Reductive decolorization is widely used for removal of color from azo dye textile wastewater. Although efficient, this process has some drawbacks regarding the interference caused by sulfate ions, which may cause a competition mechanism for reducing equivalents. We propose the use of multiple stage anaerobic treatment to eliminate issues related to this competition. Results showed that electrons were driven to preferentially reduce the azo dye in the 1^st-stage reactor (R1), where methanogenesis and sulfidogenesis were inhibited by the operating conditions applied, i.e. low pH and high organic loading rate. Reductive decolorization was found to be co-metabolic and mainly associated with hydrogen-producing pathways. The 2^nd-stage reactor (R2) achieved nearly complete organic matter and sulfate removals, and also kept the overall decolorization efficiencies around 90% even when R1 presented decreased performance. Acidogens from R1 were observed to be sensitive and undergo selection upon exposure to azo dyes, whereas microbial communities in R2 are exposed to lower levels of dye and therefore appear less sensitive. To further elucidate the azo reduction mechanism, a Lactococcus lactis strain that was enriched throughout the operation was isolated from R1 and investigated using proteomics analysis. The mechanism involved biosorption by glycoconjugates, particularly exopolysaccharides and rhamnolipids, as proteins from the LPS O-antigen metabolism were statistically more abundant in cells challenged with the target compound. Electrons were transferred through the biofilm matrix by hopping, in a mechanism that involved a SDR family oxidoreductase and riboflavin carriers. The results show that enzymes with broad substrate specificity are involved in the co-metabolic degradation of azo dyes by syntrophic microbial communities. The proposed configuration was proven effective in the removal of color, organic matter, and sulfate from azo dye textile wastewaters and showed feasibility for industrial application due to its stable performance and higher azo dye load capacity when compared to singlestage systems.

A descoloração redutiva é amplamente utilizada para a remoção de cor de águas residuárias que contém corantes têxteis azo. Embora eficiente, esse processo possui algumas limitações relacionadas à interferência de íons sulfato, que podem competir por equivalentes redutores. Neste estudo, propôs-se a utilização do tratamento anaeróbio em dois estágios para resolver os problemas relacionados a essa competição. Os resultados demonstraram que os elétrons foram preferencialmente utilizados para a redução do azo no reator anaeróbio de 1ª etapa (R1), onde a sulfetogênese e metanogênese foram inibidos pelas condições operacionais aplicadas, i.e. elevada carga orgânica volumétrica e baixo pH. Observou-se que a descoloração redutiva é um processo cometabólico e associado a rotas metabólicas produtoras de hidrogênio na fase acidogênica. O reator de 2ª etapa (R2) atingiu eficiências completas de remoção de matéria orgânica e de sulfato, além de atuar no polimento do efluente para melhoria da remoção de cor. Constatou-se que as bactérias acidogênicas em R1 são sensíveis e selecionadas na presença do corante, enquanto as comunidades microbianas em R2 são expostas a menores níveis do corante e por isso se mostram mais robustas. Para melhor elucidar o mecanismo de redução do azo, uma cepa de Lactococcus lactis, enriquecida durante a operação, foi isolada e estudada utilizando-se análise de proteômica. O mecanismo envolveu biossorção por glicoconjugados, particularmente exopolissacarídeos e ramnolipídeos, uma vez que proteínas relacionadas ao metabolismo de lipopolissacarídeos foram estatisticamente mais abundantes em células expostas ao corante azo. Os elétrons foram transferidos pela matriz do biofilme por hopping, num mecanismo que envolveu uma oxidorredutase da família de desidrogenase/redutases de cadeia curta e o mediador redox riboflavina. Os resultados sugerem que enzimas promíscuas estão envolvidas na degradação cometabólica de corantes azo por culturas microbianas sintróficas. Ainda, a configuração proposta se mostrou efetiva na remoção de cor, matéria orgânica e sulfato de efluentes contendo azo-corantes, e sua aplicação industrial mostra-se viável devido à performance estável e capacidade de receber cargas maiores de corante azo comparado aos processos de estágio único.