Caracterización de un Consorcio Microbiano Metanogénico de una Mina de Carbón en la Cuenca de Bogotá / Characterization of a Methanogenic Microbial Consortium from a Coal Mine in Bogotá Basin

RESUMEN En el trabajo se estudió un consorcio microbiano metanogénico de una mina de carbón de la cuenca de Bogotá en Colombia. Se establecieron cultivos de enriquecimiento de carbón ex situ para el crecimiento y la producción de gas de novo. El gas biogénico producido por los cultivos se analizó mediante cromatografía de gases con detectores de ionización de llama y conductividad térmica. Los cultivos se utilizaron para aislar estirpes microbianas y para generar bibliotecas del gene 16S rARN empleando de cebadores de bacteria y de arquea. El análisis de cromatografía de gases mostró producción de metano a 37 oC, pero no a 60 oC, donde el CO2 fue el componente principal del gas biogénico. El análisis de la secuencia del gen 16S rARN de estirpes microbianos y de las bibliotecas de clones, estableció que el consorcio microbiano metanogénico estuvo formado por especies de bacterias de los géneros Bacillus y Gracilibacter más la arquea del género Methanothermobacter. El consorcio microbiano metanogénico identificado es potencialmente responsable de la generación de gas biogénico en la mina de carbón La Ciscuda. Los resultados sugirieron que los metanógenos de este consorcio producían metano por vía hidrogenotrófica o de reducción de CO2.

ABSTRACT The work studied the methanogenic microbial consortium in a coal mine from the Bogotá basin in Colombia. Ex situ coal-enrichment cultures were established for in vitro growth and de novo gas production. Biogenic gas produced by cultures was analyzed by gas chromatography using thermal conductivity and flame ionization detectors. Cultures were used to isolate microbial specimens and to generate 16S rRNA gene libraries employing bacterial and archaeal primer sets. The gas chromatographic analysis showed methane production at 37 oC, but not at 60 oC, where CO2 was the major component of the biogenic gas. 16S rRNA gene sequence analysis of microbial isolates and clone libraries established that the methanogenic microbial consortium was formed by bacteria species from Bacillus and Gracilibacter genera plus archaea from the Methanothermobacter genus. This meth-anogenic microbial consortium was potentially responsible for biogenic gas generation in La Ciscuda coal mine. The results suggested that these methanogens produced methane by hydrogenotrophic or CO2 reduction pathways.

Emissões fugitivas de biogás em camada de cobertura de solo compactado em aterro sanitário / Fugitive emissions of biogas in coverage liner of compacted soil in a landfill

RESUMO As emissões fugitivas de biogás podem representar parcela significativa do fluxo de gases em aterros sanitários, inviabilizar o aproveitamento energético do metano (CH4), além de oferecer riscos à saúde ambiental das comunidades circunvizinhas ao empreendimento. Nesse contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar as emissões fugitivas e os fatores que interferem no fluxo de biogás em camada de cobertura final (liner) de aterro sanitário. A área de estudo consistiu em uma célula de resíduos, com massa de 62.359,44 t de resíduos sólidos urbanos (RSU) depositados, no aterro sanitário de Campina Grande, Paraíba, Brasil. Nessa célula, foram realizadas medições das emissões fugitivas de biogás, por meio da metodologia de placa de fluxo estática, análises das concentrações de gases na interface solo-resíduo, utilizando dispositivos de medição de concentração de gases (DMC) e mapeamentos das emissões de gases na célula de resíduos, aplicando técnicas de interpolação de dados baseada na Krigagem. Foram verificados fluxos de CH4 e dióxido de carbono (CO2) variando de 0 a 0,09 e 24,62 a 331,31 g.m-2.dia-1, respectivamente. O percentual de retenção do CH4 e do CO2 pela liner foi elevado, acima de 95%, sendo influenciado principalmente pelo elevado grau de compactação (GC) médio obtido para a célula (91,84%) e pela eficiência do sistema de drenagem de gases. O mapeamento das emissões de biogás na célula de resíduos mostrou-se uma ferramenta importante na identificação das áreas com maior potencial de geração e de fluxo de biogás pela camada de cobertura.

ABSTRACT Fugitive biogas emissions can represent a significant part of the gas flow in landfills, make the methane (CH4) energy use unfeasible, and also pose risks to the environmental health of the surrounding communities. In this context, this work aimed to evaluate the fugitive emissions and the factors that interfere in the biogas flow in the final landfill liner. The study area consisted of a Waste Cell, with a mass of 62,359.44 t of MSW deposited at the Campina Grande Sanitary Landfill, Paraíba, Brazil. In this Cell, measurements of the fugitive emissions of biogas were carried out, using the static chamber methodology; analysis of the concentration of gases at the soil-waste interface, using Gas Concentration Measurement Devices (CMD); and mapping of the gas emissions in the Waste Cell, applying data interpolation techniques based on Kriging. Flows of CH4 and carbon dioxide (CO2) ranging from 0 to 0.09 and 24.62 to 331.31 g.m-2.day-1, respectively. The percentage of retention of CH4 and CO2 by the liner was high, above 95%, being influenced mainly by the high degree of average compaction obtained for the Waste Cell (91.84%) and by the efficiency of the gas drainage system. The mapping of biogas emissions in the Waste Cell proved to be an important tool in the identification of the areas with the greatest potential for biogas generation and flow through the cover liner.

Reducción de metano in vitro con el glucósido cianogénico Linamarina / Reduction of in vitro methane with the cyanogenic glucoside Linamarin

RESUMEN Objetivo. Evaluar el efecto de dosis crecientes del glucósido cianogénico Linamarina, en la reducción de metano ruminal in vitro. Materiales y Métodos. Se empleó líquido ruminal de dos ovejas fistuladas de la raza Merino Precoz, con el que se inoculó un sustrato fermentativo constituido por heno de alfalfa (Medicago sativa) y grano de avena molido (Avena sativa L.), se adicionó solución buffer y Linamarina (pureza de ≥98%) en dosis crecientes, lo que se llevó a incubación por ocho horas in vitro. El metano se midió cada hora, con un monitor de gases infrarrojo. Resultados. De acuerdo con el incremento de las dosis de Linamarina (0, 6, 13, 20 y 26 mg/L), la concentración de metano disminuyó de forma lineal (p≤0.05) en (9.7, 9.2, 18.1 y 29.4%) respectivamente. Se observó una reducción significativa de metano con la dosis más alta de Linamarina. Conclusión. La Linamarina, en su estado puro, fue eficaz en la reducción de metano durante la fermentación ruminal in vitro. Por lo tanto, este estudio constituye una base para futuros experimentos que incluyan fuentes vegetales de Linamarina y otras variables ruminales, lo que puede conducir a encontrar estrategias para reducir los gases de efecto invernadero.

ABSTRACT Objective. To assess the effect of rising doses of the cyanogenic glucoside Linamarin on the reduction of in vitro rumen methane. Materials and methods. Rumen fluid from two fistulated Merino Precoz sheep, inoculated with a fermentation substrate comprising alfalfa hay (Medicago sativa) and ground oat grain (Avena sativa L.), and added with buffer solution and Linamarin (purity ≥98%) in rising doses, was incubated for eight hours in vitro. Methane was measured each hour with an infrared gas monitor. Results. According Linamarin doses were increased (0, 6, 13, 20 and 26 mg/L), the methane concentration fell in a linear manner (p≤0.05) by (9.7, 9.2, 18.1 and 29.4%), respectively. A significant reduction of methane was seen whit the highest dose of Linamarin. Conclusions. Linamarin, in pure state, was effective to reduce methane during in vitro ruminal fermentation. Therefore, this study constitutes a basis for future experiments including vegetable sources of Linamarin as well as other rumen variables, leading to find a strategy for reducing greenhouse gases.

