Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Braunschweig.

University, Diss., 2004--Bremen. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003.

Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss., 2007. / Dateien im PDF-Format.

Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) such as disseminated by the Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA) are increasingly being recognized by decision makers across the world as an option for service delivery in densely populated low-income areas. However, little practical experience has been gathered methodologically on basic engineering and performance aspects surrounding these systems. This thesis investigates full-scale anaerobic reactors of communal DEWATS implemented in tropical regions in order to consolidate the basis of future design and support monitoring, operation and maintenance procedures. Special focus is laid on the operation of the Anaerobic Baffled Reactor (ABR) as the core technology of DEWATS. Field research has been conducted for over four years at numerous communal systems in Indonesia, India and South Africa in order to (i) verify the generally used parameter values for DEWATS design and operation, (ii) identify factors limiting the treatment efficiency of existing systems in the field and (iii) investigate the performance of DEWATS and DEWATS treatment steps (especially ABRs) under tropical field conditions in terms of effluent concentration, Chemical Oxygen Demand (COD) removal, sludge stabilisation and sludge activity. Field data on average per capita wastewater production in DEWATS implementation areas, long term fluctuations and peak-flow values are presented. General per capita organic load and per capita nutrient load, per capita biogas production in digesters and per capita sludge accumulation in ABRs are estimated. Based on available data and field observations, treatment limiting factors are hypothesised to be rain-water intrusion, general under-loading, organic under-loading and elevated raw-water salinity in coastal areas. Effluent measurements performed at one hundred nine systems in Indonesia indicated guaranteed maximum concentrations of 200 mg CODt l-1 for anaerobic DEWATS treatment effluent if the treated wastewater is non-saline. ABR COD reduction of four case studies was poor in three cases and fair in one case. Sludge accumulation rates indicated good sludge stabilisation and sludge activity in all four systems. Anaerobic Filters (AF) contributed in all three case studies, in which they were part of the plant design, significantly to COD reduction. Nutrient effluent concentrations were comparably high. Large fractions of effluent organics were found to be biodegradable. It is hypothesised that system treatment would improve significantly if maximum hydraulic load was lower, general organic load was higher and therefore both close to design estimation. It is thus proposed to control the amount of storm water intruding the systems, increase feed concentration through partial grey-water exclusion and reduce the nutrient load in system effluent through partial urine diversion. It is further proposed to reduce the HRT of the settler below 10 h in order to increase the organic load to the ABR. It is further hypothesised that systems could be operated at higher hydraulic dry weather load than currently assumed since active anaerobic digestion appears to be capable of establishing itself under extreme hydraulic pressure. This may lead to a considerable reduction of building costs. Anaerobic digestion modelling with the existing ADM-3P model confirmed that observed sludge accumulation rates indicate active hydrolytic systems. The model could however not be used to produce soluble COD effluent concentration benchmarks due to its sensitivity to methanogenic rate constants. The general view held for anaerobic reactors treating wastewater with high solid content is that hydrolysis is the rate-limiting degradation step. It is hypothesised that this does not apply for solid accumulating systems such as the ABR. / Die durch die Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA) verbreiteten Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) werden international von Entscheidungsträgern zunehmend als Möglichkeit