Publicação
Insights into the role of biocides in the performance of activated-sludge process focusing on the filamentous populations
| Resumo: | O impacto ambiental relacionado com o uso de vários produtos químicos antimicrobianos (biocidas) na prática geral e em ambientes domésticos e industriais está na ordem do dia. A explosão de produtos antimicrobianos para lavagem de mãos e limpeza de superfícies é um bom exemplo da disseminação do uso de biocidas nos últimos anos. Estes têm uma contribuição significativa nos impactos das atividades humanas no meio ambiente e na saúde, principalmente relacionados com a seleção de estirpes resistentes a antibióticos. O processo de lamas ativadas é o tipo de tratamento biológico mais utilizado para remover poluentes de águas residuais em todo o mundo devido às suas vantagens económicas. Diferentes tipos de microrganismos (bactérias, fungos e protozoários) estão envolvidos no processo de depuração das águas residuais. As bactérias correspondem a cerca de 95 % do total da comunidade microbiana presente nas lamas ativadas, sendo as principais responsáveis pela degradação de substâncias orgânicas das águas residuais. As bactérias filamentosas são componentes normais da biomassa das lamas ativadas; no entanto, o seu crescimento excessivo pode causar problemas na sedimentação das lamas (bulking filamentoso) e na formação de espumas (foaming filamentoso) reduzindo a eficiência das estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Nesta tese de doutoramento, foi explorada uma nova abordagem para a potencial influência de biocidas sobre o desempenho global de processos de lamas ativadas, abordando-se o uso de biocidas como potenciais compostos de controlo das populações de bactérias filamentosas esclarecendo, simultaneamente, o impacto desses produtos químicos nas comunidades biológicas de uma ETAR. Inicialmente, foi realizado um estudo de 16 ETAR Portuguesas de lamas ativadas, de forma a melhorar o conhecimento dos parâmetros ambientais que determinam a composição e a prevalência da comunidade filamentosa no tanque de arejamento. Um total de 22 morfotipos filamentosos foram identificados. O Tipo 1851 foi o morfotipo mais frequentemente dominante, seguido por Microthrix parvicella e os Tipos 0092 e 0041/0675. Estes também foram os morfotipos dominantes durante as ocorrências de bulking filamentoso. Foram obtidas correlações significativas entre a abundância de bactérias filamentosas e os parâmetros ambientais, mas a análise estatística multivariada apenas confirmou a correlação negativa entre o Tipo 0092 e o Índice Volumétrico de Lamas (IVL), enfatizando a associação deste organismo filamentoso com o bulking. Numa segunda fase, foi avaliado o efeito in-vitro do triclosano [0.25 a 200 μg/mL], do brometo de cetiltrimetilamónio (CTAB) [1 a 40 μg/mL] e do glutaraldeído [40 a 1000 μg/mL] em duas bactérias filamentosas, Nocardia amarae (Gram positiva) e Sphaerotilus natans (Gram negativa). Os resultados mostraram um efeito “dose-dependente” na viabilidade bacteriana e diferentes mecanismos de ação. Além disso, diferenças na suscetibilidade à exposição de cada biocida sugeriram um efeito “estirpe-dependente”. Todos os biocidas causaram fragmentação dos filamentos em células dispersas, perdendo-se também, por isso, a capacidade de produzir flocos. Após a remoção do biocida, as células permaneceram dispersas, e mesmo as bactérias viáveis não foram capazes de produzir novos filamentos em 48 horas. Entre os biocidas testados, o CTAB apresentou o maior efeito biocida, seguido do triclosano e glutaraldeído para N. amarae, mas no caso de S. natans, a ordem entre os dois primeiros inverteu-se, apresentando-se o triclosano como o mais tóxico. Finalmente, foram conduzidos ensaios à escala laboratorial, de forma a avaliar os efeitos biocidas, utilizando amostras de lamas ativadas reais (simulando uma ETAR real), a fim de compreender as mudanças na comunidade microbiana num cenário mais complexo. Os resultados permitiram avaliar o efeito dos biocidas tanto na comunidade microbiana como nos parâmetros de desempenho das unidades de lamas ativadas estudadas. O efeito biocida foi percetível desde o início do ensaio no caso do triclosano (na concentração de 2 mg/g MLSS) e do CTAB e do glutaraldeído (a partir da concentração de 10 mg/g MLSS). As duas bactérias filamentosas dominantes mostraram reações diferentes aos biocidas: a Gram negativa Tipo 0092 demonstrou ser claramente mais resistente do que a Gram positiva Tipo 0041/0675. Conclui-se que a adição de biocidas originou fragmentação de bactérias filamentosas em células dispersas, perda de estrutura dos flocos (menor densidade). Em termos globais, foi demonstrado que é possível aproveitar a presença de biocidas no desempenho global dos processos de lamas ativadas, particularmente no controlo do bulking filamentoso, desde que monitorizados os parâmetros de avaliação do processo, bem como o desempenho geral e estudos iniciais sejam realizados levando em consideração as bactérias filamentosas mais problemáticas. |
|---|---|
| Autores principais: | Ferreira, Vânia Isabel Lopes |
