Diagnostiquer une élimination biologique inefficace du phosphore

En tirant parti LuminUltracourrier de GeneCount services, une station d'épuration a pu identifier les causes sous-jacentes d'une mauvaise élimination biologique du phosphore dans l'un de leurs deux bioréacteurs.

plats à emporter clés:

Le personnel d'exploitation d'une usine de traitement des eaux usées australienne subissait une élimination irrégulière du phosphore dans ses bioréacteurs anaérobies-aérobies parallèles. En effectuant une analyse métagénomique, ils ont pu identifier la quantité (cellule / mL) et l'abondance relative des organismes accumulant le phosphore (PAO) et des organismes accumulant le glycogène (GAO).

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Introduction

Une usine de traitement des eaux usées (STEP) en Australie utilise une élimination biologique améliorée du phosphore pour répondre à des directives strictes sur les effluents. La station d'épuration est constituée de deux bioréacteurs anaérobies-aérobies parallèles (figure 1). Une élimination supplémentaire du phosphore est fournie en utilisant une filtration tertiaire des milieux de coagulation.

Le personnel des opérations rencontrait des problèmes d'élimination biologique du phosphore incohérente dans les deux bioréacteurs. Le bioréacteur 1 obtenait une bonne élimination biologique du phosphore, tandis que le bioréacteur 2 ne l'était pas. Pour étudier pourquoi cela se produisait, des échantillons de solides en suspension de liqueur mélangée (MLSS) ont été prélevés pour une analyse métagénomique afin de mieux comprendre la composition de la communauté microbienne.

Voir aussi: 4 lignes directrices pour tirer le meilleur parti de vos données métagénomiques

Des échantillons ont été collectés dans les deux bioréacteurs et conservés à l'aide de LuminUltra's GeneCount Kit de conservation des échantillons. Cela permet à l'ADN d'être concentré et expédié dans un petit flacon à température ambiante, par opposition à un transport de chaîne du froid prohibitif, tout en garantissant l'intégrité des données. Sans une conservation adéquate, la communauté microbienne peut changer, ce qui entraîne des résultats inexacts.

In LuminUltradu laboratoire de séquençage d'ADN, les échantillons ont été purifiés puis deux analyses ont été effectuées:

1. qPCR pour les procaryotes totaux - qui a quantifié le nombre total de procaryotes (bactéries et archées) dans l'échantillon en cellules / mL
2. Séquençage 16S Illumina - qui a identifié et quantifié (par rapport à l'abondance) tous les procaryotes de l'échantillon

Les deux résultats ont été combinés pour calculer la quantité de chaque organisme identifié. Les fonctions métaboliques des organismes ont été caractérisées à l'aide d'une base de données issue de la littérature.

Résultats et discussion

Les organismes qui étaient importants pour cette étude étaient les organismes accumulant le phosphore (PAO) et les organismes accumulant le glycogène (GAO). Dans des conditions spécifiques, les PAO sont capables d'éliminer le phosphore en accumulant et en stockant de grandes quantités de polyphosphate. En revanche, les CAO sont en concurrence avec des PAO spécifiques, tels que Candidatus Accumulibacter, pour les acides gras volatils (AGV) vitaux, réduisant ainsi l'efficacité d'élimination du phosphore de ces organismes.

Plusieurs PAO et GAO ont été trouvés dans les échantillons. Les résultats sont présentés dans le tableau 1.

Le PAO le plus abondant était Candidat Accumulibacter. Le bioréacteur 1 avait une abondance relative plus élevée des deux PAO par rapport au bioréacteur 2, mais la quantité totale était similaire car le bioréacteur 2 avait une concentration totale de procaryotes plus élevée. Cela met en évidence l'importance d'examiner la quantité totale en plus de l'abondance relative.

Le bioréacteur 2 avait une abondance et une quantité relatives de GAO beaucoup plus élevées. La quantité dans Bioreator 2 était 43% plus élevée que dans Bioreactor 1. Cela suggère que les GAO inhibent l'élimination du phosphore dans Bioreactor 2. Les GAO sont en concurrence avec Candidatus Accumulibacter pour les AGV, qui Candidatus Accumulibacter besoin de former des produits de stockage en polyhydroxybutyrate (PHB). Les produits de stockage PHB fournissent de l'énergie pour Candidatus Accumulibacter dans des environnements aérobies pour répliquer et former des liaisons polyphosphates intracellulaires, éliminant ainsi le phosphore des eaux usées.

Conclusion

À l'aide d'une analyse métagénomique, la cause sous-jacente d'une mauvaise élimination du phosphore dans le bioréacteur 2 a été identifiée. En général, il y avait suffisamment de PAO, mais des GAO excessifs qui rivalisent pour les AGV essentiels et réduisent l'efficacité du traitement. Les prochaines étapes consistent à étudier pourquoi les GAO ont proliféré dans le bioréacteur 2 mais pas dans le bioréacteur 1. Les facteurs à étudier sont le pH, le rapport carbone / phosphore de l'influent, le temps de rétention des solides, le type de VFA et la température.