angesehen, kommunale Abwasserreinigung in dichtbesiedelten, einkommensschwachen Gegenden zu ermöglichen. Allerdings wurden bislang wenig praktische Erfahrungen methodisch über grundlegende Aspekte der Anlagendimensionierung und Anlagenleistungsfähigkeit aufgenommen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden anaerobe Reaktoren kommunaler DEWATS unter tropischen Feldbedingungen untersucht, um eine Datengrundlage für zukünftige Dimensionierung, Wartung und Betrieb, als auch Monitoring der Anlagen zu schaffen. Schwerpunkt wurde dabei auf den Anaerobic Baffled Reactor (ABR) als Kerntechnologie von DEWATS gelegt. Felduntersuchungen wurden in der Zeit von mehr als vier Jahren an zahlreichen kommunalen DEWATS in Indonesien, Indien und Südafrika durchgeführt, um (i) die gängig gewählten Parameterwerte für Anlagen-Dimensionierung und -Betrieb zu überprüfen, (ii) leistungslimitierende Faktoren im Feldbetrieb zu identifizieren und um (iii) die Leistungsfähigkeit von DEWATS und DEWATS-Reinigungsstufen (insbesondere des ABRs) unter tropischen Feldbedingungen bezüglich Abflusskonzentrationen, Reduzierung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB), Schlammstabilisierung und Schlammaktivität zu untersuchen. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen, wurden durchschnittliche Einwohnergleichwerte, Langzeitvariationen und Faktoren für Zuflussspitzen für kommunale Abwasserproduktion in DEWATS-Zielbevölkerungsgruppen präsentiert. Ferner werden allgemeine Pro-Kopf-CSB-Frachten, -Ammoniumfrachten und -Phosphorfrachten, die Pro-Kopf-Biogasproduktion in kommunalen Biogasanlagen sowie die Pro-Kopf-Schlammakkumulation in ABRs abgeschätzt. Auf Felduntersuchungen basierend, wurden Fremdwassereinfluss, generelle Unterbelastung, organische Unterbelastung und erhöhte Frischwassersalinität in Küstengebieten als leistungslimitierende Faktoren im Feldbetrieb identifiziert. An 109 indonesischen Anlagen durchgeführte Abflusskonzentrationsmessungen ließen auf eine garantierte Abflusskonzentration der anaeroben Reaktoren von 200 mg CSB l-1 schließen, wenn der negative Einfluss von erhöhter Frischwassersalinität ausgeschlossen werden kann. Der CSB-Abbau durch ABRs in vier detailliert untersuchten DEWATS war gering in drei Fällen und befriedigend in einem Fall. Anaerobe Filter (AF) trugen in den drei Fällen, in denen sie Teil der Anlagenkonfigurationen waren, signifikant zur CSB-Reduzierung bei. Ammonium- und Phoshorkonzentrationen in allen Reaktorabläufen waren vergleichsweise hoch. Ein großer Anteil des CSBs in Reaktorabläufen war biologisch abbaubar. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass sich die Leistungsfähigkeiten der Anlagen signifikant verbessern würden, wären die Anlagenbelastungen den Auslegungswerten ähnlicher, d.h., wären die maximalen hydraulischen Belastungen geringer und die organischen Belastungen höher. Es wird deshalb geraten, den Fremdwasserzufluss zu minimieren, die Anlagenzulaufkonzentration durch partielle Grauwasserversickerung zu erhöhen und die Ammonium- und Phoshorkonzentration im Zulauf durch partiellen Urinabschlag zu verringern. Es wird außerdem vorgeschlagen, die hydraulische Aufenthaltszeit in Absetzbecken (settlers) auf zehn Stunden zu begrenzen, um so die organische Belastung der ABRs zu erhöhen. Ferner wird die Hypothese aufgestellt, dass Anlagen unter höherer Trockenwetterbelastung als bislang angenommen betrieben werden können, da aktiver anaerober Abbau auch unter extremen hydraulischen Belastungen möglich erscheint. Dies könnte zu einer signifikanten Senkung der Baukosten führen. Die Modellierung anaerober Abbauprozesse mit dem existierenden ADM-3P-Modell bestätigten, dass im Feld beobachtete Schlammakkumulationsraten auf eine aktive Hydrolyse schließen lassen. Das Modell konnte jedoch nicht genutzt werden, um Bezugswerte für den gelösten CSB im Ablauf der Anlagen zu erhalten, da es eine vergleichsweise hohe Sensitivität in Bezug auf die Raten für Methanogenese aufwies. Die allgemein anerkannte Sichtweise ist, dass die Hydrolyse den geschwindigkeitsbestimmenden Abbauschritt bei der anaeroben Behandlung feststoffreicher Abwässer darstellt. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass dieses nicht für feststoffakkumulierende Systeme, wie den ABR, zutrifft.

Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) such as disseminated by the Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA) are increasingly being recognized by decision makers across the world as an option for service delivery in densely populated low-income areas. However, little practical experience has been gathered methodologically on basic engineering and performance aspects surrounding these systems. This thesis investigates full-scale anaerobic reactors of communal DEWATS implemented in tropical regions in order to consolidate the basis of future design and support monitoring, operation and maintenance procedures. Special focus is laid on the operation of the Anaerobic Baffled Reactor (ABR) as the core technology of DEWATS. Field research has been conducted for over four years at numerous communal systems in Indonesia, India and South Africa in order to (i) verify the generally used parameter values for DEWATS design and operation, (ii) identify factors limiting the treatment efficiency of existing systems in the field and (iii) investigate the performance of DEWATS and DEWATS treatment steps (especially ABRs) under tropical field conditions in terms of effluent concentration, Chemical Oxygen Demand (COD) removal, sludge stabilisation and sludge activity. Field data on average per capita wastewater production in DEWATS implementation areas, long term fluctuations and peak-flow values are presented. General per capita organic load and per capita nutrient load, per capita biogas production in digesters and per capita sludge accumulation in ABRs are estimated. Based on available data and field observations, treatment limiting factors are hypothesised to be rain-water intrusion, general under-loading, organic under-loading and elevated raw-water salinity in coastal areas. Effluent measurements performed at one hundred nine systems in Indonesia indicated guaranteed maximum concentrations of 200 mg CODt l-1 for anaerobic DEWATS treatment effluent if the treated wastewater is non-saline. ABR COD reduction of four case studies was poor in three cases and fair in one case. Sludge accumulation rates indicated good sludge stabilisation and sludge activity in all four systems. Anaerobic Filters (AF) contributed in all three case studies, in which they were part of the plant design, significantly to COD reduction. Nutrient effluent concentrations were comparably high. Large fractions of effluent organics were found to be biodegradable. It is hypothesised that system treatment would improve significantly if maximum hydraulic load was lower, general organic load was higher and therefore both close to design estimation. It is thus proposed to control the amount of storm water intruding the systems, increase feed concentration through partial grey-water exclusion and reduce the nutrient load in system effluent through partial urine diversion. It is further proposed to reduce the HRT of the settler below 10 h in order to increase the organic load to the ABR. It is further hypothesised that systems could be operated at higher hydraulic dry weather load than currently assumed since active anaerobic digestion appears to be capable of establishing itself under extreme hydraulic pressure. This may lead to a considerable reduction of building costs. Anaerobic digestion modelling with the existing ADM-3P model confirmed that observed sludge accumulation rates indicate active hydrolytic systems. The model could however not be used to produce soluble COD effluent concentration benchmarks due to its sensitivity to methanogenic rate constants. The general view held for anaerobic reactors treating wastewater with high solid content is that hydrolysis is the rate-limiting degradation step. It is hypothesised that this does not apply for solid accumulating systems such as the ABR. / Die durch die Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA) verbreiteten Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) werden international von Entscheidungsträgern zunehmend als Möglichkeit angesehen, kommunale Abwasserreinigung in dichtbesiedelten, einkommensschwachen Gegenden zu ermöglichen. Allerdings wurden