Harmaavesipuhdistamon typen poiston tehokkuuden arviointi funktionaalisten geenien avulla: Pro gradu

Translated title of the contribution: Evaluation of nitrogen removal with functional genes in small-scale greywater treatment unit: Master's thesis

Elina Saario

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

Abstract

Hajakuormitus kattaa yli 60% kaikesta ihmisen vesistöihin aiheuttamasta typpikuormituksesta Suomessa. Ravinnepäästöt aiheuttavat vesistöjen rehevöitymistä ja happikatoa. Osa typpipäästöistä on peräisin haja-asutusalueilta, joissa elää yli miljoona suomalaista ympäri vuoden. Jätevesien päästöjen pienentämiseksi haja-asutusalueilla säädettiin vuonna 2003 kiistelty asetus jätevesien puhdistuksen vähimmäisvaatimuksista. Yksi vaihtoehto jätevesien puhdistamiseen haja-asutusalueilla ovat pienpuhdistamot. Monissa loma-asunnoissa harmaavesipuhdistamo eli keittiöstä ja pesutiloista peräisin olevien jätevesien puhdistamiseen tarkoitettu puhdistamo olisi riittävä vaihtoehto. Monien pienpuhdistamojen toimintavarmuudessa on todettu ongelmia varsinkin typenpoistossa talviaikaan. Pienpuhdistamojen puhdistustehon parantaminen ja luotettava osoittaminen ovatkin tärkeitä tavoitteita haja-asutusalueiden jätevesien puhdistuksessa. Tässä työssä tutkittiin Konva Centerin Willa -harmaavesipuhdistamon toimintaa ja puhdistustehokkuutta kemiallisilla ja molekyylibiologisilla menetelmillä. Puhdistamoa tarkasteltiin todellisessa kohteessa yksityiskäytössä ja vertailukohteena oli lisäksi laboratoriossa toimiva samanlainen puhdistamo, jossa käytettiin synteettistä harmaavettä. Puhdistustehokkuutta arvioitiin määrittämällä ravinteiden ja orgaanisen aineksen pitoisuudet puhdistamoon tulevassa ja sieltä lähtevässä vedessä. Mikrobiaktiivisuutta tutkittiin määrittämällä ATP-pitoisuuttakantoaineena toimivassa puupurussa. Nitrifikaation ja denitrifikaation mahdollistavien entsyymien esiintymistä puhdistamossa tarkasteltiin kvantitatiivisella PCR:llä (qPCR), jossa määritettiin entsyymejä koodaavien funktionaalisten geenien lukumäärää. Aktiivisina olevien funktionaalisten geenien lukumäärä määritettiin käänteistranskriptio-qPCR:llä (RT-qPCR). Puhdistamon nitrifioivien ja denitrifioivien mikrobien fylogeniaa tutkittiin myös kloonikirjastojen avulla. Lisäksi PCR-DGGE-menetelmän avulla vertailtiin miten mikrobidiversiteetti muuttuu puhdistamossa ajan kuluessa. Kemiallisten analyysien tulosten perusteella harmaavesipuhdistamon typen poisto toimi hyvin ja täytti asetuksen vaatimukset. Myös molekyylibiologiset menetelmät osoittautuivat hyviksi menetelmiksi typen poiston tutkimiseen puhdistamossa. Puhdistamosta löytyi qPCR-menetelmällä denitrifikaation mahdollistavia geenejä. Puhdistamosta löytyi myös aktiivisia denitrifikaatiogeenejä, jotka todistavat, että denitrifikaatiota tapahtui puhdistamossa. Vertailukohteena olleessa puhdistamossa, jossa käytettiin synteettistä harmaavettä, denitrifikaatiogeenien määrät olivat huomattavasti alhaisemmat. Nitrifikaation funktionaalista amoA-geeniä ei löydetty harmaavesipuhdistamoista, mutta nitrifikaatio puhdistamossa voi tapahtua jonkin toisen bakteeriryhmän toimesta. Mikrobidiversiteetti puhdistamossa pysyi melko samanlaisena koko tutkimuksen ajan PCR-DGGE-menetelmällä saatujen juovaprofiilien perusteella. Suurin osa puhdistamon bakteereista, joiden DNA saatiin sekvensoitua,kuuluivat α-, β-, ja γ-proteobakteerien ryhmään ja sekvensoituja lajeja on löydetty aikaisemmissa tutkimuksissa jätevedenpuhdistamoista.
Original languageFinnish
QualificationMaster Degree
Awarding Institution
  • University of Helsinki
Place of PublicationHelsinki
Publisher
Publication statusPublished - 2012
MoE publication typeG2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Fingerprint

