Environmental Biotechnology

Relaterede dokumenter
Hurtig karakterisering af bakterier i renseanlæg gennem DNA sekventering. Det er bakterierne der renser vandet

DNA sekventering af bakterier i renseanlæg:

Aktiv slam renseanlæg: Slamflokkenes fysiske egenskaber bestemmes af få vigtige bakteriegrupper

Adgang til den mikrobiologiske sorte boks via DNA analyser

Ny forskning på områder af betydning for fremtidens renseanlæg

Trådformede bakterier og slamflokkens opbygning.

Sektion for Bioteknologi. og lidt om den nye DNA revolution!

Kontrol af skumdannende Mycolata i aktiv-slamanlæg ved dosering af Kemira Water Bulk Control 100

Vedr.: Sammenfatning af procesbeskrivelse til myndighedsbehandlingen ved procesoptimering med ny proceslinje

Trine Rolighed Thomsen (seniorkonsulent, lektor, mikrobiolog) Center for Kemi- og Bioteknik, TI, Afd. for Bioteknologi, AAU, ,

Biofilmdannelse i ledningsnet populationssammensætning i vand- og biofilmprøver

MODERNE METAGENOMANALYSER MIKROBIEL NEDBRYDNING AF MILJØFREMMEDE STOFFER I JORD OG GRUNDVAND

Pilotanlægget. Om os Artur Tomasz Mielczarek Forretningsudvikling. BIOFOS er Danmarks største spildevandsvirksomhed.

DNA fingeraftryk: Hvordan kan vi bruge DNA - baserede metoder ved drikkevandsforureninger? Anna Krestine Nørgaard Teknologisk Institut

2. Spildevand og rensningsanlæg

Renseteknologi- et eksempel

Titel Revision nr. Dato Virksomhedsbeskrivelse N1-A Udarb. af Godkendt af Erstatter nr. Dato AG EV N1-A

det måtte koges før det kunne bruges som drikkevand eller i madlavning, og dette stod på i 3 uger før situationen var normal

Anitha K. Sharma Postdoc DTU Environment. Medforfattere: (fhv. Udviklingsingeniør på Spildenvandscenter Avedøre og

Tid til at revidere vor opfattelse af dem som vigtige drifts- og styringsparametre?

Eksamensspørgsmål Biologi C maj-juni 2014 Sygeeksamen: 4cbicsy1

ENVICLEAN ULTRALYD SÆBY RA (RAS) SKAGEN RA (WAS) MARSELISBORG RA (WAS) HØRSHOLM RA (WAS)

VTA GSD Den nye generation af desintegration

HVAD BLIVER DET NÆSTE?

Sektion for Mikrobiologi & Center for Geomikrobiologi

Fosforgenindvinding erfaringer med konkret projekt og partnerskab

Ekstrakter - rammebevillinger

Internationalt samarbejde om granulært slam

Spildevand-Formelsamling

Ammoniaktolerante mikroorganismer til behandling af ammoniakholdigt affald

Rejektvandsrensning Status på egnede teknologier til kvælstofog fosforfjernelse i Danmark

Rethink Sludge Optimering af slamafvandingen via onlinesensorer kombineret med kamerateknologi

BIOLOGI B-NIVEAU - SPØRGSMÅL 1

Titel 1 Celler opbygning og funktion 15. Titel 2 Genetik livets kode 16. Titel 3 Gæring 11. Titel 4 Sundhed og kost 18

Biologisk rensning Fjern opløst organisk stof fra vand

Udbytteberegning ved fermentering

DANVA Temadag 21. juni 2012 Procesoptimering på renseanlæg. Ændret drift på Viby renseanlæg. Flemming B. Møller, Aarhusvand

Test af filter reaktor opbygget at BIO- BLOK pa biogasanlæg i Foulum.

DNA SOM STREGKODER FOR KOMPLEKSE MIKROBE MILJØER

Bilag til GRØNT REGNSKAB ODDER RENSEANLÆG

Nye hurtigmetoder til påvisnings af mikrobielle forureninger i drikkevand

EnviDan. Artikel til Microben Juni 2007 APS Avanceret Proces Styring

Biologiske signaler i graviditeten - Genetisk information

Særbidragsberegning for industrier, der tilleder højt belastet industrispildevand til Fredericia Centralrenseanlæg

Biologisk vandbehandling af medicinrester - Lokalt eller centralt?

