Nowa zautomatyzowana procedura oznaczania udziału bakterii nitkowatych w kłaczkach osadu czynnego

• Autorzy: Liwarska-Bizukojć E. , Bizukojć M.

Warianty tytułu

EN

New automated procedure to determine the contribution of filamentous bacteria in activated sludge flocs

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Bakterie nitkowate odgrywają istotną rolę w formowaniu kłaczków osadu czynnego, ale ich nadmierna liczba może przyczynić się do pogorszenia właściwości sedymentacyjnych osadu. Dlatego monitorowanie ilości bakterii nitkowatych jest pomocne w utrzymaniu prawidłowego przebiegu oczyszczania ścieków. W pracy przedstawiono nową, zautomatyzowaną procedurę ilościowego oznaczenia udziału bakterii nitkowatych w biomasie osadu czynnego. procedura składa się z trzech głównych etapów: (1) barwienie bakterii nitkowatych metodą Neissera, (2) zbieranie obrazów mikroskopowych oraz (3) cyfrowa obróbka i analiza obrazów. Procedura służy obliczeniu długości bakterii nitkowatych na danym obrazie oraz stosunku pola powierzchni bakterii nitkowatych do pola powierzchni aglomeratów (kłaczków bez nitek). Wstępne wyniki pomiarów długości bakterii nitkowatych korespondują z uzyskanymi w innych ośrodkach naukowych, co oznacza, że procedura może być stosowana do pomiaru ilości bakterii nitkowatych w osadzie czynnym. W porównaniu do wcześniej stosowanych procedur analizy obrazu, ta zaproponowana w niniejszej pracy pozwala na równoczesne przeprowadzenie obróbki i obliczeń parametrów morfologicznych zarówno dla agregatów bez nitek, jak i samych bakterii nitkowatych. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu prostego i szybkiego barwienia preparatu mikroskopowego. Inną zaletą prezentowanej w tej pracy procedury jest to, że makroprogram służący do obróbki obrazów i obliczania parametrów morfologicznych został napisany i jest wykonywany w środowisku programu do zbierania obrazów (NIS Elements AR). Dzięki temu unika się stosowania dwóch osobnych pakietów oprogramowania, jednego do zbierania obrazów, a innego do ich obróbki i analizy.

EN

Filamentous bacteria play the important role in the processes of activated sludge flocs formation. At the same time their excess may deteriorate settling properties of activated sludge. That is why, monitoring of the quantity of filamentous bacteria is a helpful tool to assure the efficient run of wastewater treatment processes. In this work a new automated procedure for the estimation of the quantity of filamentous bacteria in the activated sludge was presented. The procedure consisted of the following stages: (1) Neisser staining, (2) grabbing of microscopic images, (3) digital image processing and analysis. This procedure allows for the calculation of the total length of filaments per image and the ratio of area of filaments to the area of aggregates excluding filaments. The initial results obtained with the use of this procedure were on the same level as obtained earlier by other scientists. It indicates that the procedure can be applied for the measurement of the quantity of filaments in the activated sludge. Compared to the previously applied procedures, the present one allows for simultaneous performance of image processing and calculation of morphological parameters for both aggregates and filaments. It is possible due to application of the fast and simple microscopic slides staining method. Secondly, the macroprogramme realizing the proposed procedure of image processing and calculation of morphological parameters, is written in the same software, which is used for image grabbing, i.e. NIS Elements AR. Thus, using two different software packages (separately for image grabbing and processing) is avoided.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie ścieków; osad czynny; bakterie nitkowate; oznaczanie ilościowe; barwienie Neissera; analiza cyfrowa obrazu

EN

sewage treatment; activated sludge; filamentous bacteria; quantitative determination; Neisser staining; digital image analysis

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 3
• Strony: 59--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il.

Twórcy

autor

Liwarska-Bizukojć E.

• Politechnika Łódzka

autor

Bizukojć M.

• Politechnika Łódzka, Katedra Inżynierii Bioprocesowej

Bibliografia

• [1] Amaral A.L. Ferreira E.C.: Activated sludge monitoring of a wastewater treatement plant using image analysis and partial least squares regression, Anal. Chim. Acta, vol. 544, 2005, s. 246-253.
• [2] Bitton G., Koopman B.: Tetrazolium reduction-malachite green method for assesing the viability of filamanetous bacteria in activated sludge, Appl. Environ. Microbiol., vol. 43/4, 1982, s. 964-966.
• [3] da Motta M., Pons M.-N., Roche N. Monitoring of filamentous bulking In activated sludge systems fed by synthetic or municipal wastewater, Bioproc. Biosys. Eng., vol. 25/6, 2003, s. 387-393.
• [4] Eikelboom D.H., van Buijsen H.J.J.: Podręcznik mikroskopowego badania osadu czynnego, Wydawnictwo „Seidel-Przywecki” Sp. z o.o., Szczecin 1999.
• [5] Guo J., Peng Y., Wang S., Yang X., Wang Z., Zhu A.: Stable limited filamentous bulking through keeping the competition between floc-formers and filaments in balance, Biores. Technol., vol. 103, 2012, s. 7-15.
• [6] Jones P.A., Schuler A.J.: Seasonal variability of biomass density and activated sludge settleability in full-scale wastewater treatment systems, Chem. Eng. J., vol. 164, 2010, s. 16-22.
• [7] Liwarska-Bizukojc E., Bizukojc M.: Effect of selected anionic surfactants on activated sludge flocs, Enz. Microb. Technol., vol. 39, 2006, s. 660-668.
• [8] Mesquita D.P., Amaral A.L., Ferreira E.C.: Identifying different types of bulking in an activated sludge system through quantitative image analysis, Chemosphere, vol. 85, 2011, s. 643-652.
• [9] Mesquita D.P., Dias O., Amaral A.L. Ferreira E.C.: Monitoring of activated sludge settling ability through image analysis: validation on full scale wastewater treatment plants, Bioprocess Biosyst. Eng., vol. 32, 2009, s. 361-367.
• [10] Mesquita D.P., Dias O., Dias A.M.A., Amaral A.L. Ferreira E.C.: Correlation between sludge settling ability and image analysis information using partial least squares, Anal. Chim. Acta, vol. 642, 2009, s. 94-101.
• [11] Mielczarek A.T., Cragelund C., Erikssen P.S., Nielsen P.H.: Population dynamics of filamentous bacteria in Danish wastewater treatment plant with nutrient removal, Water Res., vol. 46, 2012, s. 3781-3795.