Biokinetic Characterization of Methane Oxidizing Microbiomes Co-metabolizing Trace Organic Chemicals
(2024) KMBM05 20232Applied Microbiology
- Abstract
- The presence of organic micropollutants (OMPs) in wastewater effluents is concerning, as they pose a threat to human and aquatic health. Biodegradation via methane-oxidizing bacteria (MOB) is an attractive option, as the method is cheap and effective. MOB can co-metabolize a variety of substrates, there among organic micropollutants. Methane-oxidizing microbiomes (MOMs) were cultivated with different SRT, methane loading rate, O2:CH4 ratio and nitrogen sources. The MOMs were spiked with OMPs for adaptation. Most of the MOMs generated similar results with specific growth rates of 0,40-0,66 d-1 and biomass yields on methane of 0,32-0,64 g CDW∙g CH4-1. The MOMs with higher methane loading had the highest methane uptake rates, as well as the... (More)
- The presence of organic micropollutants (OMPs) in wastewater effluents is concerning, as they pose a threat to human and aquatic health. Biodegradation via methane-oxidizing bacteria (MOB) is an attractive option, as the method is cheap and effective. MOB can co-metabolize a variety of substrates, there among organic micropollutants. Methane-oxidizing microbiomes (MOMs) were cultivated with different SRT, methane loading rate, O2:CH4 ratio and nitrogen sources. The MOMs were spiked with OMPs for adaptation. Most of the MOMs generated similar results with specific growth rates of 0,40-0,66 d-1 and biomass yields on methane of 0,32-0,64 g CDW∙g CH4-1. The MOMs with higher methane loading had the highest methane uptake rates, as well as the highest yields on nitrogen. The MOMs grown on nitrate instead of ammonia had higher methane and nitrogen uptake rates. The MOMs with 15 days SRT, high methane loading, 3:2 O2:CH4 ratio and nitrate as the nitrogen source generated the highest biokinetic values overall.
The MOMs degraded sulfamethoxazole (SMX) between 81-85%, reaching removal rates of 4,5-5,3 L∙g-1∙d-1. Metoprolol, diclofenac and dimethyl sulfide were moderately degraded between 22-50%. The degradation of SMX generated higher removal rates than some previous studies, there among degradation via activated sludge and membrane bioreactors. The MOMs that had not been adapted to OMPs had poor removal efficiencies in general, highlighting the importance of adaptation. The MOMs with low methane loading generated the highest removal efficiencies. A microbial community analysis is needed to further conclude how the communities differ. Further research is needed to grasp why the high methane loading bacteria had lower removal efficiencies while simultaneously oxidizing methane to a higher extent. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Uppreningsförsök av organiska mikroföroreningar i avloppsvatten
Dagens extensiva användning av olika organiska kemikalier såsom läkemedel och smink, lämnar restprodukter i avloppsvatten som till viss del hamnar i dricksvatten och i naturen. Dessa restprodukter antas kunna skada både mänsklig och vattenlevande hälsa, till exempel genom att förhindra tillväxt och endokrina funktioner. Därför är det viktigt att rena vattnet ordentligt. Dagens befintliga tekniker är kostsamma och tidskrävande och behovet av ett billigare och effektivare alternativ efterfrågas.
Detta projekt har undersökt nedbrytningen av organiska mikroföreningar i avloppsvatten med hjälp av mikroorganismer. Mikroorganismer som konsumerar metan, så kallade... (More) - Uppreningsförsök av organiska mikroföroreningar i avloppsvatten
Dagens extensiva användning av olika organiska kemikalier såsom läkemedel och smink, lämnar restprodukter i avloppsvatten som till viss del hamnar i dricksvatten och i naturen. Dessa restprodukter antas kunna skada både mänsklig och vattenlevande hälsa, till exempel genom att förhindra tillväxt och endokrina funktioner. Därför är det viktigt att rena vattnet ordentligt. Dagens befintliga tekniker är kostsamma och tidskrävande och behovet av ett billigare och effektivare alternativ efterfrågas.