Gennemgang af renseanlæg

Renseteknologi- et eksempel

14:15 14:30: Målinger i vand og fisk på forskellige danske typer anlæg og lidt om sensorik.

Bilag til GRØNT REGNSKAB GYLLING HUNDSLUND

Visualisering af rådnetanke på fremtidigt biogasanlæg på Varde Renseanlæg

Eksamensspørgsmål Biologi C e-learning Sommeren 2014 Hold: 3cbicel1

Spørgsmål nr. 1. Fedme. Spørgsmål nr.2. Sukker som brændstof. Spørgsmål 3. Søens onde cirkel

Forekomst og fordeling af mikroplast i spildevandsfraktioner på Bjergmarken renseanlæg

Rensning af regnvand og Miltek Dansk Vand Konference 2010 Mai Sørud

Aktuelle udfordringer med miljøfremmede stoffer IWAs generalforsamling nov

Grønne flokkulanter kan være fremtiden

Efterbehandling til Enzymer - Klip dit tis i stykker CIRKUS NATURLIGVIS

Effektiv rensning af spildevand med SBR

Eksamensspørgsmål Biologi C - sygeeksamen den 19. december 2013 Hold: 3bbicfh2

Driftsforhold og nøgletal for Renseanlæg 2000

Biologisk rensning Fjern opløst organisk stof fra vand

Kvælstofomsætning i mark og markkant

Velkommen på Herning Renseanlæg

Pumpestation. Hjem/Industri. Det rene vand fra vandværket omdannes til spildevand. Alt, hvad der ryger i kloakken, skal nu ud på en rejse.

Mikrobielle interaktioner i rodzonen og betydningen for næringsstoffer

Spørgsmål 1. Immunforsvaret. Spørgsmål 2. Kulhydrater

Partnerskab om mikroplast

Energiproduktion Det energiproducerne anlæg ikke bare et fremtidsscenarie. VandCenter Syd ønsker at være CO2 neutral gerne i 2014

grønne > 8 forskerhistorier 2009

Miljøfremmede stoffer i renseanlæg

Kronologisk hændelsesforløb hos Fredericia Spildevand og Energi A/S i forbindelse med ulykke på Dan Gødning den :

Mikroplastik i spildevand. Hanne Løkkegaard, Teknologisk Institut

Odense. OBH Indeklima. Ny DNA-teknologi til vurdering af arbejdspladsens indeklima. Århus Kolding. Hillerød. Niels Skals, Biolog PhD Produktchef

Programbeskrivelse. Studietur til Paris og Lille 24. til 26. november Fremtidens spildevandsteknologier hverdagens udfordringer

Muligheder for optimering af nitrifikation og denitrifikation på Modeldambrug

Reduktion af drivhusgasser fra landbruget: Muligheder og begrænsninger

Fra gennemstrøms-teknologi via genbrug af vand til anvendelse af recirkuleringsteknologi. Bjarne Hald Olsen, Adm. Direktør i Billund Aquaculture

Optimering af energi renseanlæg / kloaksystemet v/ Niels Henrik Johansen - EnviClean og Kaj Stjernholm- Stjernholm

Undervisningsbeskrivelse

Udnyttelse af okkerslam fra vandværker som fældningsmiddel på renseanlæg

Opbygning af et kursus fra bunden

Indholdsfortegnelse Hovedkonklusionerne af undersøgelsen er:

Gevinst ved udrådning ved højere temperaturer

Bilag 1, scoping skema. Miljøvurdering af spildevandsplan.

1. Afrikansk plante med mulig gavnlig virkning på diabetes type II. 2. Bestemmelse af genomer hos forskellige arter organismer

Fjernelse af grundvandsforurening med mikroorganismer fremtidens løsning på fortidens synder?

Besøg. Fredensborgværket

Fremtidens energiproducerende renseanlæg i Egå.

Opgave 1 Listeria. mørkviolette bakteriekolonier, se figur 1a. og b. 1. Angiv reaktionstypen for reaktion. 1 vist i figur 1b.

