The effect of temperature on the efficiency of industrial wastewater nitrification and its (geno)toxicity

• Autorzy: Gnida A. , Wiszniowski J. , Felis E. , Sikora J. , Surmacz-Górska J. , Miksch K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/aep-2016-0003

Warianty tytułu

PL

Wpływ ścieków przemysłowych na wrażliwość temperaturową procesu nitryfikacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the problem of the determination of the effects of temperature on the efficiency of the nitrification process of industrial wastewater, as well as its toxicity to the test organisms. The study on nitrifi cation efficiency was performed using wastewater from one of Polish chemical factories. The chemical factory produces nitrogen fertilizers and various chemicals. The investigated wastewater was taken from the infl uent to the industrial mechanical-biological wastewater treatment plant (WWTP). The WWTP guaranteed high removal efficiency of organic compounds defi ned as chemical oxygen demand (COD) but periodical failure of nitrification performance was noted in last years of the WWTP operation. The research aim was to establish the cause of recurring failures of nitrifi cation process in the above mentioned WWTP. The tested wastewater was not acutely toxic to activated sludge microorganisms. However, the wastewater was genotoxic to activated sludge microorganisms and the genotoxicity was greater in winter than in spring time. Analysis of almost 3 years’ period of the WWTP operation data and laboratory batch tests showed that activated sludge from the WWTP under study is very sensitive to temperature changes and the nitrifi cation efficiency collapses rapidly under 16°C. Additionally, it was calculated that in order to provide the stable nitrification, in winter period the sludge age (SRT) in the WWTP should be higher than 35 days.

PL

Badanie efektywności nitryfikacji przeprowadzono przy użyciu ścieków pochodzących z jednego z polskich przedsiębiorstw chemicznych, specjalizujących się w wytwarzaniu nawozów azotowych i różnych chemikaliów, jak przykładowo alkoholi OXO, klejów mocznikowych, estrów ftalowych (plastyfikatory) i bezwodnika maleinowego. Badane ścieki stanowiły dopływ do mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków, która zapewniała wysoką efektywność usunięcia związków organicznych defi nio wanych jako chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT), jednak nie gwarantowała ona zapewnienia odpowiedniego usunięcia związków azotowych, ze względu na okresowe zakłócenia procesu nitryfi kacji. Celem badań było ustalenie przyczyn powtarzających się okresowo zakłóceń procesu nitryfikacji. W niniejszej pracy toksyczność ścieków przemysłowych badano za pomocą pomiaru zmian aktywności oddechowej osadu czynnego (OUR) oraz określono genotoksyczność ścieków stosując test mikrojądrowy (test MCN) przy zastosowaniu komórek korzenia Vicia faba. Badanie OUR wykazało, że powyższe ścieki nie wykazują toksyczności ostrej względem mikroorganizmów osadu czynnego, jednakże przeprowadzony test MCN wykazał, że ścieki wykazują działanie genotoksyczne i ich genotoksyczność jest większa w okresie zimowym w porównaniu z ich genotoksycznością w okresie wiosennym. Analiza parametrów związanych z eksploatacją oczyszczalni ścieków z okresu 3 lat oraz wyniki własnych badań laboratoryjnych (okresowych) wykazały, ze osad czynny z omawianej oczyszczalni ścieków jest bardzo wrażliwy na zmiany temperatury i wydajność nitryfikacji wyraźnie spada poniżej 16ºC. Na podstawie przeprowadzonych badań obliczono, że aby zapewnić stabilną nitryfikację w okresie zimowym wiek osadu czynnego powinien być wyższy niż 35 dni.

Słowa kluczowe

EN

nitrification failure; activated sludge; industrial wastewater; high ammonium concentrations; genotoxicity

PL

nitryfikacja; efektywność nitryfikacji; osad czynny; ścieki przemysłowe; stężenia amonu; genotoksyczność

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 42, no. 1
• Strony: 27--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gnida A.

• The Silesian University of Technology, Poland Faculty of Energy and Environmental Engineering Department of Environmental Biotechnology

autor

Wiszniowski J.

• The Silesian University of Technology, Poland Faculty of Energy and Environmental Engineering Department of Environmental Biotechnology

autor

Felis E.

• The Silesian University of Technology, Poland Faculty of Energy and Environmental Engineering Department of Environmental Biotechnology

autor

Sikora J.

• The Silesian University of Technology, Poland Faculty of Energy and Environmental Engineering Department of Environmental Biotechnology

autor

Surmacz-Górska J.

• The Silesian University of Technology, Poland Faculty of Energy and Environmental Engineering Department of Environmental Biotechnology

autor

Miksch K.

• The Silesian University of Technology, Poland Faculty of Energy and Environmental Engineering Department of Environmental Biotechnology

