Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microbial communities and relationship with biofilm spatial distributions in subsurface wastewater infiltration systems

Zhang L., Yang J.

Environment Protection Engineering

|

2016

|

Vol. 42, nr 3

55--69

EN

A pilot-scale subsurface wastewater infiltration system (SWIS) was designed for the treatment of polluted river water. The components of microbial communities have been identified and characterized and their dependences on some indicators of biofilm formation in the SWIS have been determined. The average efficiencies of COD, TN and removal were 43.3%, 28.8% and 79.6%, respectively. According to the denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profile, high intensity and uniform bands were generated, indicating an abundant microbial community in each layer of the SWIS. Furthermore, the Shannon index analysis showed high correlation to the spatial distribution of microbial communities as well as the quantity of biofilm in each sample, which were characterized by measuring volatile suspended solids (VSS), phospholipids, proteins and polysaccharides. Sequencing of partial 16S rRNA gene fragments revealed that the composition of the total bacterial communities was dominated by Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Pseudomonas, Bacillus, Flavobacteriaceae, TM-7, and other uncultured bacteria. These bacteria may contribute to nutrient removal in SWIS. +4 NH –N

2

Influence of application of attapulgite on the structure and composition of self-dynamic membrane in bioreactors

Duan W., Ling C., Fu D., Xu X.

Environment Protection Engineering

|

2016

|

Vol. 42, nr 2

171--182

EN

The effect of application of attapulgite on the structure and composition of a dynamic membrane (DM) of a bioreactor was investigated by means of the electron microscopy, polymerase chain reaction (PCR) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). A significant increase of microbial floc size in the bioreactors upon attapulgite application was observed. The content of cake layer in the hybrid dynamic membrane (HDM) and in the dynamic membrane (DM) in the corresponding bioreactor systems were 44.73 g/m2 and 38.12 g/m2 respectively, while the contents of mineral – 6.09 g/m2 and 5.34 g/m2, respectively. Further, with addition of attapulgite, the concentration of extracellular polymeric substances (EPS) in the HDM bioreactor system decreased, whereas the content of suspended particulate matter increased. Self-DM has a porous structure with high porosity. Mineral sub-stance, including O, Ka, Ca, P, S, Cl, Mg and Si, are the main elements in DM, but the main elements content exhibited an increase trend in DM with attapulgite administration. These results showed a positive correlation between the quantity of bacterial populations and biological removal improvement, which indicated that application of attapulgite could optimize the structure of self-DM in bioreactors.

3

Detection of antibiotic resistance genes in wastewater treatment plant : molecular and classical approach

Ziembińska-Buczyńska A., Felis E., Folkert J., Meresta A., Stawicka D., Gnida A., Surmacz-Górska J.

Archives of Environmental Protection

|

2015

|

Vol. 41, no. 4

23--32

EN

Antibiotics are a group of substances potentially harmful to the environment. They can play a role in bacterial resistance transfer among pathogenic and non-pathogenic bacteria. In this experiment three representatives of medically important chemotherapeutics, confirmed to be present in high concentrations in wastewater treatment plants with HPLC analysis were used: erythromycin, sulfamethoxazole and trimethoprim. Erythromycin concentration in activated sludge was not higher than 20 ng L−1. N-acetylo-sulfamethoxazole concentration was 3349 ± 719 in winter and 2933 ± 429 ng L−1 in summer. Trimethoprim was present in wastewater at concentrations 400 ± 22 and 364 ± 60 ng L−1, respectively in winter and summer. Due to a wide variety of PCR-detectable resistance mechanisms towards these substances, the most common found in literature was chosen. For erythromycin: erm and mef genes, for sulfamethoxazole: sul1, sul2, sul3 genes, in the case of trimethoprim resistance dhfrA1 and dhfr14 were used in this study. The presence of resistance genes were analyzed in pure strains isolated from activated sludge and in the activated sludge sample itself. The research revealed that the value of minimal inhibitory concentration (MIC) did not correspond with the expected presence of more than one resistance mechanisms. Most of the isolates possessed only one of the genes responsible for a particular chemotherapeutic resistance. It was confirmed that it is possible to monitor the presence of resistance genes directly in activated sludge using PCR. Due to the limited isolates number used in the experiment these results should be regarded as preliminary.

