Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 100-121.

Water scarcity in Egypt necessitates safe, evidence-based wastewater reuse, yet routine microbiome monitoring in treatment evaluation remains limited. This thesis assesses five geographically distributed wastewater treatment plants using integrated physicochemical analyses to quantify contaminant removal and high-throughput 16S rRNA sequencing to resolve bacterial community dynamics across treatment stages, and link ecological restructuring to effluent quality and reuse risk. Influent–effluent benchmarking showed consistently high reductions of organic loads and particulates (Biochemical Oxygen Demand, Chemical Oxygen Demand, Total Organic Carbon, Turbidity), but variable nutrient and metal outcomes: total nitrogen removal ranged ~41–61%, phosphorus reductions were inconsistent with occasional post treatment increases, and metal removal was plant specific (e.g., suboptimal Cd and Zn in select sites). Microbiome profiling revealed that Wastewater Treatment Plants act as selective ecological filters rather than “killing steps,” transforming influents dominated by copiotrophic and host associated Proteobacteria into more diverse, even, and functionally redundant effluent assemblages enriched in taxa such as Paenibacillus, Comamonas, Acinetobacter, Shewanella, and Mycobacterium, consistent with adaptation to oligotrophic, post treatment conditions. Despite overall performance gains, clinically relevant genera (e.g., Acinetobacter, Aeromonas, Mycobacterium, Escherichia, Legionella, Campylobacter, Klebsiella) persisted in effluents, underscoring residual health risks and the role of Wastewater Treatment Plants as “One Health” interfaces for antimicrobial resistance dissemination. Coupled analyses linked diversity shifts to physicochemical change, while site specific anomalies highlighted the need for plant level optimization. The study recommends: integrating microbial with chemical monitoring, prioritizing advanced nutrient/pathogen polishing, and adopting context specific operational strategies to enhance safe, sustainable wastewater reuse under Egypt’s escalating water scarcity.

تفرض ندرة المياه في مصر اعتماد إعادة استخدام مياه الصرف بصورة آمنة قائمة على الأدلة، غير أنّ المراقبة الروتينية للميكروبيوم ضمن تقييم المعالجة ما تزال محدودة. تُقيّم هذه الأطروحة خمس محطات لمعالجة مياه الصرف الصحي موزعة جغرافيًا عبر دمج التحليلات الفيزيائية-الكيميائية ،بغرض قياس إزالة الملوثات، مع التسلسل فائق الإنتاجية لجين 16S rRNA، وتتبّع ديناميكيات المجتمعات البكتيرية عبر مراحل المعالجة، وربط إعادة الهيكلة البيئية بجودة المياه الخارجة ومخاطر إعادة الاستخدام. أظهر القياس المقارن بين المياه الداخلة والخارجة خفضًا مرتفعًا ومتسقًا للأحمال العضوية والجسيمات الصلبةBOD5) وCOD و TOC والعكارة(، في حين بدت نتائج المغذيات والمعادن متباينة: بلغت نسبة إزالة النيتروجين الكلي نحو 41–61%، وجاءت تخفيضات الفوسفور غير ثابتة مع زيادات لاحقة للمعالجة في بعض الحالات، كما اتسمت إزالة المعادن بخصوصية المحطة (مثل أداء دون المُثل للكادميوم والزنك في مواقع بعينها). أظهر التحليل الميكروبي أن محطات المعالجة تعمل بوصفها مرشِّحات بيئية انتقائية لا «خطوات قتل»، إذ تُحوِّل المياه الداخلة، المهيمن عليها ببكتيريا محبّة للظروف الغنية بالمغذيات ومرتبطة بالعائل ضمن شعبة Proteobacteria ، إلى تجمعات خارجية أكثر تنوعًا وتجانسًا وفائضًا وظيفيًا، مع إثراء لأجناس مثل Paenibacillus و Comamonas و Acinetobacter وShewanella وMycobacterium ، بما ينسجم مع التكيّف لظروف ما بعد المعالجة الشحيحة المغذيات. وعلى الرغم من المكاسب الإجمالية في الأداء، فقد استمر وجود أجناس ذات أهمية سريرية مثل Acinetobacter و Aeromonas وMycobacterium ؛ ورُصدت Escherichia وLegionella و Campylobacter وKlebsiella في المياه الخارجة، ما يؤكد بقاء مخاطر صحية ويُبرز دور محطات المعالجة كواجهات «الصحة الواحدة» في انتشار مقاومة المضادات. ربطت التحليلات المقترنة تحولات التنوع بالتغيرات الفيزيائية-الكيميائية، فيما أبرزت الشذوذات الخاصة بكل موقع الحاجة إلى تحسينات على مستوى المحطة. توصي الدراسة بدمج المراقبة الميكروبية مع الكيميائية، وإعطاء الأولوية لعمليات تلميع متقدمة لإزالة المغذيات/الممرضات، واعتماد استراتيجيات تشغيل سياقية مخصّصة لتعزيز إعادة الاستخدام الآمن والمستدام لمياه الصرف في ظل تصاعد ندرة المياه في مصر.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.