Влияние сдвига pН на обогащенное фосфат-аккумулирующими микроорганизмами сообщество в биореакторе последовательно-периодического действия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В биореакторе последовательно-периодического действия прослежены изменения структуры и свойств обогащенного фосфат-аккумулирующими микроорганизмами (ФАО) сообщества после сдвига рН в слабокислую область (рН 6.7‒7.1). Доля Candidatus Accumulibacter снизилась с 43.6 до 13.9%, тогда как возросло количество потенциальных ФАО, относящихся к Dechloromonas и Thauera. При этом доля суммарного количества ФАО изменилась незначительно и составила 40‒43%. Доля основных конкурентов ФАО – гликоген-аккумулирующих микроорганизмов (ГАО) в течение эксперимента оставалась незначительной: фрагменты гена 16S рРНК Competibacter до и после изменения рН составили 2‒4%. Снижение рН привело к падению количества выделяемых в анаэробной фазе фосфатов, однако количество фосфора в биомассе и его удаление оставалось высоким – 15‒17 и 92‒94% соответственно.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Дорофеев

ФИЦ Биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dorofeevag@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, 119071, Москва

А. В. Пелевина

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: dorofeevag@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, 119071, Москва

Е. В. Груздев

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: dorofeevag@mail.ru

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Россия, 119071, Москва

А. В. Марданов

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: dorofeevag@mail.ru

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Россия, 119071, Москва

Н. В. Пименов

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: dorofeevag@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, 119071, Москва

