Embed Size (px)
Citation preview
RAPORTARE STIINTIFICA
Raport stiintific si tehnic
-Rezumat-
Principalele rezultate obtinute in aceasta faza a Proiectului sunt prezentate succint in
continuare:
Utilizarea microbiotei prezente în stațiile de epurare a apelor reziduale municipale ca
material de pornire a condus la izolarea unor ansambluri de populații microbiene îmbunatățite,
unele in activitatea de denitrificare iar altele in activitatea de oxidare a amoniului (Activitatea
1.1.1). In privinta activitatii denitrificatorii, performanta o constituie o rata de 66 mg de nitrat
eliminat/ 24 de ore/ 50 mL de namol activ iar pentru microorganismele care oxideaza amoniul
se remarca faptul ca microbiota imbogatita realizeaza o crestere in 24 de ore a concentratiei
de nitrat (ca urmare a oxidarii amoniului) de 2804,9 µg/mL comparativ cu o crestere de doar
29,8 µg/mL in cazul variantei in care nitrificarea a fost inhibata. In mod corespunzator,
scaderea concentratiei de amoniu este de 2000 µg/mL in proba fara inhibitor al nitrificarii.
Utilizarea microbiotei prezente în biofiltrele de tratare a apelor reziduale din
acvacultura ca material de pornire a condus la izolarea, printre altele, a 4 ansambluri
microbiene capabile de oxidarea amoniului si a 8 ansambluri microbiene capabile sa reduca
nitratul din apele uzate (Activitatea 1.2.1). Cea mai mare rata de denitrificare s-a obtinut
pentru ansamblul A3, de 90 mg NO3/L/24 h iar proba FBB s-a dovedit o buna sursa de bacterii
amoniu oxidante. Ansamblurile microbiene selectate vor fi utilizate pentru imbogatirea
namolului activ in etapele urmatoare, prin realizarea de consortii microbiene special create
pentru o anumita compozitie a apei reziduale. Rata maxima a denitrificarii obtinuta prin
folsosirea unui inocul imbogatit timp de 9 saptamani a fost de 544 mg NO3/24 ore/L de namol
activ.
Selectarea a trei consortii de microorganisme fotosintetizante (cianobacterii și
microalge) cu capacitatea ridicata de a prelua nitratul din apele reziduale sintetice, au fost
configurate astfel incat separarea fizica intre biocatalizator si apa de epurat sa fie un proces
facil. Ratele maxime de eliminare a NO3, prin reducere asimiliatorie, de catre aceste consortii
au fost de 33,6 si 5,0 mg NO3/24 de ore.
Sinteza de consorții de microorgansime prin realizarea la nivel de laborator a unei
simbioze artificiale intre microorganisme fotosintetizante si microorganisme care oxideaza
amoniul. Microorganismele fotosintetizante singure realizeaza o indepartare a azotului total
de 0,016 mg AT/24 ore/g biomasa umeda iar aceleasi microorganisme fotosintetizante, in
simbioza cu MOA realizeaza o indepartare a azotului total de 0,809 mg AT/24 ore/g biomasa
umeda.
Stabilirea unor parametrii fizico-chimici (temperatura, intensitatea luminii, inclusiv
variante de pozitionare a sursei de lumina arficificiala, etc) necesari proiectarii statiei
experimentale.
Analiza celor 5 tipuri de SAM concepute si realizate de catre DFR Systems sub aspectul
capacitatii de a sustine formarea biofilmelor microbiene. In cazul variantei nr. 4 a fost
determinata si dinamica formarii biofilmului precum si activitatea metabolica de ansamblu,
prin cuantificarea activitatii dehidrogenazice, cu un maxim de 386 pg resazurina redusa/min/5
exememplare SAM.
