Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sewage sludge particle size fractions affect keratinolytic and keratinophilic fungi

Ulfig K., Płaza G., Terakowski M.

Archiwum Ochrony Środowiska

|

2006

|

Vol. 32, no. 4

43-52

EN

Previous studies indicated that particle size distribution affects the composition of keratinolytic and keratinophilie fungi in sewage sludge. The present study was to determine the composition of these fungi in sludge particle size fractions (> 1, 1-0.5, 0.5-0.25, 0.25-0.125, 0.125-0.063, 0.063-0.032 and < 0.032 mm) in a model experiment. In the original sludge sample and its fractions, the composition of keratinolytic and keratinophilie fungi was determined by using the hair baiting method. The composition of actidione-resistant fungi was also determined by using the dilution method and the Wiegand medium supplemented with chloramphenicol (100 mg/dm') and actidione (500 mg/dm'). The number of keratinolytic and keratinophilie fungi isolated by the hair baiting method was lower in fractions than in the original sludge sample. In contrast, fungal quantities obtained by the dilution method were higher in fractions than in the original sludge sample. Qualitative differences were also observed. The conclusion was that nutrient factors associated with sludge particle size fractions, chiefly total sulfur content and C:S ratio, affected the composition of keratinolytic and keratinophilie fungi in the sludge more than the fungal propagule quantities (inocula).

PL

Wcześniejsze badania wykazały, że skład ziarnowy wpływa na grzyby keratynolityczne i keratynofilne w osadach ściekowych. Niniejsza praca miała na celu określenie składu ilościowego i jakościowego powyższych grzybów we frakcjach osadu ściekowego (> 1, 1-0,5, 0,5-0,25, 0,25-0,125, 0,125-0,063, 0,063-0,032 i < 0,032 mm) w doświadczeniu modelowym. W oryginalnej próbce osadu ściekowego i w jej frakcjach skład grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych oznaczano metodą przynęty włosowej. Z kolei skład grzybów aktidiono-opornych określono metodą rozcieńczeń, wykorzystując pożywkę Wieganda z dodatkiem chloramfenikolu (100 mg/dm') i aktidionu (500 mg/dm'). Liczba grzybów keratynolitycznych i keratynolitycznych była niższa we frakcjach niż w próbce oryginalnej osadu ściekowego. Liczba grzybów aktidiono-opornych była natomiast wyższa we frakcjach niż w próbce oryginalnej. Obserwowano również różnice jakościowe. Wyciągnięto wniosek, że składniki odżywcze, głownie zawartość siarki i stosunek C:S miały większy wpływ na skład grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych niż liczba propagul grzybowych (wielkość inokulum) w osadzie ściekowym.

2

Czynniki wpływające na występowanie grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych w osadach ściekowych