bislang wenig praktische Erfahrungen methodisch über grundlegende Aspekte der Anlagendimensionierung und Anlagenleistungsfähigkeit aufgenommen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden anaerobe Reaktoren kommunaler DEWATS unter tropischen Feldbedingungen untersucht, um eine Datengrundlage für zukünftige Dimensionierung, Wartung und Betrieb, als auch Monitoring der Anlagen zu schaffen. Schwerpunkt wurde dabei auf den Anaerobic Baffled Reactor (ABR) als Kerntechnologie von DEWATS gelegt. Felduntersuchungen wurden in der Zeit von mehr als vier Jahren an zahlreichen kommunalen DEWATS in Indonesien, Indien und Südafrika durchgeführt, um (i) die gängig gewählten Parameterwerte für Anlagen-Dimensionierung und -Betrieb zu überprüfen, (ii) leistungslimitierende Faktoren im Feldbetrieb zu identifizieren und um (iii) die Leistungsfähigkeit von DEWATS und DEWATS-Reinigungsstufen (insbesondere des ABRs) unter tropischen Feldbedingungen bezüglich Abflusskonzentrationen, Reduzierung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB), Schlammstabilisierung und Schlammaktivität zu untersuchen. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen, wurden durchschnittliche Einwohnergleichwerte, Langzeitvariationen und Faktoren für Zuflussspitzen für kommunale Abwasserproduktion in DEWATS-Zielbevölkerungsgruppen präsentiert. Ferner werden allgemeine Pro-Kopf-CSB-Frachten, -Ammoniumfrachten und -Phosphorfrachten, die Pro-Kopf-Biogasproduktion in kommunalen Biogasanlagen sowie die Pro-Kopf-Schlammakkumulation in ABRs abgeschätzt. Auf Felduntersuchungen basierend, wurden Fremdwassereinfluss, generelle Unterbelastung, organische Unterbelastung und erhöhte Frischwassersalinität in Küstengebieten als leistungslimitierende Faktoren im Feldbetrieb identifiziert. An 109 indonesischen Anlagen durchgeführte Abflusskonzentrationsmessungen ließen auf eine garantierte Abflusskonzentration der anaeroben Reaktoren von 200 mg CSB l-1 schließen, wenn der negative Einfluss von erhöhter Frischwassersalinität ausgeschlossen werden kann. Der CSB-Abbau durch ABRs in vier detailliert untersuchten DEWATS war gering in drei Fällen und befriedigend in einem Fall. Anaerobe Filter (AF) trugen in den drei Fällen, in denen sie Teil der Anlagenkonfigurationen waren, signifikant zur CSB-Reduzierung bei. Ammonium- und Phoshorkonzentrationen in allen Reaktorabläufen waren vergleichsweise hoch. Ein großer Anteil des CSBs in Reaktorabläufen war biologisch abbaubar. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass sich die Leistungsfähigkeiten der Anlagen signifikant verbessern würden, wären die Anlagenbelastungen den Auslegungswerten ähnlicher, d.h., wären die maximalen hydraulischen Belastungen geringer und die organischen Belastungen höher. Es wird deshalb geraten, den Fremdwasserzufluss zu minimieren, die Anlagenzulaufkonzentration durch partielle Grauwasserversickerung zu erhöhen und die Ammonium- und Phoshorkonzentration im Zulauf durch partiellen Urinabschlag zu verringern. Es wird außerdem vorgeschlagen, die hydraulische Aufenthaltszeit in Absetzbecken (settlers) auf zehn Stunden zu begrenzen, um so die organische Belastung der ABRs zu erhöhen. Ferner wird die Hypothese aufgestellt, dass Anlagen unter höherer Trockenwetterbelastung als bislang angenommen betrieben werden können, da aktiver anaerober Abbau auch unter extremen hydraulischen Belastungen möglich erscheint. Dies könnte zu einer signifikanten Senkung der Baukosten führen. Die Modellierung anaerober Abbauprozesse mit dem existierenden ADM-3P-Modell bestätigten, dass im Feld beobachtete Schlammakkumulationsraten auf eine aktive Hydrolyse schließen lassen. Das Modell konnte jedoch nicht genutzt werden, um Bezugswerte für den gelösten CSB im Ablauf der Anlagen zu erhalten, da es eine vergleichsweise hohe Sensitivität in Bezug auf die Raten für Methanogenese aufwies. Die allgemein anerkannte Sichtweise ist, dass die Hydrolyse den geschwindigkeitsbestimmenden Abbauschritt bei der anaeroben Behandlung feststoffreicher Abwässer darstellt. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass dieses nicht für feststoffakkumulierende Systeme, wie den ABR, zutrifft.