Valorificarea de pana acum a rezultatelor obtinute, la patru luni de la semnarea
Contractului, consta:
a) intr-un rezumat trimis, acceptat si prezentat in 2017 (PRIOCHEM 2017, Editia a XIII-a,
25-27 octombrie 2017, Bucuresti),
b) doua rezumate trimise si acceptate pentru manifestari ce vor avea loc in 2018 (ECO-BIO
Challenges in Building a Sustainable Biobased Economy 2018 si 4th Annual International
Conference on Biology, 25-28 June 2018, Athens, Greece.
c) intr-un manuscris stiintific acceptat de catre o revista ISI din Romania, manuscris avand
ca autor principl pe dr. Corina Moga si coautori participanti si din celelalte doua institutii
(Aquaterra si Institutul de Biologie Bucuresti, Academia Romana) (a se vedea acceptul de
la Editori).
Descrierea stiintifica si tehnica, cu punerea in evidenta a rezultatelor etapei si
gradul de realizare a obiectivelor; (se vor indica rezultatele)
Activitatea 1.1.1. Utilizarea microbiotei prezente în stațiile de epurare a apelor reziduale
municipale ca material de pornire pentru izolarea unor ansambluri de populații
microbiene îmbunatățite cu scopul de a fi folosite în sistemele de acvacultură cu
recirculare (SAR)
A. Imbogatirea in microorganisme denitrificatoare
O prima strategie de imbogatire in denitrificatori a constat in folosirea ca sursa de
microorganisme a namolului activ de la o statie de epurare a apelor menajere orasenesti, care
a fost cultivat selectiv in apa de evacuare care a fost suplimentata cu sursa de carbon (etanol)
si azotat, in diverite cantitati.
Tabel nr. 1. Evolutia in timp a ratelor de denitrificare in conditiile unui raport C/N de 250-1
Raport
C/N Varianta Data
mg nitrat/50ml namol
activ/24 ore
mg nitrat/100ml namol
activ/24 ore
250-1 a 13.10.2017
37,23
250-1 b 33,04
250-1 a 20.10.2017
36,02
250-1 b 31,89
250-1 a 27.10.2017
35,95
250-1 b 36,13
In Tabelul nr. 2 sunt prezentate ratele de consumare ale nitratului obtinute in varianta in
care raportul dintre sursa de C si cea de nitrat este de 10/1 (varianta a) sau 5/1 (varianta b),
iar volumul de namol activ este constant in ambele variante (50 mL namol activ in 500 mL
volum de reactie).
Tabelul nr. 2. Evolutia in timp a ratelor de denitrificare in conditiile unui raport C/N de 10-
1, respectiv 5-1.
Raport
C/N Varianta Data mg nitrat/50ml namol activ/24 ore
10-1 a 13.11.2017
63,63
5-1 b 63,5
10-1 a 20.11.2017
51,38
5-1 b 50,82
B. Imbogatirea in microorganisme care oxideaza amoniul (MOA)
In Figura 1 sunt prezentate rezultatele consumului de oxigen molecular al unei probe
initiale de namol activ, neimbogatite in MOA, cuantificat cu BOD Direct (HACH) folosind trei
volume diferite de namol activ suspendat in apa reziduala sintetica ce contine amoniu ca sursa
de electroni specifica MOA. In plus, fiecare din cele trei variante este in duplicat, unul fiind
martorul iar in celalalt vas s-a adaugat inhibitor specific pentru nitrificare ATH (Allyl Thiourea,
HACH LANGE LZQ087). Folosirea acestui inhibitor metabolic specific permite cuantificarea
consumului de oxigen folosit pentru oxidarea amoniului (Sheela et al., 2014). Asa cum se
remarca in aceasta figura consumul de oxigen este mai mare pe masura ce volumul de proba
de analizat este mai mare (proba 1 -157mL; proba 2-244ml iar proba 3 360mL), in
conformitate cu literatura de specialitate. Ceea ce este interesant pentru subiectul nostru, asa
cum se remarca si din Figura 1, este absenta inhibitiei consumului de oxigen in prezenta
inhibitorului specific al oxidarii amoniului. Aceste rezultate sugereaza ca, in stadiul initial nu
exista activitate de oxidare a amoniului (cel putin detectabila prin aceasta metoda clasica).
Figura 1. Evolutia in timp a consumului de oxigen molecular utilizand microbiota
neimbogatita in MOA, in prezenta si in absenta inhibitorului de nitrificare ATH (HACH LANGE
LZQ087).