Separat regnvand. Er ikke kun problematisk ved nedsivning også ved udledning til recipienter WATER TECHNOLOGIES

Undervisningsbeskrivelse

Drikkevandssensorer 2016

SAMARBEJDE MELLEM FORSKNING OG FORBUND MOD OL I RIO. Peter M. Christensen Fysiolog (Ph.d)

Udvikling indenfor nano teknnologi. Ejner Bech Jensen Vice President Molekylær Bioteknologi Novozymes R&D

Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanl

Anlægsspecifik beskrivelse af milekompostering (KomTek Miljø)

Et medlemskab af SNU koster:

Grønt regnskab Struer Centralrenseanlæg

AAU ESBJERG. Fosfor - genvinding af en knap ressource. Af Brian Thaysen, Martin Udby, Hasini/Renée Kandasamy og Louise P. Poulsen.

Eksamensspørgsmål Biologi C Maj-juni 2016 Hold: 3ebicmf1

Transkript:

Bakteriesammensætning i renseanlæg Kaos eller systematik? Poul Larsen Sektion for Bioteknologi Institut for Kemi og Bioteknologi Aalborg Universitet Forsyningstræf Roskilde og Skanderborg 2012 Environmental Biotechnology En forskergruppe under som ledes af Professor Per Halkjær Nielsen. Der arbejdes med undersøgelse af identitet og funktion af bakterier i komplekse miljøer som spænder fra medicinske biofilm til spidlevandsslam. Udvikling og anvendelse af molekylærbiologiske metoder. 1

I programmet står der: Hvilke bakterier har I? Hvordan kan man opnå den rigtige bakterie sammensætning på renseanlægget. Omformuleres til: Hvilke bakterier har I? Hvordan kan man sikre, at den rigtige bakterie sammensætning på renseanlægget opretholdes. Program Den rigtige artssammensætning? Styrende parametre for artssammensætningen Problematiske bakterier Slam og slamflokke Den mikrobiologiske database Beskrivelse Undersøgelser Resultater Anvendelse af resultaterne Lidt om hvor den retning forskningen går herfra. 2

Den rigtige artssammensætning skal Omsætte opløst kulstof Rense for kvælstof og fosfor Rense for miljøfremmede stoffer Gode bundfældningsegenskaber Gode afvandingsegenskaber Sikre stabil drift Indløb Anaerob Anoxisk Aerob Bundfældning Udløb Returslam Recirkulation Overskudsslam Anlæg til biologisk fosfor fjernelse Parametre som styrer artsammensætningen Spildevand: Substrat Mikroorganismer Inhibitorer Kontrolparametre: Tankdesign Slamalder Hydraulisk opholdstid Ricirkulationsgrad Tilsætning af kemikalier Iltforhold Bundfældningstid Udløb 3

Mikrobielt forårsagede problemer Dårlige bundfældningsegenskaber Trådformede bakterier Slimdannende bakterier Skumdannende bakterier Deflokkulering Bakterier med dårlige flokkuleringsegenskaber Dårlig slamafvanding Slimdannende bakterier Problemer med biologisk fosforfjernelse Glykogen akkumulerende bakterier Problemer med N-fjernelse Sygdomsfremkaldende bakterier Slamflokke er meget forskellige Men der er generelle trends i opbygning 4

Arternes betydning for slamegenskaber Forskellige bakteriearter flokkulerer forskelligt På flokniveau influerer dette: Flokstørrelse Flokform Flokdensitet Flokstyrke Filament Organisk fiber Inorganisk partikel Extracellular polymeric substans I forhold til drift ændres: Flokkulering Bundfældning Afvanding Membranfouling (ved MBR) Mikrokoloni Vedhæftet vækst 0,1 mm Skum pga trådformede bakterier Microthrix Mycolata 5

Slimdannende bakterier Thauera Zoogloea Den mikrobiologiske database for danske renseanlæg Undersøgelse af 50 danske renseanlæg - 2006-2012 Samarbejde: Dansk Spildevandsteknisk Forening 50 renseanlæg Krüger A/S Kemira A/S Aalborg Universitet Besøg: www.microbialdatabase.dk 6