DNA
nitrogen
genes

Keywords

  • Typen poisto
  • harmaavesi
  • pienpuhdistamo
  • funktionaaliset geenit
  • qPCR
  • Nitrogen removal
  • greywater
  • small-scale wastewater treatment unit
  • functional genes

Cite this

@phdthesis{d8a0fef4ce0b4f4d907b6e6110060862,
title = "Harmaavesipuhdistamon typen poiston tehokkuuden arviointi funktionaalisten geenien avulla: Pro gradu",
abstract = "Hajakuormitus kattaa yli 60{\%} kaikesta ihmisen vesist{\"o}ihin aiheuttamasta typpikuormituksesta Suomessa. Ravinnep{\"a}{\"a}st{\"o}t aiheuttavat vesist{\"o}jen rehev{\"o}itymist{\"a} ja happikatoa. Osa typpip{\"a}{\"a}st{\"o}ist{\"a} on per{\"a}isin haja-asutusalueilta, joissa el{\"a}{\"a} yli miljoona suomalaista ymp{\"a}ri vuoden. J{\"a}tevesien p{\"a}{\"a}st{\"o}jen pienent{\"a}miseksi haja-asutusalueilla s{\"a}{\"a}dettiin vuonna 2003 kiistelty asetus j{\"a}tevesien puhdistuksen v{\"a}himm{\"a}isvaatimuksista. Yksi vaihtoehto j{\"a}tevesien puhdistamiseen haja-asutusalueilla ovat pienpuhdistamot. Monissa loma-asunnoissa harmaavesipuhdistamo eli keitti{\"o}st{\"a} ja pesutiloista per{\"a}isin olevien j{\"a}tevesien puhdistamiseen tarkoitettu puhdistamo olisi riitt{\"a}v{\"a} vaihtoehto. Monien pienpuhdistamojen toimintavarmuudessa on todettu ongelmia varsinkin typenpoistossa talviaikaan. Pienpuhdistamojen puhdistustehon parantaminen ja luotettava osoittaminen ovatkin t{\"a}rkeit{\"a} tavoitteita haja-asutusalueiden j{\"a}tevesien puhdistuksessa. T{\"a}ss{\"a} ty{\"o}ss{\"a} tutkittiin Konva Centerin Willa -harmaavesipuhdistamon toimintaa ja puhdistustehokkuutta kemiallisilla ja molekyylibiologisilla menetelmill{\"a}. Puhdistamoa tarkasteltiin todellisessa kohteessa yksityisk{\"a}yt{\"o}ss{\"a} ja vertailukohteena oli lis{\"a}ksi laboratoriossa toimiva samanlainen puhdistamo, jossa k{\"a}ytettiin synteettist{\"a} harmaavett{\"a}. Puhdistustehokkuutta arvioitiin m{\"a}{\"a}ritt{\"a}m{\"a}ll{\"a} ravinteiden ja orgaanisen aineksen pitoisuudet puhdistamoon tulevassa ja sielt{\"a} l{\"a}htev{\"a}ss{\"a} vedess{\"a}. Mikrobiaktiivisuutta tutkittiin m{\"a}{\"a}ritt{\"a}m{\"a}ll{\"a} ATP-pitoisuuttakantoaineena toimivassa puupurussa. Nitrifikaation ja