Glikogénakkumuláló mikroorganizmusok nagyüzemi alkalmazása biológiai többletszén eltávolításra boripari

szennyvíz tisztításakor

Kiss BernadettBME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék

Bevezető

Boripari szennyvíz: magas C tartalom a N tartalomhoz képest Fonalasok elszaporodása Többlet glikokálix (bakteriális ragasztóanyag) termelés

→ nyálkás iszap, viszkózus iszappuffadás

Ülepedési problémák Gyakorlatban lévő megoldás: külső N forrás adagolás

Gazdaságossági, technológiai problémák

BME ABÉT kutató csoportja által kifejlesztett eljárás biológiai alapja

Könnyen biodegradálható

szerves savak (acetát), cukrok

(glükóz)Glikogén PHA

Anaerob szakasz Aerob szakasz

PHA

Intracelluláris

szénhidrát

Intracelluláris

PHA

Glikogén

Glikogén

CO2 + H2OO2

Célkitűzés

Annak bizonyítása, hogy a kifejlesztett többletszén eltávolítási technológia nagyüzemi körülmények között is megfelelően működik, és valóban a GAO-k tevékenységén alapszik.

ANAALTER

AE I./1

AE II./1

AE I./2

AE II./2

Elő-ülepítő 1.sz

1.sz át-emelő

Elő-ülepítő 2.sz

Iszap akna

Rács

Iszap-víztelenítő

Csurga-

lékvíz

2.sz átemelő

Befolyó

Elfolyó

Ke

zelő

ép

üle

tek

sze

nn

yviz

ei

Qrecirkuláció

Víztelenítő csurgalékvize

Sűrítő csurgalékvize

Primer iszap

Qelvétel

Szekunder iszap

Csurgalékvíz

80-90% 10-20%

Megkerülő

Utóülepítő

Utóülepítő

BB szennyvíztisztító telepe

Jellemző paraméterek

Befolyó térfogatáram alacsony, változó általában <300 m3/d

Alacsony befolyó pH 4-5 Reaktorokban magas hőmérséklet:

télen >15ºC nyáron akár 36 ºC

Anaerob reaktorban tűnik el a KOI legnagyobb része

Szűrt KOI-profil

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

KO

I (m

g/l

)

2005.10.03

2005.10.192005.11.03

2005.11.162005.11.30

2005.12.192006.01.11

2006.02.012006.02.15

2006.03.012006.03.22

2006.04.052006.04.26

2006.05.092006.05.30

2006.06.202006.07.04

2006.07.19

Nitrifikáció nem történik

Ammónia-nitrogén koncentráció profil

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NH

4+-N

(mg

/l)

2005.10.03

2005.10.19

2005.11.03

2005.11.16

2005.11.30

2005.12.19

2006.01.11

2006.02.01

2006.02.15

2006.03.01

2006.03.22

2006.04.05

2006.04.26

2006.05.09

2006.05.30

2006.06.20

2006.07.04

2006.07.19

Denitrifikáció nem történik

Nitrát-nitrogén koncentráció profil

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

NO

3- -N

(mg

/l)

2005.10.03

2005.10.19

2005.11.03

2005.11.16

2005.11.30

2005.12.19

2006.01.11

2006.02.01

2006.02.15

2006.03.01

2006.03.22

2006.04.05

2006.04.26

2006.05.09

2006.05.30

2006.06.20

Biológiai többletfoszfor eltávolítás nem történik

Ortofoszfát koncentráció profil

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PO

4 3

- (m

g/l

)

2005.10.03

2005.10.19

2005.11.03

2005.11.16

2005.11.30

2005.12.19

2006.01.11

2006.02.01

2006.02.15

2006.03.01

2006.03.22

2006.04.05

2006.04.22

2006.05.09

2006.05.30

2006.06.20

2006.07.04

2006.07.19

Tápanyag hiány

TN/KOI (nyers)

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

2005

.09.

08

2005

.09.

13

2005

.10.

03

2005

.10.

19

2005

.11.

03

2005

.11.

16

2005

.11.

30

2005

.12.

19

2006

.01.

11

2006

.02.

01

2006

.02.

15

2006

.03.

01

2006

.03.

22

2006

.04.

05

2006

.04.

26

2006

.05.

09

2006

.05.

30

2006

.06.

20

2006

.07.

04

2006

.07.

19

Előülepített befolyó

Elfolyó

Tápanyag hiány

P/nyers KOI

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0.05

2005

.09.

08

2005

.09.

13

2005

.10.

03

2005

.10.

19

2005

.11.

03

2005

.11.

16

2005

.11.

30

2005

.12.

19

2006

.01.

11

2006

.02.

01

2006

.02.

15

2006

.03.

01

2006

.03.

22

2006

.04.

05

2006

.04.

26

2006

.05.

09

2006

.05.

30

2006

.06.

20

2006

.07.

04

2006

.07.