Benzene is chemically stable as it has no substituents which can be biochemically attacked and a well-known toxic contaminant whose anaerobic degradation pathway is still not fully resolved. As only a very few anaerobic benzene-mineralizing pure cultures have been described yet, research was usually done with enrichment cultures dominated by specific organisms capable of benzene degradation under different electron acceptor conditions. Remarkable progress has been made in recent years with regard to the initial mechanism of benzene transformation especially on the putative genes that are involved in anaerobic carboxylation of benzene and the benzoyl-CoA central pathway. Many phylotypes described to be primary benzene degraders in anaerobic enrichment cultures at various electron acceptor conditions belong to the Peptococcaceae. Here, the thesis focused on characterizing the structure and function of anaerobic benzene-mineralizing microbial communities enriched from two hydrocarbon-contaminated sites: hydrocarbon-contaminated sediment from Ogoni in Niger Delta of Nigeria and a benzene-contaminated aquifer in Zeitz (Germany). The Niger Delta is one of the world’s most damaged ecosystem mainly due to hydrocarbon exploration accidents. The natural attenuation potential of Niger Delta subsurface sediment for anaerobic hydrocarbon degradation was investigated using benzene as a model compound under iron-reducing, sulfate-reducing, and methanogenic conditions. Benzene was slowly mineralized under iron-reducing conditions using Fe(III) chelated with nitrilotriacetic acid, or poorly crystalline Fe(III) oxyhydroxides as electron acceptors, analyzed by measurement of 13CO2 produced from added 13C-labelled benzene. The highest mineralization rates were observed in microcosms amended with Fe(III) oxyhydroxides while microcosms amended with Fe(III) nitrilotriacetic acid produced methane. Abundant phylotypes were affiliated to Betaproteobacteriales, Ignavibacteriales, Desulfuromonadales, and Methanosarcinales of the genera Methanosarcina and Methanothrix, illustrating that the enriched benzene mineralizing communities were diverse and may contain more than a single benzene degrader. The study underpins the importance of microbial ecosystem services in contaminant degradation as a sustainable environmental means of mitigating harmful chemicals. Benzene degradation pathways in a benzene-mineralizing, nitrate-reducing enrichment culture from Zeitz was investigated. Benzene mineralization was dependent on the presence of nitrate and correlated to enrichment of a Peptococcaceae phylotype only distantly related to known anaerobic benzene degraders of this family. Its relative abundance decreased after benzene mineralization had terminated, while other abundant taxa - Ignavibacteriaceae, Rhodanobacteraceae and Brocadiaceae - slightly increased. Generally, the microbial community remained diverse despite amendment of benzene as single organic carbon source, suggesting complex trophic interactions between different functional groups. A subunit of the putative anaerobic benzene carboxylase (AbcA) previously detected in Peptococcaceae was identified by metaproteomic analysis suggesting that benzene was activated by carboxylation. Detection of proteins involved in anaerobic ammonium oxidation (Anammox) indicates that benzene mineralization was accompanied by Anammox, facilitated by nitrite accumulation and the presence of ammonium in the growth medium. The results suggest that benzene was activated by carboxylation and further assimilated by a novel Peptococcaceae phylotype and confirm the hypothesis that Peptococcaceae are important anaerobic benzene degraders. Only a few benzene mineralizing anaerobes have been isolated to date. In an attempt using classical isolation techniques to isolate benzene-mineralizing pure cultures from a benzene-mineralizing nitrate-reducing microbial community, two consortia were gained under nitrate-reducing conditions spiked separately with acetate and benzene as sole sources of carbon and energy with media containing ammonium or without ammonium. Both consortia – Bz4 (with ammonium) and Bz7 (without ammonium) - mineralized 13C-labelled acetate under anoxic conditions at 3.3 and 2.7 µM day-1, respectively, revealed by analysis of evolved 13CO2. However, only Bz4 mineralized 13C-labelled benzene (0.298 µM benzene mineralized day-1) generated up to 960.2 ± 0.3 ‰ ẟ13C-CO2 during 184 days while producing only slight amounts of nitrite (4.60 ± 0.004 µM). By 16S rRNA gene amplicon sequencing was determined that the isolated cultures were not pure cultures but still contained several different phylotypes. The gained Bz4 consortium that mineralized benzene under anoxic conditions can be further purified and explored for their metabolic potentials.:Acknowledgments ………………………………………………………................. ii Table of Contents …………………………………………………………………… iii Dissertation Summary ……………………………………………………………… vi Dissertation Zusammenfassung …………………………………………………… viii List of Tables ………………………………………………………………………… x List of Figures ……………………………………………………………………….. xi List of Appendices ………………………………………………………………….. xiii Abbreviations .