denitrifikaation mahdollistavien entsyymien esiintymist{\"a} puhdistamossa tarkasteltiin kvantitatiivisella PCR:ll{\"a} (qPCR), jossa m{\"a}{\"a}ritettiin entsyymej{\"a} koodaavien funktionaalisten geenien lukum{\"a}{\"a}r{\"a}{\"a}. Aktiivisina olevien funktionaalisten geenien lukum{\"a}{\"a}r{\"a} m{\"a}{\"a}ritettiin k{\"a}{\"a}nteistranskriptio-qPCR:ll{\"a} (RT-qPCR). Puhdistamon nitrifioivien ja denitrifioivien mikrobien fylogeniaa tutkittiin my{\"o}s kloonikirjastojen avulla. Lis{\"a}ksi PCR-DGGE-menetelm{\"a}n avulla vertailtiin miten mikrobidiversiteetti muuttuu puhdistamossa ajan kuluessa. Kemiallisten analyysien tulosten perusteella harmaavesipuhdistamon typen poisto toimi hyvin ja t{\"a}ytti asetuksen vaatimukset. My{\"o}s molekyylibiologiset menetelm{\"a}t osoittautuivat hyviksi menetelmiksi typen poiston tutkimiseen puhdistamossa. Puhdistamosta l{\"o}ytyi qPCR-menetelm{\"a}ll{\"a} denitrifikaation mahdollistavia geenej{\"a}. Puhdistamosta l{\"o}ytyi my{\"o}s aktiivisia denitrifikaatiogeenej{\"a}, jotka todistavat, ett{\"a} denitrifikaatiota tapahtui puhdistamossa. Vertailukohteena olleessa puhdistamossa, jossa k{\"a}ytettiin synteettist{\"a} harmaavett{\"a}, denitrifikaatiogeenien m{\"a}{\"a}r{\"a}t olivat huomattavasti alhaisemmat. Nitrifikaation funktionaalista amoA-geeni{\"a} ei l{\"o}ydetty harmaavesipuhdistamoista, mutta nitrifikaatio puhdistamossa voi tapahtua jonkin toisen bakteeriryhm{\"a}n toimesta. Mikrobidiversiteetti puhdistamossa pysyi melko samanlaisena koko tutkimuksen ajan PCR-DGGE-menetelm{\"a}ll{\"a} saatujen juovaprofiilien perusteella. Suurin osa puhdistamon bakteereista, joiden DNA saatiin sekvensoitua,kuuluivat α-, β-, ja γ-proteobakteerien ryhm{\"a}{\"a}n ja sekvensoituja lajeja on l{\"o}ydetty aikaisemmissa tutkimuksissa j{\"a}tevedenpuhdistamoista.",
keywords = "Typen poisto, harmaavesi, pienpuhdistamo, funktionaaliset geenit, qPCR, Nitrogen removal, greywater, small-scale wastewater treatment unit, functional genes",
author = "Elina Saario",
note = "TK404 118 s. + liitt. 3 s.",
year = "2012",
language = "Finnish",
publisher = "University of Helsinki",
address = "Finland",
school = "University of Helsinki",

