Badania składu jakościowego bakterii występujących w osadzie czynnym akumulującym polifosforany

Zborowska, E.; Muszyński, A.; Łebkowska, M.; Podedworna, J.; Żubrowska-Sudoł, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania składu jakościowego bakterii występujących w osadzie czynnym akumulującym polifosforany

Autorzy

Zborowska E. , Muszyński A. , Łebkowska M. , Podedworna J. , Żubrowska-Sudoł M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Qualitative determination of polyphosphate accumulating bacteria in activated sludge

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy dokonano próby izolacji i identyfikacji mikroorganizmów akumulujących polifosforany (PAO), zasiedlających laboratoryjny sekwencyjny reaktor porcjowy (SBR) przeznaczony do usuwania ortofosforanów ze ścieków w warunkach laboratoryjnych. W celu wyselekcjonowania bakterii o potencjalnych zdolnościach do akumulacji polifosforanów próbki osadu czynnego poddano głodzeniu w warunkach tlenowych, a do podłóż stałych dodano inhibitor syntezy ATP (DCCD - dicykloheksylokarbodiimid). Wyizolowane szczepy bakterii, a także hodowle mieszane, poddano następnie testom na podłożach płynnych celem potwierdzenia ich przynależności do grupy PAO. W każdym teście występowały naprzemiennie trzy fazy beztlenowe i dwie tlenowe. W ciągu 9-miesięcznych badań stwierdzono, że dominujące w osadzie czynnym były bakterie cylindryczne gramujemne, ale licznie występowały też formy cylindryczne gramdodatnie, szczególnie z rodzaju Arthrobacter. Wyizolowano także ziarniaki, głównie z rodzaju Staphylococcus. Spośród gatunków dominujących w hodowlach głodzonych najwięcej szczepów należało do rodzajów Arthrobacter, Aeromonas, a także Brevundimonas. Czyste szczepy bakterii, zastosowane w teście hodowlanym mającym potwierdzić cechy PAO, nie wykazały jednak zdolności do poboru ortofosforanów ze ścieków w warunkach tlenowych i zużywania związków organicznych, wraz z jednoczesnym uwalnianiem ortofosforanów przy braku dostępu tlenu. Przyczyną braku wykazywania cech PAO mogła być nieobecność innych mikroorganizmów, mogących synergistycznie oddziaływać z badanymi szczepami. W przypadku hodowli mieszanych również nie stwierdzono poboru i uwalniania ortofosforanów, natomiast test z osadem czynnym wykazał pozytywny rezultat, charakterystyczny w modelu PAO. Wyniki te świadczą o obecności PAO w badanym osadzie czynnym, jednakże wydaje się prawdopodobne, że wyizolowane szczepy nie należały do PAO.

The aim of this work was to isolate and identify the polyphosphate accumulating organisms (PAOs) that populate a sequencing batch reactor (SBR) designed for the removal of orthophosphates from wastewater under laboratory conditions. In order to isolate bacteria with potential capacity for polyphosphate accumulation, the sludge samples were subjected to aerobic starvation, and the solid media used for cultivation were supplied with dicyclohexylcarbodiimide (DCCD), an ATP synthesis inhibitor. The isolated bacterial strains, as well as the mixed cultures, were then tested in liquid media to confirm the typical PAO phenotype. Each test consisted of five alternate phases - three anaerobic and two aerobic. The nine-month experiment produced the following findings. Gram-negative rods dominated the activated sludge samples, but Gram-positive rods, mainly those of the genus Arthrobacter sp., were also in abundance. The micrococci isolated from the sludge were predominantly of the genus Staphylococcus sp. Most of the strains that dominated the cultures subjected to aerobic starvation were of the genera Arthrobacter sp., Aeromonas sp. and Brevundimonas sp. The pure bacterial strains that were tested in the liquid media to confirm the typical PAO phenotype showed no capacity either for the uptake of orthophosphates from the wastewater under aerobic conditions, or for the utilization of organic compounds with simultaneous release of orthophosphates under conditions of oxygen deficiency. Seemingly, the absence of other microorganisms with the capacity for synergetic interactions was the underlying cause of the pure strains' failure to share the typical PAO phenotype. The lack of capacity for the uptake and release of orthophosphates was also observed in the mixed cultures. The test performed with activated sludge produced a positive result, typical of the PAO model, which substantiates the presence of PAO in the activated sludge being tested. However, it may as well be assumed that the isolated strains were not PAOs.