………………………………………………………….................... xv Chapter 1: Introduction and Research Objectives ……………………………… 1 1.1 Introduction ……………………………………………………………… 2 1.2 Aims and Objectives ………………………………………………….... 4 Chapter 2: Anaerobic Benzene Degradation by Microbial Communities and Pure Cultures …… 6 2.1 Anaerobic benzene degradation – a brief introduction ...…………… 7 2.2 Anaerobic benzene degradation under different electron acceptor conditions … 9 2.2.1 Benzene degradation under methanogenic conditions ……… 9 2.2.2 Benzene degradation under sulfate-reducing conditions …… 14 2.2.3 Benzene degradation under nitrate-reducing conditions …… 20 2.2.4 Benzene degradation under iron-reducing conditions ……… 25 2.3 Anaerobic benzene degradation by pure cultures ………………… 26 2.4 Anaerobic benzene activation mechanisms and associated genes……………… 28 2.4.1 Hydroxylation of benzene …………………………………….… 30 2.4.2 Methylation of benzene ………………………………..………… 34 2.4.3 Carboxylation of benzene ……………………………....………. 34 2.5 Benzoyl-CoA central metabolic pathways ………………………… 37 2.6 Syntrophic interactions in benzene-degrading communities ……… 42 2.7 Prospects for the future ……..……………………………………………… 43 Chapter 3: Anaerobic Benzene Mineralization by Natural Microbial Communities from Niger Delta …………………………………………………………………........... 44 3.1 Introduction …………………………………………………………..... 45 3.2 Materials and Methods ……………………………………………….. 46 3.2.1 Chemicals ………………………………………………………... 46 3.2.2 Site description and sampling procedure ……………………… 47 3.2.3 Setup of enrichment cultures …………………………………… 47 3.2.4 Chemical and microscopic analysis …………………………… 48 3.2.5 Microbial community analysis …………………………………… 49 3.3 Results and Discussion …………………………………………………. 50 3.3.1 Mineralization of benzene at different electron-acceptor conditions …………... 50 3.3.2 Microbial community structure at different electron-acceptor conditions ……... 53 3.4 Conclusion ………………………………………….…………………… 61 Chapter 4: Structure and Functional Capacity of a Benzene-mineralizing, and Nitrate-reducing Microbial Community ……………………………………………......... 62 4.1 Introduction …………………………………………………………..... 63 4.2 Materials and methods ……………………………………………..... 64 4.2.1 Chemicals ………………………………………………………... 64 4.2.2 Microcosm setup and sampling ………………………………… 64 4.2.3 Chemical and physiochemical analyses ……………………… 66 4.2.4 Amplicon and metagenome sequencing ……………………… 67 4.2.5 Protein mass spectrometry ……………………………………. 67 4.2.6 Metaproteome analysis ………………………………………… 68 4.2.7 Cloning and sequencing of putative nitric oxide dismutase (nod) genes ………. 68 4.2.8 Data availability …………………………………………………… 69 4.3 Results …………………………………………………………………………. 70 4.3.1 Benzene mineralization under nitrate-reducing conditions …… 70 4.3.2 Changes in microbial diversity during benzene mineralization . 71 4.3.3 Metaproteome composition ……………………………………… 74 4.3.4 Presence of putative nitric oxide dismutase genes (nod) ……. 76 4.4 Discussion ……………………………………………………………... 76 4.4.1 Putative pathways for nitrate reduction coupled with benzene mineralization … 76 4.4.2 Elucidation of the benzene activation step ……………………… 78 4.4.3 Benzoyl-CoA central pathway ……………………………………. 79 4.4.4 Peptococcacea as putative primary benzene degraders ……… 80 4.4.5 Metabolic function of Anammox bacteria in the community …… 81 Chapter 5: Consortia Dominated by Gammaproteobacteria Isolated from a Denitrifying Benzene-degrading Enrichment Culture and their Capacity to Mineralize Benzene...................... 83 5.1 Introduction ……………………………………………………………… 84 5.2 Materials and methods ………………………………………………… 85 5.2.1 Chemicals ………………………………………………………… 85 5.2.2 Isolation procedure …………………………………………………… 85 5.2.3 Mineralization and nitrite analyses ……………………..……… 86 5.2.4 Genomic DNA extraction and 16S rRNA gene sequencing … 87 5.3 Results …………………………………………………………………. 87 5.4 Discussions …………………………………………………………… 91 Chapter 6: General Conclusions and Outlook …..……………………………… 95 6.1 Conclusions and novelty of the research …………………………… 96 6.2 Ignavibacteriales as benzene degrading consortia under iron-reducing conditions 96 6.3 Insights into benzene activation via carboxylation by Peptococcaceae … 97 6.4 Unraveling growth of Anammox bacteria during benzene mineralization … 98 6.5 Study significance ……………………………………………………… 99 6.6 General outlook ………………………………………………………… 100 References ………………………………………………………………………… 101 Appendices ………………………………………………………………………… 120 Contributions of other Authors …………………………………………………… 160