Исследование биологических характеристик аммоний-окисляющих бактерий, выделенных из осадка сточных вод некоторых деревообрабатывающих предприятий Вьетнама

   Цель. Данное исследование посвящено изучению биологических характеристик аммоний-окисляющих бактерий (АОБ), выделенных из осадка сточных вод, собранных на нескольких деревообрабатывающих предприятиях Вьетнама.

   Процедура и методы. Для достижения целей исследования были отобраны объединённые пробы осадка из очистных сооружений и обработаны в течение 6 часов для сохранения целостности микрофлоры. Аммоний-окисляющие бактерии выделяли методом серийных разведений на селективной питательной среде AMS с последующим скринингом на способность удалять аммоний. Физиологические характеристики изолятов оценивали при различных значениях pH, температуры и концентрации аммония. Молекулярная идентификация проводилась с помощью ПЦР-амплификации и секвенирования гена 16S рРНК. Комбинированное использование микробиологических и молекулярных методов позволило получить комплексное представление о разнообразии и функциональных признаках аммоний-окисляющих бактерий в осадке.

   Результаты. Из 6 проб осадка, собранных на деревообрабатывающих предприятиях в провинциях Йенбай, Тханьхоа и Донгнай, было выделено в общей сложности одиннадцать штаммов бактерий, обладающих способностью окислять аммоний. Пробы из Донгная дали наибольшее количество изолятов, что свидетельствует о благоприятных условиях для аммоний-окисляющих бактерий в этом регионе. Среди выделенных штаммов три – Bacillus subtilis BT183.1.B1, Bacillus velezensis BT751.1.B2 и Bacillus amyloliquefaciens BT751.2.B1 – продемонстрировали наивысшую эффективность удаления аммония и были отобраны для детальной характеристики. Эти штаммы показали оптимальный рост при нейтральном pH (7,0–7,5), температуре от 35 °C до 37 °C и концентрации аммония до 700 мг/л. Рост и активность значительно снижались при более экстремальных значениях pH, температуры и концентрации аммония. Способность данных штаммов Bacillus переносить высокие уровни аммония и изменчивость условий окружающей среды подчёркивает их потенциал для применения в биологической очистке богатых азотом промышленных сточных вод, особенно в деревообрабатывающей отрасли.

   Теоретическая и/или практическая значимость. Вьетнам занимает пятое место в мире, второе в Азии и первое в юго-Восточной Азии по экспорту древесины и лесной продукции. Быстрый рост деревообрабатывающей отрасли принёс значительные экономические выгоды, но также создал серьёзные экологические проблемы, в частности загрязнение от сточных вод деревообработки, содержащих высокие уровни аммония – загрязнителя, трудно поддающегося биологической очистке. Полученные результаты способствуют расширению знаний о разнообразии аммоний-окисляющих бактерий и подчёркивают их потенциальное применение для очистки богатых аммонием сточных вод деревообрабатывающей промышленности.

1. General Statistics Office of Vietnam. Vietnam statistical yearbook 2022. Hanoi: Statistical Publishing House, 2023.

2. Tran M. H., Nguyen T. T., Nguyen T. D., Nguyen C. T., Nguyen T. Q., Nguyen H. C. The effects of ammonium loading rates and salinity on ammonium treatment of waste-water from super-intensive shrimp farming. In: Vietnam Journal of Science and Technology, 2023, vol. 61, no. 5, pp. 854–864. DOI: 10.15625/2525-2518/16427

3. Sun Y., Ma Y., Cao Y., Liu S. Nitrogen removal performance and changes in microbial community structure of a single-stage partial nitrification-anammox (PNA) process for treating municipal wastewater with an extremely low carbon-to-nitrogen ratio. In: Research Square, 2024. DOI: 10.21203/rs.3.rs-5369986/v1

4. Mai W., Chen J., Liu H., Liang J., Tang J., Wei Y. Advances in Studies on Microbiota Involved in Nitrogen Removal Processes and Their Applications in Wastewater Treatment. In: Frontiers in Microbiology, 2021, vol. 12. DOI: 10.3389/fmicb.2021.746293

5. Duan S., Zhang Y., Zheng S. Heterotrophic nitrifying bacteria in wastewater biological nitrogen removal systems : A review. In: Environmental Science and Technology, 2021, vol. 52, no. 3, pp. 1–37. DOI: 10.1080/10643389.2021.1877976

6. Kowalchuk G. A., Stephen J. R. Ammonia-oxidizing bacteria: A model for molecular microbial ecology. In: Annual Review of Microbiology, 2001, vol. 55, pp. 485–529. DOI: 10.1146/annurev.micro.55.1.485

7. Gao Z., Zhu T., Liu C., Zhang J. Ammonium removal characteristics of heterotrophic nitrifying bacterium Pseudomonas stutzeri GEP-01 with potential for treatment of ammonium-rich wastewater. In: Bioprocess and Biosystems Engineering, 2020, vol. 43, no. 1, pp. 959–969. DOI: 10.1007/s00449-020-02292-x

8. Ding C., He T. Bacillus thuringiensis EM-A1: A novel bacterium for high concentration of ammonium elimination with low nitrite accumulation. In: Chemosphere, 2023, vol. 338, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.139465

9. American Public Health Association (APHA). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Washington: American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, 2017.