Ulfig K.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2003

|

Z. 328

3-143

PL

Ze względu na zasobność w mikro- i makroelementy, przede wszystkim w węgiel, azot, fosfor i potas, jak również z uwagi na właściwości strukturotwórcze i zwiększające stabilność agregatów glebowych osady ściekowe wykorzystywane są do użyźniania i rekultywacji gleb. Osady te zawierają jednak wiele szkodliwych składników oraz organizmów chorobotwórczych. Powoduje to, że przyrodnicze wykorzystanie osadów wiąże się z koniecznością wnikliwej oceny zagrożenia sanitarnego. Występowanie chorobotwórczych bakterii, wirusów, pierwotniaków i robaków w osadach ściekowych zostało już stosunkowo dobrze przebadane. Niewiele wiadomo jednak na temat występowania grzybów chorobotwórczych w tym środowisku. W dotychczasowych badaniach nie brano pod uwagę wyjątkowej zasobności osadów ściekowych w substraty keratynowe ludzkiego i zwierzęcego pochodzenia, głównie w widoczne nawet gołym okiem włosy. Wiadomo, że grzyby keratynolityczne są wyspecjalizowane w rozkładzie keratyny -podstawowego składnika powyższych substratów. Grzybom keratynolitycznym towarzyszą na substratach keratynowych grzyby keratynofilne o mniejszym stopniu specjalizacji pokarmowej. W korzystnych warunkach środowiskowych duża ilość substratów keratynowych pociąga za sobą obfity wzrost powyższych grzybów. Stwarza to unikatową możliwość przebadania wpływu czynników środowiskowych na skład ilościowy i jakościowy grzybów. Grzyby keratynolityczne i keratynofilne posiadają właściwości chorobotwórcze lub potencjalnie chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt. Wiele tych grzybów ma również właściwości toksynotwórcze. Poznanie czynników wpływających na występowanie grzybów w osadach ściekowych na terenie oczyszczalni i poza nią - w rekultywowanych glebach - ma więc znaczenie epidemiologiczne i ekologiczne. Ze względu na szerokie wykorzystanie osadów do użyźniania i rekultywacji gleb, poważne luki w naszej wiedzy na temat występowania grzybów chorobotwórczych w osadach ściekowych oraz ich ekologii, jak również z uwagi na wzrastającą w ostatnich latach liczbę grzybic oportunistycznych podjęto niniejsze badania. Celem badań było określenie składu ilościowego i jakościowego grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych w osadach ściekowych. W szczególności praca miała określić wpływ procesów oczyszczania ścieków i przeróbki osadów ściekowych oraz czynników fizyczno-chemicznych i mikrobiologicznych na powyższe grzyby w środowisku osadów. Przeprowadzono również ocenę przydatności składu grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych, jako wskaźników procesów technologicznych oraz stopnia stabilizacji i higienizacji materii organicznej osadów ściekowych. Wyniki badań mogą stanowić pewien przyczynek do oceny zagrożenia zdrowia człowieka i środowiska ze strony grzybów chorobotwórczych obecnych w osadach ściekowych. Badania dotyczyły osadów ściekowych będących końcowym produktem w procesie oczyszczania ścieków i przeróbki osadów na terenie oczyszczalni. Składały się z dwóch części. Najpierw przebadano skład grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych w 21 osadach ściekowych pochodzących z 16 komunalnych oczyszczalni ścieków i stosujących różne technologie oczyszczania ścieków i przeróbki osadów ściekowych. Grzyby badano metodą przynęty włosowej, przy czym zastosowano cztery temperatury hodowli (23, 29, 33 i 37°C). Uzyskane dane poddano analizie statystycznej, która wskazała najważniejsze czynniki wpływające na skład ilościowy i jakościowy powyższych grzybów w osadach ściekowych. Następnie przeprowadzono doświadczenia modelowe, których celem było potwierdzenie kilku najważniejszych zależności zaobserwowanych w toku analizy statystycznej. Przeprowadzono również doświadczenie, którego celem było określenie wpływu higienizacji przy użyciu wapna palonego na grzyby keratynolityczne i keratynofilne w osadzie modelowym. Badania wykazały, że osady ściekowe charakteryzują się bogatą florą grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych. Skład powyższych grzybów w środowisku osadów jest odzwierciedleniem zarówno stosowanych technologii oczyszczania ścieków i przeróbki osadów ściekowych, jak i oddziaływania różnych „kombinacji" czynników fizyczno-chemicznych i mikrobiologicznych, charakterystycznych dla danej aglomeracji miejskiej, oczyszczalni lub grupy oczyszczalni. Do najważniejszych czynników wpływających na grzyby zaliczono: temperaturę i odczyn, zawartość azotu amonowego i aktywność proteolityczną, zawartość węgla organicznego i azotu ogólnego oraz stosunek C:N, zawartość siarki ogólnej i stosunek C:S, zawartość