Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/60783
Title: Contribution of ammonia oxidizing microorganisms and effect of paranitrophenol onammonia oxidation of nitrifying sludge 
Other Titles: การมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์ที่ออกซิไดซ์แอมโมเนียและผลกระทบของสารพาราไนโตรฟีนอลต่อกระบวนการแอมโมเนียออกซิเดชันของตะกอนไนตริไฟอิง
Authors: Papitchaya Srithep
Advisors: Tawan Limpiyakorn
Other author: Chulalongkorn University. Graduate School
Advisor's Email: Tawan.L@Chula.ac.th
Subjects: Nitrification
Ammonium nitrate
Sewage -- Purification -- Nitrogen removal
ไนตริฟิเคชัน
แอมโมเนียมไนเตรท
น้ำเสีย -- การบำบัด -- การกำจัดไนโตรเจน
Issue Date: 2016
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: The oxidation of ammonia to nitrite is the initial and rate-limiting step for most biological nitrogen removal approaches in wastewater treatment. However, the contribution of ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) to ammonia oxidation in wastewater treatment plants (WWTPs) has yet been clearly clarified. In this study, two laboratory nitrifying reactors (NRI and NRII) were seeded and operated under different conditions; therefore, different proportions of AOA and AOB arose in both reactors. AOA amoA genes outnumbered AOB amoA genes in reactor NRI, while only AOB amoA genes were the only detectable ammonia oxidizer in reactor NRII. The AOA amoA gene sequences from reactor NRI belonged to the Nitrososhaera sister cluster within the Group 1.1b Thaumacheota. Allythiourea (ATU) and 2-Phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl 3-oxide (PTIO), which were shown in previous studies to specifically inhibit AOB and AOA, respectively, were applied individually and as a mixture to observe the ammonia-oxidizing activity of AOA and AOB in NRI and NRII sludge. The results demonstrated that AOA and AOB jointly oxidized ammonia in NRI sludge, while AOB played the main role in ammonia oxidation in NRII sludge. DNA stable isotope probing (DNA-SIP) with 13C-HCO3- was performed on NRI sludge.  The 13C was incorporated into AOA and AOB amoA genes implying that both microorganisms may perform autotrophy during ammonia oxidation. DNA-SIP also showed that AOA can incorporate the 13C into the amoA genes while AOB cannot grow when 80 µM ATU was added. The results confirmed that ATU of 80 µM can be applied to clarify the ammonia-oxidizing activity of AOA in NRI sludge. ATU was applied to sludge from 5 full-scale WWTPs where the numbers of AOA and AOB amoA genes in the sludge varied. The results demonstrated that AOB played the main role in ammonia oxidation in all sludge. In the sludge that AOA outnumbered AOB, AOA involved around 20% of ammonia oxidation under presence of ATU at 80 µM. Inhibitory effect of paranitrophenol (PNP) was studied with sludge from reactor NRII. PNP at concentrations of ≥ 50 mgL-1 showed complete inhibition of ammonia oxidation. Analyses of bacterial cell viability and active nitrifying microorganisms using fluorescence in situ hybridization (FISH) technique indicated that PNP at concentrations of 10 and 200 mgL-1 tended to reduce bacterial cells and active AOB. The findings of this study can further lead to an improvement of wastewater treatment design and operation.
