Caracterização de comunidade microbiana em biofilme associada a filtro biológico para o tratamento de efluente de aquacultura

Abstract

Na aquacultura de recirculação são utilizados filtros biológicos para o tratamento do efluente antes que este retorne aos tanques. Estas unidades de tratamento têm como finalidade a transformação de nitrogênio amoniacal em nitrato, pois a amônia e o nitrito são tóxicos para os peixes. O nitrogênio amoniacal tende a se acumular na água de cultivo, pois é um importante produto de excreção dos organismos aquáticos e degradação da ração não consumida. Nestes filtros biológicos, os microorganismos responsáveis pelo tratamento da água residuária se encontram aderidos no meio de preenchimento, formando um biofilme. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar as comunidades microbianas presentes no biofilme associado ao filtro biológico de uma unidade experimental de tratamento de efluente de aquacultura. Durante o experimento, realizado em dois sistemas paralelos representando unidades de aquacultura com e sem recirculação de água, também foram monitorados parâmetros de qualidade da água. Os tanques experimentais foram povoados com juvenis de tilápias-do-Nilo (Oreochromis niloticus), que foram submetidos a pesagens a cada quinze dias para avaliar seu ganho de biomassa. As bactérias foram identificadas através da técnica de análise microbiológica da hibridização fluorescente in situ (FISH). A estrutura do biofilme foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicam que a nitrificação teve um papel mais importante no controle da qualidade da água no sistema com recirculação em relação ao tanque sem recirculação. A análise microbiológica do meio de preenchimento do filtro revelou uma presença marcante (com proporções de Cy3/DAPI variando entre 0,5% e 7,6%) de células ativas de organismos nitrificantes (oxidadores de amônia e de nitrito), pertencendo a gêneros distintos como Nitrobacter, Nitrococcus e Nitrosomonas, além de outros grupos de presença expressiva, como bactérias filamentosas (com proporções de 11,2% a 17,3% da contagem de células marcadas com DAPI). As imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura revelaram a natureza do arranjo destas bactérias no meio filtrante, caracterizando um biofilme bem desenvolvido, composto por diversos morfotipos microbianos. O conhecimento das bactérias que compõe este biofilme pode tornar possível a geração de melhorias que podem ser implementadas para aumentar a eficiência do sistema.

In recirculating aquaculture, biological filters are used for treating the effluent before it returns to tanks. These treatment units are intended for transforming ammoniacal nitrogen into nitrate, since ammonia and nitrite are toxic to fish. Ammoniacal nitrogen tends to accumulate in culture water, because it is an important excretion product from aquatic organisms and also due to degradation of non consumed feed. In these biological filters, microorganisms responsible for the treatment of waste water adhere to the filler, forming a biofilm. The present work intended to characterize the microbial community present in the biofilm associated to the biological filter at an experimental aquaculture effluent treatment unit. During the experiment, conducted in two parallel systems representing aquaculture units with and without water recirculation, water quality parameters were also monitored. Experimental tanks were populated with juvenile Nile Tilapias (Oreochromis niloticus), which were subjected to weighing every 15 days in order to assess their biomass gain. Bacteria were identified through the microbiological analysis technique of Fluorescent In Situ Hybridization (FISH). The biofilm structure was assessed using scanning electron microscopy. The results indicate that nitrification had a more important role in the control of water quality in the system with recirculation compared with the tank without recirculation. The microbiological analysis of the filter media revealed a significant presence (with Cy3/DAPI range between 0.5% e 7.6%) of active cells from nitrifying organisms (ammonia and nitrite oxidizers), which belonged to different genera such as Nitrobacter, Nitrococcus and Nitrosomonas, in addition to groups that had an expressive presence, such as filamentous bacteria (representing 11.2% to 17.3% of the total DAPI stained cells). Scanning Electron Microscopy images revealed the nature of the arrangement of these bacteria in the filtering media, characterizing a well developed biofilm made up of diverse microbial morphotypes. The knowledge about the bacteria making up the biofilm may enable improvements that can be implemented to increase system effectiveness.