AMARAL, A. C. do

BORTOLI, M.

KUNZ, A.

SCUSSIATO, L. A.

SUZIN, L.

VIANCELLI, A.

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 AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DE PRESERVAÇÃO, ARMAZENAMENTO E REATIVAÇÃO DO PROCESSO ANAMMOX  Lucas Antunes Scussiato1*; Airton Kunz2; Marcelo Bortoli3; Aline Viancelli3, André C. do Amaral1, Lidimara Suzin4  INTRODUÇÃO  Apesar de pouco difundidas no Brasil, biotecnologias para remoção de nitrogênio são de baixo custo financeiro e operacional quando comparadas com processos químicos e físicos para esta mesma finalidade. O processo biológico convencional (Nitrificação-Desnitrificação) é um dos processos mais conhecidos, baseada na nitrificação aeróbia autotrófica e posterior desnitrificação em uma etapa anóxica e heterotrófica (Kunz, 2007; Scheeren, 2011). O processo de oxidação anaeróbia da amônia, ou ANAMMOX (do inglês anaerobic ammonium oxidation), é considerado um dos mais inovadores avanços tecnológicos na remoção de nitrogênio amoniacal (N-NH3) de águas residuais, sendo capaz de remover altas concentrações de nitrogênio.  Atuando em condições anóxicas, microrganismos oxidam o íon amônio (NH4+)  diretamente a nitrogênio gasoso (N2), utilizando nitrito (NO2-) como aceptor final de elétrons (Strous et al., 1998). Nesse processo não há necessidade de fonte externa de carbono orgânico, pois o mesmo é fornecido por bactérias autotróficas, diminuindo os custos com dosagem de reagentes quando se objetiva o tratamento de efluentes com baixa relação Carbono/Nitrogênio. Além disso, uma das maiores vantagens do processo está na capacidade de remoção de altas cargas de nitrogênio com baixo tempo de retenção hidráulica (Cho et al., 2010). Outra vantagem do processo está no tempo de duplicação para essas bactérias que é de 9 a 11 dias e resulta em baixa produção de biomassa (0,11g SSV/g N- NH4+), reduzindo assim custos com o tratamento do lodo. O alto tempo de duplicação pode resultar em um start-up mais lento do sistema (Jetten et al., 2001; Strous et al.,1998), levando de três a mais de sete meses de operação para obter uma cultura enriquecida e estabilizada (Jetten et al., 2001). Estudos recentes revelam o potencial para conservação de bactérias ANAMMOX utilizando métodos de longo prazo. Vlaeminck et al. (2007), congelou a biomassa ANAMMOX em -20ºC com e sem a utilização de agente crioprotetor, nesse caso o glicerol. Rothrock et al (2011), optaram por utilizar métodos como a criopreservação e liofilização. Antes do processo de liofilização, duas temperaturas para criopreservação foram utilizadas, na primeira a biomassa foi pré-congelada a -70ºC e na segunda utilizando nitrogênio líquido -196ºC. Somente a biomassa pré-congelada com nitrogênio líquido apresentou estabilidade no processo, permanecendo próximo das razões estequiométricas.  Em função do exposto, se faz necessário estudar métodos para conservação, armazenamento e posterior reativação desse processo, utilizando culturas altamente enriquecidas e estabilizadas para obter melhores resultados no start-up do sistema (Rothrock et al., 2011).Deste modo, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade para preservar bactérias ANAMMOX através do método de liofilização. Para confirmar a reativação do processo, os resultados obtidos foram comparados com a estequiometria do processo proposta por  Strous et al. (1998).   METODOLOGIA  A biomassa utilizada, previamente enriquecida e estabilizada, foi proveniente de um biorreator experimental piloto de bancada, alimentado com meio de cultura sintético em fluxo ascendente e concentração de 200 mgN L-1 sendo (50% na forma de N-NH3 e 50% na forma de N-NO2-). A biomassa colhida (20% v.v-1) foi lavada e peneirada para remover os nutrientes residuais antes de preservá-la. A mesma foi transferida para um tubos de centrífuga (50 mL), sendo adicionado glicerol (25% v.v-1) com o objetivo de atuar como agente crioprotetor (Rothrock et al., 2011) e posteriormente pré-congelada a -20ºC e liofilizada. Após quatro meses de armazenamento em -20ºC, a biomassa foi descongelada em um banho termostatizado em 34ºC±1 por 1 hora. Logo após descongelamento, lavou-se a biomassa com meio de cultura sintético (100 mgN.L-1) para que todo glicerol residual fosse removido. O sistema experimental foi composto por um tubo de ensaio de vidro com volume útil de 0,1 L, fluxo ascendente e alimentado no primeiro momento com meio de cultura sintético com concentração de 100 mgN.L-1 operando em regime contínuo. O biorreator foi inoculado com 20% do volume total do reator de biomassa (v.v-1), tempo de retenção hidráulica (TRH) de 0,55 horas e temperatura controlada durante todo período experimental 34ºC±1. No segundo momento posteriormente à estabilização do processo, realizou-se progressão e carga por aumento da concentração de 100 mg N.L-1 para 200 mg N.L-1  (50% na forma de N-NH3 e 50% na forma de nitrito (N- NO2-). As análises de nitrogênio na forma de nitrito (N- NO2-), nitrato (N- NO3-), e N-NH3, foram parâmetros utilizados para a reativação do processo ANAMMOX. Realizaram-se análises de duas a três vezes por semana (APHA, 2012).  