From inocula to biological reactors: molecular characterization of N-cycle bacterial assemblages in a PANAMMOX process

Abstract

Nowadays, the combination of the autotrophic nitrification together with heterotrophic denitrification is the most common process for N-removal in the WWTPs. However, when the C:N ratio is low, this two-step process does not properly work and an external C source must be added. The anammox bacteria are the target of this thesis, capable to oxidize ammonium under chemolithotrophic and anaerobic conditions. The main aim of this doctoral thesis is the search and enrichment of the anammox bacteria for a long time period, in order to be used as inocula for an anammox bioreactor. Once identified, several molecular techniques were used to optimize their detection and made it faster, to characterize their bacterial ecological partners and to study the composition of the ammonium-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria populations, required to obtain a suitable ammonium concentration in the influent of the anammox reactor.

Actualment, la combinació d’una nitrificació autotròfica seguida d’una desnitrificació heterotròfica és el procés més comú d’eliminació de N en les EDAR. Tot i això, quan la relació C:N és baixa aquest procés basat en dos compartiments no funciona correctament i s’ha d’afegir un font de C externa. L’objecte d’estudi d’aquesta tesi són els bacteris anammox, un nou procés capaç d’oxidar quimiolitotròficament i de manera anaeròbica l’amoni. L’objectiu principal de la tesi va ser la seva cerca i el seu enriquiment durant un llarg període de temps, per ser utilitzats com a inòculs per un bioreactor anammox. Un cop identificats es van utilitzar tècniques moleculars per d’optimitzar la seva detecció i fer-la més ràpida, caracteritzar les poblacions microbianes que van actuar com a socis ecològics i estudiar la composició de la poblacions de bacteris oxidadors d’amoni i de nitrit necessaris per aconseguir una correcta concentració d’amoni a l’influent del reactor anammox.