In Figura 2 sunt prezentate rezultatele unui experiment similar facut insa dupa ce
microbiota din experimentul anterior a fost cultivata selectiv in apa reziduala sintetica
pregatita pe baza datelor din literatura, a corectarii valorii de pH si a inspiratiei cercetatorilor.
Figura 2. Evolutia in timp a consumului de oxigen molecular utilizand microbiota imbogatita
in MOA, in prezenta si in absenta inhibitorului specific al nitrificarii, ATH (HACH LANGE
LZQ087).
Asa cum se remarca, exista o diferenta uriasa intre consumul de oxigen molecular al probei
martor (fara inhibitorul HACH LANGE LZQ087) si al aceleiasi probe in prezenta de inhibitor.
Aceasta diferenta demonstreaza clar existenta unei puternice activitati de oxidare
mirobiologica a amoniului, consecinta a imbogatirii microbiotei initiale in MOA.
Analizele chimice referitore la concentratia nitratului si amoniului sunt prezentate in
Tabelul nr.4.
Tabelul nr. 4. Modificarile concentratiilor de amoniu si azotat in acelasi experiment ca cel din
Figura 2, la inceputul si la finalul experimentului.
NH4 la T0 (g/L) 9,3 9,3
NH4 la Tf (g/L) 1,5 1,7
NO3 la T0 (µg/ml) 92,5 92,5
NO3 la Tf (µg/ml) 2897,4 122,3
Se remarca buna omogenizare chimica a probei care a fost impartita in mod egal intre
cele doua variante experimentale (concentratii identice la timpul zero pentru amoniu si nitrat)
diferenta uriasa aparand in ceea ce priveste concentratia finala de nitrat care este foarte mica
in proba cu inhibitor (122,3 µg/L) si semnifictiv mai mare (2897,4 µg/L) in proba in care a
avut loc oxidarea amoniului. Aceste rezultate argumenteaza imbogatirea semnificativa in MOA
a microbotei initiale. Acest amestec de populatii este conservat in Centrul nostru si este folosit
(a se vedea Activitatea 1.4.1) in continuare in simbioza indusa cu microorganisme
fotosintetizante selectionate separat (a se vedea Activitatea 1.3.1) pentru experimente la
nivel de laborator cu consortii imbogatite.
Activitatea 1.2.1. Utilizarea microbiotei prezente în biofiltrele de tratare a apelor reziduale
din acvacultura, ca material de pornire pentru izolarea unor ansambluri de populații
microbiene îmbunătățite cu scopul de a fi folosite în SAR
A) Obtinere de ansambluri microbiene imbogatite in microorganisme nitrificatoare,
microorganisme care oxideaza amoniul (MOA)
Dintre toate probele testate, 7 au prezentat crestere pozitiva insa numai 4 (Acvariu FBB,
Raja 1, Raja 2, si Frasin C) s-au putut mentine si cultiva in conditii de laborator.
La probele cu crestere pozitiva s-a testat si concentratia de NH4 prezenta in mediul de
cultura la inceputul (T0) si la momentul decolorarii mediului (Tf) (Tabelul nr. 5). S-a observat
o scadere semnificativa a concentratiei de amoniu din mediul de cultura, ceea ce confirma
prezenta bacteriilor nitrificatoare.
Tabelul nr. 5. Concentratiile de amoniu (NH4) pe parcursul cresterii bacteriilor nitrificatoare
(T0 – momentul initial; Tf – momentul final)
Concentratia NH4 (mg/L)
T0 Tf
FBB 333.9 191.6
Raja 1 130.2 43.7
Raja 2 108.5 14.2
Frasin C 165.7 16.9
B) Obtinere de ansambluri microbiene imbogatite in bacterii denitrificatoare
aerobe/microaerofile
Pentru selectarea microorganismelor denitrificatoare aerobe/microerofile, am folosit probe de
apa provenind din biofiltrele si bazinele cu apa uzata din sistemul RAS al partenerului de
consorțiu AQUATERRA (sat Plutonița, orașul Frasin, județul Suceava) (probele A1, A2, A3,
A4), din bazinele de crestere a pestilor de la Pastravaria Bratioara (sat Candesti, com. Albesti
de muscel, judetul Arges) (PBb, PBs), din biofiltrul si apa unui acvariu al Facultatii de Biologie
Bucuresti (FBB).