| Assunto: | Bactérias filamentosas Biocidas Controlo do bulking filamentoso Desempenho da ETAR Lamas ativadas Activated-sludge Biocides Filamentous bacteria Filamentous bulking control WWTP performance |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O impacto ambiental relacionado com o uso de vários produtos químicos antimicrobianos (biocidas) na prática geral e em ambientes domésticos e industriais está na ordem do dia. A explosão de produtos antimicrobianos para lavagem de mãos e limpeza de superfícies é um bom exemplo da disseminação do uso de biocidas nos últimos anos. Estes têm uma contribuição significativa nos impactos das atividades humanas no meio ambiente e na saúde, principalmente relacionados com a seleção de estirpes resistentes a antibióticos. O processo de lamas ativadas é o tipo de tratamento biológico mais utilizado para remover poluentes de águas residuais em todo o mundo devido às suas vantagens económicas. Diferentes tipos de microrganismos (bactérias, fungos e protozoários) estão envolvidos no processo de depuração das águas residuais. As bactérias correspondem a cerca de 95 % do total da comunidade microbiana presente nas lamas ativadas, sendo as principais responsáveis pela degradação de substâncias orgânicas das águas residuais. As bactérias filamentosas são componentes normais da biomassa das lamas ativadas; no entanto, o seu crescimento excessivo pode causar problemas na sedimentação das lamas (bulking filamentoso) e na formação de espumas (foaming filamentoso) reduzindo a eficiência das estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Nesta tese de doutoramento, foi explorada uma nova abordagem para a potencial influência de biocidas sobre o desempenho global de processos de lamas ativadas, abordando-se o uso de biocidas como potenciais compostos de controlo das populações de bactérias filamentosas esclarecendo, simultaneamente, o impacto desses produtos químicos nas comunidades biológicas de uma ETAR. Inicialmente, foi realizado um estudo de 16 ETAR Portuguesas de lamas ativadas, de forma a melhorar o conhecimento dos parâmetros ambientais que determinam a composição e a prevalência da comunidade filamentosa no tanque de arejamento. Um total de 22 morfotipos filamentosos foram identificados. O Tipo 1851 foi o morfotipo mais frequentemente dominante, seguido por Microthrix parvicella e os Tipos 0092 e 0041/0675. Estes também foram os morfotipos dominantes durante as ocorrências de bulking filamentoso. Foram obtidas correlações significativas entre a abundância de bactérias filamentosas e os parâmetros ambientais, mas a análise estatística multivariada apenas confirmou a correlação negativa entre o Tipo 0092 e o Índice Volumétrico de Lamas (IVL), enfatizando a associação deste organismo filamentoso com o bulking. Numa segunda fase, foi avaliado o efeito in-vitro do triclosano [0.25 a 200 μg/mL], do brometo de cetiltrimetilamónio (CTAB) [1 a 40 μg/mL] e do glutaraldeído [40 a 1000 μg/mL] em duas bactérias filamentosas, Nocardia amarae (Gram positiva) e Sphaerotilus natans (Gram negativa). Os resultados mostraram um efeito “dose-dependente” na viabilidade bacteriana e diferentes mecanismos de ação. Além disso, diferenças na suscetibilidade à exposição de cada biocida sugeriram um efeito “estirpe-dependente”. Todos os biocidas causaram fragmentação dos filamentos em células dispersas, perdendo-se também, por isso, a capacidade de produzir flocos. Após a remoção do biocida, as células permaneceram dispersas, e mesmo as bactérias viáveis não foram capazes de produzir novos filamentos em 48 horas. Entre os biocidas testados, o CTAB apresentou o maior efeito biocida, seguido do triclosano e glutaraldeído para N. amarae, mas no caso de S. natans, a ordem entre os dois primeiros inverteu-se, apresentando-se o triclosano como o mais tóxico. Finalmente, foram conduzidos ensaios à escala laboratorial, de forma a avaliar os efeitos biocidas, utilizando amostras de lamas ativadas reais (simulando uma ETAR real), a fim de compreender as mudanças na comunidade microbiana num cenário mais complexo. Os resultados permitiram avaliar o efeito dos biocidas tanto na comunidade microbiana como nos parâmetros de desempenho das unidades de lamas ativadas estudadas. O efeito biocida foi percetível desde o início do ensaio no caso do triclosano (na concentração de 2 mg/g MLSS) e do CTAB e do glutaraldeído (a partir da concentração de 10 mg/g MLSS). As duas bactérias filamentosas dominantes mostraram reações diferentes aos biocidas: a Gram negativa Tipo 0092 demonstrou ser claramente mais resistente do que a Gram positiva Tipo 0041/0675. Conclui-se que a adição de biocidas originou fragmentação de bactérias filamentosas em células dispersas, perda de estrutura dos flocos (menor densidade). Em termos globais, foi demonstrado que é possível aproveitar a presença de biocidas no desempenho global dos processos de lamas ativadas, particularmente no controlo do bulking filamentoso, desde que monitorizados os parâmetros de avaliação do processo, bem como o desempenho geral e estudos iniciais sejam realizados levando em consideração as bactérias filamentosas mais problemáticas. |
|---|