Evaluación de producción de biogás y reducción de carga orgánica de vinazas mediante digestión anaerobia / Biogas production evaluation and reduction of vinasse organic load by anaerobic digestion

RESUMEN La vinaza es un residuo derivado de la producción de alcohol carburante, que posee elevada carga orgánica disuelta (46%), bajo pH que oscila entre 3-5 y alta demanda química de oxigeno (DQO) de 200-300 mgDQO/L, dichas características hacen de la vinaza un potencial contaminante. Hoy en día, se han buscado métodos que contribuyan a un adecuado manejo de este residuo, como su aprovechamiento para generar energía. En esta investigación se determinó el efecto de la concentración de vinaza y el tipo de lodo inoculante sobre la tasa global de producción de biogás, actividad metanogénica y reducción de carga orgánica durante el proceso de digestión anaerobia. Se utilizaron lodos como fuente de inóculo, provenientes de una PTAR, de una laguna de vinaza, y de laguna de oxidación y enfriamiento; la producción de biogás se cuantificó con la técnica de desplazamiento de líquido, se determinó la actividad metanogénica específica (AME), se determinó la tasa de remoción de DQO y sólidos totales y se aislaron microorganismos metanogénicos. Se encontró que la concentración de 90% de vinaza con lodos de la laguna de oxidación obtuvo los mejores rendimientos, se cuantificó 674.5 mL de biogás durante 1 8 días en un volumen de trabajo de 400 mL y se calculó la AME de 0.2 gDQOCH4/gSSV.d. Se demostró que a partir de la digestión anaerobia reduce un 25.2% de la DQO y 22.4% de sólidos; los resultados del análisis microbiológico permitieron evidenciar la presencia de microorganismos metanogénicos en el biorreactor anaerobio.

ABSTRACT Sugarcane vinasse is a residue derived from the production of fuel alcohol, that has a high dissolved organic load (46%), pH ranging from 3 to 5, and chemical oxygen demand (COD) from 200 to 300 mg/l. These characteristics make of the vinasse a potential contaminant. Therefore, methods have been sought that contribute to an adequate management of this waste, such as its use to generate energy. In this research, the process of anaerobic digestion of sugarcane vinasse and sludge as inoculant was evaluated based on the global rate of biogas production, methanogenic activity and reduction of organic load. Different concentrations of vinasse and different sources of sludge were tested; WWTP biosolids, vinasse sludge, and sludge from oxidation and cooling lagoon. Biogas production was quantified by technique liquid displacement, was determined the specific methanogenic activity (SMA), removal of COD and total solids were also determined, and isolation of methanogenic microorganisms. It was determined that the concentration of 90% of vinasse with sludge from the oxidation and cooling lagoon produced the highest yield; 674.5 mL of biogas was quantified during 18 days in a work volume of 400 mL and the SMA of 0.2 g DQOCH4 / gSSV.d was calculated. It was demonstrated that the anaerobic digestion it reduces 25.2% of COD and 22.4% of solids, the results of the microbiological analysis allowed to demonstrate the presence of methanogenic microorganisms in the anaerobic biorreactor.

Estudo da atividade metanogênica específica de diferentes lodos anaeróbios / Study of specific methanogenic activity of different anaerobic sludges

RESUMO O estudo da atividade metanogênica específica (AME) constitui uma importante ferramenta para o controle operacional de reatores anaeróbios, pois apresenta parâmetros de monitoramento da eficiência e estabilidade de um reator biológico. Nesse sentido, o presente trabalho visou determinar a AME de lodos provenientes de reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB - upflow anaerobic slugde blanket) de duas indústrias cervejeiras (lodos A e B), uma de processamento de grãos (lodo C), uma leiteira (lodo D) e uma de processamento de couro (lodo E). Os ensaios foram conduzidos em batelada, em ambiente aclimatado a 35°C, utilizando um equipamento para monitorar a geração de biogás em função do tempo de digestão. Também foi realizada a qualificação do gás metano presente no biogás gerado pelos diferentes lodos. O maior valor de AME obtido e a maior porcentagem do gás metano produzido, para uma concentração de biomassa de 5,0 gSTV.L-1 e 4,0 gDQO.L-1 de glicose, foram para o lodo B: 0,36 gDQO-CH4.gSTV-1.d-1 e 58,9%, respectivamente.

ABSTRACT The study of Specific Methanogenic Activity (SMA) is an important tool for operational control of anaerobic reactors, as it presents parameters to monitor the efficiency and stability of a biological reactor. For this reason, the present article aimed to determine the SMA of sludges from UASB reactors, of two different brewing industries (sludges A and B), a grain processing industry (sludge C), a dairy industry (sludge D), and a leather processing industry (sludge E). Assays were performed in batch, at an acclimatized environment (35°C), using a device equipment to monitor the generation of biogas due to digestion time. Also, the quantity of methane gas was measured in the biogas generated by the different sludges. The best SMA value obtained and the greater percentage of methane gas generated, with a biomass concentration of 5.0 gSTV.L-1, and a glucose concentration of 4.0 gCOD.L-1, were for sludge B, with 0.36 gCOD-CH4.gSTV-1.d-1 and 58.9%, respectively.

Methane emissions of extensive grazing breeding herds in relation to the weaning and yearling stages in the Eastern Plains of Colombia / Emisiones de metano en hatos de carne en pastoreo extensivo relacionadas con los períodos de destete y levante en los Llanos

ABSTRACT A substantial proportion of beef production in Colombia originates in its extensive Eastern Plains. However, in this scenario and in a global context, demand for cattle production increasingly requests that it satisfies social and environmental expectations in addition to being economically efficient. A dataset containing five-year long records of cow-calf production systems collected at Carimagua Research Centre located in the Meta Department was retrospectively interrogated to understand the liveweight (LW)-derived flux matrix dynamics of methane (CH4) emissions. Estimated total CH4 (kg) emissions during the gestation period, were similar between conventional weaned (CW; 37.86 ± 0.506 kg) and early weaned (EW; 37.47 ± 0.476 kg) cows. However, averaged over two lactations, total CH4 emissions were larger (p < 0.0001) in CW cows (38.67 ± 0.456 kg) than in their EW (14.40 ± 0.435 kg) counterparts. Total gas emissions from birth to comparable commercial yearlings age were higher (p < 0.0001) for CW (43.11 ± 0.498 kg) calves than for EW (40.27 ± 0.472 kg) calves. It was concluded that mid and long-term pastoral datasets and new concerns are well suited to understand different contexts and adaptations to the contemporary weather conditions. Nevertheless, conventional farming systems will be less environmentally vulnerable if EW management practices involve the strategic and temporal use of improved pastures. The roles of veterinary medicine and animal sciences are briefly discussed in the context of unprecedented climate variability to provide a guide to the uncertain future.

