Quantification of sensitive nitrogen converting organisms in landfills by using molecular techniques


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, Department of Environmental Engineering (Eng), Turkey

Approval Date: 2011

Thesis Language: English

Student: ÇİĞDEM ALİYAZICIOĞLU

Consultant: Bülent Mertoğlu

Abstract:

DEPO SAHALARINDA AZOT DÖNGÜSÜNÜ SAĞLAYAN HASSAS MİKROORGANİZMALARIN MOLEKÜLER TEKNİKLERLE TESPİTİ Birçok ülkede, evsel katı atıkların bertarafı için en yaygın istihdam yöntemlerinden biri olarak düzenli depolama tercih edilmektedir. Ancak, depolanan katı atıklardan sızarak tabana ulaşan ve yüksek organik madde ve azot konsantrasyonu sahip sızıntı suları yer altı sularına ve yüzey sularına karışıp kirliliğe neden olabilir. Sızıntı suyundaki yüksek organik madde ve azot giderimini sağlayabilmek için çeşitli arıtma yöntemleri geliştirilmektedir. Sızıntı suyu içerisindeki yüksek amonyak azotu varlığı, sızıntı suyu arıtma tesisleri için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Bununla birlikte, amonyak ve organik atığın depo sahasında ilave bir arıtma yapılmaksızın hava enjeksiyonu, sızıntı suyu resirkülasyon ve biyoremidasyon gibi biyoteknolojik çalışmalarla yerinde (in situ) giderilmesi için çalışmalar devam etmektedir. Depo sahalarında azot döngüsünü sağlayan hassas mikroorganizmaların tespiti sızıntı suyundaki amonyağın yerinde giderilmesinde önemli bir rol oynayacaktır. Bu nedenle, Türkiye’nin farklı şehrinden alınan sızıntı sularında azot döngüsünde rol alan hassas mikroorganizmaların; amonyak oksitleyici bakteriler (AOB), anaerobik ortamda amonyak oksitleyici bakteriler (Anammox), amonyak oksitleyici arkeler (AOA) ve nitrit oksitleyici bakteriler (NOB), moleküler tekniklerle miktarsal dağılımı araştırılmıştır. Miktarsal real-time PCR çalışması sonucunda depo sahalarında AOB, NOB, AOA ve Anammox türleri tespit edilmiştir. Ancak, depo sahalarında azot döngüsünü sağlayan tüm hassas mikroorganizmalarin içerisinde amonyak oksitleyici bakterilerin (% 1.18) ve nitrit oksitleyici bakterilerin (% 4.31) baskın olduğu saptanmıştır. Depo sahalarında nitrifikasyon prosesini gerçekleştiren AOB ve AOA türleri arasında; AOB nüfus yoğunluğunun AOA nüfus yoğunluğuna göre daha baskın olduğu belirlenmiştir. In situ hibridizasyon sonuçları, Anammox bakterilerinin varlığını ortaya koymuştur. DGGE sonucuna göre sızıntı suyu örneklerindeki amoA gen profillerinin birbirinden farklı olduğu tespit edilmiştir ABSTRACT QUANTIFICATION OF SENSITIVE NITROGEN CONVERTING ORGANISMS IN LANDFILLS BY USING MOLECULAR TECHNIQUES In most countries, sanitary landfill is nowadays the most common way to eliminate municipal solid wastes (MSWs). However, large quantity of heavily polluted leachate is generated by sanitary landfill, which can induce ecological risk and potential hazards. Various enhancement techniques have been developed to decomposition of organic waste and the removal of nitrogen in landfill leachate. The presence of high strength ammonia nitrogen in leachate poses a significant problem for leachate treatment plant. On the other hand, in situ treatment techniques such as bioaugmentation, recirculation, air injection have been developed to accelerate the removal of nitrogen and the degradation of organic waste without additional treatment. Quantification of sensitive nitrogen converting microorganisms in landfill will be playing a significant role for application of bioaugmentation, which contribute in-situ leachate treatment according to ammonia removal. Therefore, quantitative distribution of sensitive microorganisms; ammonia-oxidizing bacteria (AOB), Anammox, ammonia-oxidizing archaea (AOA), and nitrite-oxidizing bacteria (NOB) which take place in nitrogen cycle analyzed by using molecular tools. In this study, leachate samples were taken from nine different landfill sites in Turkey. Quantitative real-time PCR results indicated that AOB, NOB, AOA and Anammox bacteria exist in the landfill. However, the removal of ammonia can be ascribed mainly to nitrification because AOB (up to % 1.18) and NOB (up to % 4.31) were dominant among all nitrogen-converting microorganisms in the landfill leachate. Although, nitrification was carried by AOB and AOA species in landfill, AOB species have been dominant intensity compared to AOA species. Fluorescent in situ hybridization results clearly showed that Anammox bacteria exist in the landfill leachate. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis indicated that amoA-based profiles of leachate samples were distinctly different each others.