PL

Antybiotyki to grupa związków potencjalnie szkodliwych dla środowiska. Odgrywają one rolę w procesach transferu antybiotykooporności pomiędzy patogenami i bakteriami niechorobotwórczymi. Wykorzystując metodę wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) wykazano obecność erytromycyny, sulfametoksazolu i trimetoprimu w miejskiej oczyszczalni ścieków w następujących stężeniach: dla erytromycyny < 20 ng L−1, N-acetylo-sulfametoksazolu 3349 ± 719 i 2933 ± 429 ng L−1, a trimetoprimu 400 ± 22 i 364 ± 60 ng L−1, odpowiednio: zimą i latem. Ponieważ antybiotykooporność bakteryjna może być stymulowana obecnością antybiotyków w środowisku, istnieje możliwość pojawienia się wielu szlaków opornościowych u bakterii narażonych na działanie tych związków. Dlatego też podjęto próbę detekcji wybranych genów oporności na badane chemioterapeutyki metodą łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR). Obecność elementów genetycznych badano zarówno w szczepach bakteryjnych, u których udowodniono oporność na badany związek bakteriobójczy, jak i w próbce osadu czynnego, z którego te bakterie izolowano. Do badań wybrano najczęściej występujące geny oporności: dla erytromycyny erm i mef, dla sulfametoksazolu: sul1, sul2, sul3, a dla trimetoprimu dhfrA1 i dhfr14. Wykazano, że wartość minimalnego stężenia inhibitującego (MIC), nie koresponduje z obecnością większej liczby mechanizmów oporności. Większość szczepów opornych wykazywała tylko jeden z badanych mechanizmów oporności na antybiotyk niezależnie od wartości MIC. Potwierdzono również możliwość monitorowania obecności genów oporności na antybiotyki metodą PCR bezpośrednio w osadzie czynnym. Ze względu na ograniczona liczbę izolatów użytych w tym eksperymencie wyniki uzyskane w pracy powinny być traktowane jako wstęp do dalszych badań.

4

Depth distribution of bacterial diversity in lab scale up flow constructed wetlands

Nowrotek M., Gnida A., Sochacki A.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2014

|

Vol. 7, no. 2

75--81

EN

This paper presents the results of research preformed on the biodiversity of bacteria at different depths of lab-scale constructed wetlands (CWs) systems loaded with water simulating electroplating wastewater. The bacterial biocenosis in two constructed wetland systems with different organic or mineral bed media was investigated. Samples were taken from the two columns to the metered synthetic galvanic wastewater, which included metals such as lead, nickel, zinc, copper and lactates, and cyanides. Samples were taken after 53 weeks of the experiment. The biodiversity analysis was performed on the basis of distribution of DNA fragments coding for bacterial 16S rRNA by denaturing gradient gel electrophoresis. Based on the bioinformatic analysis of the obtained fingerprints Shannon biodiversity index was calculated to estimate species diversity, and Jaccard index was determined, which allowed comparison of two communities. The study indicated that the two communities were significantly different, with a higher diversity in the column with a peat mixture.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących bioróżnorodności bakterii na różnych głębokościach wypełnienia złóż hydrofitowych wykorzystywanych w celu oczyszczania ścieków. Badano biocenozę bakteryjną dwóch złóż o wypełnieniu organicznym oraz mineralnym. Próbki pobrano z dwóch kolumn, do których dozowano syntetyczne ścieki galwanizerskie, w skład których wchodziły metale, takie jak: ołów, nikiel, cynk, miedź oraz mleczany, a także cyjanki. Próbki pobrano po 53 tygodniach pracy złoża.Analizę bioróżnorodności wykonano na podstawie wyników rozdziału fragmentów DNA kodujących bakteryjne 16S rRNA za pomocą elektroforezy w gradiencie czynnika denaturującego. Na podstawie analizy bioinformatycznej uzyskanego wzoru prążkowego (tzw. fingerprintu) wyznaczono współczynnik bioróżnorodności Shannona, stosowany do szacowania różnorodności gatunkowej, a także Indeks Jaccarda umożliwiający porównanie dwóch zbiorowisk bakterii. Uzyskane wyniki wykazały, że w kolumnie z wypełnieniem organicznym (torfem) bioróżnorodność bakterii jest większa w porównaniu z kolumną z wypełnienieem mineralnym.

5

Nowoczesne metody badania bioróżnorodności biocenoz bakteryjnych w środowisku

Karło A., Ziembińska A.