RESUMEN Una proporción substancial de la producción de carne de res en Colombia se origina en sus Llanos Orientales. Sin embargo, allí, así como en un contexto global, dicha producción ganadera debe ser económicamente eficiente y satisfacer expectativas sociales y ambientales. Considerando algunos de esos intereses, se analizaron cinco años de eventos productivos y de manejo del destete implementados en el Centro de Investigaciones Carimagua, localizado en el departamento del Meta, para interpretar en vacas de carne y sus crías las dinámicas de peso vivo asociadas con emisiones derivadas de metano (CH4). Emisiones totales de CH4 (kg) durante la gestación fueron similares entre las vacas destetadas convencionalmente (CW; 37.86 ± 0.506 kg) y aquellas destetadas tempranamente (EW; 37.47 ± 0.476 kg). Sin embargo, el promedio de dos lactancias demostró mayores (p < 0.0001) emisiones en vacas CW (38.67 ± 0.456 kg) que en vacas EW (14.40 ± 0.435 kg). Emisiones acumuladas entre el nacimiento y el levante fueron mayores (p < 0.0001) en terneros CW (43.11 ± 0.498 kg) que en terneros EW (40.27 ± 0.472 kg). Se concluyó que nuevos cuestionamientos y datos de pastoreo de mediano y largo plazo son apropiados para entender contextos innovadores y adaptaciones a las condiciones climáticas actuales. Sin embargo, el manejo convencional en las fincas será menos vulnerable al medio ambiente si prácticas de destete temprano son introducidas considerando el uso estratégico y temporal de pastos mejorados. Los roles de la medicina veterinaria y las ciencias animales se discuten brevemente en el contexto de la variabilidad climática existente.

Efecto del pretratamiento térmico de residuos de alimentos sobre la producción de metano / Effect of the thermal pretreatment of from food waste on methane production

RESUMEN Los residuos de alimentos son el componente principal de los residuos sólidos municipales y dado su elevado contenido de materia orgánica tienen alto potencial de producción de metano, mediante la digestión anaerobia; sin embargo, la predominancia de material lignocelulósico dificulta su hidrólisis. En este estudio, mediante ensayos de potencial bioquímico de metano, se evaluó el efecto de diferentes condiciones de pretratamiento térmico del sustrato, aplicando temperaturas entre 72 - 128°C y tiempos de exposición de 15 - 33 minutos sobre el rendimiento de producción de CH4. Para evaluar el efecto de las condiciones de pretratamiento, se empleó la metodología de superficie de respuesta y la aplicación de los modelos cinéticos de primer orden y de ajuste de Gompertz modificado. Los parámetros cinéticos identificados fueron validados, mediante niveles de confianza, usando la matriz de información de fisher. Se encontró que la región óptima, para alcanzar un mayor rendimiento en la digestión anaerobia, en cuanto a la producción de CH4, superior a 150mLCH4 gSV-1 y tiempos de la fase de latencia menores a 1 día, fue alrededor de 100°C, con tiempos de exposición cercanos a 15 minutos, condición en que se alcanzó una mayor solubilidad y mejorando positivamente la etapa hidrolítica del proceso anaerobio.

ABSTRACT Food waste are the main component of the municipal solid waste and given their high content of organic matter, have high potential for methane production through the anaerobic digestion. However, the predominance of lignocellulosic material hinders its hydrolysis. In this study, by means of assays of biochemical methane potential, the effect of different thermal pre-treatment conditions of the substrate was evaluated by applying temperatures between 72 - 128°C and exposure times of 15 - 33 minutes on the conditions on the performance of CH4. To evaluate the effect of pretreatment, we used the Response Surface Methodology accompanied by the application of first order kinetic and modified Gompertz models. The identified kinetic parameters were validated using confidence levels using the fisher information matrix. It was found that the optimal region, to reach a higher yield in the anaerobic digestion with regard to the production of CH4 higher than 150mLCH4 gVS-1 and lag-phase times less than 1 day, was around 100°C with exposure times close to 15 minutes, condition in which a greater solubility was reached and positively improving the hydrolytic stage of the anaerobic process.

Estimativa do potencial de recuperação energética de resíduos sólidos urbanos usando modelos matemáticos de biodigestão anaeróbia e incineração / Estimation of municipal solid waste energy recovery potential using mathematical models of anaerobic biodigestion and incineration

RESUMO Atualmente, um dos grandes problemas enfrentados pelos gestores de resíduos sólidos urbanos (RSU) é a disposição final dos resíduos gerados por sua população. As disposições de resíduos devem ser feitas em espaços e sob condições adequados de modo a minimizar os impactos socioeconômicos e ambientais. Nesse contexto, este artigo teve por objetivo estimar o potencial de recuperação energética de RSU usando modelos de simulação matemática para a biodigestão anaeróbia e a incineração. Como objeto de estudo, foram considerados os resíduos dispostos no aterro sanitário de Caieiras, localizado no município de Caieiras (SP). Para avaliação da biodigestão anaeróbia, foram analisados modelos matemáticos que permitem estimar a produção de metano em função dos diversos fatores que interferem no processo (concentração de acetato e de micro-organismos, variação do pH, entre outros). No caso da incineração, foram considerados modelos matemáticos empíricos (baseados nas análises imediata, gravimétrica e elementar) para estimar o poder calorífico inferior dos RSU. De acordo com os resultados obtidos, para a biodigestão anaeróbia seria possível obter potência média de 38,8 MW. Caso a incineração fosse adotada como método de tratamento dos RSU, seria possível obter potência elétrica média de 214 MW (considerando a incineração de 100% dos resíduos). Com base nas simulações realizadas para a biodigestão anaeróbia e a incineração como possíveis métodos de destinação dos RSU, conclui-se que o processo de incineração apresenta potencial de geração de eletricidade aproximadamente cinco vezes maior do que a conversão energética da biodigestão anaeróbia.

ABSTRACT Currently, one of the major problems faced by managers of solid urban waste is the final disposal of the waste generated by their population. Waste disposals should be done in spaces and/or under appropriate conditions, in order to minimize socioeconomic and environmental impacts. In this context, this article aims at estimating the energy recovery potential of urban solid waste using mathematical simulation models for anaerobic biodigestion and incineration. As object of study, the waste disposed in Caieiras landfill, located in the city of Caieiras/SP, was considered. To evaluate the anaerobic digestion, mathematical models were used to estimate methane production as function of the various factors that influence the process (acetate and microorganisms concentration, pH variation among others). In the case of incineration, empirical mathematical models (based on immediate, gravimetric and elementary analysis) were used to estimate the lower heating value of urban solid waste. According to the results obtained, it would be possible to obtain an average power of 38.8 MW for anaerobic digestion. If the incineration method was adopted, it would be possible to obtain an average electrical power of 214 MW (considering the total incineration of the waste). Based on the simulations carried out for anaerobic biodigestion and incineration as possible methods of municipal solid waste disposal, it is concluded that the incineration process of municipal solid waste presents a greater potential of electricity generation, approximately five times higher than the energy conversion potential of anaerobic digestion.

Methane emission from a flooded rice field under pre-germinated system / Emissão de metano em área de arroz irrigado sob sistema pré-germinado

ABSTRACT: Local greenhouse gas flow measurement studies have been encouraged at a global level as a subsidy for national and state inventories. This study aimed to evaluate the seasonal methane emission during the 2008/2009 harvest, from an irrigated rice plantation, under pre-germinated system, in the municipality of Tremembé, State of São Paulo, using the static chamber technique and gas chromatography. The study showed high seasonal emission of methane (CH4) for the studied area, probably due to the long flooding period. It was estimated the CH4 emission factor (6.51 kg CH4 ha-1 dia-1), the partial global warming potential (pGWP, 27.2 Mg CO2eq growing season-1 ha-1) and the yield-scaled pGWP (YpGWP, 3.9 kg CO2eq kg-1 grain).

