Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Start-up of a One-stage Biofilm Reactor for the Removal of Nitrogen from Digester Supernatant in the Partial Nitrification-Anammox Process

Zielińska M., Cydzik-Kwiatkowska A., Bernat K., Zieliński M., Kulikowska D., Wojnowska-Baryła I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

241--257

EN

For nitrogen-rich wastewater with a low COD/N ratio, the partial nitrification-Anammox process is considered a promising alternative to conventional nitrification-denitrification, saving energy and additional carbon source. In the Anammox reaction, performed under anoxic conditions by autotrophic bacteria, ammonium and nitrite contribute in equimolar amounts to the formation of dinitrogen gas. Anammox bacteria are characterized by low biomass yield because of their autotrophic growth mode and their high maintenance requirement due to their slow growth rate (doubling time of 10-12 days). In addition, nitrite is a substrate for Anammox on one hand and an inhibitor of Anammox microorganisms at some concentrations on the other hand. Next, inorganic carbon limitation is the limiting factor in the growth of nitrifiers and Anammox bacteria. These are the reasons that one-stage reactors are extremely difficult to start-up. The goal of this study was to determine the effect of bicarbonate addition on the changes in nitrogen forms in the one-stage reactor, biofilm composition and overall reactor performance during the adaptation of non-Anammox biomass to nitrogen-rich wastewater. In this study, a one-stage biofilm batch reactor treated the digester supernatant from the full-scale municipal wastewater treatment plant. In the supernatant, the average concentrations of pollutants were as follows: 320±52 mg COD/L, 413±78 mg TN/L, 328±46 mg NH4-N/L and 97±19 mg TP/L. Aerobic granular sludge from the full-scale municipal wastewater treatment plant operated with simultaneous nitrification and denitrification was used as inoculum. The operational parameters of the reactor were: working volume 3 L, 8-hour cycle, volumetric exchange ratio 50%/cycle. In one-stage reactors, nitrite-oxidizing bacteria (NOB) must be selectively pressured to decrease their activity. Therefore, in this reactor, low dissolved oxygen, about 0.5 mg/L, a pH of about 8.0, and a high temperature, about 35ºC, were maintained. Apart from determining changes in nitrogen profile, fluorescence in situ hybridization technique indicating the changes in the biofilm composition was used as an indicator of adaptation of the microorganisms to high influent nitrogen concentrations. With the bicarbonate/TN ratio in the influent of about 3.5, stable reactor performance was obtained with the final ammonium concentration in the effluent below 10 mg N-NH4/L. Nitrate was the predominant form of nitrogen in the effluent. In this period, the abundance proportion between Anammox bacteria, ammonium-oxidizing bacteria (AOB) and NOB dynamically changed in the biomass. This part of biomass that was suspended in the reactor was characterized by good settling abilities, with the sludge volume index below 50 mL/g MLSS.

