Método de número mais provável para avaliação de grupos fisiológicos de microrganismos em digestão anaeróbia de água residuária de mandiocaMost probable number method for microorganism physiologic group's evaluation in anaerobic digestion of cassava

Resumo

A avaliação da microbiologia anaeróbia é um método caro e muito difícil. Técnicas simples são disponíveis para avaliação de microrganismos de diversos usos como médico, alimentar, ambiental e sistemas anaeróbios para tratamento de efluentes. Uma metodologia desenvolvida foi usada para avaliar a atividade de grupos de microrganismos em digestão anaeróbia com possível aplicação a substratos específicos. A técnica usa gases isentos de oxigênio em frascos tipo penicilina e fechados com tampa de borracha e selo de alumínio, onde foi adicionado um indicador de redução, complementos nutricionais e agentes redutores após a esterilização. O metabolismo dos microrganismos foi observado nesses frascos fechados depois de um período de incubação de quatorze dias pela variação da turbidez, de pH medido em indicador de Arrhenius e de gás capturado em tubos Duran. A técnica do Número Mais Provável (NMP) foi usada para contagem de microrganismos em meio de cultivo adaptado para grupos específicos de microrganismos que eram esperados para se desenvolver em água residuária de mandioca com amido e seus hidrolisados (dextrina, maltose e glicose) como fonte de energia. Para aferir o método, amostras foram coletadas de um reator acidogênico de mistura completa ligado a um reator metanogênico de leito fixo, ambos alimentados com água residuária de mandioca. O gás capturado nos tubos Duran dos frascos de penicilina foi analisado por cromatografia quanto ao conteúdo de metano. O uso dos meios permitiu separar os microrganismos em três grupos usando meio de cultivo seletivo: Meio Mínimo (MM) sem substratos orgânicos, Meio Completo (MC) com uma mistura de amido de mandioca e seus hidrolisados e Meio Diferencial (MD) usando cada derivado de amido isoladamente. O sistema de tratamento anaeróbio no período analisado operou com um bom desempenho e a microbiologia confirmou estes resultados. No efluente do reator acidogênico foi encontrado 10³ microrganismos/mL no MC e 10¹⁵ microrganismos/mL no MM e uma contagem máxima de 10¹⁰ em MC. No efluente do reator metanogênico, foi encontrado 10⁹ em MM microrganismos/mL e 10¹⁰ em MC. Para o MD, os valores foram intermediários para MC e MM em todas as amostras. Para testar a técnica de avaliação da atividade microbiana, uma dose única de choque de 750 mg/L de cianeto (CN^-) foi adicionada ao afluente do reator acidogênico. Depois de 48 horas, foi detectada redução na produção de gás e queda equivalente (10⁴) no número de todos os grupos de microrganismos pela entrada do cianeto. A alimentação do reator foi retornada à concentração inicial de água residuária de processamento de mandioca e, depois de quinze dias o reator voltou a apresentar estabilidade. Em decorrência, observou-se aumento de todos os grupos de microrganismos. Portanto, as contagens microbianas obtidas foram condizentes com as condições de funcionamento dos reatores anaeróbios no período avaliado, validando a metodologia proposta.

Abstract

Anaerobic microbiology evaluation is an expensive and very difficult method. Simple techniques are available for the assessment of microorganism in several uses, such as medical, food, environment and anaerobic systems for wastewater treatment. A methodology was developed to assess the activity of microorganisms groups in anaerobic digestion with possible application to specific substrata. The technique applies oxygen-free gases in serum bottles closed with a rubber cover and an aluminum seal with the addition of a reducing indicator, nutrient complements and reducing agents after sterilization. The metabolism of the microorganisms was observed in these closed serum bottles after an incubation period of fourteen days, and regarding turbidness variation, pH variation measured by Arrhenius’s indicator and gas captured in Duran tubes. The Most Probable Number (MPN) technique was used for microorganism counting in cultivation media adapted to specific microorganisms groups that were expected to grow in cassava wastewater with starch and its hydrolyzed substances (dextrin, maltose and glucose) as an energy source. In order to checking the method, samples were collected from a complete mix acidogenic reactor linked to an upflow packed bed methanogenesis reactor both feed with cassava wastewater. Gas captured in the Duran tubes from the serum bottles was analyzed by means of chromatography for methane content. The use of media allowed us to separate the microorganisms in three groups using selective cultivation media: Minimum Media (MM) without organic substrates, Complete Media (CM) with a mixture of cassava starch and its hydrolyzed substances and Differential Media (DM) using each isolated starch derivative. The anaerobic treatment system operated with a good performance and the microbiology confirmed these results during the analyzed period. Findings in the acidogenic reactor effluent were 10³ microorganisms/mL in CM and 10¹⁵ microorganisms/mL in MM, and maximum counts of 10¹⁰ in CM. In the methanogenic reactor effluent 10⁹ in MM microorganisms/mL and 10¹⁰ in MC were found. For DM the values were intermediate for CM and MM in all samplings. In order to test the technique for microbiological activity assessment, a unique shock concentration of 750 mg/L of cyanide (CN^-) was added to the acidogenic reactor affluent. After 48 hours, a reduction in gas production and a similar drop (10⁴) in number of all the microorganisms groups were observed. The reactor feeding was returned to the initial concentration of cassava processing wastewater and after 15 days the reactor showed stability. As a consequence, we verified the increase of all microorganisms groups. Therefore, the microbiological counts obtained were consistent with the functioning conditions of te anaerobic reactors during the assessed period, validating the proposed methodology.