From pure cultures to flocs: a bottom-up approach for microbial ecology studies of biological wastewater treatment

Promovendus/a: Laurens Parret

Promotor(en): Prof. dr. ir. Ilse Smets, Prof.dr.ir. Jo De Vrieze

Elke dag worden over de hele wereld enorme hoeveelheden afvalwater geproduceerd. Als dit water niet (goed) wordt gezuiverd, kan het schadelijk zijn voor het milieu en bijvoorbeeld leiden tot een lagere biodiversiteit. Gelukkig biedt de natuur ons zélf de inspiratie om dit probleem aan te pakken: in biologische waterzuiveringsinstallaties werken namelijk micro-organismen samen en vormen ze plakkerige structuren, zogenaamde "vlokken", die in staat zijn om het water te zuiveren.

Echter, hoe werken deze micro-organismen precies samen, en wat zorgt ervoor dat ze aan elkaar blijven plakken? Wetenschappers begrijpen de details hiervan nog niet volledig, waardoor problemen met vlokvorming vaak proefondervindelijk worden opgelost. Dit proefschrift benadert het microbieel groepswerk vanuit een vereenvoudigde gemeenschap van slechts vijf (belangrijke) soorten uit de afvalwaterzuivering. Door de bacteriën zowel alleen als in groep te bestuderen en gebruik te maken van o.a. microscopie en DNA-analyse, kunnen we in kaart brengen hoe ze samenwerken en wat de vorming van sterke vlokken bevordert.

Een belangrijk aspect van dit onderzoek is het gebruik van alginaatgelbolletjes om de bacteriën samen te brengen, waardoor ze kolonies vormen die lijken op wat we ook in echte zuiveringsinstallaties terugvinden. Het onderzoek laat ook zien dat sommige bacteriën zich anders gedragen afhankelijk van wie er nog aanwezig is—soms vertonen ze enkel het verwachte gedrag als ze deel uitmaken van een groep waarin ze de taken verdelen om samen tot de zuivering te komen.

Om deze experimenten mogelijk te maken, werd een open-bron reactor ont-wikkeld. Hiermee kunnen de experimentele omstandigheden nauwkeurig worden gecontroleerd, en het werk stimuleert het delen van laboratoriumopstellingen (en expertise) met andere onderzoekers. De resultaten tonen aan dat het mogelijk is om (met dit reactorplatform) de modelgemeenschap van bacteriën langdurig te laten groeien en op te volgen, wat de weg vrijmaakt voor een beter begrip en ontwikkeling van biologische waterzuiveringsinstallaties.

Kortom, dit werk opent de "zwarte doos" van microbiële vlokvorming en beschrijft de aanpak die nodig is om microbiële ecologie vanaf de basis te benaderen, om zo bij te dragen aan betrouwbaardere en milieuvriendelijkere waterzuivering.