fosforu przyswajalnego i skład granulometryczny. Badania potwierdziły słuszność podziału badanych grzybów na keratynolityczne i keratynofilne. Grzyby keratynolityczne oddziaływają antagonistyczne na grzyby keratynofilne na włosach. Grzyby keratynołityczne preferują osady o odczynie alkalicznym i obojętnym, grzyby keratynofilne - osady o odczynie kwaśnym. Azotany ograniczają lub eliminują wzrost grzybów keratynolitycznych, siarczany - wywierają taki wpływ na grzyby keratynofilne. Grzyby keratynolityczne charakteryzują się większą tolerancją wobec czynników środowiskowych niż grzyby keratynofilne. Wyniki badań świadczą również o przewadze czynników środowiskowych nad wielkością inokulum (liczbą propagul w osadach ściekowych) w kształtowaniu składu grzybów keratynolitycznych na włosach. Wzajemne stosunki ilościowe pomiędzy Trichophyton terrestre z teleomorfem Arthroderma ąuadrifidum i innymi dermatofitami geofilnymi a grzybami z rodzaju Chrysosporium (zwłaszcza Chrysosporium keratinophilum) odzwierciedlają zmiany zawartości azotu amonowego i odczynu (intensywność procesu amonifikacji), stosunek C:N, zawartość iłu koloidalnego i stopień uwodnienia osadów ściekowych. Występowanie grzybów z rodzaju Chrysosporiitm w osadach ściekowych związane jest przede wszystkim z wysoką zawartością azotu amonowego a nie - jak wcześniej sądzono -z alkalicznym odczynem. Chrysosporiitm keratinophilum, Chrysosporium an. Aphanoascus clathratus i - być może - kilka innych gatunków należy zaliczyć do grupy tzw. „ammonia fungi", obejmującej grzyby saprofityczne i mikoryzowe o wysokiej aktywności w środowisku bogatym w azot amonowy. Skład badanych grzybów może być wskaźnikiem stopnia stabilizacji materii organicznej osadów ściekowych zarówno w znaczeniu technologicznym, jak i w aspekcie mikrobiologicznych przemian związków organicznych. Ze względu na korelacje z NPL bakterii z grupy coli typu kałowego skład grzybów keratynolitycznych może być również zgrubnym wskaźnikiem stopnia higienizacji osadów ściekowych. Opisane w pracy zależności mogą być wykorzystane zarówno w stosunku do osadów na terenie oczyszczalni, jak i w praktyce rekultywacyjnej. Zmiany składu grzybów keratynolitycznych wywołane przez czynniki środowiskowe charakteryzują się pewną inercją, tzn. utrzymują się przez pewien okres czasu po zadziałaniu danego czynnika. Widać to było wyraźnie na tle obniżenia się stężeń azotu amonowego i pH. W osadach ściekowych głównym zagrożeniem dla zdrowia (w sensie mikologicznym) są grzyby oportunistyczne a zwłaszcza dermatofit geofilny Microsporum gypseum i gatunek keratynofilny Pseudailescheria boydii. Higienizacja osadu przy użyciu wapna palonego (pH>12 przez co najmniej 2 godziny i pH>11,5 przez kolejne 22 godziny) może być zabiegiem ograniczającym (przynajmniej na pewien okres czasu, uzależniony od obniżenia się wartości pH) zagrożenie epidemiologiczne ze strony grzybów keratynolitycznych, nie obniża jednak zagrożenia ze strony niektórych gatunków keratynofilnych. W świetle przedstawionych w tej pracy danych ignorowanie grzybów chorobotwórczych, jako elementu zagrożenia zdrowotnego i środowiskowego w przypadku stosowania osadów ściekowych do rekultywacji i użyźniania gleb jest podejściem nieuzasadnionym i błędnym. Z podejściem takim mamy niestety do czynienia zarówno w pracach amerykańskich, jak i europejskich. Przyszłe badania grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych w osadach ściekowych powinny się koncentrować na następujących kierunkach: 1. Opracowaniu metody oznaczania bezwzględnej liczby propagul grzybowych zdolnych do atakowania włosów; 2. Kontynuowaniu doświadczeń modelowych mających na celu określenie wpływu czynników środowiskowych na grzyby, zwłaszcza na gatunki chorobotwórcze; oraz 3. Oszacowaniu zagrożenia zdrowotnego i środowiskowego za strony grzybów chorobotwórczych w osadach ściekowych i glebach rekultywowanych osadami ściekowymi. W ostatnim kierunku badań szczególnego znaczenia nabiera określenie fizjologicznych, biochemicznych i genetycznych właściwości grzybów, determinujących ich wirulencję. Można sądzić, że wiedza ta pozwoli na opracowanie metod umożliwiających modyfikowanie, przewidywanie i kontrolowanie zmian w populacjach grzybów chorobotwórczych w osadach ściekowych, glebach rekultywowanych tymi odpadami i innych środowiskach. Ze względu na zdolność grzybów keratynolitycznych i keratynofilnych do produkcji miko toksyn i antybiotyków oraz odporność tych grzybów na metale ciężkie i ksenobiotyki duże znaczenie mają badania ekotoksykologiczne. Należy również prowadzić badania zmierzające do wykorzystania grzybów oportunistycznych, jako wskaźników stanu zdrowotnego gleby.