RESUMO: Estudos locais de mensuração de fluxos de gases de efeito estufa em sistemas agrícolas têm sido incentivados a nível global como base para subsidiar estimativas nacionais e estaduais de emissão. Este estudo objetivou quantificar a emissão sazonal de metano (CH4) em cultivo de arroz irrigado, sob sistema pré-germinado, no município de Tremembé, Estado de São Paulo, na safra de 2008/2009, utilizando o método de câmara estática e cromatografia gasosa. O estudo mostrou elevada emissão sazonal de CH4 para a área estudada, em função, provavelmente do longo período de inundação. Foi estimado o fator de emissão de CH4 (6,51 kg CH4 ha-1 dia-1), o potencial de aquecimento global parcial (PAGp, 27,2 Mg CO2eq estação de crescimento-1 ha-1) e o PAGp escalonado pelo rendimento (R) de grãos (PAGpR, 3,9 kg CO2eq kg-1 grão).

In vitro production of gas methane by tropical grasses / Produccion in vitro de gas metano por gramineas forrajeras tropicales

ABSTRACT Objective. Estimate the production of methane (CH4) by tropical grasses fermented in vitro. Materials and methods. A sample of 20 g dry matter of Cynodon nlemfuensis, Hyparrhenia rufa, Megathyrsus maximus and Digitaria swazilandensis plus 200 ml of culture medium were plated in triplicate flasks sterile stainless steel with CO2 flux, inoculated with 20 ml of ruminal fluid bovine, incubated at 38 °C for 24, 48, 72 and 96 h. Total production of gas, CH4, volatile fatty acids, and pH were evaluated in a completely randomized design with three replicates per treatment and comparison of means with Tukey; the concentration of total and cellulolytic bacteria were analyzed with the Kruskal-Wallis, and the GLM procedure independent data Wilcoxon rank. Results. H. rufa and D. swazilandensis both had the lowest total gas production (p<0.05), while D. swazilandensis had lower production of CH4, increased production of propionic acid (p<0.05) and lower pH 96 hours of incubation (p<0.05). D. swazilandensis showed greater efficiency in energy production due to reduced production of CH4 and increased propionate production. The concentration of total bacteria was similar between treatments (p>0.05), while the concentration of cellulolytic bacteria was lower in C. nlemfuensis y D. swazilandensis when 96 of incubation (p<0.05). Conclusions. The Digitaria swazilandensis, showed favorable conditions to have lower total methane and total gas production.

RESUMEN Objetivo. Estimar la producción de metano (CH4) por gramíneas tropicales fermentadas in vitro. Materiales y métodos. Una muestra de 20 g de materia seca de Cynodon nlemfuensis, Hyparrhenia rufa, Megathyrsus maximus y Digitaria swazilandensis más 200 ml de medio de cultivo se depositaron por triplicado en frascos de acero inoxidable estériles con flujo de CO2, se inocularon con 20 ml de líquido ruminal de bovino e incubaron a 38 °C por 24, 48, 72 y 96 h. Se evaluó producción total de gas, CH4, ácidos grasos volátiles, y pH en un diseño completamente al azar con tres repeticiones por tratamiento y la comparación de medias con Tukey; la concentración de bacterias totales y celulolíticas, se analizaron con la prueba de Kruskal-Wallis, y el procedimiento GLM con datos de rangos independientes de Wilcoxon. Resultados. H. rufa y D. swazilandensis tuvieron la menor producción total de gases (p<0.05), mientras que D. swazilandensis tuvo menor producción de CH4, mayor producción de ácido propónico (p<0.05) y menor pH a las 96 horas de incubación (p<0.05). D. swazilandensis mostró mayor eficiencia en la producción de energía por la menor producción de CH4 y mayor producción de propionato. La concentración de bacterias totales fue similar entre tratamientos (p>0.05), mientras que la concentración de bacterias celulolíticas fue menor en C. nlemfuensis y D. swazilandensis a la hora 96 de incubación (p<0.05). Conclusiones. La Digitaria swazilandensis, mostró condiciones favorables para tener menor producción total de metano y gases totales.

Avaliação dos parâmetros cinéticos da geração de metano em uma célula experimental de resíduos sólidos / Evaluation of kinetic parameters for methane generation in a solid waste test cell

RESUMO O presente trabalho avalia os parâmetros cinéticos de modelos de primeira ordem (exponenciais) para geração de metano em aterros sanitários na região subtropical de São Paulo (SP). Construiu-se uma célula experimental especialmente para esse objetivo. A função resposta temporal da célula para geração de metano devido a uma deposição de resíduos sólidos urbanos (RSU) foi obtida ao longo de 600 dias. O tempo necessário para iniciar a geração de metano foi de 190 dias. Entre o 400º e o 500º dia após a deposição dos resíduos houve uma fase de elevada taxa de geração de metano e, após o 560º dia, esta começou a diminuir de forma relevante. Os parâmetros cinéticos potencial de geração de metano (L) e constante de biodegradação para geração de metano (k) foram inferidos por meio de ajustes do modelo de primeira ordem à função resposta obtida experimentalmente e utilizando informações de composição dos RSU. Os valores obtidos para L e k para biodegradação rápida (nos primeiros 3 anos) foram, respectivamente, 1.481±1.072 mol t-1 RSU e 0,18±0,13 ano-1. Os valores obtidos para L e k considerando biodegradação rápida e lenta (até dezenas de anos) foram 3.835 mol t-1 RSU e 0,069±0,002 ano-1 e 5.027 mol t-1 RSU e 0,052±0,002 ano-1, respectivamente, dependendo da metodologia utilizada para a determinação de L. Os resultados obtidos na célula experimental indicam que a biodegradação dos RSU em Caieiras (SP) ocorre rapidamente, isto é, com valores maiores para k e menores para L do que aqueles sugeridos na literatura. Esses resultados indicam possível redução da longevidade dos projetos de aproveitamento energético do metano em aterros sanitários em regiões tropicais e subtropicais. Ao final são feitas recomendações para a escolha de L e k para dimensionamento de projetos de aproveitamento energético e para avaliações e remediações ambientais.

ABSTRACT This work evaluates the kinetic parameters of first order (exponential) models for methane generation in sanitary landfills in the subtropical region of São Paulo, SP. Specially for this purpose, a test cell was built. The temporal response function for the test cell's methane generation was obtained over 600 days due to placement of municipal solid waste (MSW). The time required to start the methane generation was 190 days. Between the 400th and 500th day after the MSW placement there was a period of high methane generation rate, and after the 560th day it began to decrease. The kinetic parameters methane generation potential (L) and biodegradation constant for methane generation (k) were inferred through fittings of the first order model to the experimental response function and using MSW composition information. The values obtained for L and k for fast biodegradation were respectively 1,481±1,072 mol t-1 MSW and 0.18±0.13 year-1. The values obtained for L and k considering fast and slow biodegradation were 3,835 mol t-1 MSW and 0.069±0.002 year-1 and 5,027 mol t-1 RSU and 0.052±0.002 year-1, respectively, depending on the methodology used for determining L. The results obtained in the test cell indicate that the biodegradation of municipal solid waste in Caieiras occurs rapidly, i.e., with higher values for k and lower values for L than those suggested in the literature. These results indicate a possible reduction in the longevity of energy generation projects through methane recovery in landfills located in tropical and subtropical regions. Finally, we present recommendations for choosing L and k for sizing energy recovery projects and for undertaking environmental assessments and remediation.

