Integrating bioengineering approaches and precipitation techniques for phosphorus recovery from eutrophic marine sediments
Tid: Ti 2025-09-02 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/67610573472
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Fengyi Zhu , Industriell bioteknologi
Opponent: Professor David Weissbrodt, Norwegian University of Science and Technology
Handledare: Universitetslektor Zeynep Cetecioglu, Industriell bioteknologi; Doktor Frederico M. Penha, Resursåtervinning
QC 2025-07-29
Abstract
Fosfor (P) är ett livsnödvändigt näringsämne för alla levande organismer, men tillgången inom Europeiska unionen (EU) är begränsad, vilket har lett till ett fullständigt beroende av import för att möta regionens P-behov. Detta beroende understryker det akuta behovet av att undersöka alternativa P-källor, där återvinning från sekundära resurser håller på att utvecklas till en hållbar lösning. Samtidigt har årtionden av övergödning utvecklats till en global miljökris och särskilt Östersjön är hårt drabbad. Enligt data från HELCOMs eutrofieringsbedömning har över 97 % av Östersjöregionen inte god miljöstatus, där 12 % klassificeras som värsta möjliga tillstånd. För att hantera dessa dubbla utmaningar, brist på P-resurser och P-relaterad övergödning, krävs innovativa lösningar. Återvinning av P från eutrofa sediment i Östersjön är en lovande strategi som kombinerar resurshantering med miljöförbättring. Syftet med detta doktorandprojekt är att utveckla en kemisk bioteknisk metod för frisättning och återvinning av P från Östersjösediment, vilket bidrar till både resurshållbarhet och ekologisk återställning.
Anaeroba satsförsök visade att propionsyra och glukos, bland ett flertal kolkällor, kraftigt stimulerade frisättning av P, vilket indikerar deras stora potential för att mobilisera P under dessa förhållanden. Efterföljande långtidsförsök i sekventiell batchreaktor (SBR) bekräftade att tillsats av propionsyra vid 200 mg/L kemisk syreförbrukning (COD) effektivt underlättade både anaerob frisättning och aerobt upptag av P från marina sediment, samtidigt som den selektivt berikade PAO-relaterade bakterier (Rhodocyclaceae), vars förekomst ökade från 0 % till 16 % inom 42 dagar.
Med utgångspunkt av dessa resultat tillämpades optimerade driftsförhållanden för att ytterligare förstärka PAO-berikning och P-koncentrering inför efterföljande utfällning av struvit. Cyklisk anaerob–aerob odling ökade förekomsten av PAO på genusnivå från 0,06 % till 7,1 %, samtidigt som en hög P-frisättning (8,61 mg P/g VSS·h-1) och ett högt P-upptag (8,43 mg P/g VSS·h1) uppnåddes i den sedimentinokulerade SBRen. Vidare möjliggjorde förlängd anaerob drift en koncentrationsökning från låg-P-lösningar till hög-P-supernatanter (upp till 99,5 mg/L), vilket möjliggjorde effektiv återvinning med en effektivitet över 95 %. Noterbart påskyndade denna P-utvinningsprocess ytterligare PAO-berikningen, med en ökning från mindre än 15 % till 52,1 % vid driftens slut.
Dessutom utvärderades en kombinerad strategi med PAO-inokulation och tillsats av etylendiamintetraättiksyra för att ytterligare öka P-frisättningen från marina sediment. Denna metod uppnådde över 80 % P-frisättning inom 13 dagar, med en P-koncentration som uppnådde cirka 150 mg/L och en snabb ökning av PAO från <13 % till över 65 %. PHREEQC-simuleringar och utfällningsförsök bekräftade möjligheten att återvinna den frigjorda P genom utfällning.
Sammanfattningsvis ger denna studie nya insikter i mikrobiella mekanismer och tekniska strategier för frisättning och återvinning av P från marina sediment. Studien erbjuder ett lovande tillvägagångssätt för hållbar resurshantering och bekämpning av övergödning.