EN

Sewage sludges are used for soil fertilization and reclamation, because of the abundance of micro- and macro-elements (mainly carbon, nitrogen, phosphorus, and potassium), and the structure forming and soil aggregate stability-increasing properties. However, sludges contain many harmful components, including pathogenic organisms. Therefore, their land use must be preceded with thorough assessment of human/environmental health risks. The incidence of pathogenic bacteria, viruses, protozoa and helminths has been relatively well recognized. However, still little is known on the factors affecting the incidence of pathogenic fungi in the sludge environment. One special property, which has not been considered in previous studies, is that the exceptional abundance of keratinous substrata of human and animal origin (mainly hair observed even with naked eye) characterizes sewage sludges. It is known that keratinolytic fungi are specialized in degradation of keratin, which is the main component of keratinous substrata. On the substrata, keratinophilic fungi, with lower nutritional specialization, accompany keratinolytic fungi. Under favorable environmental conditions, high quantities of keratinous substrata imply the abundant growth of both fungal groups. This provides a unique opportunity for studying the influence of environmental factors on fungal qualitative and quantitative composition. Keratinolytic fungi and many keratinophilic species posses pathogenic or potential pathogenic properties to animals, including humans. Many fungi are also toxin and antibiotic producers. Therefore, recognition of the factors influencing the incidence of the fungi in sewage sludge on a wastewater treatment plant area and in sludge-reclaimed soil is of epidemiological and ecological significance. Due to the frequent land use and serious gaps in our knowledge on the ecology of keratinolytic and keratinophilic fungi in sewage sludge and other environments, and due to the increasing number of opportunistic mycoses, the present study was performed. The goal of the study was to determine the composition of keratinolytic and keratinophilic fungi in sewage sludge. In particular, the study was to determine the influence of wastewater/sludge treatment technologies along with physico-chemical/microbiological factors on these fungi in the sludge environment. The evaluation also was performed whether fungal composition could be an indicator of technological, organic matter stabilization, and sludge hygienic improvement processes. Results were to contribute to the assessment of human health and environmental risks posed by pathogenic fungi in sewage sludge and sludge-reclaimed soils. Sewage sludges being the final products of wastewater/sludge treatment processes at wastewater treatment plants were examined in the study. The study consisted of screening and model experimental parts. In the screening part, 21 sludges from 16 municipal wastewater treatment plants using different wastewater/sludge treatment technologies were examined for keratinolytic and keratinophilic fungi and microbiological/physico-chemical properties. Keratinolytic and keratinophilic fungi were examined by means of the hair baiting method, with four incubation temperatures (23, 29, 33, and 37°C) used. Results were statistically analyzed in order to indicate the most important factors influencing the qualitative and quantitative composition of keratinolytic and keratinophilic in the sludges. In the model experimental part, experiments were performed to confirm several relationships observed in the screening part. An experiment to determine the influence of liming on keratinolytic and keratinophilic fungi in the model sludge also was performed. The results showed that the abundance of keratinolytic and keratinophilic fungi generally characterizes sewage sludges. The fungal composition in the sludge environment reflects both wastewater/sludge treatment technologies and the influence of different combinations of physico-chemical/microbiological factors, characteristic for a given urban agglomeration, plant or group of plants. The most important factors influencing fungal composition were as follows: temperature, pH, ammonium, proteolytic activity, organic carbon, total nitrogen and C:N ratio, total sulfur and C:S ratio, available phosphorus, and particle size distribution. The results confirmed the division of the examined fungi into keratinolytic and keratinophilic. Keratinolytic fungi are antagonistic to keratinophilic fungi on hair. Keratinolytic fungi prefer alkaline and neutral sludges, whereas keratinophilic fungi occur more frequently in acidic sludges. Nitrates limit or eliminate the growth of keratinolytic fungi, whereas sulfates act against keratinophilic fungi in such a way. Keratinolytic fungi are higher tolerant to environmental factors. The results testify to the superiority of environmental factors over inoculum (number of propagules in sludges determined on solid media) in determining the fungal composition on hair. The quantitative relations between Trichophyton terrestre with its teleomorph, Arthroderma quadrifidum, and other geophilic dermatophytes and Chrysosporium (Chrysosporium keratinophilum in particular) reflect changes in ammonium concentration and pH (ammonification process intensity), C:N ratio, colloidal loam quantity, and moisture. The occurrence of Chrysosporium is strongly associated with high ammonium concentration in sewage sludge; the influence of pH on the fungi is of secondary importance. Chrysosporium keratinophilum, Chrysosporium anamorph of Aphanoascus clathratus and maybe some other species should fall under the ammonia fungi group, which includes both saprophytic and mycorrhizal species with high activity in high ammonia concentration environments. The fungal composition can be the indicator of organic matter stabilization in both technological and organic matter transformation aspects. Due to correlations with MPNs of fecal coliforms, the fungal composition can also be a rough indicator of sludge hygienic status. The relationships can be used in relation to both sludges on wastewater treatment plant areas and in reclamation practice. Certain inertia characterizes the changes in the composition of keratinolytic fungi in sewage sludge, i.e., fungal changes caused by a given factor maintain for a certain time after the factor has acted. It was clearly observed when ammonia concentration and pH considerably decreased. In the mycological aspect, opportunistic fungi, geophilic dermatophyte Microsporum gypseum and keratinophilic Pseudallescheria boydii in particular pose the main risk to human health. Liming (pH>12 for at least 2 hours and pH>11,5 for the following 22 hours) limit (at least for a certain time, dependent on pH decrease) the epidemiological risk posed by keratinolytic fungi. However, liming does not decrease the risk posed by keratinophilic fungi. In the light of the data presented in this study, further disregarding pathogenic fungi as the element of public and environmental health risks during sewage sludge land use is unjustified and fallacious. Unfortunately, this approach dominates in both American and European studies. Future studies of keratinolytic and keratinophilic fungi in sewage sludge and other environments should focus on the following directions: 1. Establishment of a method for determination of the number of fungal propagules capable of attacking hair; 2. Continuation of model experiments to determine the influence of environmental factors on fungal species with ecological and epidemiological knowledge gaps; and 3. Eyaluation of human health/environmental risks posed by pathogenic fungi in sewage sludge and sludge-reclaimed soils. In the last direction, studying physiological, biochemical and genetic properties determining fungal virulence is of special significance. It is believed that the knowledge will allow establishment of methods for modification, predicting and controlling pathogenic fungi populations in sewage sludge, sludge-reclaimed soils and other environments. Due to the fungal ability to produce mycotoxins and antibiotics and resistance to heavy metals and xenobiotics, ecotoxicological studies arę of great concern. Opportunistic fungi should also be used as indicators of soil health.

