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https://hdl.handle.net/1822/59062
Título: | Microbial interactions in the transformation of long-chain fatty acids in anaerobic reactors |
Outro(s) título(s): | Interações microbianas na transformação de ácidos gordos de cadeia longa em reatores |
Autor(es): | Duarte, Maria Salomé Lira |
Orientador(es): | Alves, M. M. Pereira, M. A. Stams, Alfons Johannes Maria |
Data: | 23-Nov-2018 |
Resumo(s): | Conversion of long-chain fatty acids (LCFA) to methane in continuous bioreactors is not fully
understood, in particular for unsaturated LCFA. For example, palmitate (C16:0, saturated LCFA)
often accumulates during oleate (C18:1, unsaturated LCFA) biodegradation in anaerobic bioreactors,
and the reason why this happens and which microorganisms catalyze this reaction remained
unknown. Facultative anaerobic bacteria are frequently found in reactors operated at high loads of
LCFA, but their function is also unclear.
In this thesis, oleate degradation in continuous bioreactors was studied to get further insights on the
microbial interactions occurring in the transformation of LCFA. For that propose we compared
bioreactors treating oleate-based wastewater (organic loading rates of 1 and 3 kg COD m-3 d-1),
operated under different redox conditions (strictly anaerobic-AnR, -350 mV; microaerophilic-MaR, -
250 mV) (Chapter 3). For the higher load tested, palmitate accumulated 7 times more in the MaR,
where facultative anaerobes were more abundant, and only the biomass from this reactor could
recover the methanogenic activity, after a transient inhibition. In other experiment, two bioreactors
were operated separately and the abundance of facultative anaerobic bacteria, namely Pseudomonas
spp. (from which two strains were isolated), was strongly correlated (p<0.05) with palmitate-to-total
LCFA percentage in the biofilm formed in a continuous plug flow reactor fed with very high loads of
oleate (Chapter 4). The Pseudomonas isolates were further tested in batch and continuous reactors
together with a syntrophic LCFA-degrading co-culture of Syntrophomonas zehnderi and
Methanobacterium formicicum (Chapter 5). The results obtained show that facultative bacteria play
an important role in anaerobic reactors treating oleate-based wastewaters, protecting the strict
anaerobes from oxygen toxicity and decreasing the oleate toxicity towards the methanogens helping
to improve oleate degradation. An additional study was performed to get insight into the production
of biosurfactants and biopolymers by the Pseudomonas isolates and the anaerobic granular sludge
during oleate degradation in continuous bioreactors (Chapter 6). The results indicate that possibly
glycolipids and hydroxyalkanoates may have been produced, however it was not possible to identify
these compounds. In conclusion, this thesis showed that the oxidation-reduction potential (ORP) and
therefore the presence of facultative bacteria, regulate oleate to palmitate conversion, decreasing the
LCFA toxicity toward methanogens, ultimately accelerating the methane production from lipid-rich
wastewaters. A conversão de ácidos gordos de cadeia longa (AGCL) a metano em reatores operados em contínuo, não é totalmente compreendida, em particular para AGCL insaturados. A acumulação de palmitato (C16:0, AGCL saturado) ocorre frequentemente durante a biodegradação de oleato (C18:1, AGCL insaturado) em reatores em contínuo, no entanto a razão pela qual isso acontece e quais os microrganismos que catalisam essa reação continuam desconhecidos. Bactérias anaeróbias facultativas são frequentemente encontradas nesses reatores operados com elevadas cargas de AGCL, no entanto a sua função também não é clara. Neste trabalho comparámos bioreatores que trataram um efluente rico em oleato (cargas orgânicas de 1 e 3 kg COD m-3 d-1), operados em diferentes condições de redox (estritamente anaeróbio – AnR, -350 mV; microaerofílico – MaR, -250 mV) (Capítulo 3). Para a carga mais elevada, a acumulação de palmitato foi 7 vezes mais elevada no reator MaR, no qual os microrganismos anaeróbios facultativos eram mais abundantes e apenas a biomassa desse reator conseguiu recuperar a atividade metanogénica depois de uma inibição transiente. Noutra experiência, dois reatores foram operados separadamente e a abundância de bactérias anaeróbias facultativas, nomeadamente de Pseudomonas spp (do qual duas estirpes foram isoladas), esteve fortemente relacionada com a percentagem de palmitato em relação ao total de AGCL presente no biofilme, o qual se formou num reator pistão alimentado com elevadas cargas de oleato (Capítulo 4). As Pseudomonas isoladas foram testadas em reatores batch e contínuos, juntamente com a co-cultura sintrófica composto por Methanobacterium formicicum e Syntrophomonas zehnderi (Capítulo 5). Os resultados obtidos mostram que as bactérias facultativas têm um papel importante nos reatores anaeróbios que tratam efluentes ricos em oleato, uma vez que protegem os microrganismos estritamente anaeróbios da toxicidade do oxigénio e diminuem também o efeito tóxico do oleato nos microrganismos metanogénicos, melhorando assim a degradação de oleato. Foi realizado ainda um estudo adicional de forma a se obter mais informação sobre a produção de biosurfactantes e biopolímeros pelos isolados de Pseudomonas e por biomassa granular anaeróbia durante a degradação de oleato em bioreatores operados em contínuo (Capítulo 6). Os resultados indicam que possivelmente glicolípidos e hidroxialcanoatos podem estar a ser produzidos, no entanto não foi possível identificar estes compostos. Em suma, esta tese mostrou que o potencial redox e consequentemente a presença da bactérias facultativas, regulam a conversão do oleato a palmitato, diminuindo a toxidade dos AGCL para os microrganismos metanogénicos, e por fim acelerando a produção de metano a partir de águas residuais ricas em lípidos. |
Tipo: | Tese de doutoramento |
Descrição: | Tese de Doutoramento em Bioengenharia |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/59062 |
Acesso: | Acesso aberto |
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