Estudos laboratoriais para avaliação do desempenho de camadas de cobertura de aterros sanitários em relação à redução de emissões de gases e infiltrações / Laboratory studies to evaluate the performance of landfill cover layers for the reduction of gases emissions and infiltrations

RESUMO As camadas de cobertura de aterros sanitários são construídas para impedir a saída de gases para a atmosfera e a entrada de líquidos no interior do aterro, minimizando os impactos no meio ambiente. Este trabalho avaliou, por meio de ensaios de colunas de solos em laboratório, o desempenho de duas camadas de cobertura, compreendendo o comportamento dos solos em função das emissões de metano (CH4) e da infiltração de água em seu interior. Foram utilizadas duas configurações de camada de solos: Coluna 1, camada convencional com solo com espessura 0,60 m e grau de compactação de 80%; e Coluna 2, camada oxidativa, com espessura de 0,30 m de solo com grau de compactação de 80%, sobreposta por uma camada de 0,30 m de solo misturado com produto compostado na proporção de 1:1 em volume com grau de compactação de 76%. Após a confecção das colunas (dimensões úteis de 0,60 m de altura e 0,15 m de diâmetro), foi injetado CH4 em sua parte inferior com concentração de 100% na vazão de 0,5 L/h (8,3 mL/min ou 486 g/m2.dia) para se avaliar a redução das emissões. Posteriormente, foi simulada chuva de 40 mm - sendo 30 mm em 1 dia e 10 mm 3 dias após a primeira simulação - e avaliada a infiltração da água e as emissões de CH4 nas colunas. Os resultados obtidos indicam que as duas configurações de camadas de cobertura apresentaram resultados satisfatórios, diminuindo o volume de líquidos para o interior do aterro e minimizando as emissões de CH4 para a atmosfera. Observou-se que a Coluna 2 (0,30 m de solo + 0,30 m de solo + produto compostado) se mostrou mais eficiente tanto na redução de emissões como na capacidade de retenção de água em relação à Coluna 1 (0,60 m de solo), sugerindo que camadas oxidativas podem se tornar uma alternativa tecnológica para regiões onde exista escassez de solos argilosos.

ABSTRACT Landfill cover layers are built to prevent the release of gases into the atmosphere and the inflow of liquids into the landfill, minimizing impacts on the environment. This study evaluated, through the testing of soil columns in the laboratory, the performance of two cover layers, comprehending the behavior of the soils as a function of methane emissions and liquid flows in its interior. Two configurations were used in the soil layer: Column 1, conventional layer with compacted soil of 0.60 m thickness and 80% degree of compaction; and Column 2, oxidative layer with 0.30 m thickness of soil and 80% degree of compaction, stuck by a layer of 0.30 m of mixed soil with composted product in the volume ratio of 1:1 with 76% degree of compaction. After the confection of the columns (0.60 m in height and 0.15 m in diameter), methane gas was injected into the inferior part of the columns with a concentration of 100% at a flow rate of 0.5 L/h (8.3 mL/min or 486 g/m2.day) to evaluate the emission reduction. Subsequently, a rain of 40 mm was simulated - being 30 mm in one day and 10 mm three days after the first simulation -, and both the methane emissions and the infiltration of water in the columns were evaluated. The obtained results indicate that the two column configurations of landfill cover layers presented satisfactory results, reducing the volume of liquids into the landfill and minimizing the methane emissions into the atmosphere. It is observed that Column 2 (0.30 m of soil + 0.30 m of soil + composted product) was more efficient in the reduction of emissions, as well as in the retention capacity of water in relation to Column 1 (0.60 m of soil), suggesting that oxidative layers can become a technological alternative for regions where there is scarcity of clay soils.

Pithecellobium dulce, Tagetes erecta and Cosmos bipinnatus on reducing enteric methane emission by dairy cows / Pithecellobium dulce, Tagetes erecta e Cosmos bipinnatus na redução de emissão de metano por vacas leiteiras

ABSTRACT: The aim of the present research was to evaluate the effect of Pithecellobium dulce, Tagetes erecta and Cosmos bipinnatus on methane emission, milk yield and dry matter intake in dairy cattle. A 4×4 Latin square experimental design was employed, using four multiparous Holstein cows of 553±72.4kg body weight, at mid lactation and average milk yield of 17.3±3kg/day. The experiment lasted 92 days, divided into four experimental periods of 23 days each. All cows had free access to maize and alfalfa silage in a 50:50 proportion, 4kg of concentrate/day and ad libitum access to water. Treatments consisted in supplementation of 0.5kg/day of the experimental plants, with one control treatment without supplementation. Each cow received one of each treatment in turn during one of the four periods. The C. bipinnatus reduced methane production by 16% (P<0,05) in comparison with the control diet. Milk production, milk composition and dry matter intake were not affected (p>0 0.05) by the use of C. bipinnatus or any other plant species. Supplementation at low doses of C. bipinnatus showed a reduction in ruminal methane production in dairy cows.

RESUMO: O objetivo deste estudo é avaliar o efeito do Pithecellobium dulce, Tagetes erecta e o Cosmos bipinnatus na emissão do metano, a produção de leite e de ingestão diária de matéria seca pelo gado. Um desenho experimental do quadrado latino 4x4 foi usado, com quatro vacas da raça Holandesa, multíparas, de 553±72,4kg, no seu segundo terço da lactação e rendimento médio de leitedo de 17,3±3kg/dia. O experimento durou 92 dias e foi dividido em quatro períodos de 23 dias cada um. Das vacas tinham acesso livre a milho e silagem de alfafa, numa proporção de 50:50, com 4kg de concentrado por dia, com acesso a água ad libitum. Os tratamentos consistiram na ingestão de 0,5kg por dia, com as plantas experimentais; as vacas no tratamento de controle não receberam nenhuma planta, porém, elas receberamum tratamento, em cada um dos quatro períodos. O C. bipinnatus reduziu significativamente a produção de metano em 16% (P<0,05), em comparação com a dieta controle. A produção de leite, sua composição e o consumo de matéria seca não foram afetados (P>0,05) pelo uso de C.bipinnatus ou outras espécies de plantas. A ingestão com doses baixas de C. bipinnatus, que é uma planta arbustiva com um centéudo moderado de taninos, mostrou ter potencial para reduzir a produção de metano ruminal em vacas leiteiras.

Diurnal variation of methane emission from a paddy field in Brazilian Southeast / Variação diurna da emissão de metano em arroz irrigado no Sudeste do Brasil

ABSTRACT: This study aimed to investigate the diurnal variation of methane (CH4) emission in a flooded-irrigated rice field at different stages of the plant development under tropical climate in three growing seasons, in order to determine the most appropriate time for gas sampling in the Brazilian Southeast region. It aimed also to verify correlations between CH4 flux and air, water and soil temperatures, and solar radiation. The CH4 emissions were measured every 3-hour interval on specific days in different development stages of the flooded rice in the Experiment Station of the Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA), Pólo Regional Vale do Paraíba, at Pindamonhangaba, State of São Paulo (22°55' S, 45°30' W), Brazil. Different CH4 emission rates were observed among the plant growth stages and also among the growing seasons. The CH4 emission showed high correlation with the soil temperature at 2cm depth. At this depth, the CH4 emission activation energy in response to soil temperature was higher in the stage R2. Emission peaks were observed at afternoon, while lower fluxes were recorded at the early morning. The most appropriate local time for gas sampling was estimated at 12:11:15a.m.±01:14:16 and 09:05:49p.m.±01:29:04.

