Analysis of microbial community biodiversity in activated sludge from a petrochemical plant

Abstract

The active sludge process is one of the most-used techniques for the biodegradation of organic compounds present in effluents from an assortment of wastewaters. This study investigated the bacterial community structure of a petroleum industry’s activated sludge and its physical and chemical parameters using high-throughput sequencing. Samples were collected over one year: autumn 2015 (C1), winter 2015 (C2), spring 2015 (C3), and summer 2016 (C4). Total DNA was extracted, and the primers targeting the V4 region of the 16S rRNA gene were used for amplicon sequencing. The majority of the detected microorganisms were considered rare microbiota, presenting a relative abundance below 1% of the total sequences. All of the sequences were classified at the phylum level, and up to 55% of the ASVs (Amplicon Sequence Variants) were associated with known bacterial genera. Proteobacteria was the most abundant phylum in three seasons, while the phylum Armatimonadota dominated in one season. The genus Hyphomicrobium was the most abundant in autumn, winter and summer, and an ASV belonging to the family Fimbriimonadaceae was the most abundant in the spring. Canonical Correspondence Analysis showed that physicochemical parameters of SS, SD and TSS are correlated, as well as ammoniacal nitrogen. Sample C3 presented the highest values of COD, AN and solids (SS, SD and TSS). The highest COD, AN, and solids values are correlated to the high frequency of the phylum Armatimonadota in C3.

O processo de lodo ativo é uma das técnicas mais utilizadas para biodegradação de compostos orgânicos presentes nos efluentes de uma variedade de águas residuais. A estrutura da comunidade bacteriana do lodo ativado de uma indústria de petróleo e sua relação com parâmetros físicos e químicos foram investigadas por meio de sequenciamento de alto rendimento. As amostras foram coletadas durante um período de um ano: outono de 2015 (C1), inverno de 2015 (C2), primavera de 2015 (C3) e verão de 2016 (C4). O DNA total foi extraído e para amplificação foram utilizados primers específicos para região V4 do gene 16S rRNA. A maioria dos microrganismos detectados foi considerada microbiota rara, apresentando abundância relativa abaixo de 1% do total de sequências. Em geral, quase a totalidade das sequências (99,9%) foi classificada em nível de filo, mas apenas algumas ASVs (23,7%) foram associadas a gênero bacteriano conhecido. As proteobactérias foram o filo mais abundante em três das estações, enquanto o filo Armatimonadota dominou em uma estação. O gênero Hyphomicrobium foi o gênero mais abundante no outono, inverno e verão, e uma ASV pertencente à família Fimbriimonadaceae (filo Armatimonadetes) foi o microrganismo mais abundante na primavera. A Análise de Correspondência Canônica (CCA) indica uma diferença consistente da comunidade bacteriana da primavera quando comparada com amostras de outras estações. Os resultados mostram uma correlação entre o filo Armatimonadota e a alta concentração de DQO, NA e sólidos.