3

Wpływ szczepionek grzybowych na ubytek zanieczyszczeń ropopochodnych z gleby

Przystaś W., Ulfig K., Miksch K., Witała A., Szdzuj J.

Archiwum Ochrony Środowiska

|

2003

|

Vol. 29, no. 4

115--123

PL

Celem pracy było określenie wpływu szczepionek, zawierających grzyby keratynolityczne auto- lub allochtonicznego pochodzenia, na stopień usunięcia węglowodorów ropopochodnych z gleby pokrytej i nie pokrytej włosami. Włosy stanowiły podstawowy substrat odżywczy dla grzybów keratynolitycznych i innych drobnoustrojów glebowych. Najwyższy ubytek węglowodorów stwierdzono w glebie zaszczepionej grzybami autochtonicznymi. Wynosił on 63,7 i 76,6% TPH odpowiednio w glebie z włosami i bez włosów. Najniższy stopień usunięcia zanieczyszczeń ropopochodnych zaobserwowano w glebie nie zaszczepionej grzybami (60,1%), identyczny dla próbek z włosami i bez włosów. Pod wpływem szczepionek zaszły istotne zmiany w składzie gatunkowym grzybów keratynolitycznych w glebie.

EN

The aim of this work was to determine the influence of native and alien keratinolytic fungi inocula on the petroleum hydrocarbon removal rate in soil covered and not covered with hair. The hair was the major nutrient for keratinolytic fungi and other soil microorganisms. The fungal inocula accelerated the petroleum hydrocarbon biodegradation process during the first month of the experiment. During the second month, TPH removal rates were similar for soil inoculated and not inoculated with fungi. The highest petroleum hydrocarbon removal rate was observed in soil inoculated with native fungal strains. The TPH removal rates were about 64% in soil covered with hair and 77% in soil not covered with hair. The lowest removal rate was observed in soil not inoculated with fungi (60%). The hair applied as additional nitrogen, sulfur and carbon source did not impact, or slightly inhibited, the petroleum hydrocarbon biodegradation process. The fungal inocula caused dramatic changes in soil fungal qualitative composition.