Optimization of phosphate accumulating bacterial strains for phosphorus obtainment in residual water.

Abstract

O fósforo é um elemento essencial, que está presente em todos os seres vivos. Paradoxalmente, este elemento é ao mesmo tempo responsável por um tipo de poluição aquática devido a causas antropogénicas, e está em risco de escassez no futuro. As lamas ativadas, usadas em estações de tratamento de águas residuais, são ricas em fósforo e alguns países Europeus têm vindo a implementar legislações que fazem com que seja obrigatória a recuperação de fósforo nas estações de tratamento de águas.O objetivo deste trabalho é estudar a eficácia de bioaumentação de lamas ativadas numa estação de tratamento de águas residuais de escala laboratorial, para o melhoramento do processo de remoção de fósforo utilizando estirpes de bactérias nativas ou geneticamente modificadas, capazes de remover fósforo de águas residuais, nomeadamente as estipes Acinetobacter johnsonii 5bvlmeb2 e Escherichia coli BL21_pET30a_ppk1, respetivamente.Nas experiências de bioaumentação, realizada numa estação de tratamento de águas a escala laboratorial, a quantificação diária do fósforo presente no efluente, durante 5 dias, mostrou que a concentração média de fósforo na água, comparada com o controlo, foi reduzida em mais de metade quando se bioaumentou com E. coli BL21_pET30a_ppk1 ao mesmo tempo que a acumulação de polifosfato nas células aumentou substancialmente. Estes resultados indicam que a bioaumentação de lamas ativadas com esta estirpe modificada poderá potencialmente melhorar o desempenho da obtenção biológica de fósforo a partir de águas residuais no futuro e, por isso, mais estudos deverão ser realizados com a estirpe.

Phosphorus is an essential element that is found in every living entity. Paradoxically, not only is it responsible for aquatic eutrophication, due to anthropogenic causes, but is also at risk of shortage in the future. The activated sludge, produced, during wastewater treatment, is rich in this element and European countries have been implementing legislations making nutrient recovery, i.e. phosphorus, from wastewater facilities mandatory.The focus of this thesis is on studying native and genetically modified bacterial strains, such as Acinetobacter johnsonii 5bvlmeb2 and Escherichia coli BL21_pET30a_ppk1, respectively, which were show to be capable of removing phosphorus from wastewater. These will be used to bioaugment activated sludge in a laboratory-scale wastewater treatment plant. for the purpose of understanding if the bioaugmentation is efficient or not in improving the phosphorus removal process.Daily phosphorus quantification of the effluent water from the 5-day bioaugmentation experiments, performed in a laboratory-scale wastewater treatment, showed that the average residual phosphorus concentration was reduced by more than half in comparison to the control when using E. coli BL21_pET30a_ppk1. It was also shown that the polyphosphate uptake increased substantially. These results indicate that activated sludge bioaugmentation using this modified strain could potentially improve biological phosphorus removal in the future and, for that, more studies should be conducted with more depth.