PL

Proces częściowej nitryfikacji-Anammox jest obiecującą alternatywą wobec konwencjonalnej nitryfikacji-denitryfikacji do usuwania azotu ze ścieków o wysokim stężeniu związków azotowych i niskim stosunku ChZT/N, skutkującą oszczędnością energii i dodatkowych źródeł węgla organicznego. W procesie Anammox, prowadzonym w warunkach anoksycznych przez bakterie autotroficzne, azot amonowy i azot azotanowy(III) uczestniczą w równoważnych ilościach w powstawaniu azotu cząsteczkowego. Wpracowanie jednostopniowych reaktorów, w których planowane jest prowadzenie częściowej nitryfikacji i Anammox, jest trudne. Z uwagi na niską szybkość autotroficznego wzrostu (czas generacji 10-12 dni), biomasa bakterii Anammox charakteryzuje się niskim przyrostem. Ponadto, azot azotanowy(III) jest substratem do procesu Anammox, jednak w pewnych stężeniach inhibuje proces. Dodatkowo, niedostatek nieorganicznych związków węglowych jest czynnikiem limitującym wzrost tlenowych bakterii utleniających azot amonowy oraz bakterii Anammox. Celem badań było określenie wpływu dozowania do reaktora jednostopniowego wodorowęglanów na występowanie poszczególnych form związków azotowych w ściekach oczyszczonych oraz skład biomasy podczas wpracowania reaktora do oczyszczania ścieków bogatych w azot z wykorzystaniem procesu Anammox. W prezentowanych badaniach, jednostopniowy reaktor porcjowy z błoną biologiczną był wykorzystywany do oczyszczania wód nadosadowych pochodzących z oczyszczalni ścieków komunalnych pracującej w skali technicznej. Stężenia zanieczyszczeń w wodach nadosadowych były następujące: 320±52 mg ChZT/dm3, 413±78 mg Nog/dm3, 328±46 mg NH4-N/dm3 i 97±19 mg Pog/dm3. Reaktor został zaszczepiony tlenowym osadem granulowanym z oczyszczalni ścieków komunalnych pracującej w skali technicznej eksploatowanej z jednoczesną nitryfikacją i denitryfikacją. Parametry eksploatacyjne reaktora badawczego były następujące: objętość robocza 3 dm3, długość cyklu 8 h, stopień wymiany objętościowej 50%. W reaktorach jednostopniowych bakterie utleniające azot azotanowy(III) muszą być poddawane selektywnej presji w celu ograniczenia ich aktywności. Z tego względu w reaktorze eksperymentalnym utrzymywano niskie stężenie tlenu (około 0,5 mg/dm3), pH około 8,0 i wysoką temperaturę (około 35ºC). Wskaźnikiem adaptacji mikroorganizmów do wysokich stężeń azotu w ściekach dopływających były zmiany w profilu związków azotowych w odpływie oraz wyniki uzyskane techniką fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ, pozwalającą na określanie liczebności poszczególnych grup mikroorganizmów w biomasie. Stabilną pracę reaktora uzyskano przy stosunku wodorowęglanów do azotu ogólnego w dopływie równym około 3,5; stężenie azotu amonowego w ściekach oczyszczonych nie przekraczało 10 mg/dm3. Główną formą azotu w odpływie był azot azotanowy(V). W okresie wpracowania proporcje między liczebnością w biomasie tlenowych bakterii utleniających azot amonowy i azot azotanowy(III) oraz bakterii Anammox podlegały dynamicznym zmianom. Część biomasy pozostająca w zawieszeniu charakteryzowała się dobrymi właściwościami sedymentacyjnymi; indeks objętościowy osadu wynosił poniżej 50 cm3/g s.m.

2

Nitryfikacja - fakty i mity

Piechna P., Żubrowska-Sudoł M., Muszyński A.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2018

|

Nr 3

91--94

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.

3

Research on the cultivation of nitrifying bacteria and possibility of the biomass storage

Domańska M., Hamala K., Frąszczak M., Łomotowski J.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2016

|

Vol. 9, no. 1

113--118

EN

The efficiency of nitrification has a great influence on the effect of removing nitrogen from wastewater. Problems with the process are associated with reducing the age of activated sludge, lower temperatures of wastewater in aeration chambers, rapid changes in the amount and composition of wastewater containing toxic substances or inhibiting the oxidation of ammonia nitrogen. The research concerned the possibility of cultivation and storage of the nitrifying bacteria biomass, which could be added to the activated sludge in case of a drop of nitrification efficiency. The study showed that even a fouryear- old storage of nitrifying bacteria does not result in their complete destruction.