19

Előülepített befolyó

Elfolyó

Szakaszos kísérlet

Kétféle eleveniszap összehasonlítása (BB ipari szennyvizét tisztító biomassza, Délpesti kommunális szennyvíztelep biomasszája):

GAOk jelenlétének igazolása

Denitrifikációs kapacitásbeli különbségeik tanulmányozása

• „No head-space” reaktor• 2 db szimultán működtetett

Mérés meneteMintavétel a telepekről

0. nap 2 db levegőztetett reaktor

1. nap Anaerob reaktor Anaerob reaktor DP-eleveniszap+ BB-eleveniszap+ Szennyvíz (1.eset műszennyvíz

2.eset valódi DP 3.eset valódi DP:BB)

C-forrás (Na-Ac) 1-2. nap között: levegőztetés 2. nap Anoxikus reaktor Anoxikus reaktor

DP-eleveniszap+ BB-eleveniszap+ Szennyvíz (1.eset műszennyvíz

2.eset valódi DP 3.eset valódi DP:BB)

C-forrás (Na-Ac) Nitrát adagolás (KNO3 )

Oldott szerves szénforrás felhasználása a kísérlet No-Headspace szakaszában

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

BB DP BB DP BB DP BB DP BB DP BB DP

2006-03-23 2006-03-24 2006-04-06 2006-04-07 2006-05-10 2006-05-11

GAO szénfogysztása

PAO+denitrifikálók szénfogyasztása

Szennyvíziszapok szénhidráttartalma, intra-és extracelluláris szénhidrátmennyiségek aránya

0

5

10

15

20

25

30

DP előtte DP utána BB előtte BB utána

Szén

didr

át / s

zára

zany

ag %

Extrac

Intrac

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

DP előtte DP utána BB előtte BB utána

Extra

ill.in

trace

llulá

ris/ ö

ssze

s sz

énhi

drát

%

Extrac %

Intrac %

Mikrobiológiai vizsgálatok

National University of Singapore, Department of Environmental Science and Engineering

A GAOk jelenlétének igazolása az eleveniszap mintákban

Az eleveniszap összetételének szezonális változásainak nyomonkövetése

Szüret Palack, hordó mosás

Szűrés

2 1 1 2

SVI értékek

0

50

100

150

200

250

SVI (

cm3/

g)

Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (TRFLP)

DNS extrahálása a mintából

PCR termék emésztés restrikciós enzimekkel

Fragmensek elválasztása kapilláris elektroforézissel

Jelölt fragmensek detektálása

Rel

atív

fluo

resz

cenc

ia

PCR fluoreszcensen jelölt 16S RNS forward primerrel

TRFLP Euklideszi távolságok

Enzyme HhaI.

Ward`s method

Euclidean distances

2006.04.05 AN

2006.04.05 AE

2006.02.01 AN

2006.02.01 AE

2006.07.19 AN

2006.07.19 AE

2005.10.19 AE

2005.10.19 AN

2005.11.30 AN

2005.11.30 AE

2005.09.13 AN

2005.09.13 AE

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Linkage Distance

HhaI. Scatterplot 2D

Final Configuration, dimension 1 vs. dimension 2

2005.09.13 AE

2005.09.13 AN2005.10.19 AN2005.10.19 AE

2006.04.05 AE

2006.04.05 AN

2005.11.30 AE2005.11.30 AN

2006.07.19 AE

2006.02.01 AE

2006.02.01 AN

2006.07.19 AN

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Dimension 1

-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Dim

ension 2

In silico analízis

Phylogenetic Assignment Tool: Internet alapú Adatbázis Mikrobacsoportok TRFLP Profiljának Analíziséhez North Temperate Lakes Microbial Observatory, University of Wisconsinhttp://trflp.limnology.wisc.edu

Microbial Community Analysis III., University of Idahohttp://mica.ibest.uidaho.edu

Eredmények: uncultured bacterium TFOc39. ill. vagylagosan az uncultured bacterium TFOc18., TFOa28.,

TFOa43., TFOa44., TFOa5., TFOb30., TFOb5., TFOb29

Fluorszcens In Situ Hibridizáció (FISH)

Alapja: Minta fixálás tárgylemezen Denaturálás: riboszómális RNS (16S) hozzáférhetővé válik Szintén egyszálú, jelzőmolekulát tartalmazó és ismert régióra

specifikus RNS-próbát adunk hozzá Inkubálás: komplementer szekvenciák révén hibridmolekulák

jönnek létre Specifikusság a hőmérséklet és az ionerősség függvénye

(hibridizációs puffer) Vizsgálat: epifluoreszcens, ill. konfokális pásztázólézer-

mikroszkópia (CLSM)

Szemikvantitatív FISH analízis

α β γ CFB HGCTFO_DF

218TFO_DF

618TFO_DF

862 GB

GB_G1&G2

2005.09.13 + + + + + + + + + +

2005.10.19 + + + + + + + + +

2005.11.30 + + + + + + + +

2006.02.01 + + + + + + + +

2005.04.05 + + + + + + + +

2006.07.19 + + + + + + + +

Eredmények: A biomassza összetételében bekövetkezett változások

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

13-Sep-2005 19-Oct-2005 30-Nov-2005 1-Feb-2006 5-Apr-2006 19-Jul-2006

date

%

alfa-Proteobacteria

beta-Proteobacteria

gamma-Proteobacteria

CFB

HGC

TFO

Köszönöm a figyelmet!

TFO cy3 (piros) + alfa 986 cy5 (zöld)

Köszönetnyilvánítás

• Dr. Jobbágy Andrea és a BME ABÉT kutatócsoport

• Prof Wen-Tso Liu és az NUS ESE kutatócsoport

• Balatonboglári Borkombinát szennyvízkezelő telepének üzemeltető csoportja