Nitryfikacja - fakty i mity

• Autorzy: Piechna P. , Żubrowska-Sudoł M. , Muszyński A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2018.3.3

Warianty tytułu

EN

Nitrification - facts and myths

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nitryfikacja jest jednym z procesów wykorzystywanym do oczyszczania ścieków. Jej pierwsza faza prowadzona jest przez mikroorganizmy utleniające amoniak, podczas gdy druga przez bakterie utleniające azotyny. Przełomowe wyniki badań: odkrycie archeonów utleniających amoniak oraz bakterii comammox (które zdolne są do prowadzenia obu faz nitryfikacji), pozwalają przypuszczać, że wciąż istnieje wiele niewiadomych dotyczących mikroorganizmów w oczyszczalniach ścieków. Znaczenie archeonów utleniających amoniak i bakterii comammox w obiegu azotu w oczyszczalniach ścieków nie zostało jeszcze dokładnie przebadane. W artykule przedstawiono najważniejsze informacje o aktualnym stanie wiedzy dotyczącym nitryfikacji. Scharakteryzowano proces nitryfikacji zachodzący w oczyszczalniach pracujących w technologii osadu czynnego, złoża ruchomego i technologii hybrydowej. Na koniec omówiono przełomowe odkrycia naukowe które miały miejsce w ostatnich latach.

EN

Nitrification is one of the processes used in wastewater treatment. Its first phase is conducted by ammonia-oxidizing microoganisms, while the second phase is led by nitrite oxidizing bacteria. Groundbreaking research results: the discovery of ammonia-oxidizing archaea and comammox bacteria (which are capable of performing two steps af nitrification), allows an assumption that there are still unknowns concerning microorganisms in wastewater treatment plants. The importance of ammonia-oxidizing archaea and comammox in the nitrogen cycle in wastewater treatment plants has not yet been thoroughly analyzed. In this article, the most important information about the current State of knowledge regarding nitrification is presented. Nitrification process in wastewater treatment plants working in activated sludge, moving bed and hybrid technologies was characterized. Finally, the breakthrough scientific discoveries that took place in recent years were discussed.

Słowa kluczowe

PL

nitryfikacja; AOB; AOA; NOB; comammox

EN

nitrification; AOB; AOA; NOB; comammox

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 3
• Strony: 91--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys.

Twórcy

autor

Piechna P.

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

autor

Żubrowska-Sudoł M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

autor

Muszyński A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Zakład Biologii, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

