Występowanie i funkcje bakterii nitkowatych w oczyszczalniach ścieków ze szczególnym uwzględnieniem Chloroflexi

Celem pracy było ilościowe i jakościowe oszacowanie występowania bakterii typu Chloroflexi w osadzie czynnym w komunalnych oczyszczalniach ścieków oraz powiązanie ich występowania z parametrami technologicznymi oraz wskaźnikami technicznymi w badanych reaktorach biologicznych, jak i właściwościami ekofizjologicznymi wykrytych grup bakteryjnych. W pracy zbadano poniższe hipotezy i odpowiednio dal każdej z nich dowiedziono, co następuje:- Część problemów eksploatacyjnych oczyszczalniach ścieków jest związana z niezidentyfikowaną dotychczas frakcją bakterii z typu Chloroflexi. Wzrost zawartości biomasy określonych szczepów Chloroflexi w kłaczkach osadu czynnego pogarsza ich opadalność i przyczynia się do wzrostu wartości indeksu osadu czynnego – potwierdza toznaleziona korelacja indeksu osadu z bakteriami Chloroflexi oznaczonymi sondami GNSB941 oraz CFX109.- Na liczebność Chloroflexi powodujących pęcznienie osadu mają wpływ parametry technologiczne i wskaźniki techniczne w procesie oczyszczania ścieków oraz źródła węgla organicznego w dopływającym ładunku ścieków. Bakterie nitkowate są obecne w osadzie czynnym polskich, pełnoskalowych oczyszczalni ścieków i w prawidłowofunkcjonującym obiekcie Chloroflexi stanowią średnio 11% wszystkich bakterii. W polskich oczyszczalniach dominują trzy grupy: typ Chloroflexi, rodzaj Haliscomenobacter i rodzaj Microthrix. różnice między mikrobiocenozami reaktorów odnotowano głównie w występowaniu lub braku typów 1851 i 0803. Istnieją silnepozytywne zależności pomiędzy bakteriami Ca. „Sarcinathrix spp.”, Ca. "Promineofilum" oraz całym typem Chloroflexi (PCA) (także Ca. „Amarilinum spp.” i podgrupą 1 Chloroflexi). Liczebność bakterii morfotypu 1851, Caldilinea oraz Ca."Defluviifilum spp." łączyła silna pozytywna relacja związana z zawartością fosforanówrozpuszczonych w dopływie do oczyszczalni i stężeniem lotnych kwasów tłuszczowych w reaktorze, a także temperaturą.- Zespół czynników środowiskowych w reaktorze biologicznym miał wpływ na rodzaje bakterii w zespole Chloroflexi oraz ich wzajemne relacje - znaleziono średnie i silne korelacje (liniowe i nieliniowe) pomiędzy grupami Chloroflexi.Dodatkowo udało się ustalić, że- Wyniki liczebności bakterii uzyskane metodami sekwencjonowania amplikonu 16S i FISH korespondują ze sobą. Technika FISH nie zawsze pozwala wykryć komórki bakteryjne, pokazuje natomiast które z organizmów były aktywne w momencie poboru próbki. Technika NGS lepiej sprawdza się przy wykrywaniu mniejszej liczby bakterii idefiniowaniu ich filogenezy.- Na podstawie cech określonych z zastosowaniem obserwacji mikroskopowych przedstawicieli Ca. „Amarilinum spp.” zaklasyfikowano do typu 0092 wg Eikelbooma. Badania MAR-FISH wykazały wysoką specjalizację Amarilinum, odnotowano wykorzystanie wyłącznie monocukrów, wysoki pobór aldoheksoz: glukozy i galaktozyoraz mieszany pobór ketozy – fruktozy.- System Biolog® EcoPlates może być wykorzystany do rozróżniania mikrobiocenoz osadu czynnego, należy zwrócić uwagę na wpływ rozcieńczalnika i homogenizacji na intensywność metabolizmu osadu czynnego.

The aim of the study was quantitative and qualitative estimation of the abundance of Chloroflexi bacteria inactivated sludge in municipal wastewater treatment plants and an assessment of connections between theabundance and technological parameters or technical indicators in the investigated biological reactors as well as theecophysiological properties of investigated bacterial groups. The following hypotheses were examined in the paper(for each there are also presented results of the study):- Some of the operational problems of wastewater treatment plants are related to an unidentified fraction of bacteria from phylum Chloroflexi. The increase in the biomass of the specific Chloroflexi strains in activated sludge flocs reduces precipitation of activated sludge and increases the value of sludge index – it was confirmed by the correlation between the sludge index and the Chloroflexi hybridizing with GNSB941 and CFX109 probes.- The abundance of Chloroflexi that causes sludge bulking is influenced by technological and technical parameters in wastewater treatment process and sources of organic carbon in the influent - filamentous bacteria are present in activated sludge in polish full scale wastewater treatment plants - in properly functioning plants Chloroflexi constitute on average 11%. There are three dominating groups: phylum Chloroflexi, genus Haliscomenobacter and genus Microthrix. The differences between microbial reactors were noted mainly in the presence or absence of types 1851 and 0803. There are strong positive correlations between Ca. "Sarcinathrix spp.", Ca. "Promineofilum", and the whole Chloroflexi phylum (PCA) (also Ca. "Amarilinum spp" and Chloroflexi subgroup 1). Abundance of morphotype 1851, Caldilinea and Ca. "Defluviifilum spp." were strongly positively connected with the dissolved phosphate content in the influent into the plant and the concentration of volatile fatty acids in the reactor as well astemperature.- Environmental factors in biological reactor influenced types of Chloroflexi and their relationships - moderate and strong correlations (linear and nonlinear) between Chloroflexi groups were found. In addition, it was found that:- The bacterial abundance measured by the 16S sequencing and FISH correspond with each other. The FISH technique does not always detect bacterial cells, but shows which organisms were active at the time of sampling. NGS technology is better for detecting fewer bacteria and defining their phylogeny.- Based on the characteristics determined by the microscopic observations of Ca. "Amarilinum spp." was classified, according to Eikelboom, to type 0092. MAR-FISH studies have shown a high level of specialization, Amarilinum used only monosaccharides - high aldohexose intake: glucose and galactose, and mixed intake of ketose-fructose.- The Biolog® EcoPlates system can be used to determine microbial activity of activated sludge, the effect of diluents and homogenization on the intensity of activated sludge metabolism should be considered.