}

Saario, E 2012, 'Harmaavesipuhdistamon typen poiston tehokkuuden arviointi funktionaalisten geenien avulla: Pro gradu', Master Degree, University of Helsinki, Helsinki.

Harmaavesipuhdistamon typen poiston tehokkuuden arviointi funktionaalisten geenien avulla : Pro gradu. / Saario, Elina.

Helsinki : University of Helsinki, 2012. 121 p.

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

TY - THES

T1 - Harmaavesipuhdistamon typen poiston tehokkuuden arviointi funktionaalisten geenien avulla

T2 - Pro gradu

AU - Saario, Elina

N1 - TK404 118 s. + liitt. 3 s.

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Hajakuormitus kattaa yli 60% kaikesta ihmisen vesistöihin aiheuttamasta typpikuormituksesta Suomessa. Ravinnepäästöt aiheuttavat vesistöjen rehevöitymistä ja happikatoa. Osa typpipäästöistä on peräisin haja-asutusalueilta, joissa elää yli miljoona suomalaista ympäri vuoden. Jätevesien päästöjen pienentämiseksi haja-asutusalueilla säädettiin vuonna 2003 kiistelty asetus jätevesien puhdistuksen vähimmäisvaatimuksista. Yksi vaihtoehto jätevesien puhdistamiseen haja-asutusalueilla ovat pienpuhdistamot. Monissa loma-asunnoissa harmaavesipuhdistamo eli keittiöstä ja pesutiloista peräisin olevien jätevesien puhdistamiseen tarkoitettu puhdistamo olisi riittävä vaihtoehto. Monien pienpuhdistamojen toimintavarmuudessa on todettu ongelmia varsinkin typenpoistossa talviaikaan. Pienpuhdistamojen puhdistustehon parantaminen ja luotettava osoittaminen ovatkin tärkeitä tavoitteita haja-asutusalueiden jätevesien puhdistuksessa. Tässä työssä tutkittiin Konva Centerin Willa -harmaavesipuhdistamon toimintaa ja puhdistustehokkuutta kemiallisilla ja molekyylibiologisilla menetelmillä. Puhdistamoa tarkasteltiin todellisessa kohteessa yksityiskäytössä ja vertailukohteena oli lisäksi laboratoriossa toimiva samanlainen puhdistamo, jossa käytettiin synteettistä harmaavettä. Puhdistustehokkuutta arvioitiin määrittämällä ravinteiden ja orgaanisen aineksen pitoisuudet puhdistamoon tulevassa ja sieltä lähtevässä vedessä. Mikrobiaktiivisuutta tutkittiin määrittämällä ATP-pitoisuuttakantoaineena toimivassa puupurussa. Nitrifikaation ja denitrifikaation mahdollistavien entsyymien esiintymistä puhdistamossa tarkasteltiin kvantitatiivisella PCR:llä (qPCR), jossa määritettiin entsyymejä koodaavien funktionaalisten geenien lukumäärää. Aktiivisina olevien funktionaalisten geenien lukumäärä määritettiin käänteistranskriptio-qPCR:llä (RT-qPCR). Puhdistamon nitrifioivien ja denitrifioivien mikrobien fylogeniaa tutkittiin myös kloonikirjastojen avulla. Lisäksi PCR-DGGE-menetelmän avulla vertailtiin miten mikrobidiversiteetti muuttuu puhdistamossa ajan kuluessa. Kemiallisten analyysien tulosten perusteella harmaavesipuhdistamon typen poisto toimi hyvin ja täytti asetuksen vaatimukset. Myös molekyylibiologiset menetelmät osoittautuivat hyviksi menetelmiksi typen poiston tutkimiseen puhdistamossa. Puhdistamosta löytyi qPCR-menetelmällä denitrifikaation mahdollistavia geenejä. Puhdistamosta löytyi myös aktiivisia denitrifikaatiogeenejä, jotka todistavat, että denitrifikaatiota tapahtui puhdistamossa. Vertailukohteena olleessa puhdistamossa, jossa käytettiin synteettistä harmaavettä, denitrifikaatiogeenien määrät olivat huomattavasti alhaisemmat. Nitrifikaation funktionaalista amoA-geeniä ei löydetty harmaavesipuhdistamoista, mutta nitrifikaatio puhdistamossa voi tapahtua jonkin toisen bakteeriryhmän toimesta. Mikrobidiversiteetti puhdistamossa pysyi melko samanlaisena koko tutkimuksen ajan PCR-DGGE-menetelmällä saatujen juovaprofiilien perusteella. Suurin osa puhdistamon bakteereista, joiden DNA saatiin sekvensoitua,kuuluivat α-, β-, ja γ-proteobakteerien ryhmään ja sekvensoituja lajeja on löydetty aikaisemmissa tutkimuksissa jätevedenpuhdistamoista.

