Dynamika ilościowa AOB w procesie biologicznego oczyszczania odcieków składowiskowych w warunkach beztlenowych

• Autorzy: Jurczyk Ł. , Koc-Jurczyk J. , Różalska P.

Warianty tytułu

EN

Quantitative dynamics of AOB in the biological treatment of landfill leachate in anaerobic conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Składowanie odpadów, nawet na obiektach prawidłowo zaprojektowanych i eksploatowanych może stwarzać wiele zagrożeń dla środowiska. Jednym z najpoważniejszych jest powstawanie w obrębie składowiska odcieków, charakteryzujących się między innymi dużymi stężeniami azotu amonowego oraz znaczną zawartością trudno rozkładalnych związków organicznych. Podstawową metodą unieszkodliwiania odcieków składowiskowych jest ich oczyszczanie w reaktorach biologicznych. U podstaw tego procesu leży biochemiczny rozkład azotu amonowego przez mikroorganizmy wykazujące ekspresję genu monooksygenazy amoniaku, a jednym ze sposobów zwiększenia jego efektywności jest stosowanie różnych typów nośników stwarzających tym mikroorganizmom optymalne warunki życia. Odcieki wykorzystane w badaniach pochodziły ze składowiska odpadów komunalnych w Kozodrzy (woj. podkarpackie). Badania prowadzono w trzech sekwencyjnych reaktorach biologicznych o pojemności 2 l (SBR 1-3), w warunkach beztlenowych, w temperaturze 42°C i przy stałym czasie zatrzymania wynoszącym 6 d. SBR 1 pracował tylko z osadem czynnym zawieszonym, natomiast SBR 2 i 3 zostały wyposażone w wypełnienia z PCV o różnej średnicy porów (odpowiednio 2 ÷ 3 oraz 4 ÷ 5 mm). W pobranych z reaktorów próbkach osadu badano, za pomocą techniki ilościowej łańcuchowej reakcji polimerazy (Q-PCR), zawartość kopii genu 16S rRNA o sekwencji charakterystycznej dla wszystkich znanych β-proteobakterii mających zdolność do utleniania amoniaku. Porównując w badanych próbkach dynamikę ilości badanego genu, stwierdzono, że wypełnienie zastosowane w SBR 2 powodowało najmniejsze wahania liczebności bakterii w procesie ich adaptacji do warunków technologicznych. Efektywność usuwania azotu amonowego we wszystkich reaktorach miała związek z ilością kopii badanego genu.

EN

Waste disposal, even on properly designed and operated landfills may be environmentally hazardous. One of the most onerous aspects of landfilling is formation of the leachate, characterized by high concentrations of ammonia nitrogen and organic compounds. One of the most common method applied for nitrogen neutralization in landfill leachate is biological treatment based on biochemical decomposition of an ammonia by micro-organisms expressing gene of ammonia monooxygenase. The way to increasing efficiency of this process is the application of different types of fillings creating optimal conditions for microorganisms life. Leachate used in the study came from a large scale municipal waste landfill in Kozodrza (podkarpackie province, Poland). The research was conducted in three sequential batch reactors of 2 l (SBR 1-3), in anaerobic conditions, high temperature (42°C) and a constant HRT of 6 d. SBR 1 ran with suspended activated sludge, while the SBR 2 and 3 were equipped with PVC filling of different pore diameters (respectively 2 ÷ 3 and 4 ÷ 5 mm). The samples of sludge were examined for number of 16S rDNA copies characterized for ammonia oxidizing β-proteobacteria. Comparing the quantitative dynamics of 16S rRNA gene in samples it was found that fillings used in the SBR 2 resulted in slightest hesitation of the number of bacteria during the process of their adaptation to technological conditions. The ammonia nitrogen removal efficiency in all reactors was related to the number of 16S rRNA gene copies.

Słowa kluczowe

PL

odcieki składowiskowe; SBR; AOB; 16S rRNA; Q-PCR

EN

landfill leachate; SBR; AOB; 16S rRNA; Q-PCR

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 14, nr 4
• Strony: 309--322
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz.

Twórcy

autor

Jurczyk Ł.

autor

Koc-Jurczyk J.

autor

Różalska P.