RESUMO: Este estudo teve como objetivo investigar a variação diurna de emissões de metano (CH4) em uma lavoura de arroz irrigado por inundação em diferentes estágios de desenvolvimento de plantas de arroz irrigado, sob clima tropical, em três estações de crescimento, para determinar o período de tempo mais apropriado à amostragem de gás na região Sudeste do Brasil. O trabalho objetivou também verificar correlações entre o fluxo de CH4 e as temperaturas do ar, da água e do solo e a radiação solar. As emissões diurnas de CH4 foram medidas a cada intervalo de três (3) horas em dias específicos em diferentes estágios de desenvolvimento da planta de arroz inundado na Estação Experimental da Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA), Pólo Regional Vale do Paraíba, em Pindamonhangaba, Estado de São Paulo (22°55' S, 45°30' W), Brasil. Diferentes taxas de emissão foram observadas entre os estágios de desenvolvimento da planta avaliados e também entre as estações de cultivo. A emissão de CH4 mostrou alta correlação com a temperatura do solo a 2cm de profundidade. Nesta profundidade, a energia de ativação da emissão de CH4 em resposta à temperatura do solo foi maior no estágio R2. Os picos de emissão foram observados no período da tarde, enquanto que menores fluxos foram registrados no início da manhã. O horário mais apropriado para amostragem de gás foi estimado em 12:11:15a.m.±01:14:16 and 09:05:49p.m.±01:29:04.

Análise da eficiência de modelos de decaimento de primeira ordem na previsão da emissão de gás de efeito estufa em aterros sanitários brasileiros / Analysis of the efficiency of first-order decay models in forecasting greenhouse gas emission in Brazilian sanitary landfills

RESUMO O objetivo deste artigo foi avaliar a eficiência de modelos de primeira ordem para previsão da geração de biogás em aterros sanitários, comparando resultados previstos com aqueles disponíveis em relatórios de monitoramento de captação ao longo de anos de operação. Os aterros sanitários estudados neste trabalho operam no âmbito de projetos de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), que podem receber incentivos financeiros - certificados de redução de emissões ou créditos de carbono. Foram selecionados quatro aterros sanitários brasileiros (Nova Iguaçu, Paulínia, Caieiras e Bandeirantes) que dispunham das quantidades anuais de resíduos sólidos efetivamente depositadas durante o primeiro período de crédito de sete anos, eliminando assim uma importante fonte de incertezas do modelo de previsão. Limitações dos modelos recomendados pelas diretrizes do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) são discutidas, incluindo erros intrínsecos na formulação matemática e de má interpretação no tempo para início da geração do biogás. É também proposta uma modificação na ferramenta de projeto CDM Tool atualmente utilizada em projetos MDL de emissão de biogás em depósitos de resíduos sólidos.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the efficiency of first-order models for prediction of biogas emission in landfills, comparing forecasts with observations registered along the years of landfill operation. The landfills analyzed in this research operate within Clean Development Mechanism (CDM) that may receive financial incentives - certified emission reductions or carbon credits. Four Brazilian landfills (Nova Iguaçu, Paulinia, Caieiras and Bandeirantes) have been selected, for which the annual quantities of waste actually deposited during the first seven-year period of carbon credits were available, thus eliminating a major source of uncertainty in the forecasting models. Limitations of the models of the first order recommended by the guidelines of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) are discussed, including intrinsic errors in the mathematical formulation and misinterpretation of the starting time for prediction of biogas emission. It is also proposed a modification in the CDM Tool model, currently used for biogas emission in solid waste deposits operating as CDM projects.

Prevalence of small intestine bacterial overgrowth in patients with gastrointestinal symptoms / Prevalência de supercrescimento bacteriano do intestino delgado em pacientes com sintomas intestinais funcionais

ABSTRACT BACKGROUND Small intestine bacterial overgrowth is a heterogeneous syndrome characterized by an increase in the number and/or the presence of atypical microbiota in the small intestine. The symptoms of small intestine bacterial overgrowth are unspecific, encompassing abdominal pain/distension, diarrhea and flatulence. Due to the increased cost and complexity for carrying out the jejunal aspirate, the gold standard for diagnosis of the syndrome, routinely the hydrogen (H 2 ) breath test has been used, utilizing glucose or lactulose as substrate, which is able to determine, in the exhaled air, the H 2 concentration produced from the intestinal bacterial metabolism. However, due to a number of individuals presenting a methanogenic microbiota, which does not produce H 2 , the testing on devices capable of detecting, concurrently, the concentration of exhaled H 2 and methane (CH 4 ) is justified. OBJECTIVE This study aimed to determine the prevalence of small intestine bacterial overgrowth in patients with digestive symptoms, through a comparative analysis of breath tests of H 2 or H 2 and CH 4 associated, using glucose as substrate . METHODS A total of 200 patients of both sexes without age limitation were evaluated, being directed to a Breath Test Laboratory for performing the H 2 test (100 patients) and of exhaled H 2 and CH 4 (100 patients) due to gastrointestinal complaints, most of them patients with gastrointestinal functional disorders. RESULTS The results indicated a significant prevalence of small intestine bacterial overgrowth in the H 2 test and in the test of exhaled H 2 and CH 4 (56% and 64% respectively) in patients with gastrointestinal symptoms, and higher prevalence in females. It found further that methane gas was alone responsible for positivity in 18% of patients. CONCLUSION The data found in this study is consistent with the findings of the current literature and underscores the need for using devices capable of capturing the two gases (exhaled H 2 and CH 4 ) to improve the sensitivity and hence the accuracy of small intestine bacterial overgrowth diagnosis in daily medical practice.

RESUMO CONTEXTO O supercrescimento bacteriano do intestino delgado é uma síndrome heterogênea, caracterizada pelo aumento no número e/ou presença de uma microbiota atípica no intestino delgado. Os sintomas do supercrescimento bacteriano do intestino delgado são inespecíficos englobando quadro de dor/distensão abdominal, diarreia e flatulência. Devido ao maior custo e complexidade para a realização do aspirado jejunal, padrão ouro para o diagnóstico da síndrome, tem sido utilizado rotineiramente o teste do hidrogênio (H 2 ) expirado, utilizando glicose ou lactulose como substrato, que é capaz de determinar, no ar expirado, a concentração de H 2 produzida a partir do metabolismo bacteriano intestinal. Entretanto, em decorrência de uma parcela de indivíduos apresentar uma microbiota metanogênica, não produtora de H 2 , justifica-se a realização do teste em aparelhos capazes de detectar, concomitantemente, a concentração de H 2 e metano (CH 4 ) expirados. OBJETIVO O presente estudo teve como objetivo determinar a prevalência de supercrescimento bacteriano do intestino delgado em pacientes com sintomas digestivos, através de uma análise comparativa dos testes respiratórios empregando H 2 ou H 2 e CH 4 associados, utilizando a glicose como substrato. MÉTODOS Foram avaliados 200 pacientes de ambos os sexos, sem limitação de idade, encaminhados a um Laboratório de Teste Respiratório para realização do teste de H 2 (100 pacientes) e de H 2 e CH 4 expirados (100 pacientes) devido a queixas gastrointestinais, a maioria deles portadores de distúrbios funcionais gastrointestinais. RESULTADOS Os resultados obtidos indicaram uma significativa prevalência do supercrescimento bacteriano do intestino delgado no teste do H 2 e no teste do H 2 e CH 4 expirados (56% e 64%, respectivamente) em pacientes com sintomas gastrointestinais, além de maior predominância no sexo feminino. Constatou-se ainda, que o gás metano foi isoladamente responsável pela positividade em 18% do total de pacientes. CONCLUSÃO Os dados encontrados no presente estudo demonstram condizentes com os achados da literatura atual e reforçam a necessidade da utilização de aparelhos capazes de captar os dois gases (H 2 e CH 4 expirados) para melhorar a sensibilidade e, consequentemente, a acurácia do diagnóstico de supercrescimento bacteriano do intestino delgado na prática médica diária.