Słowa kluczowe

PAO osad czynny sekwencyjny reaktor porcjowy metody hodowlane

PAO activated sludge sequencing batch reactor cultivation methods

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2010

Tom

Vol. 32, nr 2

Strony

9--14

Opis fizyczny

Bibliogr. 29 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zborowska E.

autor

Muszyński A.

autor

Łebkowska M.

autor

Podedworna J.

autor

Żubrowska-Sudoł M.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa, ewa.zborowska@is.pw.edu.pl

Bibliografia

1. A. OEHMEN, P.C. LEMOS, G. CARVALHO, Z. YUAN, J. KELLER, L.L. BLACKALL, M.A.M. REIS: Advances in enhanced biological phosphorus removal: From micro to macro scale. Water Research 2007, Vol. 41, pp. 2271–2300.
2. R.J. SEVIOUR, T. MINO, M. ONUKI: The microbiology of biological phosphorus removal in activated sludge systems. FEMS Microbiology Reviews 2003, Vol. 27, pp. 99–127.
3. H. PEREIRA, P.C. LEMOS, M.A.M. REIS, J.P.S.G. CRESPO, M.J.T. CARRONDO, H. SANTOS: Model for carbon metabolism in biological phosphorus removal processes based on in vivo 13C-NMR labeling experiments. Water Research 1996, Vol. 30, pp. 2128–2138.
4. R.P.X. HESSELMANN, R. VON RUMMEL, S.M. RESNICK, R. HANY, A.J.B. ZEHNDER: Anaerobic metabolism of bacteria performing enhanced biological phosphate removal. Water Research 2000, Vol. 34, pp. 3487–3494.
5. J.P. KERRN-JESPERSEN, M. HENZE: Biological phosphorus uptake under anoxic and aerobic conditions. Water Research 1993, Vol. 27, pp. 617–624.
6. T. KUBA, G. SMOLDERS, M.C.M. VAN LOOSDRECHT, J.J. HEIJNEN: Biological phosphorus removal from wastewater by anaerobic-anoxic sequencing batch reactor. Water Science and Technology 1993, Vol. 27, pp. 241–252.
7. A. LOY, H. DAIMS, M. WAGNER: Activated sludge – molecular techniques for determining community composition. In: Encyclopedia of Environmental Microbiology [Ed. G. BITTON]. Wiley Scientific, New York 2002.
8. J. PODEDWORNA, M. ŻUBROWSKA-SUDOŁ, M. BANASZEWSKA, A. BISAK, A. CYGANECKA: Ocena wydajności akumulacji ortofosforanów w warunkach anoksycznych z wykorzystaniem testu poboru ortofosforanów. Mat. konf. „Oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów”, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2008, ss. 79–91.
9. Y. UBUKATA, S. TAKII: Some physiological characteristics of a phosphate-removing bacterium, Microlunatus phosphovorus, and a simplified isolation and identification method for phosphate-removing bacteria. Water Science and Technology 1998, Vol. 38, pp. 149–157.
10. E.B. PIKE, E.G. CARRINGTON, P.A. ASHBURNER: An evaluation of procedures for enumerating bacteria in activated sludge. Journal of Applied Bacteriology 1972, Vol. 35, pp. 309–321.
11. N. SURESH, R. WARBURG, M. TIMMERMAN, J. WELLS, M. COCCIA, M.F. RBERTS, H.O. HALVORSON: New strategies for the isolation of microorganisms responsible for phosphate accumulation. Water Science and Technology 1985, Vol. 17, pp. 99–111.
12. J.G. HOLT, N.R. KRIEG: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Wiliams and Wilkins Company, Baltimore–Hong-Kong–London–Sydney 1985–1989.
13. E. GURR: The Rational Use of Dyes in Biology. Leonard Hill, London 1965.
14. Y. UBUKATA, S. TAKII: Induction method of excess phosphate accumulation for phosphate removing bacteria isolated from anaerobic/aerobic activated sludge. Water Science and Technology 1994, Vol. 30, pp. 221–227.