Bibliografia

• [1] Camejo, P. Y., Domingo J. S., K. D. McMahon., D. R. Noguera. 2017. crossm Genome-Enabled Insights into the Ecophysiology of the Comammox. mSystems, 2(5): 1-16.
• [2] Costa, E., J. Pérez, J.U. Kreft. 2006. “Why is metabolic labour divided in nitrification?” TRENDS in Microbiology 14 (5): 213-219.
• [3] Daims et al. 2016. “A New Perspective on Microbes Formerly Known as Nitrite-Oxidizing Bacteria“ Trends in Microbiology, 24(9): 699-712.
• [4] Daims, H., V. Elena, M. Palatinszky, J. Vierheilig, A. Bulaev, R. H. Kirkegaard, ... T. Rattei. 2015. “Complete nitrification by Nitrospira bacteria” Nature, 525(7583): 504-509.
• [5] González-Cabaleiro R., T. P. Curtis, I. D. Ofiţeru. 2017. “Study of the Competition Between Complete Nitrification by a Single Organism and Ammonia-and Nitrite-Oxidizing Bacteria” In Frontiers International Conference on Wastewater Treatment and Modelling (pp. 287-291). Springer, Cham.
• [6] Guo, J., Ni, B., Han, X., Chen, X., Bond, P., Peng, Y., & Yuan, Z. (2017). Unraveling microbial structure and diversity of activated sludge in a full-scale simultaneous nitrogen and phosphorus removal plant using metagenomic sequencing. Enzyme and Microbial Technology, 102 (March), 16-25.
• [7] Hu, H., & He, J. 2017. Comammox - a newly discovered nitrification process in the terrestrial nitrogen cycle: 2709-2717.
• [8] Chao, Y., Mao, Y., Yu, K., & Zhang, T. 2016. Novel nitrifiers and comammox in a full-scale hybrid biofilm and activated sludge reactor revealed by metagenomic approach, 8225-8237.
• [9] Chen, S., Peng, X., Xu, H., & Ta, K. 2016. „Nitrification of archaeal ammonia oxidizers in a high - temperature hot spring“ Biogeosciences (13): 2051-2060.
• [10] Jabari, P., Munz, G., & Oleszkiewicz, J. a. 2014. „Selection of denitrifying phosphorous accumulating organisms in IFAS systems: comparison of nitrite with nitrate as an electron accepto“. Chemosphere (109): 20-27.
• [11] Jung, M., Park, S., Min, D., Kim, J., Rijpstra, W. I. C., Kim, G.,... Icrobiol, A. P. P. L. E. N. M. 2011. Enrichment and Characterization of an Autotrophic Ammonia-Oxidizing Archaeon of Mesophilic Crenarchaeal Group I. 1a from an Agricultural Soil. Applied and Environmental Microbiology, 77(24): 8635-8647.
• [12] Kim, H.-S., Schuler, A. J., Gunsch, C. K., Pei, R., Gellner, J., Boltz, J. P., ... Dodson, R. 2011. Comparison of conventional and integrated fixed-film activated sludge systems: attached - and suspended-growth functions and quantitative polymerase chain reaction measurements. Water Environment Research: A Research Publication of the Water Environment Federation, 83(7): 627-635.
• [13] Könneke, M., Bernhard, A. E., de la Torre, J. R., Walker, C. B., Waterbury, J. B., & Stahl, D. A. 2005. Isolation of an autotrophic ammonia-oxidizing marine archaeon. Naturę, 437(22): 543-546.
• [14] Leyva-Díaz, J. C., González-Martínez, A., González-López, J., Muñío, M. M., & Poyatos, J. M. 2015a. „Kinetic modeling and microbiological study of two-step nitrification in a membrane bioreactor and hybrid moving bed biofilm reactor-membrane bioreactor for wastewater treatment“ Chemical Engineering Journal (259): 692-702.
• [15] Leyva-Díaz, J. C., González-Martínez, A., González-López, J., Muñío, M. M., & Poyatos, J. M. 2015b. „Two-step nitrification in a pure moving bed biofilm reactor-membrane bioreactor for wastewater treatmentL nitrifying and denitrifying microbial populations and kinetic modeling“ Chemical Engineering Journal (259): 692-702.
• [16] Leyva-díaz, J. C., Martín-Pascual, J., González-López, J., & Hontoria, E. 2013. “Effects of scale-up on a hybrid moving bed bio film reactor - membrane bioreactor for treating urban wastewater” Chemical Engineering Science (104): 808-816.
• [17] Li, Y., Ding, K., Wen, X., Zhang, B., Shen, B., & Yang, Y. 2016. “A novel ammonia-oxidizing archaeon from wastewater treatment plant: Its enrichment, physiological and genomie characteristics” Nature Publishing Group, October 2015:1-11.
• [18] Lo I.W., Lo K.V., Mavinic D.S., Shiskowski D. and Ramey, W. 2010. Contributions of biofilm and suspended sludge to nitrogen transformation and nitrous oxide emission in hybrid sequencing batch system. Journal of Environmental Sciences, 22(7): 953-960.