Chemik

|

2013

|

Vol. 67, nr 11

1105--1114

PL

W analizach biocenoz bakteryjnych coraz powszechniej wykorzystywane są techniki biologii molekularnej. Wśród nich można wyróżnić metodę FISH – fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ oraz jej modyfikacje (RING-FISH, Clone-FISH, CARDFISH i MAR-FISH). W artykule opisano też technikę elektroforezy w gradiencie denaturacji (DGGE), bazującą na bakteryjnym markerze molekularnym 16S rRNA oraz cystometrię przepływową. Ze względu na dużą przewagę tych metod nad klasycznymi metodami mikrobiologicznymi, wynikającą między innymi z możliwości analizowania próbek pobieranych bezpośrednio ze środowiska, są one stosowane w biotechnologii środowiskowej, np. w badaniach bakteryjnej biocenozy osadu czynnego, biorącej udział w biologicznym oczyszczaniu ścieków. Możliwe jest również użycie kilku metod, których rezultaty są komplementarne i pozwalają na stworzenie całościowego obrazu badanej biocenozy.

EN

Molecular techniques are very popular in microbial laboratories. Among them FISH- fluorescent in situ hybridization (with modifications like: CARD-FISH, MAR-FISH, RING-FISH, Clone- FISH), DGGE – denaturing gradient gel electrophoresis based on 16S rRNA molecular marker and flow cytometry, are the most popular. These analytical methods are commonly use in bacterial biodiversity research. The analysis can be performed directly on the environmental sample, so these procedures are simpler and faster that traditional ones. Therefore, molecular techniques can be used in aqueous bacterial biocenosis research, such as activated sludge, which takes part in biological wastewater treatment. It is also possible to use a set of molecular methods in order to obtain complimentary results to present total bacterial biocenosis picture.

6

Molecular Analysis of Microorganisms Responsible for the First Phase of Nitrification in an Anoxic Environment

Ziembińska A., Ciesielski S., Raszka A., Miksch K.

Archives of Environmental Protection

|

2011

|

Vol. 37, no. 1

89-98

EN

Ammonia-oxidizing bacteria communities were evaluated in a completely mixed, laboratory scale membrane reactor (MBR) working under anoxic conditions for 5 months. The microorganisms in activated sludge were fed a synthetic medium containing 66-150 mg NH4 +-N/l. The age of the activated sludge in MBR was 50 days and the hydraulic retention time (HRT) was 3.3 days. The estimation of the diversity and complexity of the AOB community together with the identification of the dominant bacteria in the activated sludge under anoxic conditions were performed using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and DNA sequencing. Molecular analysis of the microbial community carried out with two microbial molecular markers, 16S rRNA gene and amoA gene, suggested that nitrification was led by a Nitrosomonas-like species. In the biocenosis of the investigated bioreactor, oxygen was the crucial selective parameter. The results obtained in this work showed that amoA gene research is more suitable to study the stability and effectiveness of ammonia oxidation. This information emphasizes the necessity of the usage of molecular markers based on functional genes instead of ribosomal ones in order to present the actual state of the process performed in bioreactors. It was also stated that Nitrosomonas -like bacteria are able to perform nitritation even in anoxic environment, that is probably the reason why these bacteria are the most common AOB in different bioreactors.

PL

W eksperymencie badano grupę bakterii utleniających amoniak w bioreaktorze membranowym całkowitego wymieszania (MBR), pracującym w warunkach anoksycznych przez 5 miesięcy. Osad czynny zasilano pożywką syntetyczną, zawierającą 66-150 mg N-NH4 +/l. Wiek osadu wynosił 50 dni, a hydrauliczny czas zatrzymania - 3,3 dnia. Oszacowanie różnorodności i złożoności zbiorowiska bakterii utleniających amoniak oraz identyfikacja mikroorganizmów dominujących w badanym osadzie czynnym w warunkach anoksycznych została przeprowadzona metodą elektroforezy w gradiencie denaturacji (DGGE) i sekwencjonowania DNA. Analiza molekularna biocenozy, przeprowadzona z użyciem dwóch markerów molekularnych: genu kodującego 16S rRNA i genu kodującego monooksygenazę amonową (amoA), wykazała, że proces nitritacji był prowadzony przez gatunki bakterii z rodzaju Nitrosomonas. W biocenozie badanego bioreaktora stężenie tlenu było głównym parametrem selekcyjnym dla nitritatorów. W badaniach wykazano, że markerem molekularnym sprawdzającym się lepiej w monitoringu efektywności procesu nitryfikacji pierwszej fazy jest gen amoA. Te dane podkreślają, że w badaniach efektywności prowadzonego procesu zachodzącego w bioreaktorach, informacje uzyskiwane z markerów funkcjonalnych mają większą wartość niż uzyskane z markerów rybosomalnych. Stwierdzono również, że bakterie Nitrosomonas sp. są zdolne do prowadzenia nitritacji w warunkach anoksycznych i prawdopodobnie z tego powodu są najczęściej spotykaną bakterią utleniającą amoniak.