Список литературы

  1. Пелевина А. В., Берестовская Ю. Ю., Грачев В. А., Дорофеева И. К., Сорокин В. В., Дорофеев А. Г., Каллистова А. Ю., Николаев Ю. А., Котляров Р. Ю., Белецкий А. В., Равин Н. В., Пименов Н. В., Марданов А. В. Mикробный консорциум, осуществляющий удаление фосфатов в циклическом аэробно-анаэробном культивировании // Микробиология. 2021. Т. 90. С. 76‒89.
  2. Pelevina A. V., Berestovskaya Y. Y., Grachev V. A., Dorofeeva I. K., Sorokin V. V., Dorofeev A. G., Kallistova A. Y., Nikolaev Y. A., Pimenov N. V., Kotlyarov R. Y., Beletskii A. V., Ravin N. V., Pimenov N. V., Mardanov A. V. A microbial consortium removing phosphates under conditions of cyclic aerobic-anaerobic cultivation // Microbiology (Mioscow). 2021. V. 90. P. 66‒77.
  3. Andreadakis D., Noutsopoulos C., Fragkiskatos G., Mamais D., Misirli T., Argyropoulou K., Themeli E., Malamis S. Inhibition of free nitrous acid and free ammonia on polyphosphate accumulating organisms: Evidence of insufficient phosphorus removal through nitritation-denitritation // J. Environ. Manage. 2021. V. 297. Art. 113390.
  4. Chen Y., Gu G. Effect of changes of pH on the anaerobic/aerobic transformations of biological phosphorus removal in wastewater fed with a mixture of propionic and acetic acids // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2006. V. 81. P. 1021–1028.
  5. Filipe C. D.M., Daigger G. T., Grady Jr. C.P.L. Effects of pH on the rates of aerobic metabolism of phosphate‐accumulating and glycogen‐accumulating organisms // Water Environ. Res. 2001а. V. 73. P. 213‒222.
  6. Filipe C. D.M., Daigger G. T., Grady Jr. C.P.L. pH as a key factor in the competition between glycogen‐accumulating organisms and phosphorus‐accumulating organisms // Water Environ. Res. 2001b. V. 73. P. 223‒232.
  7. Filipe C. D.M., Daigger G. T., Grady Jr. C.P.L. Stoichiometry and kinetics of acetate uptake under anaerobic conditions by an enriched culture of phosphorus‐accumulating organisms at different pHs // Biotechnol. Bioeng. 2001c. V. 76. P. 32‒43.
  8. Fukushima T., Onuki M., Satoh H., Mino T. Effect of pH reduction on polyphosphate-and glycogen-accumulating organisms in enhanced biological phosphorus removal processes // Water Sci. Technol. 2010. V. 62. P. 1432‒1439.
  9. Liu Y., Ngo H. H., Guo W., Peng L., Wang D., Ni B. The roles of free ammonia (FA) in biological wastewater treatment processes: a review // Environ. Int. 2019. V. 123. P. 10–19.
  10. Metcalf & Eddy Inc., Tchobanoglous G., Stensel H. D., Tsuchihashi R., Burton F. L., Abu-Orf M., Bowden G., Burton F. L., Pfrang W. Wastewater engineering: treatment and resource recovery. McGraw-Hill, New York, 2014. 5th edn. 2018 p.
  11. Nguyen P. Y., Marques R., Wang H., Reis M. A., Carvalho G., Oehmen A. The impact of pH on the anaerobic and aerobic metabolism of Tetrasphaera-enriched polyphosphate accumulating organisms // Water. Res. X. 2023. V. 19. Art. 100177.
  12. Oehmen A., Teresa Vives M., Lu H., Yuan Z., Keller J. The effect of pH on the competition between polyphosphate-accumulating organisms and glycogen-accumulating organisms // Water. Res. 2005. V. 39. P. 3727‒3737.
  13. Pelevina A., Gruzdev E., Berestovskaya Y., Dorofeev A., Nikolaev Y., Kallistova A., Beletsky A., Ravin N., Pimenov N., Mardanov A. New insight into the granule formation in the reactor for enhanced biological phosphorus removal // Front. Microbiol. 2023. V. 14. Art. 1297694.
  14. Petriglieri F., Singleton C., Peces M., Petersen J. F., Nierychlo M., Nielsen P. H. “Candidatus Dechloromonas phosphoritropha” and “Ca. D. phosphorivorans”, novel polyphosphate accumulating organisms abundant in wastewater treatment systems // ISME J. 2021. V. 15. P. 3605‒3614.
  15. Pijuan M., Saunders A., Guisasola A., Baeza J., Casas C., Blackall L. Enhanced biological phosphorus removal in a sequencing batch reactor using propionate as the sole carbon source // Biotechnol. Bioeng. 2004. V. 5. P. 56–67.
  16. Ren T., Chi Y., Wang Y., Shi X., Jin X., Jin P. Diversified metabolism makes novel Thauera strain highly competitive in low carbon wastewater treatment // Water. Res. 2021. V. 206. Art. 117742.
  17. Schuler A. J., Jenkins D. Effects of pH on enhanced biological phosphorus removal metabolisms // Water Sci. Technol. 2002. V. 46. P. 171–178.
  18. Serafim L. S., Lemos P. C., Reis M. A.M. Effect of pH control on EBPR stability and efficiency // Water Sci. Technol. 2002. V. 46. P. 179‒184.
  19. Serralta J., Ferrer J., Borrás L., Seco A. Effect of pH on biological phosphorus uptake // Biotechnol. Bioeng. 2006. V. 95. P. 875‒882.
  20. Tu Y., Schuler A. J. Low acetate concentrations favor polyphosphate-accumulating organisms over glycogen-accumulating organisms in enhanced biological phosphorus removal from wastewater // Environ. Sci. Technol. 2013. V. 47. P. 3816‒3824.
  21. Wang Q., He J. Complete nitrogen removal via simultaneous nitrification and denitrification by a novel phosphate accumulating Thauera sp. strain SND5 // Water. Res. 2020. V. 185. Art. 116300.
  22. Jeon C. O., Lee D. S., Lee M. W., Park J. M. Enhanced biological phosphorus removal in an anaerobic–aerobic sequencing batch reactor: effect of pH // Water Environ. Res. 2001. V. 73. P. 301‒306.
  23. Zhang T., Liu Y., Fang H. Effect of pH change on the performance and microbial community of enhanced biological phosphate removal process // Biotechnol. Bioeng. 2005. V. 92. P. 173–182.
  24. Zhang C., Chen Y., Liu Y. The long-term effect of initial pH control on the enrichment culture of phosphorus-and glycogen-accumulating organisms with a mixture of propionic and acetic acids as carbon sources // Chemosphere. 2007. V. 69. P. 1713‒1721.
  25. Zhao W., Bi X., Peng Y., Bai M. Research advances of the phosphorus-accumulating organisms of Candidatus Accumulibacter, Dechloromonas and Tetrasphaera: metabolic mechanisms, applications and influencing factors // Chemosphere. 2022. V. 307. Art. 135675.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика концентрации фосфатов (1) и ацетата (2) в биореакторе в течение одного SBR-цикла: а – до снижения рН; б – через 39‒58 сут после снижения рН. Концентрация ацетата в первой точке (12:00) рассчитана с использованием концентрации ацетата в подающейся среде.

Скачать (22KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение таксономического состава сообщества после смены рН.

Скачать (39KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика концентрации растворенного О2 в течение одного SBR-цикла. 0‒3 ч – аэробный период; 3‒6 ч – анаэробный период. Стрелкой отмечено начало подачи субстрата (ацетата).

Скачать (13KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024