AB - Hajakuormitus kattaa yli 60% kaikesta ihmisen vesistöihin aiheuttamasta typpikuormituksesta Suomessa. Ravinnepäästöt aiheuttavat vesistöjen rehevöitymistä ja happikatoa. Osa typpipäästöistä on peräisin haja-asutusalueilta, joissa elää yli miljoona suomalaista ympäri vuoden. Jätevesien päästöjen pienentämiseksi haja-asutusalueilla säädettiin vuonna 2003 kiistelty asetus jätevesien puhdistuksen vähimmäisvaatimuksista. Yksi vaihtoehto jätevesien puhdistamiseen haja-asutusalueilla ovat pienpuhdistamot. Monissa loma-asunnoissa harmaavesipuhdistamo eli keittiöstä ja pesutiloista peräisin olevien jätevesien puhdistamiseen tarkoitettu puhdistamo olisi riittävä vaihtoehto. Monien pienpuhdistamojen toimintavarmuudessa on todettu ongelmia varsinkin typenpoistossa talviaikaan. Pienpuhdistamojen puhdistustehon parantaminen ja luotettava osoittaminen ovatkin tärkeitä tavoitteita haja-asutusalueiden jätevesien puhdistuksessa. Tässä työssä tutkittiin Konva Centerin Willa -harmaavesipuhdistamon toimintaa ja puhdistustehokkuutta kemiallisilla ja molekyylibiologisilla menetelmillä. Puhdistamoa tarkasteltiin todellisessa kohteessa yksityiskäytössä ja vertailukohteena oli lisäksi laboratoriossa toimiva samanlainen puhdistamo, jossa käytettiin synteettistä harmaavettä. Puhdistustehokkuutta arvioitiin määrittämällä ravinteiden ja orgaanisen aineksen pitoisuudet puhdistamoon tulevassa ja sieltä lähtevässä vedessä. Mikrobiaktiivisuutta tutkittiin määrittämällä ATP-pitoisuuttakantoaineena toimivassa puupurussa. Nitrifikaation ja denitrifikaation mahdollistavien entsyymien esiintymistä puhdistamossa tarkasteltiin kvantitatiivisella PCR:llä (qPCR), jossa määritettiin entsyymejä koodaavien funktionaalisten geenien lukumäärää. Aktiivisina olevien funktionaalisten geenien lukumäärä määritettiin käänteistranskriptio-qPCR:llä (RT-qPCR). Puhdistamon nitrifioivien ja denitrifioivien mikrobien fylogeniaa tutkittiin myös kloonikirjastojen avulla. Lisäksi PCR-DGGE-menetelmän avulla vertailtiin miten mikrobidiversiteetti muuttuu puhdistamossa ajan kuluessa. Kemiallisten analyysien tulosten perusteella harmaavesipuhdistamon typen poisto toimi hyvin ja täytti asetuksen vaatimukset. Myös molekyylibiologiset menetelmät osoittautuivat hyviksi menetelmiksi typen poiston tutkimiseen puhdistamossa. Puhdistamosta löytyi qPCR-menetelmällä denitrifikaation mahdollistavia geenejä. Puhdistamosta löytyi myös aktiivisia denitrifikaatiogeenejä, jotka todistavat, että denitrifikaatiota tapahtui puhdistamossa. Vertailukohteena olleessa puhdistamossa, jossa käytettiin synteettistä harmaavettä, denitrifikaatiogeenien määrät olivat huomattavasti alhaisemmat. Nitrifikaation funktionaalista amoA-geeniä ei löydetty harmaavesipuhdistamoista, mutta nitrifikaatio puhdistamossa voi tapahtua jonkin toisen bakteeriryhmän toimesta. Mikrobidiversiteetti puhdistamossa pysyi melko samanlaisena koko tutkimuksen ajan PCR-DGGE-menetelmällä saatujen juovaprofiilien perusteella. Suurin osa puhdistamon bakteereista, joiden DNA saatiin sekvensoitua,kuuluivat α-, β-, ja γ-proteobakteerien ryhmään ja sekvensoituja lajeja on löydetty aikaisemmissa tutkimuksissa jätevedenpuhdistamoista.

KW - Typen poisto

KW - harmaavesi

KW - pienpuhdistamo

KW - funktionaaliset geenit

KW - qPCR

KW - Nitrogen removal

KW - greywater

KW - small-scale wastewater treatment unit

KW - functional genes

M3 - Master's thesis

PB - University of Helsinki

CY - Helsinki

ER -