concentration in which 50% of the methanogenic metabolism is inhibited), by the Removal Assay was confirmed the anaerobic removal of 0.92 mg.L-1, 0.19 mg.L-1, 0.18 mg.L-1, 0.07 mg.L-1, 0.55 mg.L-1 and 0.47 mg.L-1 to PCB 10, 28, 52, 153, 138 and 180, respectively, for 1.5 mg.L-1 initial. By means of platform Illumina Thermotogaceae, Sedimentibacter, Anaerolinaceae and Pseudomonas, were identified in the anaerobic reactors. The Thermotogaceaeand Sedimentibacter were related to systems with high PCB removal and the Chloroflexi members (Anaerolineae phylum) were the first PCB-dechlorination microorganisms identified. Therefore, the Hypothesis 2 was accepted since the PCB leads to anaerobic inhibition and in the reactors were verified the PCB removal and changes in the microbial composition. Even with PCB, the denitrification metabolism occurs and evaluating different C/N-NO3- relations, the 6.95 was stipulated the ideal in the presence of PCB. Even though the PCB causes inhibition in the denitrification bacteria, with IC50 of 1.0 mg.L-1, by the Removal Assay in the denitrifying reactors, was confirmed the anoxic removal 1.02 mg.L-1, 0.85 mg.L-1, 1.31 mg.L-1, 1.02 mg.L-1, 0.03 mg.L-1 and 0.09 mg.L-1 to PCB 10, 28, 52, 153, 138 and 180, respectively, for 1.5 mg.L-1 initial. Aeromonadaceae, Lutispora, Sedimentibacter and Thermotogaceae were identified in the denitrifying reactors. Members of Aeromonadaceae e Lutispora were related to the denitrification metabolism and Thermotogaceae e Sedimentibacter were identified in systems with high PCB removal rate. The Hypothesis 3 was accepted since the PCB leads to anoxic inhibition and in the reactors were verified the PCB removal and changes in the microbial composition. The anaerobic reactors presented the higher PCB removal percentage (between 45% and 100%) when compared to the anoxic reactors (between 10% and 95%). Member of Sedimentibacter and Thermotogaceae were identifyied in both conditions. However, even with high relative abundance of these two groups in the reactors, it was shown distinct composition in each biomass. Thus, the Hypothesis 4 was accepted since the PCB removal was more efficient in the anaerobic condition and were verified different changes in the microbial composition in each condition.