• Zakład Biologicznych Podstaw Rolnictwa i Edukacji Środowiskowej Uniwersytet Rzeszowski, Wydział Biologiczno-Rolniczy, ul. M. Ćwiklińskiej 2, 35-601 Rzeszów

Bibliografia

• [1] El-Fadel M., Bou-Zeid E., Chahine W., Alayli B., Temporal variation of leachate quality from pre-sorted and baled municipal solid waste with high organic and moisture content, Waste Management 2002, 22, 3, 269-282.
• [2] Surmacz-Górska J., Miksch K., Kita M., Możliwości podczyszczania odcieków z wysypisk metodami biologicznymi, Archiwum Ochrony Środowiska 2000, 26, 3, 43-54.
• [3] Kang K-H., Shin H.S., Park H., Characterization of humic substances present in landfill leachates with different landfill ages and its implications, Water Research 2002, 36, 16, 4023-4032.
• [4] Kulikowska D., Charakterystyka oraz metody usuwania zanieczyszczeń organicznych z odcieków pochodzących z ustabilizowanych składowisk odpadow komunalnych, Ecological Chemistry and Engineering 2009, 16, 3, 389-402.
• [5] Kaczorek K., Ledakowicz S., Deamonifikacja odcieków z wysypiska na złożu torfowym, Inżynieria i Aparatura Chemiczna 2002, 3, 65-66.
• [6] Żygadło M., Gospodarka odpadami komunalnymi, Wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 1998.
• [7] Clement B., Persoone G., Janssen C., Le Du-Delepierre A., Estimation of the hazard of landfills through toxicity testing of leachates. I. Comparison of physico-chemical characteristics of landfill leachates with their toxicity determined with a battery of tests, Chemosphere 1997, 35, 11, 2783-2796.
• [8] Chou S., Huang C., Effect of Fe2+ on catalytic oxidation in a fluidized bed reactor, Chemosphere 1999, 39, 12, 1997-2006.
• [9] Zhang H., Choi H.J., Huang Ch-P., Optimization of Fenton process for the treatment of landfill leachate, Journal of Hazardous Materials 2005, 125, 1-3, 166-174.
• [10] Janosz-Rajczyk M. (red.), Badania wybranych procesów oczyszczania ścieków, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008.
• [11] Khin T., Annachharte A.P., Novel microbial nitrogen removal processes, Biotechnology Advances 2004, 22, 7, 519-532.
• [12] Mulder A., van den Graaf A.A., Robertson L.A., Kuenen J.G., Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor, FEMS Microbiology Ecology 1995, 16, 3, 177-183.
• [13] van de Graaf A.A., Mulder A., de Bruijn P., Jetten M.S.M., Robertson L.A., Kuenen J.G., Anaerobic oxidation of ammonium is a biologically mediated process, Applied and Environment Microbiology 1995, 61, 4, 1246-1251.
• [14] Bock E., Schmidt I., Stuven R., Zart D., Nitrogen loss caused by denitrifying Nitrosomonas cells using ammonium or hydrogen as electron donors and nitrite as electron acceptor, Archives of Microbiology 1995, 163, 1, 16-20.
• [15] Lek Noophan P., Sripiboon S., Damrongsri M., Munakata-Marr J., Anaerobic ammonium oxidation by Nitrosomonas spp. and anammox bacteria in a sequencing batch reactor, Journal of Environmental Management 2009, 90, 2, 967-72.
• [16] Dionisi H.M., Layton A.C., Harms G., Gregory I.R., Robinson K.G., Sayler G.S., Quantification of Nitrosomonas oligotropha-like ammonia-oxidizing bacteria and Nitrospira ssp. From full-scale wastewater treatment plants by competitive PCR, Applied and Environmental Microbiology 2002, 68, 1, 245-253.
• [17] Sharma S., Radl V., Hai B., Kloos K., Mrkonjic F., Engel M., Schauss K., Schloter M., Quantification of functional genes from procaryotes in soil by PCR, Journal of Microbiological Methods 2007, 68, 445-452.
• [18] Hallier-Soulier S., Ducrocq V., Mazure N., Trauffaut N., Detection and quantification of degradative genes in soils contaminated by toluene, FEMS Microbiology Ecology 1996, 20, 2, 121-133.
• [19] Cebron A., Garnier J., Nitrobacter and Nitrospira genera as representatives of nitrite-oxidizing bacteria: Detection, quantification and growth along the lower Seine River (France), Water Research 2005, 39, 20, 4979-4992
• [20] Berthe T., Garnier J., Petit F., Quantification of nitrifying bacteria of the genus Nitrobacter in an aquatic system (Seine estuary, France), Comptes Rendus de l'Academie des Sciences - Series III - Sciences de la Vie 1999, 322, 6, 517-526.