Confirmarea activitatii denitrificatoare a ansamblurilor microbiene selectate s-a efectuat
prin masurarea ratei de reducere a NO3 folosind folosind o metoda spectrofotometrica, cu
ajutorul kit-ului Spectroquant® Nitrate test kit (1.09713.0001-Merck). Toate concentratiile
NO3 au fost calculate pe baza unei curbe standard trasata cu ajutorul solutiei Nitrate IC-STD
(119811 -Merck).
Figura 9. Denitrificarea aeroba/microaerofila realizata de ansamblurile microbiene selectate,
provenind din diferite probe naturale. (a) Scaderea in timp a concentratiei de NO3- si (b) rata
de reducere a NO3 de catre ansamblurile microbiene imbogatite in microorganisme
denitrificatoare aerobe/microaerofile.
Toate probele testate au permis selectarea si imbogatirea in bacterii denitrificatoare,
insa s-au inregistrat diferente destul de mari in ceea ce priveste capacitatea lor
denitrificatoare. Astfel, probele provenite din biofiltrele si bazinele cu apa uzata din sistemul
RAS al partenerului de consorțiu AQUATERRA (A1-A4), au prezentat cea mai buna activitate
denitrificatoare comparativ cu ansamblurile microbiene izolate din probele de apa provenind
de la Pastravaria Bratioara (PBb si PBs).
In Tabelul nr. 6 sunt prezentate rezultatele sintetice obtinute in acest tip de experiment
de imbogatire. Ratele sunt de denitrificare sunt exprimate in mg azotat consumat/ 24ore/1L
namol activ.
Tabelul nr. 6. Evolutia pe parcursul a 9 saptamani, a capacitatii microbiotei imbogatite de a
realiza denitrificare
Saptamana 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Rata denitrificarii
mg NO3/24ore/1L
0 0 0 40 90 200 136 400 544
Asa cum se remarca in Tabelul nr. 6, in primele trei saptamani nu s-a putut calcula o rata
a denitrificarii deoarece dupa 24 de ore, concentratia acestuia era mai mare decat la inceputul
experimentului. Aceste prime rezultate atrag atentia asupra complexitatii interrealatiilor
dintre microorganismele ce compun namolul activ. Este foarte putin probabil ca acel amestec
(b) (a)
de biomasa rezultata din filtrele de acvacultura (Frasin) sa fie lipsit de denitrificatori, insa pur
si simplu in primele saptamani raportul cantitativ dintre procesele care produceau nitrat in
sistemul experimental si cele care il consumau erau in favoarea primelor. O explicatie ar putea
fi, un raport crescut al microorganismelor nitrificatoare comparativ cu cel al denitrificatorilor.
Experimentul a continuat si rezultatele asteptate au inceput sa fie obtinute. Biomasa cu
activitate denitrificatorie imbunatatita a fost apoi utilizata intr-un experiment mai complex, in
cadrul caruia s-a procedat nu doar la cuantificarea concentratiei de azotat dar si la
determinarea concentratiei de amoniu, a azotului total, precum si a carbonului organic si
anorganic total. In Figura 11 sunt prezentate aceste rezultate atat la inceputul experimentului
cat si la finalul sau, dupa 23 de ore de incubare.
Figura 11. Variatia valorilor parametrilor analizati (azot total - TN), amoniu (NH4), nitrat
(NO3), carbon organic total (TOC) si carbon anorganic total (TIC), de la inceputul
experimentului (T0) la finalul sau (Tf), dupa 23 de ore.