PL

Sprawność procesu nitryfikacji ma duże znaczenie dla efektu usuwania związków azotu ze ścieków. Problemy z prawidłowym przebiegiem nitryfikacji podczas oczyszczania ścieków pojawiają się przy skróceniu wieku osadu czynnego, niskich temperaturach ścieków w komorach napowietrzania, gwałtownych zmianach składu i ilości ścieków dopływających do oczyszczalni oraz dopływem ścieków zawierających substancje toksyczne lub inhibitujące proces utleniania azotu amonowego. Podjęto badania nad sprawdzeniem możliwości hodowli i przechowywania biomasy bakterii nitryfikacyjnych, którą można byłoby dodawać do osadu czynnego w sytuacjach spadku sprawności nitryfikacji. Przeprowadzone badania wykazały, że nawet 4-letni okres przechowywania bakterii nitryfikacyjnych nie powoduje ich zaniku.

4

Comparison of PCR-DGGE and Nested-PCR-DGGE Approach for Ammonia Oxidizers Monitoring in Membrane Bioreactors’ Activated Sludge

Ziembińska-Buczyńska A., Wiszniowski J., Ciesielski S.

Archives of Environmental Protection

|

2014

|

Vol. 40, no. 4

31--38

EN

Nitritation, the first stage of ammonia removal process is known to be limiting for total process performance. Ammonia oxidizing bacteria (AOB) which perform this process are obligatory activated sludge habitants, a mixture consisting of Bacteria, Protozoa and Metazoa used for biological wastewater treatment. Due to this fact they are an interesting bacterial group, from both the technological and ecological point of view. AOB changeability and biodiversity analyses both in wastewater treatment plants and lab-scale reactors are performed on the basis of 16S rRNA gene sequences using PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction – Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) as a molecular biology tool. AOB researches are usually led with nested PCR. Because the application of nested PCR is laborious and time consuming, we have attempted to check the possibility of using only first PCR round to obtain DGGE fingerprinting of microbial communities. In this work we are comparing the nested and non-nested PCR-DGGE monitoring of an AOB community and presenting advantages and disadvantages of both methods used. The experiment revealed that PCR technique is a very sensitive tool for the amplification of even a minute amount of DNA sample. But in the case of nested-PCR, the sensitivity is higher and the template amount could be even smaller. The nested PCR-DGGE seems to be a better tool for AOB community monitoring and complexity research in activated sludge, despite shorter fragments of DNA amplification which seems to be a disadvantage in the case of bacteria identification. It is recommended that the sort of analysis approach should be chosen according to the aim of the study: nested-PCR-DGGE for community complexity analysis, while PCR-DGGE for identification of the dominant bacteria.

PL

Nitiritacja – pierwszy etap nitryfikacji, jest uznawany za krok limitujący przebieg całości procesu utleniania amoniaku. Bakterie utleniające amoniak (ang. ammonia oxidizing bacteria, AOB), które prowadzą ten proces są stałymi mieszkańcami osadu czynnego – mieszaniny bakterii, Protozoa i Metazoa, wykorzystywanych do biologicznego oczyszczania ścieków. Z tego powodu są one interesujące zarówno z punktu widzenia technologii, jak i ekologii mikroorganizmów. Analizy zmienności i bioróżnorodności bakterii utleniających amoniak, zarówno w oczyszczalni ścieków, jak i w reaktorach w skali laboratoryjnej, są prowadzone w oparciu o sekwencje genu kodującego 16S rRNA z użyciem metody biologii molekularnej, jaką jest PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction – Denaturing Gradient Gel Electrophoresis). Analizy te są zazwyczaj prowadzone techniką tzw. nested-PCR. Ze względu na fakt, że metoda ta wymaga większego nakładu pracy i czasu, niż tradycyjny jednoetapowy PCR (ang. non-nested PCR) podjęto próbę sprawdzenia możliwości zastosowania techniki jednoetapowego PCR do uzyskania wzorów prążkowych DGGE bakterii utleniających amoniak. W tej pracy zaprezentowano wyniki analizy PCR-DGGE z użyciem technik nested i non-nested PCR oraz podjęto próbę wykazania ich wad i zalet.

5

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

Jurczyk Ł., Koc-Jurczyk J., Różalska P.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2011

|

T. 14, nr 4

309-322

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.