Remoção de antibióticos em efluentes secundários utilizando fotobiorreatores microalgas-bactérias.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Rodrigues, Daniel Aparecido da Silva
Orientador(a): Afonso, Robson José de Cássia Franco, Santiago, Aníbal da Fonseca
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Biodegradação
Antibióticos
Cinética química
Resistência a medicamentos
Link de acesso: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13124
Resumo: Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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Esse fato tem gerado preocupações nas comunidades científicas e governamentais em todo o mundo. Portanto, é necessário o desenvolvimento de tecnologias terciárias de tratamento de esgoto que sejam eficazes na remoção dos antibióticos. Sendo assim, o objetivo desta pesquisa foi avaliar a eficiência de remoção dos antibióticos sulfametoxazol (SMX), trimetoprima (TMP), cefalexina (CEF) e eritromicina (ERI) em efluentes secundários de uma ETE, utilizando fotobiorreatores de bancada contendo um consórcio microalgas-bactérias. Além disso, objetivou-se determinar o comportamento dos genes de resistência aos antibióticos (GRAs) sul1, blaTEM e ermB associados aos antibióticos SMX, CEF e ERI, respectivamente. Os cultivos foram fortificados com 50 µg L-1 de cada antibiótico selecionado de forma isolada, e também com 50 µg L-1 da mistura formada entre SMX e TMP, pois esses antibióticos são frequentemente coadministrados. Os cultivos foram incubados em shaker à 150 rpm e 22 ºC por sete dias. Os experimentos foram realizados em fotobiorreatores iluminados com luz artificial de LED de baixa intensidade, na qual a iluminação foi feita em ciclos de forma alternada (16:8 horas, luz/escuro). O crescimento da biomassa do consórcio microalgas-bactérias foi determinado pelas análises de sólidos suspensos totais (SST) e clorofila a, sendo os parâmetros oxigênio dissolvido e pH monitorados diariamente. A remoção dos antibióticos foi considerada pelos seguintes mecanismos: biodegradação, bioadsorção e bioacumulação, e também pelos fatores abióticos. Os parâmetros cinéticos de remoção foram determinados por um modelo de primeira ordem. A quantificação dos antibióticos foi determinada por cromatografia líquida de alta eficiência acoplada à espectrometria de massas sequencial com ionização por eletronebulização (HPLC-ESIMS/MS), sendo as amostras previamente preparadas pela extração com partição em baixa temperatura (LTPE). As concentrações adicionadas dos antibióticos selecionados não inibiram o crescimento da biomassa do consórcio microalgas-bactérias. As remoções para os experimentos realizados com o consórcio cultivado no efluente real sob iluminação foram iguais a 54,34% (SMX), 18,34% (TMP), 96,54% (CEF) e 92,38% (ERI). Para os experimentos fortificados com a mistura TMP/SMX a remoção foi de 24,58% (SMX) e 48,34% (TMP). Os valores da constante cinética de remoção (k) variaram entre 0,018 e 1,10 d -1 e os tempos de meia-vida variaram entre 0,63 e 38,72 dias. A biodegradação foi o principal mecanismo de remoção dos antibióticos, enquanto a bioadsorção e a bioacumulação foram insignificantes. A TMP foi o antibiótico mais recalcitrante dentre os analisados. A remoção dos antibióticos selecionados em água ultrapura foi desprezível. No entanto, no efluente esterilizado a remoção foi considerável para os antibióticos SMX, TMP e ERI, possivelmente, devido à presença de fotossensibilizadores de ocorrência natural no próprio efluente secundário. As abundâncias absolutas e relativas associadas ao gene de resistência sul1 aumentou para os cultivos fortificados com SMX e com a mistura TMP/SMX. Para os cultivos fortificados com a CEF houve uma diminuição na abundância absoluta do gene blaTEM, no entanto a abundância relativa aumentou ligeiramente. As abundâncias absolutas e relativas associadas ao gene ermB diminuíram significativamente, após o período de cultivo. Sendo assim, as concentrações residuais dos diferentes antibióticos estudados, presentes no meio, influenciaram na disseminação dos GRAs. O consórcio natural microalgas-bactérias utilizado no presente estudo demonstra ser uma alternativa promissora na biorremediação dos antibióticos selecionados, com potencial para remoção de outros MPEs. No entanto, estudos adicionais são necessários para compreender o papel dos principais microrganismos identificados no consórcio, bem como investigar a remoção de GRAs nos efluentes secundários.The excessive consumption and inadequate disposal of antibiotics can be associated with increased bacterial resistance. This problem has been a growing concern in scientific and governmental communities worldwide. Thus, the development of tertiary technologies that are effective in removing antibiotics are needed. Therefore, the objective of this study was to assess the removal of four antibiotics: sulfamethoxazole (SMX), trimethoprim (TMP), cephalexin (CEP) and erythromycin (ERY) in WWTP effluent by microalgae-bacteria consortium, using photobioreactors lightened with low intensity Light Emission Diode (LED). Furthermore, this study evaluated the behavior of antibiotics resistance genes (ARGs) sul1, blaTEM and ermB