Efeito do caldo de ração na aclimatação da biomassa nitrificante em MBBR para tratamento de efluente aquícola

Abstract

A utilização de MBBRs em RAS tem se tornado padrão para o tratamento biológico nas plantas de cultivo aquícola. O bom desempenho na conversão dos compostos nitrogenados, o uso de unidades com dimensões reduzidas e a baixa manutenção são aspectos que justificam a aplicação dessa tecnologia. Apesar das vantagens do MBBR, o processo de maturação dos reatores ainda é uma etapa necessária antes da operação nos sistemas. Diversas metodologias têm sido pesquisadas e aplicadas para beneficiar o desenvolvimento de microrganismos nitrificantes para acelerar este processo, mas por muitas vezes dependem de estruturas, investimentos e produtos não disponíveis nos ambientes de cultivo. A ração é um insumo comum nas plantas aquícolas e possui na sua formulação uma fração proteica que pode exercer a função de beneficiamento destes microrganismos disponibilizando NAT pela degradação do nitrogênio orgânico. O presente estudo propôs avaliar os efeitos da aclimatação dos elementos suportes de MBBR em caldo de ração para o tratamento de efluente aquícola em RAS. Foram operados sistemas de recirculação compostos por reatores de 20 L e tanque de equalização, em regime de fluxo contínuo, com tempo de detenção hidráulica de 60 min, durante 43 dias, período suficiente para garantir o estado estacionário. O caldo de ração para a aclimatação dos elementos suportes dos reatores biológicos foi produzido a partir de ração comercial (50,65% PB). Utilizou-se efluente de um cultivo experimental de Pimelodus maculatus para abastecer inicialmente os sistemas e aportes diários de NH4Cl foram realizados para simular um cultivo com geração de 1,0 mg L-1 de NAT. Foram realizadas análises da fase líquida para determinar o desempenho de conversão dos compostos nitrogenados e análises da biomassa aderida aos elementos suportes para caracterizar a comunidade microbiana. O experimento identificou que o tratamento testado apresentou bom desempenho na conversão dos compostos nitrogenados, com a manutenção das concentrações de NH4 + e NO2 - no estado estacionário abaixo de 0,1 mg L-1 , e no tempo de maturação, que foi alcançado no 29º dia, contudo, pela condição experimental imposta, não foi identificada diferença significativa do tratamento controle. A caracterização da comunidade microbiana identificou processo de sucessão característico da formação de biofilmes, com presença e abundância representativa de espécies Candidatus Nitrospira defluvii e Nitrospira sp. atuando no processo de nitrificação.

Abstract: MBBRs in RAS have become standard for biological treatment in aquaculture plants. The better performance in the conversion of nitrogen compounds, use of units with reduced dimensions, and low maintenance are aspects that justify the application of this technology. Despite the advantages of MBBR, the reactor maturation process is still a necessary step before operating the systems. Several methodologies have been investigated and applied to benefit the development of nitrifying microorganisms to accelerate this process, but they often depend on structures, investments, and products not available in cultivation environments. Feed inputs are common in aquaculture plants and have a protein fraction in their formulation that can improve these microorganisms, providing NAT through the degradation of organic nitrogen. The present study proposed to evaluate the effects of acclimatization of MBBR support elements in feed broth for the treatment of aquaculture effluent in RAS. Recirculation systems composed of 20 L reactors and an equalization tank were operated, in a continuous flow regime, with a hydraulic retention time of 60 min, for 43 days, a period sufficient to guarantee the steady state. The feed broth for acclimatization of the support elements of the biological reactors was produced from a commercial feed (50.65% CP). Effluent from the experimental cultivation of Pimelodus maculatus was used to supply the systems, and daily inputs of NH4Cl were performed to simulate a culture generating 1.0 mg L-1 of NAT. Analysis of the liquid phase was carried out to determine the conversion of nitrogen compounds and analyze the biomass adhered to the support elements to characterize the microbial community. The experiment identified that the tested treatment showed good performance in the conversion of nitrogen compounds, with the maintenance of NH4 + and NO2 - concentrations in the steady-state below 0.1 mg L-1 and in the maturation time, which was reached on the 29th day. However, no significant difference was identified from the control treatment due to the imposed experimental condition. The characterization of the microbial community identified a succession process characteristic of the formation of biofilms, with a representative presence and abundance of Candidatus Nitrospira defluvii and Nitrospira sp. acting in the nitrification process.