7

DGGE-based monitoring of bacterial diversity in activated sludge dealing with wastewater contaminated by organic petroleum compounds

Ziembińska A., Ciesielski S., Wiszniowski J.

Archives of Environmental Protection

|

2010

|

Vol. 36, no. 4

119-125

EN

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) belong to the group of recalcitrants that on reaching wastewater can irreversibly inhibit some sensitive biological processes in activated sludge such as nitrification. This situation leads to wastewater treatment failure due to the influence of these substances on bacteria responsible for important biochemical processes. Observation of the changes in bacterial diversity using molecular tools, such as denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), could be the first step in finding a way of preventing wastewater treatment failure. The aim of this experiment was to monitor bacterial biodiversity in a membrane bioreactor (MBR) dealing with synthetic wastewater contaminated with high concentration of petroleum organic compounds (POCs) and to study the influence of POCs contamination on bacterial changeability in activated sludge. COD removal in investigated membrane bioreactors was at a level of 93%. The organics removal efficiency was not affected by the maximal tested dose of petroleum contamination (1000 μl POCs/l of wastewater) and the MBRs wastewater treatment performance was undisturbed. DGGE analysis revealed that the biodiversity fluctuated slightly in control MBR, while in experimental MBR the biodiversity index decreased drastically after adding the highest experimental concentration of POCs. These results suggest that concentrations of POCs at levels from 50 μl/l to 500 μl/l stimulate biodiversity growth, while the concentration 1000 μl POCs/l of wastewater seems to inhibit the most sensitive processes in wastewater treatment by influencing the bacterial biocenosis.

PL

Substancje ropopochodne należą do grupy zanieczyszczeń, które, docierając do oczyszczalni ścieków, mogą zaburzać wrażliwe procesy biochemiczne, takie jak nitryfikacja. Taka sytuacja prowadzi do problemów z oczyszczaniem ścieków, ponieważ substancje te mogą wpływać na bakterie odpowiedzialne za podstawowe procesy biochemiczne. Obserwacja zmian różnorodności bakteryjnej w osadzie czynnym za pomocą narzędzi biologii molekularnej, takich jak elektroforeza w gradiencie denaturacji (DGGE), może być pierwszym krokiem w opracowaniu metody zapobiegania zaburzeniom procesu oczyszczania. Celem tej pracy był monitoring różnorodności bakteryjnej w osadzie czynnym bioreaktora membranowego usuwającego ścieki zanieczyszczone związkami ropopochodnymi i określenie wpływu tych związków na zmienność bakteryjną badanej biocenozy. Usunięcie związków organicznych wyrażonych wskaźnikiem zanieczyszczeń ChZT zarówno w kontrolnym, jak i eksperymentalnym bioreaktorze membranowym, wynosiło powyżej 93%. Najwyższe zastosowane stężenie związku zanieczyszczającego (frakcja P-30, próżniowy destylat ropy naftowej) wynosiło 1000 μl/l ścieków i nie miało wpływu na efektywność oczyszczania ścieków. Analiza wzorów prążkowych DGGE wykazała, że bioróżnorodność bakteryjna w bioreaktorze kontrolnym zmieniała się nieznacznie w trakcie trwania eksperymentu, podczas gdy w bioreaktorze eksperymentalnym spadła drastycznie po dodaniu dawki zanieczyszczającej o najwyższym stężeniu. Wyniki te sugerują, że stężenia modelowych związków ropopochodnych w zakresie 50 μl/l to 500 μl/l stymulują wzrost bioróżnorodności, podczas gdy zastosowanie zanieczyszczenia w stężeniu 1000 μl/l ścieków prawdopodobnie hamuje najbardziej wrażliwe procesy oczyszczania ścieków poprzez wpływ na biocenozę bakteryjną.