associated with SMX, CEP and ERY, respectively. The cultures were spiked with 50 µg L-1 of each selected antibiotic and also with 50 μg L-1 TMP/SMX mixture, due to two drugs are often co-administered. The cultures were incubated at 22°C in an incubator shaker operating at 150 rpm for 7 days. As light source, the cultures were exposed to white LED illumination (alternating light/dark periods by 16:8 h). Growth of microalgae-bacteria consortium was determined by total suspended solids (TSS) and chlorophyll a analysis. The pH values and DO concentrations of cultivation were monitored daily. The removal mechanisms assessed in this study included biodegradation, bioadsorption, bioaccumulation and abiotic factors. kinetics of antibiotics removal was determined using the first order model. The low-temperature partitioning extraction (LTPE) was used to prepare the samples. Subsequently, the residual concentration of antibiotics was quantified using high-performance liquid chromatographyelectrospray ionization-tandem mass spectrometry (HPLC-ESI-MS/MS). Growth inhibition of microalgae-bacteria consortium by addition of 50 µg L-1 of each selected antibiotics were negligible for the experiments, when compared to the blank experiments. The experiment by active microalgae-bacteria consortium showed 54.34%, 18.34%, 96.54% and 92.38% removal at SMX, TMP, CEP and ERY concentration, respectively. The removal of TMP/SMX mixture were 24.58% (SMX) and 48.34% (TMP). The removal rate constant varied between 0.016 and 1.04 d -1 , whereas the half-lives varied between 0.67 and 42.26 days. The biodegradation was the main removal mechanism for the evaluated antibiotics. Bioadsorption, bioaccumulation and the antibiotics removal in ultrapure water were negligible. Nevertheless, the antibiotics removal in sterile WWTP effluent was significant for SMX, TMP and ERY. Thus, the matrix played a role in the photodegradation process, owing to the presence of naturally occurring photosensitizers in the secondary effluent. The obtained results showed that TMP was the most recalcitrant among the studied antibiotics. The behavior of ARGs indicated a proliferation of sul1, after the period of cultivation. Nevertheless, the relative abundance of blaTEM slightly increased, although was observed a decreased in the absolute abundance. The absolute and relative abundance of ermB decreased after 7 days. Therefore, the natural microalgae-bacteria consortium used in this study, demonstrated to be a promising alternative for bioremediation of the selected antibiotics, with potential for removal others contaminants from wastewater effluent. Nevertheless, further studies to understand the role of the main microorganisms identified in the consortium are needed, and also the ARGs removal from secondary effluent.Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 08/02/2021 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.info:eu-repo/semantics/openAccessBiodegradaçãoAntibióticosCinética químicaResistência a medicamentosRemoção de antibióticos em efluentes secundários utilizando fotobiorreatores microalgas-bactérias.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOPLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8924https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/5b543cb9-7def-419d-b627-5a8e621aab24/download62604f8d955274beb56c80ce1ee5dcaeMD55falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; charset=utf-849https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/159c35c5-320f-4578-bb46-0e68851f07a2/download4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52falseAnonymousREADlicense_textlicense_texttext/html; charset=utf-80https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/9823bd2d-8a9d-483e-8e5c-0f4a8c2560f4/downloadd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53falseAnonymousREADlicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-80https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/479faf5e-0350-4497-9004-81e148cb88e6/downloadd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54falseAnonymousREADORIGINALTESE_RemoçãoAntibióticosEfluentes.pdfTESE_RemoçãoAntibióticosEfluentes.pdfapplication/pdf5563853https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/c107a04f-2c9c-4372-8e32-a1d168d9fd8a/download3fb9ffad45cc9025b85cfa1591576fe0MD51trueAnonymousREADTEXTTESE_RemoçãoAntibióticosEfluentes.pdf.txtTESE_RemoçãoAntibióticosEfluentes.pdf.txtExtracted texttext/plain349325https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/ddb7e3b5-188f-4bb4-be2e-f4d24fd181cd/download4547ae01cc13436f0346b7dd1ee6c174MD56falseAnonymousREADTHUMBNAILTESE_RemoçãoAntibióticosEfluentes.pdf.jpgTESE_RemoçãoAntibióticosEfluentes.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg2933https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/c46547d3-366d-4bf4-92ab-051368d89d5f/download72eede5883f55db20eb9a7c6757fa1ceMD57falseAnonymousREAD123456789/131242024-11-10 11:33:37.554open.accessoai:repositorio.ufop.br:123456789/13124https://www.repositorio.ufop.brRepositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332024-11-10T14:33:37Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)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