Isolering av aerob denitrifierande bakterie Stutzerimonas stutzeri och dess tillämpning vid rening av koksverkets avloppsvatten

Varför fabriksvatten måste rengöras

Stålframställning och andra tunga industrier använder specialugnar för att omvandla kol till koks, ett bränsle som håller masugnarna i gång. Under processen bildas mörkt, kemikalieförorenat avloppsvatten. Detta vatten innehåller höga halter kväveföreningar och svårnedbrytbara organiska föroreningar som kan utlösa toxiska algblomningar, förgifta fisk och förorena dricksvatten. Studien bakom den här artikeln undersöker hur en naturligt förekommande bakterie, isolerad från koksverkets eget avloppsvatten, kan användas som ett levande verktyg för att avlägsna farligt kväve och organiska föroreningar från denna svårbehandlade avloppsström.

En svår typ av avloppsvatten

Koksverksavloppsvatten är ett av de mest förorenade industriella utsläppen. Det innehåller kväve i många former—såsom nitrat, nitrit och ammonium—samt komplexa organiska ämnen, varav några är cancerframkallande. Om det släpps ut utan rening ger detta kväve näring åt explosiv tillväxt av alger och vattenväxter, vilket leder till syrebrist som kväver fisk och annat vattenliv. Hos människor kan överskott av nitrat skada spädbarns syretransport i blodet och bidra till bildning av cancerrelaterade föreningar. På grund av denna kombination av salthalt, kväve och giftiga organiska ämnen är koksverksavloppsvatten svårare att behandla än vanligt kommunalt avloppsvatten, och det pressar konventionella reningsverk till deras gränser.

Att hitta en hjälpbakterie i avfallet självt

Forskarna samlade vatten från en syrefattig zon i ett koksverk och odlade de bofasta mikroberna under förhållanden som gynnade dem som kan ta bort nitrat. Efter en noggrann serie utspädnings- och reningssteg isolerade de flera bakteriestammar och använde DNA-sekvensering av 16S rRNA-genen för att identifiera den mest lovande. Denna stam, benämnd Stutzerimonas stutzeri KA1, tillhör en grupp som redan är känd för att omvandla nitrat till ofarlig kvävgas. Teamet jämförde sedan hur väl olika stammar sänkte nitratnivåer i ett kontrollerat laboratoriemedium. KA1 utmärkte sig genom att snabbt minska nitratkoncentrationerna under varma, lätt omrörda förhållanden, vilket gjorde den till en huvudkandidat för industriell användning.

Att testa vad denna bakterie tål

För att se hur KA1 skulle prestera i verkliga reningssystem varierade forskarna en faktor i taget: typ av näringskälla, kol-till-kväve‑balans, syrenivå och surhetsgrad (pH). De fann att enkla, lättnedbrytbara kolkällor fungerade bäst, där natriumacetat gjorde det möjligt för KA1 att avlägsna nästan allt nitrat inom cirka 40 timmar. En medelnivå i kol‑till‑kväve‑förhållandet gav snabbast borttagning; för lite kol svältde bakterierna, medan överskott inte gav ytterligare förbättring. Överraskande fortsatte KA1 att fungera över ett brett spektrum av löst syre — från inga syrenivåer upp till fullt syresatta förhållanden — vilket tyder på att den kan fortsätta denitrifiera även när luft bubblas genom tankarna. Den bibehöll också nästan komplett nitratborttagning vid pH 6 till 10, ett stort intervall som täcker många verkliga avloppsvatten. Dessa egenskaper pekar på en robust mikroorganism som tål skiftande förhållanden utan att tappa effektivitet.

Från bägare till fungerande reaktor

Teamet gick sedan från små bägare till miniatyriserade reningssystem kallade sekvensbatchreaktorer, som efterliknar cykler i verkliga anläggningar. Alla reaktorer fick aktiverat slam, den vanliga mixen av mikrober som används i rening, men bara två var ”bioaugmenterade” med tillförd KA1. Under upprepade driftcykler borttog alla reaktorer en del nitrat initialt, vilket visade att de inhemska mikroberna redan var aktiva. Men med tiden försämrades prestandan i den icke‑augmenterade reaktorn, medan de KA1‑förstärkta reaktorerna fortsatte att förbättras och så småningom uppnådde tydligt högre nitratborttagning, även under salta förhållanden som ofta hämmar andra bakterier. Studien följde också kemiskt syrebehov (COD), ett brett mått på organisk förorening, och fann att KA1‑behandlade system bröt ner dessa organiska ämnen snabbare än kontrollerna, vilket drev COD‑nivåerna mot noll snabbare.

Vad detta betyder för renare industri

För icke‑specialister är huvudbudskapet att forskarna har funnit och testat en tålig ”städarbakterie” som trivs i det mycket hårda vatten den ska behandla. Stutzerimonas stutzeri KA1 kan avlägsna nästan allt nitrat över ett realistiskt spann av syre, salthalt och pH, samtidigt som den hjälper till att ta bort andra organiska föroreningar. När den tillsätts i standardreningssystem ökar den både kväve‑ och COD‑borttagning utöver vad den befintliga mikrobiella gemenskapen klarar ensam. Eftersom den arbetar effektivt och tål tuffa förhållanden kan KA1 göra det billigare och enklare för stål‑ och koksverksanläggningar att uppfylla miljökrav, minska bördan av kväve‑driven vattenförorening och bidra till att skydda floder, sjöar och kustområden nedströms.

Citering: Naseer, K., Ashfaq, K., Shamim, A. et al. Isolation of aerobic denitrifying bacteria Stutzerimonas stutzeri and its application in coking wastewater treatment. Sci Rep 16, 8717 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43338-6

Nyckelord: koksverksavloppsvatten, aerob denitrifikation, Stutzerimonas stutzeri, bioaugmentering, kväverening