Avaliação das concentrações de metano gerado em um biorreator de bancada com base em parâmetros físico-químicos / Evaluation of methane concentrations generated in a bench bioreactor based on physical and chemical parameters

RESUMO O monitoramento do metano (CH4) gerado em biorreatores permite avaliar o desenvolvimento da biodegradação anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos (RSO). O objetivo deste artigo foi avaliar as interposições ocasionadas por fatores físico-químicos nas concentrações de metano gerado em um biorreator de bancada preenchido com RSO provenientes de uma escola da cidade de Campina Grande (PB), Brasil. A metodologia empregada na pesquisa consistiu na confecção e instrumentação de um biorreator de bancada de 0,03 m3 de capacidade, no qual foi realizado o monitoramento das concentrações de metano, análise microbiológica e dos parâmetros físico-químicos durante um período de 355 dias. A partir da análise dos resultados, foi constatado que o pH esteve acima de 7,0 durante a maior parte do monitoramento, indicando que a alcalinidade apresentada pelo material utilizado no preenchimento do biorreator foi suficiente para impedir que o acúmulo de ácidos voláteis ocorrido na fase inicial do monitoramento acarretasse a desestabilização do sistema. Dessa forma, foi possível concluir que os parâmetros físico-químicos analisados contribuíram de forma satisfatória para a biodegradação dos resíduos, levando em consideração que as concentrações de metano atingiram os níveis esperados para esse tipo de reator, chegando a valores próximos a 60%.

ABSTRACT The monitoring of the methane (CH4) generated in bioreactors allows to evaluate the development of the anaerobic biodegradation of organic solid waste (OSW). The aim of this paper was to evaluate the interpositions caused by physicochemical factors in the methane concentrations generated on a bench bioreactor filled with OSW from a school in the city of Campina Grande (PB), Brasil. The methodology used in the research consisted in confection and instrumentation of a bioreactor of 0.03 m3 capacity, in which were carried out monitoring of methane concentrations, microbiological analysis and of the physical-chemical parameters during a period of 355 days. From the analysis of the results, was found that the pH was above 7.0, during for the most part of the monitoring, indicating that the alkalinity presented by the material used to fill the bioreactor was enough to impede the accumulation of volatile acids occurred in the initial phase of monitoring entailed the destabilization of the system. Thus, it was possible to concluded that the physical-chemical parameters analyzed contributed of satisfactory form for the biodegradation of the waste, leading in consideration that methane concentrations reached the levels expected for this type of reactor, reaching values close to 60%.

Safety of mannitol use in bowel preparation: a prospective assessment of intestinal methane (CH4) levels during colonoscopy after mannitol and sodium phosphate (NaP) bowel cleansing / Segurança do uso do manitol no preparo para colonoscopia: avaliação prospectiva do nível de metano (CH4) intestinal durante colonoscopia após preparo com manitol e fosfato de sódio (NaP)

ABSTRACT Background - Adequate bowel preparation is critical for the quality of colonoscopy. Despite reported occurrence of colonic explosion due to methane and hydrogen production by bacterial fermentation during colonoscopy, gas exchange during the procedure is believed to be effective in lowering existing methane concentration, allowing for safe utilization of mannitol for bowel preparation. Thus, mannitol is widely used for bowel cleansing prior to colonoscopy, considering its low cost and effectiveness for bowel preparation. Objective - The aim of this study was to assess the safety of mannitol for bowel preparation, when compared to sodium phosphate (NaP). Methods - We conducted a prospective observational study in which 250 patients undergoing colonoscopy at Universidade Federal de São Paulo and Hospital Albert Einstein (São Paulo, Brazil) were approached for inclusion in the study. Patients received either mannitol (n=50) or NaP (n=200) for bowel preparation, based on physician indication. Study was conducted from August 2009 to December 2009. The main outcome of interest was presence of detectable levels of methane (CH4) during colonoscopy and reduction in such levels after gas exchange during the procedure. Methane concentrations were measured in three intestinal segments during scope introduction and withdrawal. Safety was assessed as the absence of high levels of methane, defined as 5%. Measurements were made using a multi-gas monitor (X-am 7000, Dräger Safety AG & Co. KGaA, Lübeck, Germany) connected to a plastic catheter introduced into the working channel of the colonoscope. Additional outcomes of interest included levels of O2. Methane and O2 levels are reported as ppm. Mean, difference and standard deviation of levels of gas measured in both moments were calculated and compared in both groups. Proportions of patients with detectable or high levels of methane in both groups were compared. Continuous variables were analyzed using t test and categorical variables using qui-square tests. The Ethics Committee in both study sites approved the study protocol. Results - Patients in both groups were similar regarding demographics, colonoscopy indication, ASA status and quality of bowel preparation. Seven (3.5%) patients in the NaP group had methane detected during introduction of the endoscope. Methane levels became undetectable during withdrawal of the scope. None of the patients in the mannitol group had detectable levels of methane. O2 levels did not differ in the groups. Conclusion - This is the largest study to assess the safety of mannitol for bowel preparation, considering methane measurements. Our results indicate that mannitol use is as safe as NaP, and gas exchange was efficient in reducing methane concentrations.

