Impact of protozoan grazing on nitrification and the ammonia- and nitrite-oxidizing bacterial communities in activated sludge

摘要

In activated sludge, protozoa feed on free-swimming bacteria and suspended particles, inducing flocculation and increasing the turnover rate of nutrients. In this study, the effect of protozoan grazing on nitrification rates under various conditions in municipal activated sludge batch reactors was examined, as was the spatial distribution of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and nitrite-oxidizing bacteria (NOB) within the activated sludge. The reactors were monitored for ammonia, nitrite, nitrate, and total nitrogen concentrations, and bacterial numbers in the presence and absence of cycloheximide (a protozoan inhibitor), allylthiourea (an inhibitor of ammonia oxidation), and EDTA (a deflocculating agent). The accumulations of nitrate, nitrite, and ammonia were lower in batches without than with protozoa grazing. Inhibition of ammonia oxidation also decreased the amount of nitrite and nitrate accumulation. Inhibiting protozoan grazing along with ammonia oxidation further decreased the amounts of nitrite and nitrate accumulated. Induction of deflocculation led to high nitrate accumulation, indicating high levels of nitrification; this effect was lessened in the absence of protozoan grazing. Using fluorescent in situ hybridization and confocal laser scanning microscopy, AOB and NOB were found clustered within the floc, and inhibiting the protozoa, inhibiting ammonia oxidation, or inducing flocculation did not appear to lower the number of AOB and NOB present or affect their position within the floc. These results suggest that the AOB and NOB are present but less active in the absence of protozoa.Dans les boues activées, les protozoaires se nourrissent des bactéries libres et des particules en suspension, ce qui induit la floculation et augmente le taux de roulement des nutriments. Dans cette étude, nous avons examiné l'effet de la prédation par les protozoaires sur le taux de nitrification dans des réacteurs municipaux de boues activées en système fermé, ainsi que la distribution spatiale des bactéries oxydant l'ammoniaque et le nitrite (AOB et NOB) à l'intérieur des boues activées. Les concentrations d'ammoniaque, de nitrites, de nitrates et d'azote total, ainsi que le nombre de bactéries ont été examinés dans les réacteurs, en présence et en absence de cycloheximide, un inhibiteur de protozoaires, d'allylthiourée, un inhibiteur de l'oxydation de l'ammoniaque, et d'EDTA, un agent de défloculation. En absence de prédation par les protozoaires, l'accumulation de nitrates, de nitrites et d'ammoniaque était plus faible qu'en présence de protozoaires. L'inhibition de l'oxydation de l'ammoniaque diminuait aussi l'accumulation de nitrates et de nitrites. L'inhibition de la prédation par les protozoaires parallèlement à celle de l'oxydation de l'ammoniaque diminuait davantage les quantités de nitrates et de nitrites accumulés. L'induction de la défloculation a résulté en une forte accumulation de nitrates, indiquant une haute activité de nitrification; cet effet était plus faible en absence de prédation par les protozoaires. Selon les observations en FISH et CSLM, les AOB et NOB formaient des grappes dans le floc, et ni l'inhibition des protozoaires, ni l'inhibition de l'oxydation de l'ammoniaque ou l'induction de la floculation ne semblaient diminuer le nombre de AOB et de NOB présentes ou leur position à l'intérieur du floc. Ces résultats suggèrent que les AOB et les NOB sont présentes mais moins actives en absence de protozoaires.