Detta projekt har undersökt nedbrytningen av organiska mikroföreningar i avloppsvatten med hjälp av mikroorganismer. Mikroorganismer som konsumerar metan, så kallade metanoxiderande bakterier, kan bryta ner vissa mikroföreningar via en process som kallas co-metabolism. Co-metabolism innebär att mikroorganismer bryter ner och omvandlar ett ämne, utan att ta del av deras näringsinnehåll. De behöver med andra ord näring i annan form, i detta fall metan.
Under en fyramånadersperiod, odlades mikroorganismer i förslutna bägare. Mikroorganismerna odlades med variationer i deras tillväxtförutsättningar, med b.la. tillförsel av olika mängder metan samt olika kvävekällor. Till bakterierna tillsattes även en uppsättning mikroföreningar för att undersöka eventuell påverkan på tillväxt. Nedbrytningen mättes sedan under 48 timmar för att undersöka hur mycket av varje ämne som bröts ner samt för att generera hastighetskonstanten kbio för varje ämne, för att kunna jämföra med litteraturvärden för tidigare försök.
Resultaten visade bland annat att bakterierna gynnades av högre metantillförsel och nitrat istället för ammoniak som kvävekälla. Bland de olika mikroföroreningarna var det endast ett, sulfamethoxazole, som bröts ner signifikant (81–85%). Bland resten av mikroföroreningarna, bröts tre ner mellan 22–50%, metoprolol, diclofenac och dimethylsulfid.
Resultaten påvisar att vissa mikroföreningar kan brytas ner till viss del av mikroorganismer. Framtida forskning kommer behövas för att utförligare undersöka vilka parametrar som gynnar ytterligare nedbrytning. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9146602
- author
- Möller, Hugo LU
- supervisor
- organization
- course
- KMBM05 20232
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Methanotrophs, organic micropollutants, co-metabolism, biodegradation, applied microbiology
- language
- English
- id
- 9146602
- date added to LUP
- 2024-01-26 14:28:30
- date last changed
- 2024-01-26 14:28:30
@misc{9146602,
abstract = {{The presence of organic micropollutants (OMPs) in wastewater effluents is concerning, as they pose a threat to human and aquatic health. Biodegradation via methane-oxidizing bacteria (MOB) is an attractive option, as the method is cheap and effective. MOB can co-metabolize a variety of substrates, there among organic micropollutants. Methane-oxidizing microbiomes (MOMs) were cultivated with different SRT, methane loading rate, O2:CH4 ratio and nitrogen sources. The MOMs were spiked with OMPs for adaptation. Most of the MOMs generated similar results with specific growth rates of 0,40-0,66 d-1 and biomass yields on methane of 0,32-0,64 g CDW∙g CH4-1. The MOMs with higher methane loading had the highest methane uptake rates, as well as the highest yields on nitrogen. The MOMs grown on nitrate instead of ammonia had higher methane and nitrogen uptake rates. The MOMs with 15 days SRT, high methane loading, 3:2 O2:CH4 ratio and nitrate as the nitrogen source generated the highest biokinetic values overall.
The MOMs degraded sulfamethoxazole (SMX) between 81-85%, reaching removal rates of 4,5-5,3 L∙g-1∙d-1. Metoprolol, diclofenac and dimethyl sulfide were moderately degraded between 22-50%. The degradation of SMX generated higher removal rates than some previous studies, there among degradation via activated sludge and membrane bioreactors. The MOMs that had not been adapted to OMPs had poor removal efficiencies in general, highlighting the importance of adaptation. The MOMs with low methane loading generated the highest removal efficiencies. A microbial community analysis is needed to further conclude how the communities differ. Further research is needed to grasp why the high methane loading bacteria had lower removal efficiencies while simultaneously oxidizing methane to a higher extent.}},
author = {{Möller, Hugo}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Biokinetic Characterization of Methane Oxidizing Microbiomes Co-metabolizing Trace Organic Chemicals}},
year = {{2024}},
}