• [19] Lücker, S., Schwarz, J., Gruber-Dominger, C., Spieck, E., Wagner, M., & Daims, H. 2015. „Nitrotoga-like bacteria are previously unrecognized key nitrite oxidizers in full-scale wastewater treatment plants. ISME Journal, 9(3): 708-720.
• [20] Maider, S., Gabaldon, C., Zalakain, G., & Larrea, L. 2015. Optimum design and operation of SBR-IFAS process for maximum nutrient removal in small WWTP: 520-527.
• [21] Onnis-Hayden, A., Majed, N., Schramm, A., & Gu, A. Z. 2011. “Process optimization by decoupled control of key microbial populations: Distribution of activity and abundance of polyphosphate-accumulating organisms and nitrifying populations in a full-scale IFAS-EBPR plant” Water Research, 45(13): 3845-3854.
• [22] Park, H., Wells, G. F., Bae, H., Criddle, C. S., Francis, C. A., & Al, P. E. T. (2006). Occurrence of Ammonia-Oxidizing Archaea in Wastewater Treatment Plant Bio-reactors. Applied and Environmental Microbiology, 72(8): 5643-5647.
• [23] Pastorelli, G., Andreottola, G., Canziani, R., Darriulat, C., De Fraja Frangipane, E., & Rozzi, A. 1997. Organic carbon and nitrogen removaI in moving-bed biofilm reactors. Water Science and Technology.
• [24] Piechna, P., Żubrowska-Sudoł, M., Muszyński, A., Przysiecka, Ł. 2017. „Archeony utleniające amoniak w osadzie czynnym i błonie biologicznej - przegląd literatury i badania wstępne” Gaz, Woda i Technika Sanitarna 91(9): 382-385.
• [25] Pinto, A.J., Marcus, D.N., Ijaz, U.Z., Bautista de lose Santos, Q.M., Dick, G.J., Raskin, L. 2015. Metagenomic evidence for the presence of comammox Nitrospira-like bacteria in a drinking water system. mSphere 1(1 ):e00054-15.
• [26] Pjevac, P., Lücker, S., & Daims, H. 2017. AmoA - Targeted Polymerase Chain Reaction Primers for the Specific Detection and Quantification of Comammox Nitrospira in the Environment, 8(August), 1-11.
• [27] Regmi, P., Thomas, W., Schafran, G., Bott, C., Rutherford, B., & Waltrip, D. (2011). Nitrogen removal assessment through nitrification rates and media biofilm accumulation in an IFAS process demonstration study. Water Research, 45(20): 6699-6708.
• [28] Sauder, L. A., Peterse, F., Schouten, S., & Neufeld, J. D. 2012. “Low-ammonia niche of ammonia-oxidizing archaea in rotating biological contactors of a municipal wastewater treatment plant” Environmental Microbiology, 14(9): 2589-2600.
• [29] Saunders A.M., Albertsen, M., Vollertsen, J., Nielsen, P.H., 2016. “The activated sludge ecosystem contains a core community of abundant organisms” ISME J. 10(1): 11-20.
• [30] Spang A., Hatzenpichler R., Brochier-Armanet C., Rattei T., Tischler P., Spieck E., Streit W., Stahl D.A.,Wagner M., Schleper C. 2010. “Distinct gene set in two different lineages of ammonia-oxidizing archaea supports the phylum Thaumarchaeota” Trends Microbiol( 18): 331-340.
• [31] Treusch, A. H., Leininger, S., Kletzin, A., Schuster, S. C., & Schleper, C. 2005. “Novel genes for nitrite reductase and Amo-related proteins indicate a role of uncultivated mesophilic crenarchaeota in nitrogen cycling” Environmental Microbiology, 7(12): 1985-1995.
• [32] van den Akker, B., Beard, H., Kaeding, U., Giglio, S., & Short, M. D. 2010. „Exploring the relationship between viscous bulking and ammonia-oxidiser abundance in activated sludge: A comparison of conventional and IFAS systems“ Water Research, 44(9): 2919-2929.
• [33] van Kessel, M.A.H.J., Speth, D.R., Albertsen, M., Nielsen, P.H., Op den Camp, H.J.M., Kartal, H.J.M., Jetten, M.S.M., Lücker, S. 2015. “Complete nitrification by a single microorganism” Nature 528(7583): 555-559.
• [34] Venter, J. C., Remington, K., Heidelberg, J. F., Halpcrn, A. L., Rusch, D., ... Smith, H. O. 2004. “Environmental Genome Shotgun Sequencing of the Sargasso Sea” SCIENCE, 304(5667): 66-74.
• [35] Wagner, M., A. Loy, R. Nogueira, U. Purkhold, N. Lee, and Daims. 2002. Microbial community composition and function in wastewater treatment plants. Antonie Van Leeuwenhoek 81: 665-680
• [36] Zhalnina, K. V, Dias, R., Leonard, M. T., Quadros, P. D. De, Camargo, F. A. O., Drew, J. C.,... Triplett, E. W. 2014. „Genome Sequence ofCandidatus Nitrosos-phaera evergladensis from Group I. 1b Enriched from Everglades Soil Reveals Novel Genomie Features of the Ammonia - Oxidizing Archaea“PLOS ONE, 9(7), 21-23.
• [37] Żubrowska-Sudoł, M. 2003. „Efektywność usuwania związków węgla, azotu i fosforu w reaktorze porcjowym ze złożem zawieszonym” Rozprawa doktorska, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)