Other Abstract: การออกซิไดซ์แอมโมเนียเป็นไนตรต์เป็นขั้นตอนเริ่มแรกและเป็นขั้นตอนจำกัดอัตราของกระบวนการกำจัดไนโตรเจนในระบบำบัดน้ำเสีย อย่างไรก็ตามยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าระหว่างแอมโมเนียออกซิไดซิงอาร์เคีย (AOA) เเละแอมโมเนียออกซิงไดซิงแบคทีเรีย (AOB) จุลินทรีย์กลุ่มใดที่มีส่วนร่วมในการออกซิไดซ์แอมโมเนียเป็นไนตรต์ในระบบบำบัดน้ำเสีย งานวิจัยนี้เริ่มจากการเดินระบบถังปฏิกรณ์ไนตริไฟอิง 2 ถัง (NRI เเละ NRII) ที่ใช้ตะกอนเริ่มต้นและการเดินระบบแตกต่างกัน ส่งผลให้ถังปฏิกรณ์ทั้ง 2 ถัง มีสัดส่วนประชากร AOA และ AOB ในถังแตกต่างกัน โดยในถัง NRI พบจำนวน AOA มากกว่า AOB ในขณะที่ถัง NRII พบเฉพาะ AOB เท่านั้น กลุ่มประชากร AOA ที่พบในถัง NRI จัดอยู่ในกลุ่มของ Nitrososhaera sister ภายในกลุ่ม 1.1b Thaumacheota จากนั้นได้ใช้สาร Allythiourea (ATU) และ 2-Phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl 3-oxide (PTIO) ซึ่งมีคุณสมบัติในการยับยั้ง AOB และ AOA ตามลำดับ ในรูปแบบสารเดี่ยวและสารผสม กับตะกอนจากถังปฏิกรณ์ทั้ง 2 ถัง เพื่อศึกษาการออกซิไดซ์แอมโมเนียของ AOA และ AOB ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า ในถัง NRI ทั้ง AOA และ AOB มีส่วนร่วมกันในการออกซิไดซ์แอมโมเนีย ในขณะที่ AOB เป็นจุลินทรีย์หลักที่ออกซิไดซ์แอมโมเนียในถัง NRII ผลการใช้ DNA-stable isotope probing (DNA-SIP) โดยใช้ 13C-HCO3- กับตะกอนจากถัง NRI พบการดึง 13C เข้าสู่ยีน amoA ของ AOA และ AOB ซึ่งแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ทั้งสองกลุ่มน่าจะสามารถดำรงชีวิตแบบออโตโทรประหว่างการออกซิไดซ์แอมโมเนียได้  นอกจากนี้การใช้ DNA-SIP พบว่า AOA สามารถดึง 13C เข้าสู่ยีน amoA เมื่อมี ATU ความเข้มข้น 80 ไมโครโมลาร์ในระบบ ในขณะที่ AOB ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ในสภาวะดังกล่าว ซึ่งเป็นการยืนยันว่าสามารถใช้ ATU ที่ความเข้มข้น 80 ไมโครโมลาร์ ในการศึกษาการออกซิไดซ์แอมโมเนียของ AOA ได้ จากนั้นได้ใช้ ATU กับตะกอนจากโรงบำบัดน้ำเสีย 5 โรง ซึ่งแต่ละโรงมีจำนวนประชากร AOA และ AOB แตกต่างกัน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า AOB เป็นจุลินทรีย์หลักที่ออกซิไดซ์แอมโมเนียในตะกอนจากโรงบำบัดทั้ง 5 โรง สำหรับตัวอย่างตะกอนที่มีจำนวน AOA มากกว่า AOB นั้น AOA ก็มีส่วนร่วมในการออกซิไดซ์แอมโมเนียเช่นกัน โดยคิดเป็นประมาณ 20% ภายใต้สภาวะที่มี ATU ความเข้มข้น 80 ไมโครโมลาร์ในระบบ ผลการยับยั้งการออกซิไดซ์แอมโมเนียโดยสารพาราไนโตรฟีนอล (PNP) กับตะกอนจากถัง NRII พบว่า PNP ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 50 มิลลิกรัมต่อลิตร ยับยั้งการออกซิไดซ์แอมโมเนียโดยสมบูรณ์ การศึกษาเซลล์แบคทีเรียมีชีวิต และเซลล์จุลินทรีย์กลุ่มไนตริไฟอิงด้วยเทคนิค fluorescence in situ hybridization (FISH) ชี้ให้เห็นว่า PNP ที่ความเข้มข้น 10 และ 200 มิลลิกรัมต่อลิตร มีแนวโน้มลดจำนวนเซลล์แบคทีเรียมีชีวิตและ เซลล์ AOB ลง ผลที่ได้จากงานวิจัยนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการปรับปรุงการออกแบบและการเดินระบบบำบัดน้ำเสียในอนาคต 
Description: Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2016
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Environmental Management
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/60783
URI: http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2016.1568
metadata.dc.identifier.DOI: 10.58837/CHULA.THE.2016.1568
Type: Thesis
Appears in Collections:Grad - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5487779420.pdf6 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.