• [21] Wikstrom P., Wiklund A., Andersson A.C., Forsmann M., DNA recovery and PCR quantification of catechol 2,3-dioxygenase genes from different soil types, Journal of Biotechnology 1996, 52, 2, 107-120.
• [22] Phillips C.J., Paul E.A., Prosser J.I., Quantitative analysis of ammonia oxidising bacteria using competitive PCR, FEMS Microbiology Ecology 2000, 32, 2, 167-175.
• [23] Bjerrum L., Kjar T., Birger Ramsing N., Enumerating ammonia-oxidizing bacteria in environmental samples using competitive PCR, Journal of Microbiological Methods 2002, 51, 2, 227-239.
• [24] Rotthauwe J.H., Witzel K.P., Liesack W., The ammonia monooxygenase structural gene amoA as a functional marker: Molecular fine-scale analysis of natural ammonia-oxidizing populations, Applied and Environmental Microbiology 1997, 63, 4704-4712.
• [25] Kulikowska D., Oczyszczanie odcieków ze składowisk odpadow komunalnych z wykorzystaniem metod osadu czynnego oraz adsorpcji na węglu aktywnym, Czasopismo Techniczne, seria Środowisko, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Krakow 2007, 2, 145-155.
• [26] Hermanowicz W., Dożańska W., Dojlido J., Koziorowski B., Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1999.
• [27] Klimiuk E., Pokój T., Ciesielski S., Polihydroksykwasy syntezowane przez mikroorganizmy - stan obecny i kierunki rozwoju, [w:] Trendy w biotechnologii środowiskowej, red. I. Wojnowska-Baryła, Wyd. UWM w Olsztynie, Olsztyn 2008.
• [28] Kowalchuk G.A., Stephen J.R., De Boer W., Prosser J.I., Embley T.M., Woldendorp J.W., Analysis of ammonia-oxidizing bacteria of ß subdivision of the class Proteobacteria in coastal sand dunes by denaturating gradient gel electrophoresis and sequencing of PCR-amplified 16S ribosomal DNA fragments, Applied and Environmental Microbiology 1997, 63, 1489-1497.
• [29] McCaig A.E., Prosser J.I., Embley T.M., Molecular analysis of enrichment cultures of marine ammonia-oxidisers, FEMS Microbiology Letters 1994, 120, 3, 363-368.
• [30] Lazar I. Jr., Lazar I, GelAnalyzer 2010, www.gelanalyzer.com
• [31] Bourne R., Fundamentals of Digital Imaging in Medicine, Springer-Verlag, London 2010.
• [32] Ganigue R., Gabarro J., Sanchez-Melsio A., Ruscalleda M., Lopez H., Vila X., Colprim J., Balaguer M.D., Long-term operation of a partial nitritation pilot plant treating leachate with extremely high ammonium concentration prior to an anammox process, Bioresource Technology 2009, 100, 23, 5624-5632.
• [33] Limpiyakorn T., Sonthiphand P., Rongsayamanont C., Polprasert C., Abundance of amoA genes of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in activated sludge of full-scale wastewater treatment plants, Bioresource Technology 2011, 102, 4, 3694-3701.
• [34] Cho S., Takahashi Y., Fujii N., Yamada Y., Satoh H., Okabe S., Nitrogen removal performance and microbial community analysis of an anaerobic up-flow granular bed anammox reactor, Chemosphere 2010, 78, 9, 1129-1135.
• [35] Poth M., Focht D.D., N-kinetic analysis of N2O production by Nitrosomonas eutropha: an examination of nitrifier denitrification, Applied and Environment Microbiology 1985, 52.
• [36] Zart D., Bock E., High rate of aerobic nitrification and denitrification by Nitrosomonas eutropha grown in a fermentor with complete biomass retention in the presence of gaseous NO2 or NO, Archives of Microbiology 1998, 169, 4, 282-286.
• [37] Kargi F., Eyiisleyen S., Batch biological treatment of synthetic wastewater in a fluidized bed containing wire mesh sponge particles, Enzyme and Microbial Technology 1995, 17, 2, 119- -123.
• [38] Arnz P., Esterl S., Nerger C., Delgado A., Wilderer P.A., Simultaneous loading and draining as a means to enhance efficacy of sequencing biofilm batch reactors, Water Research 2000, 34, 5, 1763-1766.
• [39] Karapinar I., Kargi F., Effect of particle number density on wastewater treatment performance of a fluidized-bed bioreactor, Enzyme and Microbial Technology 1996, 19, 2, 140-144.