Formål og udbytte Formål: At etablere og udbygge en mikrobiologisk database over danske renseanlæg med biologisk kvælstof (N) og/eller fosfor (P) fjernelse for at: opnå kendskab til den mikrobielle sammensætning finde sammenhænge mellem forekomst af specifikke bakterier og renseanlæggets type, procesdesign, drift samt spildevandssammensætning Udbytte: De involverede parter vil på baggrund af den nye viden, på kort eller længere sigt, have bedre mulighed for afhjælpning af dårlige bundfældningsegenskaber, afhjælpning af skumdannelse samt en bedre kvælstofog fosforfjernelse. Dette kan bl.a. reducere udledningen af kulstof, kvælstof og fosfor, optimere brug af fældningskemikalier, mindske energiforbrug og øge driftsstabiliteten Identifikation af de relevante bakterier 1 ml aktivt slam fra et renseanlæg indeholder: 1-5 milliarder bakterier (10 9 ) Der er ca. 10 12 bakterier i 1 liter aktivt slam Der er ca. 10 11 stjerner i mælkevejen Standard dyrkning på vækstmedier: Hvor mange forskellige arter er der? Max. 1% af bakteriearterne kan dyrkes! 7

En bakteries bestanddele DNA DNA streng DNA Koder for særlig membrankomponent DNA fra 1 bakterie har typisk 4-5000 gener Koder for ribosomer(16s rrna gen) Koder for særligt enzym Molekylærbiologisk identifikation af bakterier i komplekse miljøer Tusindvis af forskellige arter i 1 ml aktivt slam Ekstraktion af arvemateriale (genomer, DNA, RNA) Sekvensanalyse med molekylær-biologiske metoder Identifikation af bakterier Brug af databaser Stamtræ med navne af alle de forekommende arter 8

Molekylærbiologisk identifikation af bakterier i komplekse miljøer Fluorescerende in situ hybridisering(fish) Ekstraktion af arvemateriale (genomer, DNA, RNA) Anvendelse af genprober Sekvensanalyse med molekylær-biologiske metoder Identifikation af bakterier Brug af databaser Design og test af genprober Fluorescerende markører Arts- eller gruppe-specifik kode Generel probe Rammer alle bakterier Specifik probe Rammer en art eller gruppe 9

Hvad laver de identificerede bakterier? - og hvem er de relevante? Bakteriesammensætning i 25 anlæg med biologisk fosfor-fjernelse Tusindvis af forskellige arter men kun 30-40 er vigtige Disse er tilstede i næsten alle anlæg -> betyder man kan lære dem at kende og optimere processerne 10

Bakteriesammensætning i 25 anlæg med biologisk fosfor-fjernelse Kvantitativ FISH Generelle forhold 1. Bakteriesammensætningen i alle kommunale anlæg er overraskende ens med hensyn til arter men hyppigheden af de enkelte arter kan variere C C 11

Generelle forhold 1. Bakteriesammensætningen i alle kommunale anlæg er overraskende ens med hensyn til arter men hyppigheden af de enkelte arter kan variere 2. Bakteriesammensætningen i det enkelte anlæg er overraskende ens hen over tid (måneder, år) dog ses årstidsvariationer men de er nogenlunde ens hvert år C C Generelle forhold 1. Bakteriesammensætningen i alle kommunale anlæg er overraskende ens med hensyn til arter men hyppigheden af de enkelte arter kan variere 2. Bakteriesammensætningen i det enkelte anlæg er overraskende ens hen over tid (måneder, år) dog ses årstidsvariationer men de er nogenlunde ens hvert år 3. Hvert anlæg sin egen særlige bakteriesammensætning!! (de samme arter i de fleste anlæg men mængderne af de enkelte arter varierer) C C 12

% out of EUBmix 15 10 5 Ejby Mølle: 2008-2009 PAO and GAO Accumulibacter 1+2 Tetrasphaera 1 Tetrasphaera 2 Competibacter Generel stor stabilitet % af alle bakterier % out of EUBmix % out of EUBmix % out of EUBmix 0 15 10 5 0 15 10 5 0 20 15 10 5 Nitrifiers Denitrifiers Other Nitrosospira Nitrosomonas Other AOB Nitrospira 1+2 Curvibacter Zoogloea Azoarcus Thauera Accumulibacter 1 Streptococcus Chloroflexi Saprospiraceae % af alle bakterier % of EUB 7 6 5 4 3 2 1 0 Hjørring: 3 måneder 0 10 20 30 40 50 60 70 80 24.06.2008 01.07.2008 03.11.2008 06.11.2008 10.11.2008 13.11.2008 20.11.2008 27.11.2008 04.12.2008 08.12.2008 11.12.2008 15.12.2008 14.01.2009 22.01.2009 26.01.2009 29.01.2009 Accumulibacter Actinobacteria Tetrasphaera type 1 1 Actinobacteria Tetrasphaera type 2 2 Days 0 Sampling date Nielsen et al., 2010, Wat. Res. Generelle forhold 4. Hvis noget er usædvanligt/problematisk kan en mikroskopering og en identifikation af de involverede bakterier ofte afsløre problemet og give forslag til en løsning C C 13