10. Sheela B., Khasim B. S., Yellaji R. O. Biore-mediation of ammonia using ammonia oxidizing bacteria isolated from sewage. In: International Journal of Environmental Bioremediation and Biodegradation, 2014, vol. 4, pp. 146–150.

11. Frank J. A., Reich C. I., Sharma S., Weisbaum J. S., Wilson B. A., Olsen G. J. Critical evaluation of two primers commonly used for amplification of bacterial 16S rRNA genes. In: Applied and Environmental Microbiology, 2008, vol. 74, no. 8, pp. 2461–2470. DOI: 10.1128/AEM.02272-07

12. Srinivasan R., Karaoz U., Volegova M., MacKichan J., Kato-Maeda M., Miller S., Lynch S. V. Use of 16S rRNA gene for identification of a broad range of clinically relevant bacterial pathogens. In: PLOS ONE, 2015, vol. 10, no. 2, e0117617. DOI: 10.1371/journal.pone.0117617

13. Nguyen T. T., Tran V. A., Do T. T. H. Study on heterotrophic nitrifying bacteria in aquaculture wastewater in Vietnam. In: Journal of Environmental Biotechnology, 2024, vol. 12, no. 2, pp. 45–52.

14. Nguyen D. H., Bui V. T., Vo C. D. Nitrate-oxidizing bacteria in aquaculture systems: A case study in Thanh Hoa and Soc Trang provinces. In: Journal of Water Science and Technology, 2022, vol. 85, no. 4, pp. 867–875.

15. Pham T. H., Le M. T., Tran Q. H. Ammonium removal efficiency of indigenous Bacillus strains in high-load wastewater. In: Environmental Technology, 2023.

16. Zhang L., Liu Y., Yang M., Ni B.-J. High ammonium removal efficiency by Bacillus strains isolated from municipal wastewater treatment plants. In: Bioresource Technology, 2018, vol. 256, pp. 70–76.

17. Yang J., Chen X., Guo W., Ngo H. H., Zhang J. Simultaneous nitrification and denitrification by Bacillus megaterium in aerobic granular sludge system. In: Journal of Environmental Management, 2019, vol. 240, pp. 136–143.

18. Harshvardhan K., Jha B. Biodegradation of low-density polyethylene by marine bacteria from pelagic waters, Arabian Sea, India. In: Marine Pollution Bulletin, 2013, vol. 77, no. 1–2, pp. 100–106.

19. Kim D. J., Kim S. H., Lee D. I. Effect of pH and temperature on nitrogen removal efficiency and microbial structure of biofilms in a nitrifying trickling filter. In: Journal of Biotechnology, 2005, vol. 115, no. 3, pp. 317–328.

20. Bellucci M., Curtis T. P. The effect of heterotrophic and autotrophic conditions on nitrifying bacterial populations in activated sludge. In: Water Research, 2011, vol. 45, no. 13, pp. 4399–4406.

21. Nguyen H. D., Nguyen T. V., Dinh T. T. H., Phan D. H., Tran H. D. Ammonia oxidation capacity of bacillus bacteria in swine waste-water after biogas treatment. In: Hue University Journal of Science: Natural Science, 2022, vol. 131, no. 1D, pp. 77–87.

22. Xu M., Chen L, Xin Y., Wang X., Wang Z., Meng X., Zhang W., Sun W., Geng B., Li L. Characteristics and Mechanism of Ammonia Nitrogen Removal by Heterotrophic Nitrification Bacterium Klebsiella pneumoniae LCU1 and Its Application in Wastewater Treatment. In: Microorganisms, 2025, vol. 13, no. 2, pp. 297. DOI: 10.3390/microorganisms13020297

23. Wang L., Si Z., Yu H., Yu L., Lin Q., Liu W., Jiang L., Jiang S., Peng S. Unveiling the dual role of heterotrophic ammonia-oxidizing bacteria: enhancing plant regrowth through modulating cytokinin delivery. In: Frontiers in Microbiology, 2023, vol. 14. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1268442

24. Qiang L., Hao R., Wang X., Li J., Lin Q., Peng S. Dual function of heterotrophic ammonia-oxidizing bacteria in facilitating maize compensatory growth under limited rewatering after drought. In: BMC Biotechnology 25, 2025, vol. 71. DOI: 10.1186/s12896-025-01006-z

25. Martikainen P. J. Heterotrophic nitrification – An eternal mystery in the nitrogen cycle. In: Soil Biology and Biochemistry, 2022, vol. 168. DOI: 10.1016/j.soilbio.2022.108611