Bibliografia

• [1]. Adamczyk, J., Hesselsoe, M., Iversen, N., Horn, M., Lehner, A., Nielsen, P.H., Schloter, M., Roslev, P. & Wagner, M. (2003). The isotope array, a new tool that employs substrate-mediated labeling of rRNA for determination of microbial community structure and function, Applied and Environmental Microbiology, 69, pp. 6875–6887.
• [2]. Anneser, B. (2004). Biodiversity and ecophysiology of nitrifying bacteria in wastewater treatment plants. Diploma thesis, Technical University of Munich, Germany. (in German)
• [3]. Anthonisen, A.C., Loehr, R.C., Prakasam, T.& Stinath, E.G. (1976). Inhibition of nitrification by ammonia and nitric acids, Journal of the Water Pollution Control Federation, 48, pp. 835–852.
• [4]. Cotelle, S., Masfaraud, J.F. & Ferard, J.F. (1999). Assessment of the genotoxicity of contaminated soil with the Allium/Vicia micronucleus and the Tradescantia-micronucleus assays, Mutation Research, 426, pp. 167–171.
• [5]. Daims, H., Stoecker, K. & Wagner, M. (2005). Fluorescence in situ hybridization for the detection of procaryotes, in: Advanced methods in molecular microbial ecology, Osborn, A.M., Smith, C.J. (Eds.), Bios-Garland, Abingdon, UK, pp. 213–239.
• [6]. Daims, H., Nielsen, P.H., Nielsen, P.H., Schleifer, K.H. & Wagner, M. (2001). In situ characterization of Nitrospira-like nitrite oxidizing bacteria active in wastewater treatment plants, Applied and Environmental Microbiology, 67(11), pp. 5271–5284.
• [7]. Dokianakis, S.N., Kornaros, M. & Lyberatos, G. (2006). Impact of five selected xenobiotics on isolated ammonium oxidizers and on nitrifying activated sludge, Environmental Toxicology, 21 (4), pp. 310–316.
• [8]. El Hajjouji, H., Pinelli, E., Guiresse, M., Merlina G., Revel, J.-C. & Hafidi, M. (2007). Assessment of the genotoxicity of olive mill waste water (OMWW) with the Vicia faba micronucleus test, Mutation Research, 634, pp. 25–31.
• [9]. Ghyoot, W. & Verstraete, W. (2000). Reduced sludge production in a two-stage membrane-assisted bioreactor, Water Research, 34(1), pp. 205–215.
• [10]. Ghyoot, W. & Verstraete, W. (1999). Nitrogen removal from sludge reject water with a membrane – assisted bioreactor, Water Research, 33(1), pp. 23–32.
• [11]. Grant, W. (1994). The present status of higher plant bioassay for the detection of environmental mutagens, Mutation Research, 310, pp.175–185.
• [12]. Greuter, D., Loy, A., Horn, M. & Rattei, T. (2016). ProbeBase – an online resource for rRNA-targeted oligonucleotide probes and primers: new features 2016, Nucleic Acids Research 10.1093/nar/gkv1232.
• [13]. Wen, J., Jia, X., Pan, L., Wang C. & Mao, G. (2005). Nitrifying treatment of wastewater from fertilizer production in a multiple airlift loop bioreactor, Biochemical Engineering Journal, 25, pp. 33–37.
• [14]. Juretschko, S., Timmermann, G., Schmid, M., Schleifer, K.H., Pommerening-Roser, A. & Wagner, M. (1998). Combined molecular and conventional analyses of nitrifying bacterium diversity in activated sludge: Nitrosococcus mobilis and Nitrospira-like bacteria as dominant populations, Applied and Environmental Microbiology, 64, 3042–3051.
• [15]. Hagopian, D.S. & Riley, J. (1998). A closer look at the bacteriology of nitrification, Aquacultural Engineering, 18, pp. 223–244.
• [16]. Henglong, X., Weibo, S. & Alan, W. (2004). An investigation on the tolerance to ammonia of the marine ciliate Euplotes vannus (Protozoa, Ciliphora), Hydrobiologia, 519(1–3), pp. 189–195.
• [17]. Kishino, H., Ishida, H., Iwabu, H. & Nakano, I. (1996). Domestic wastewaters reuse using a submerged membrane bioreactor, Desalination, 106, pp. 115–119.
• [18]. Mobarry, B.K., Wagner, M., Urbain, V., Rittmann, B.E. & Stahl, D.A. (1996). Phylogenetic probes for analyzing abundance and spatial organization of nitrifying bacteria, Applied and Environmental Microbiology, 62, pp. 2156–2162.
• [19]. Nagaoka, H. (1999). Nitrogen removal by submerged membrane separation activated sludge process, Water, Science and Technology, 39(8), pp. 107–114.
• [20]. OSPAR Commission, 2002: Survey on Genotoxicity Test Methods for the Evaluation of Waste Water within Whole Effluent Assessment, ISBN 1-904426-02-6.
• [21]. Popel, H.J. & Fischer, A. (1998). Combined influence of temperature and process loading in the effluent concentration of biological treatment, Water Science and Technology, 38(8–9), pp. 129–136.
• [22]. Popel, H.J. & Kristeller, W. (1996). Post-denitrification at the Frankfurt-Niederrad wastewater treatment plant by fluidizedbed technology, in: Advanced Wastewater Treatment – nutrient removal and anaerobic processes – IAWQ-NVA-Conference, September 23–25, Amsterdam, pp. 153–162.
• [23]. Puigagut, J., Salvado H. & Garcia, J. (2005). Short-term harmful effects of ammonia nitrogen on activated sludge microfauna, Water Research, 39, pp. 4397–4404.
• [24]. Ukropec, R., Kuster, B.F.M., Schouten, J.C. & van Santen, R.A. (1999). Low temperature oxidation of ammonia to nitrogen in liquid phase, Applied Catalysis B: Environmental, 23, pp. 45–57.
• [25]. Wagner, M., Rath, G., Amann, R., Koops H.-P. & Schleifer, K.-H. (1995). In situ identification of ammonia-oxidizing bacteria, Systematic and Applied Microbiology, 18, pp. 251–264.