RESULTADO E DISCUSSÃO A (Figura 01) ilustra o acompanhamento das formas nitrogenadas, sendo que a fase 1 corresponde ao tempo de partida do reator, com duração de aproximadamente 48 dias. Os resultados mostram que praticamente não houve alterações nas saídas de  N-NH3 e N-NO2-, permanecendo próximas das concentrações de entrada. A produção de  N- NO3- do mesmo modo não sofre influência, permanecendo próxima da neutralidade, não apresentando momentaneamente atividade do processo ANAMMOX.    Figura 01 - Acompanhamento das concentrações das formas nitrogenadas.  Na fase 2 marcada pelo período do 49º ao 69º dias de operação,  nota-se  o começo do consumo de N- NO2- e uma elevada produção de  N- NO3-, indicando que algum grau de  nitrificação estava ocorrendo no processo de reativação. Devido à taxa de duplicação de bactérias ANAMMOX serem de aproximadamente 11 dias, favorecem outros microrganismos como as nitrificantes, que têm taxa de duplicação de aproximadamente 7 horas (Strous, 1998; Hommes, 2003). Para tentar diminuir a atividade nitrificante, manteve-se o tempo de retenção hidráulica (TRH) em 0,55 horas, com objetivo de arrastar bactérias nitrificantes do sistema devido à alta vazão. Aproximadamente aos 70 dias de operação observa-se o início do consumo de  N-NH3 e o estabelecimento do processo ANAMMOX, marcando assim a fase 3.  A Figura 02 apresenta os coeficientes estequiométricos do estudo e os compara aos encontrados na literatura (Strous et al.,1998) o que demonstra que a partir da fase 3 a atividade ANAMMOX permanece relativamente constante.   Figura 02 – Acompanhamento dos coeficientes estequiométricos das formas NO2- e NO3-. Linha vermelha: 1,32 mols, valor estequiométrico de NO2- para reação ANAMMOX (Strous et al.,1998). Linha Azul: 0,26 mols, valor estequiométrico de NO3- para reação ANAMMOX (Strous et al.,1998).  Através da figura 03, percebe-se o início da remoção de nitrogênio após um período de aproximadamente 80 dias de operação (Fase 3). A partir desse momento, o reator obteve eficiência média de 54%±10 na remoção de nitrogênio, eficiência essa considerada alta quando comparado com Vlaeminck et al. (2007) que obtiveram recuperação incompleta do processo, e atingiu eficiência média de apenas 23% na remoção de nitrogênio.    Figura 03 – Acompanhamento das cargas de nitrogênio aplicadas e removidas.  Quando o reator apresentou por 25 dias estabilidade do processo (Fase 3), realizou-se progressão de carga por aumento de concentração, passando de 100 mgN.L-1 para 200 mgN.L-1  marcando assim o início da fase 4. Devido à progressão de carga, houve uma queda pouco  significativa na eficiência média de remoção de nitrogênio, passando de 54% para 52%. Contudo, o processo mantendo-se estável, permanecendo próximo da estequiometria proposta (figura 02 – fase 4).  Com base na análise dos resultados encontrados e os comparando com os apresentados na literatura, concluímos que tanto o método proposto para o armazenamento e conservação como o processo de reativação dos microrganismos ANAMMOX foi adequado, uma vez que se estabeleceu novamente o processo após 120 dias de armazenamento e 125 dias de reativação. Neste estudo, optou-se por um método de simples operação e fácil aplicação, demonstrando que a metodologia utilizada é uma excelente alternativa para preservação de culturas ANAMMOX, alcançando em até três meses a estabilidade do processo.  REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS  APHA, AWWA & WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater.19 ed. Washington, DC: American Public Health Association, 2012.  Cho, S.; Takahashi, Y.; Fujii, N.; Yamada, Y.; Satoh, H.; Okabe, S.. Nitrogen removal performance and microbial community analysis of an anaerobic up-flow granular bed anammox reactor. Chemosphere, v.78, p.1129–1135, 2010.  Hommes, Norman G.; SAYAVEDRA-SOTO, Luis A.; ARP, Daniel J.. Chemolithoorganotrophic growth of Nitrosomonas Europaea on fructose. Journal of Bacteriology. v. 185, n. 23, p. 6809-6814. 2003.  Jetten M. S. M. Microbiology and application of the anaerobic ammonium oxidation (‘anammox’) process. Environmental biotechnology, v. 12, p. 283–288, 2001.  Kunz, A.; Higarachi, M. M.; Oliveira, P. A. V. Capítulo 4. Redução da carga poluente: A questão dos nutrientes, p.106. In: SEGANFREDO, M.A. Gestão ambiental na suinocultura. 1ªed. Brasília, DF. Embrapa Informação Tecnológica. 302p. 2007.  Rothrock MJ Jr, Vanotti MB, Szögi AA, Gonzalez MC, Fujii T. Long-term preservation of anammox bacteria. Appl Microbiol Biotechnol. Oct;92(1):147-57. 2011.  Scheeren. M.B., Airton Kunz, Ricardo L. R. Steinmetz & Valderi L. Dressler; O processo ANAMMOX como alternativa para tratamento de águas residuárias, contendo alta concentração de nitrogênio; Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental; v.15, n.12, p.1289–1297, 2011.  Strous, M.; Heijnen, J.J.; Kuenen, J.G.; Jetten, M.S.M.. The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium – oxidizing microorganisms. Appl Microbiol Biotechnol, v50, p.589-596, 1998.  Vlaeminck Se, Geets J, Vervaeren H, Boon N, Verstraete W. Reactivation of aerobic and anaerobic ammonium oxidizers in OLAND biomass after long-term storage. Appl Microbiol Biotechnol 74:1376–1384, 2007.  

Avaliação da viabilidade de preservação, armazenamento e reativação do processo anammox.

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