15. M. SIDAT, F. BUX, H.C. KASAN: Polyphosphate accumulation by bacteria isolated from activated sludge. Water SA 1999, Vol. 25, pp. 175–179.
16. G. AULING, F. PILZ, H.J. BUSSE, S. KARRASCH, M. STREICHAN, G. SCHÖN: Analysis of the polyphosphate-accumulating microflora in phosphorus-eliminating, anaerobic-aerobic activated sludge systems by using diaminopropane as a biomarker for rapid estimation of Acinetobacter spp. Applied and Environmental Microbiology 1991, Vol. 57, pp. 3585–3592.
17. K.S. JØRGENSEN, A.S.L. PAULI: Polyphosphate accumulation among denitrifying bacteria in activated sludge. Anaerobe 1995, Vol. 1, pp. 161–168.
18. E. KLIMIUK, M. ŁEBKOWSKA: Biotechnologia w ochronie środowiska. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003.
19. L.H. LÖTTER: The role of bacterial phosphate metabolism in enhanced phosphorus removal from the activated sludge process. Water Science and Technology 1985, Vol. 17, pp.127–138.
20. V. TANDOI, M. MAJONE, J. MAY, R. RAMADORI: The behaviour of polyphosphate accumulating Acinetobacter isolates in an anaerobic-aerobic chemostat. Water Research 1998, Vol. 32, pp. 2903–2912.
21. P.L. BOND, G.N. REES: Microbiological aspects of phosphorus removal in activated sludge systems. In: Microbiology of Activated Sludge [Eds. R.J. SEVIOUR and L.L. BLACK-ALL]. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1999.
22. M. STREICHAN, J.R. GOLECKI, G. SCHÖN: Polyphosphate-accumulating bacteria from sewage plants with different processes for biological phosphorus removal. FEMS Microbiology Ecology 1990, Vol. 73, pp. 113–124.
23. G.W. FUHS, M. CHEN: Microbiological basis of phosphate removal in the activated sludge process for the treatment of wastewater. Microbial Ecology 1975, Vol. 2, pp. 119–138.
24. H. LU, A. OEHMEN, B. VIRDIS, J. KELLER, Z.G. YUAN: Obtaining highly enriched cultures of Candidatus Accumulibacter phosphatis through alternating carbon sources. Water Research 2006, Vol. 40, pp. 3838–3848.
25. M.M. SANTOS, P.C. LEMOS, M.A.M. REIS, H. SANTOS: Glucose metabolism and kinetics of phosphorus removal by the fermentative bacterium Microlunatus phosphovorus. Applied and Environmental Microbiology 1999, Vol. 65, pp. 3920–3928.
26. L. STANTE, C.M. CELLAMARE, F. MALASPINA, G. BORTONE, A.TILCHE: Biological phosphorus removal by pure culture of Lampropedia spp. Water Research 1997, Vol. 31, pp. 1317–1324.
27. A.M. MASZENAN, R.J. SEVIOUR, B.K.C. PATEL, P. SCHUMANN, J. BURGHARDT, Y. TOKIWA, H.M. STRATTON: Three isolates of novel polyphosphate-accumulating Gram-positive cocci, obtained from activated sludge, belong to a new genus, Tetrasphaera gen. nov., and description of two new species, Tetrasphaera japonica sp. nov. and Tetrasphaera australiensis sp. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2000, Vol. 50, pp. 593–603.
28. T.E. CLOETE, P.L. STEYN: Combined membrane filter-immunofluorescent technique for the in situ identification and enumeration of Acinetobacter in activated sludge. Water Research 1988, Vol. 22, pp. 961–969.
29. R.P.X. HESSELMANN, C. WERLEN, D. HAHN, J.R. VAN DER MEER, A.J.B. ZEHNDER: Enrichment, phylogenetic analysis and detection of a bacterium that performs enhanced biological phosphate removal in activated sludge. Systematic and Applied Microbiology 1999, Vol. 22, pp. 454–465.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPOB-0032-0002