Diversity and changeability of activated sludge bacteria in two stage nitritation-anammox membrane bioreactor treating coke wastewater

• Autorzy: Ziembińska-Buczyńska A. , Żabczyński S. , Folkert J. , Meresta A. , Cema G.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Coke is a highly combustible fuel derived from coal distillation, during which a large amount of wastewater, toxic to the environment, is produced. Except harmful compounds, the wastewater contains also high load of nitrogen so it seems to be interesting type of wastewater for Anammox (Anaerobic Ammonia Oxidation) – an ammonia nitrogen removal process cheaper and more effective than traditional combination of nitrification and denitrification. Anammox bacteria are present in technological systems and they are linked ecologically with the other prokaryotes, so the analysis on the bacterial communities performed in technological systems dedicated for Anammox bacteria is relevant. In this experiment we used two stage nitritation-Anammox MBRs treating synthetic coke wastewater. Thus, it is known that the wastewater treatment effectiveness depends on biodiversity level and activated sludge composition the aim of the work was to monitor the changeability and diversity of activated sludge biocenoses in both MBRs. The research revealed that the lab-scale activated sludge community composition differ from technological scale, which is linked with the bioreactors volume and type of feeding medium. GC-rich genotypes dominate in the system during adaptation phase in oxic MBR, while anoxic MBR biocenosis seemed to be less variable. Biodiversity index is slightly lower in oxic MBRA, probably due to its buffering role in the oxic-anoxic system, but it increased in the end of the experiment, most likely because of the nitrogen removal effectiveness increase. DNA fragment of 16S rRNA gene for precise identifications need to be at least 300 bp long.

PL

Koks jest wysokoenergetycznym paliwem, powstającym w procesach destylacji węgla kamiennego, podczas których produkowane są znaczne ilości wysoce niebezpiecznych dla środowiska ścieków. Poza substancjami niebezpiecznymi zawierają one również wysoki ładunek azotu, co powoduje, że są typem ścieków, w którym można wykorzystać proces Anammox (Anaerobic Ammonia Oxidation) – beztlenowe utlenianie amoniaku, tańsze i efektywniejsze od tradycyjnej kombinacji nitryfikacji i denitryfikacji. Proces ten prowadz ony jest przez bakterie obecne w systemach oczyszczania ścieków w ścisłym powiązaniu z innymi bakteriami osad czynnego, stąd analizy prowadzone na biocenozach bakteryjnych w układach technologicznych, w których wypracowuje się Anammox wydają się być słuszne. W tym eksperymencie wykorzystano dwustopniowy układ membranowy, pracujący w systemie skróconej nitryfikacji- Anammox, oczyszczający syntetyczne ścieki koksownicze. Ponieważ wiadomo, że efektywność oczyszczania ścieków w dużej mierze zależy od różnorodności biocenozy osadu czynnego, celem niniejszej pracy był monitoring zmienności i różnorodności zbiorowisk bakteryjnych dwóch reaktorów membranowych w tym układzie. Stwierdzono, że skład jakościowy biocenozy reaktorów laboratoryjnych różni się znacznie od składu biocenozy technologicznej, co zależy od objętości reaktorów i składu pożywki zasilającej. Bogate w pary GC genotypy dominują w reaktorze tlenowym w fazie adaptacji, a sama biocenoza jest bardziej zmienna, niż ta w reaktorze anoksycznym. Poziom bioróżnorodności jest nieco niższy w warunkach tlenowych, prawdopodobnie ze względu na zastosowanie reaktora tlenowego jako swoistego buforu chroniącego reaktor anoksyczny, w którym docelowo miała być wpracowana biocenoza Anammox. Wzrost bioróżnorodności w reaktorze tlenowym na końcu eksperymentu jest związany w głównej mierze ze wzrostem efektywności jego pracy. Wykazano, że do identyfikacji genotypów dominujących niezbędne są fragmenty genu kodującego 16S rRNA o długości przynajmniej 300 pz.

Słowa kluczowe

EN

Anammox bacteria; bacterial diversity; MBRs; Nitritation-Anammox; PCR-DGGE

PL

anammox; różnorodność bakteryjna; MBRs; nitryfikacja-Anammox; PCR-DGGE

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 6, no. 4
• Strony: 67--72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz.

Twórcy

autor

Ziembińska-Buczyńska A.

• The Silesian University of Technology, Faculty of Environmental Engineering and Energy, Environmental Biotechnology Department, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Żabczyński S.

• The Silesian University of Technology, Faculty of Environmental Engineering and Energy, Environmental Biotechnology Department, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Folkert J.

• The Silesian University of Technology, Faculty of Environmental Engineering and Energy, Environmental Biotechnology Department, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Meresta A.

• The Silesian University of Technology, Faculty of Environmental Engineering and Energy, Environmental Biotechnology Department, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Cema G.

• The Silesian University of Technology, Faculty of Environmental Engineering and Energy, Environmental Biotechnology Department, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Ziembińska A., Cema G.; Dwa punkty widzenia czyli proces Anammox okiem biologia i technologa (Two points of view: Anammox from microbiological and technological standpoint). Forum Eksploatatora, vol.6, 2010; p.86-93 (in Polish).
• [2] Broda E.; Two kinds of lithotrophs missing in nature. Zeitschrift für allgemeine Mikrobiologie. Vol.17, No.6, 1977; p.491-493.
• [3] Strous M., Heijnen J.J., Kuenen J.G., Jetten M.S.M.; The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium oxidizing microorganism. Applied Microbiology and Biotechnology, vol.50, 1998; p.589-596.
• [4] Papadimitriou C.A., Dabou X., Samaras P., Sakellaropoulos G.P.; Coke oven wastewater treatment by two activated sludge systems. Global NEST Journal, Vol.8, No.1, 2006; p.16-22.
• [5] Bartkiewicz B.; Oczyszczanie Ścieków Przemysłowych (Industrial wastewater treatment). PWN, Warszawa 2002 (in Polish).
• [6] Muyzer G., De Waal E. C., Uitierlnden A. G.; Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Applied and Environmental Microbiology, Vol.59, No.3, 1993; p.695-700,
• [7] Ziembińska A., Raszka A., Truu J., Surmacz-Górska J., Miksch K.; Molecular Analysis of Temporal Changes of a Bacterial Community Structure in Activated Sludge using Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) and Florescent in situ hybridization (FISH). Polish Journal of Microbiology, Vol.56, No.2, 2007; p.119-127.
• [8] Wiśniowska M., Ziembińska A., Wiszniowski J.; Ocena zmiany składu biocenozy osadu czynnego biocenozy w reaktorze membranowym techniką PCR – DGGE (Evaluation of activated sludge changeability in MBR using PCR-DGGE). Podstawy Biotechnologii Środowiskowej – trendy, badania, implementacje (Fundamentals of Environmental Biotechnology –trends, research, implementations), Żabczyński S., (ed.), Wyd. Pol. Śl., Gliwice, Vol.III, 2010 p.43-48 (in Polish).