Tilbage til starten 1. Hvilke bakterier har I? 2. Hvordan kan man sikre, at den rigtige bakteriesammensætning på renseanlægget opretholdes. Hvilke bakterier har I? 14

Den rigtige artssammensætning Vigtig for renseeffektivitet og flokegenskaber Fordelagtig i begrænsede mængder Giver problemer Processtabilitet Biologisk fosforfjernelse 3 bakteriegrupper Denitrifikation 7 bakteriegrupper Nitrifikation Ammoniumoxidation 2 bakteriegrupper Nitritoxidation 1 bakteriegruppe Passer godt med erfaringer at nitrifikation ofte kaldes renseanlæggets akilleshæl der er ingen til at tage over. 15

Kontrolstrategier 021N PAC Thiothrix -? PAC Sidestrømshydrolyse Der er taget patent på en strategi FEX120 PAC = Polyaluminiumkloridopløsning Træerne vokser stadig ikke ind i himlen Vi kan identificere disse grupper, men Nitrifikanter, vi kan detektere når de ikke er der, og det er et vigtigt første skridt, men hvorfor, årsagerne kan være mange. Chloroflexi, denne gruppe af trådformede bakterier findes i alle renseanlæg, og er i moderate mængder vigtige for flokegenskaberne. De kan i store mængder resultere i dårlige slamegenskaber. Der findes p.t. ingen kontrolstrategi. Slimdannende bakterier, ok i moderate mængder, men kan påvirke slamegenskaber, herunder bundfældning og afvanding. 16

Dette er ingen reklame, men.. Vi er et universitet, og har således ingen kommercielle interesser, men da der ikke findes et laboratorium der kan udføre analysen kan vi udføre analyserne mod at udgifterne dækkes. På baggrund af resultaterne, er der lavet nogle anbefalinger/ analysepakker til at identificere forskellige bakteriegrupper. Dermed kan renseanlæg evt. i samarbejde med rådgivere klarlægge hvad der kan gøres ved et givent problem Analyse 1. Problemet forklares af rådgiver/anlæg 2. Slammet mikroskoperes og slammet karakteriseres. På baggrund af dette gives anbefalinger til analysepakke til FISH da morfologisk (artsbestemmelse baseret på bakteriers form) identifikation ikke bør stå alene. 3. Der laves FISH på slammet. Pakke 1 Microthrix Parvicella Pakke 2 Mycolata og relevante underarter Pakke 3 Thiothrix og relevante underarter samt Chloroflexi Pakke 4 Fosfat akkumulerende og glykogen akkumulerende bakterier Pakke 5 Nitrifikanter. Pakke 6 Denitrifikanter 17

Angivelse af mængde af trådformede bakterier Trådindex (0-5) FI = 0 TI= 3 TI= 4 TI= 5 Eikelboom s Manual 2000 Forskningsindsatsen fremadrettet 1. Der arbejdes videre med den mikrobiologiske database ikke mindst med at kombinere artssammensætninger med anlægsdata. 2. Der er igangsat en lignende database på rådnetanke. 3. Tilsætning af kemikalier/bakterier med specifikke agenskaber som kan være relevante 4. Nye metoder er taget i brug for at komme tættere på bakterierne i renseanlæggene. 18

System mikrobiologi Microbial community Metabolites High-throughput data Meta-bolomics Ekstraction Proteins Meta-proteomics mrna Metatranscriptomics Single-cell in situ methods DNA Meta-genomics Community structure Microbial functions Microbial needs Fjern/kontr ol P-removal: N-removal: -removal: Skumnin g Foaming: Ethanol production: Tak for jeres opmærksomhed 19