RESUMO Contexto - Preparo adequado é fundamental para garantia de boa qualidade em colonoscopia. Apesar de relatos de explosão do cólon durante colonoscopia, secundários à produção de metano e hidrogênio pela fermentação bacteriana, acredita-se que a troca gasosa durante o procedimento diminua a concentração existente de metano, permitindo a utilização com segurança, de manitol para o preparo de cólon. Assim, manitol é largamente utilizado para limpeza dos cólons antes da colonoscopia, especialmente devido ao seu baixo custo e eficácia. Objetivo - O objetivo do estudo foi avaliar a segurança do uso de manitol no preparo dos cólons, quando comparado ao uso de fosfo-soda (NaP). Métodos - Este foi um estudo observacional retrospectivo no qual foram incluídos 250 pacientes submetidos a colonoscopia na Universidade Federal de São Paulo e Hospital Albert Einstein (São Paulo - Brasil). Os pacientes receberam preparo de cólon com manitol (n=50) ou NaP (n=200), de acordo com preferências dos médicos que encaminharam os pacientes. O estudo foi realizado entre agosto e dezembro de 2009. O principal resultado pesquisado foi a presença de níveis detectáveis de metano (CH4) durante a colonoscopia, e a redução nestes níveis após troca gasosa durante o procedimento. As concentrações de metano foram dosadas com detector multi-gas (X-am 7000, Dräger Safety AG & Co., KGaA, Lübeck, Alemanha) conectado a um cateter plástico que foi introduzido no canal de instrumentação do colonoscópio. Outro achado de interesse foram níveis de O2. Níveis de metano e O2 foram relatados em ppm. Média, diferença entre as médias e desvio padrão nos níveis dos gases em ambos momentos foram comparados nos dois grupos. A proporção de pacientes com níveis detectáveis ou altos de metano em ambos os grupos foram comparados. Variáveis contínuas foram analisadas com teste t e variáveis categóricas com o teste do qui-quadrado. Os Comitês de Ética de ambas instituições aprovaram o protocolo do estudo. Resultados - Pacientes nos dois grupos foram comparáveis quanto aos dados demográficos, indicação para colonoscopia, classificação ASA e qualidade do preparo do cólon. Sete (3,5%) pacientes no grupo NaP tinham níveis detectáveis de metano durante a introdução do colonoscópio. Os níveis de metano se tornaram indetectáveis durante a retirada do aparelho. Nenhum dos pacientes no grupo manitol tinha níveis detectáveis de metano. Níveis de O2 foram semelhantes nos dois grupos. Conclusão - Este é o estudo com maior casuística que avaliou a segurança do uso de manitol para preparo de cólon, no que diz respeito a dosagem de metano. Nossos resultados indicam que o emprego do manitol é tão seguro quanto o NaP, e que a troca gasosa é eficaz na redução da concentração de metano.

In vitro fermentation of corn silage using rumen fluid buffered or not and different sample amounts / Fermentação in vitro da silagem de milho utilizando líquido ruminal tamponado ou não e três quantidades de amostras

Methodological variations in the amount of sample incubated and the type of rumen fluid used are commonly observed. This study evaluated the effect of three sample amounts (0.6, 1.3 or 2.6g DM 100mL-1 of rumen fluid) incubated in rumen fluid buffered (BRF-buffered rumen fluid) or not (PRF-pure rumen fluid) on total gas volume (TV), methane (CH4) production, dry matter degradation (DM Deg) and final pH of corn silage incubated in vitro. The highest DM Deg was reached with the lowest amounts of sample (0.6 and 1.3g of DM 100mL-1 of rumen fluid). The sample amount of 2.6g associated with PRF reduced CH4 production (P<0.05), compared with the amounts of 0.6 and 1.3g DM 100mL-1, which had similar CH4 production (P>0.05). The use of BRF caused no effect on CH4 production (P>0.05), independent of the sample amount. Increasing the amount of substrate resulted in lower final pH of incubation in both fluids (P<0.05). Our results indicate that incubations should be performed with the smallest amount of sample (0.6g of DM 100mL-1 of rumen fluid), using fluid without buffer. Incubation without buffer solution overestimates the CH4 production of corn silage. Further studies should be conducted to verify the possibility of in vitro ruminal incubation of other ingredients using pure rumen fluid.

Variações metodológicas sobre a quantidade de amostra incubada e o tipo de líquido ruminal utilizado são comumente observadas nas pesquisas. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de três quantidades de amostra incubada (0,6; 1,3 ou 2,6g MS 100mL-1) e dois tipos de líquidos ruminais (LRT-líquido ruminal tamponado ou LRP-líquido ruminal puro) sobre a produção total dos gases (VT) e de metano, a degradação da matéria seca (DegMS) e o pH final da incubação in vitro da silagem de milho. A maior DegMS da silagem de milho foi obtida com as menores quantidades de amostra incubada (0,6 e 1,3g MS 100mL-1). Para o LRP, a quantidade de 2,6g MS 100mL-1 reduziu (P<0,05) a produção de metano em comparação às quantidades de 0,6 e 1,3g MS 100mL-1, as quais não diferiram entre si (P>0,05). Utilizando o LRT, a quantidade de amostra não modificou (P>0,05) a produção de metano. Com o aumento da quantidade de amostra, houve redução do pH final da incubação em ambos os líquidos utilizados (P<0,05). Os resultados do presente experimento sugerem proceder a incubação com a menor quantidade de amostra, por proporcionar pH e DegMS mais elevados. A utilização de líquido ruminal tamponado reduz a produção de metano da silagem de milho. Novas pesquisas devem ser conduzidas para verificar a possibilidade de incubação ruminal in vitro com líquido ruminal puro utilizando outros ingredientes.

Análise comparativa dos efeitos da carga orgânica e do tempo de detenção hidráulica na digestão anaeróbia mesofílica de lodo adensado de estação de tratamento de esgoto / Comparison of organic loading rate and hydraulic retention time effects on the mesophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge

RESUMO Esta pesquisa comparou o desempenho de um digestor anaeróbio de lodo sob diferentes estratégias operacionais. Foi avaliada a influência do aumento da carga orgânica volumétrica (COV) (OP I) e o efeito da redução do tempo de detenção hidráulica (TDH) (OP II e OP III) no processo anaeróbio. As cargas aplicadas variaram entre 0,5 e 4,5 kgSV.m-3.d-1 e o TDH foi reduzido de 15 a 5 dias. Produção de gás metano, degradação do material orgânico e a diversidade microbiana foram utilizadas para medição e comparação do desempenho do processo. Foram necessários períodos de aclimatação a cada nova COV aplicada o que levou às instabilidades na remoção de SV e DQO do lodo. A operação com TDH entre 7 e 5 dias apresentou as maiores eficiências de remoção de SV, superiores a 70%, o que influenciou positivamente na estabilidade do processo. As COV aplicadas de 2,5 e 3,5 kgSV.m-3.d-1 resultaram nas maiores produções de metano durante a OP I. Para TDH inferiores a sete dias a produção de CH4 foi prejudicada apesar da existência de microorganismos metanogênicos atuantes no digestor. Comparativamente, a estratégia de redução do TDH resultou em um melhor desempenho do sistema que a fixação da COV. Quanto menor o TDH aplicado, melhor os resultados obtidos na operação do digestor, sugerindo que a eficiência do processo é otimizada em sistemas de alta carga com operação em baixos tempos de detenção hidráulica.

ABSTRACT This study compared the performance of a pilot anaerobic sludge digester under different operating strategies. The influence of increasing organic loading rate - OLR (OP I) and the effect of hydraulic retention time - HRT reduction (OP II and OP III) in anaerobic process were evaluated. The applied loads ranged between 0.5 and 4.5 kgSV.m-3.d-1; HRT was reduced from 15 to 5 days. Production of methane, organic matter degradation and microbial diversity were used to measure and compare the system´s performance. Acclimation periods were taken for each new OLR applied, leading to instabilities in sludge VS and COD removals. The experimental time with HRT between 7 and 5 days showed the highest VS efficiency removals (higher than 70%), which positively influenced process stability. The applied OLR of 2.5 and 3.5 kgVS.m-3.d-1 resulted in higher yields of methane during OP I. CH4 production showed impaired with HRT lower than 7 days, although it was observed active methanogenic microorganisms in the digester. Comparatively, HRT reduction resulted in a better system performance than the increasing OLR approach. The lower HRT applied, the better the results obtained in the operation of the digester, suggesting that the process efficiency is optimized with high load operation at low hydraulic retention times.