Dainis Sudmalis

Dit proefschrift had tot doel de mechanismen van anaerobe slibgranulatie bij een hoog zoutgehalte, microbiële osmo-adaptatie en de toepasbaarheid van anaerobe korrelslibtechnologie voor de behandeling van zoute afvalwaterstromen te onderzoeken.

In hoofdstuk 2 werd de mogelijkheid onderzocht om anaeroob korrelslib te vormen uit gedispergeerd inoculum bij 5 en 20 g Na+/L in UASB-reactoren. De hypothese was dat met de juiste reactorcondities granulatie mogelijk zou moeten zijn, zelfs bij een zoutgehalte van 20 g Na+/L. De reactoren werden gevoed met afvalwater dat een mengsel bevatte van energierijk (glucose), aangezuurd (acetaat) en eiwitrijk complex organisch substraat om de kans op granulatie en osmoprotectie te vergroten. Ook de opstartprocedure van de reactor (bijv. initiële organische belasting, toevoeging van dragermateriaal en opstroomsnelheid) werd aangepast op basis van positieve ervaringen met zoetwatergranulatie. Verrassend genoeg werd op deze manier zelfs bij 20 g Na+/L een snelle vorming van robuuste korrels bereikt uit gedispergeerd slib, terwijl goede procesprestaties werden behaald.

In hoofdstuk 3 werd de hypothese getest dat eiwitrijke organische substraten na hydrolyse kunnen helpen om osmotische stress te verlichten. Eerst werden stikstofhoudende osmolieten geïdentificeerd die door het microbiële consortium in anaeroob korrelslib bij 20 g Na+/L waren opgehoopt. Verder werd de toepassing van deze osmolieten en hun potentiële biosynthese-precursoren, zoals aminozuren en eiwitten, voor de verlichting van zoutstress geëvalueerd.

In hoofdstuk 4 werd de hypothese getest dat de snelle granulatie uit hoofdstuk 2 deels werd bereikt door de toevoeging van eiwitrijk substraat, omdat eiwitten energetisch gunstige bouwstenen voor EPS-biosynthese kunnen leveren. Het effect van het organische substraat op het granulatieproces en de zuiveringsprestaties bij 20 g Na+/L werd systematisch onderzocht. De resultaten lieten zien dat eiwitrijk substraat inderdaad de granulatiesnelheid bij een hoog zoutgehalte verhoogt in vergelijking met bijvoorbeeld koolhydraten.

In hoofdstuk 5 werd de benodigde concentratie eiwitrijk substraat geschat die nodig is voor snelle granulatie bij een hoog zoutgehalte. Een ongeveer 9-voudige afname van eiwit in het afvalwater bleek mogelijk terwijl een goede granulatie en procesprestaties behouden bleven. Ook werd aangetoond dat deze hoeveelheid eenvoudig kan worden geschat op basis van osmotische drukberekeningen.

In hoofdstuk 6 werd de ontwikkeling van microbiële gemeenschappen bestudeerd. De resultaten toonden aan dat de dominante actieve methanogene (archaeale) gemeenschap minder wordt beïnvloed door veranderingen in saliniteit dan de bacteriële gemeenschap. De dominante methanogene archaea bij zowel 5 als 20 g Na+/L behoorden tot Methanosaeta. De dominante bacteriën bij 5 g Na+/L waren Streptococcus, terwijl bij 20 g Na+/L de dominante bacteriën behoorden tot de familie Defluvitaleaceae.

Hoofdstuk 7 biedt inzicht in de ionenuitwisselingseigenschappen van de extracellulaire polymere stoffen (EPS) van aan zout aangepast korrelslib. De EPS fungeerde als kationenuitwisselingsmembraan dat selectief natrium- en kaliumkationen transporteerde en anionen (chloride) gedeeltelijk afstootte. Samen impliceren deze waarnemingen dat EPS inderdaad kan fungeren als een beschermende barrière tegen hoge concentraties anionen.

In hoofdstuk 8 worden de resultaten van dit onderzoek in een bredere context besproken en worden toekomstige onderzoeksrichtingen voorgesteld.