Se remarca scaderea cu putin peste 50% a concentratiei de NO3, reflectata si in scaderea
concentratie de azot total precum si scaderea marcanta a concentratiei de carbon organic, de
la 85,21 mg/mL la 44,16 mg/mL. Si in acest experiment, ca si in cele de imbogatire care au
pregatit consortiul microbian, unica sursa de carbon organic adaugata a fost acetatul. Acest
experiment demonstreaza cu claritate eficienta inoculului imbogatit in conditii microaerofile
in denitrificatori, de eliminare a peste 50 % din nitratul prezent initial in sistemul
experimental, in 23 de ore.
Activitatea 1.3.1. Selectarea de microorganisme fotosintetizante (cianobacterii și microalge)
pentru epurarea apelor reziduale rezultate din SAR.
Pe baza rezultatelor originale obtinute de catre noi (Manea si Ardelean, 2016) in domeniul
utilizarii microorganismelor fotosintetizante pentru indepartarea nitratului, rezultate obtinute
anterior contractarii proiectului ABAWARE, a devenit evidenta importanta acestora pentru
subiectul nostru, in concordanta cu datele din literatura stiintifica, internationala si nationala.
Sursele de microorganisme fotosintetizante, amestecuri complexe de populatii, au fost
urmatoarele:
a) amestecuri de populatii existente in Centrul de Microbiologie al IBB-AR, care au constituit
in ultimii 20 de ani materialul biologic pentru diferite tipuri de cercetari;
b) amestecuri de populatii existente in crescatoria de pesti de la Plutonita.
In Tabelul nr. 7 este prezentata evolutia in timp a capacitatii microorganismelor
fotosintetizante imobilizate pe bumbac, plastic dar si a celor ce formeaza agregate
macroscopice, de a indeparta nitratul din apa reziduala sintetica, model pentru compozitia
apei de iesire/recirculare dintr-un bazin operat pe principiile sistemelor de acvacultura
recirculanta.
Tabelul nr. 7. Evolutia pe parcursul a 9 saptamani a capacitatii consortiilor de
microorganisme fotosintetizante de a indeparta azotatul din faza lichida (mediul BG11
modificat). Vasul 1 - fototrofe imobilizate pe suport hidrofob; 2 - fototrofe imobilizate pe
suport hidrofil; 3 - fototrofe libere, autoasamblate in mod natural. Ratele de indepartare a
azotatului sunt exprimate in mg azotat/24 de ore, cu precizarea ca la vasele 1 si 2 fototrofele
sunt imobilizate pe o suprafata de 200cm2 iar in cazul vasului 3, volumul biomasei fototrofelor
este de 100cm3.
Saptamana 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Vas 1 4,1 5,0 6,5 6,2 7,3 8,2 8,5 8,1 9,8
Vas 2 10,2 11,2 18,2 16,0 21,6 18,0 25,4 28,7 33,6
Vas 3 35,7 40,4 45,0 38,6 47,4 53,8 58,0 55,4 59,0
Aceste rezultate demonstreaza capacitatea microorganismelor fotosintetizante cultivate
in mediul BG11 modificat (in primul rand in sensul scaderii drastice a concentratiei de nitrat)
de a consuma NO3. In cursul propagarii lor in conditiile in care NO3 nu este in exces (ca in
cazul mediului BG11), exista posibilitatea reglarii metabolismului in sensul favorizarii
depunerilor intracelulare de incluziuni lipidice, ceea ce ar permite abordarea folosirii biomasei
pentru producerea de lipide, inclusiv biodiesel (obiectiv din 2018 al acestui proiect). Marcarea
cu Nile red a microorganismelor fotosintetizante a condus la vizualizarea incluziunilor lipidice
prin fluorescenta (rezultate nefigurate in acest Raport). Cultivarea microorganismelor
fotosintetizante la concentratii relativ mici de NO3, poate conduce la modificari metabolice nu
doar in sensul acumularii de lipide dar si al acumularii de incluziuni continand fosfor. In Figura
13, se pot vedea diferite tipuri morfologice de microorganisme fotosintetizante care, odata
colorate cu albastru de metilen alcalin, permit evidentierea, in cazul unor microorganisme, a
incluziunilor de polifosfat (colorate in rosu- caramiziu de catre albastru de metilen alcalin) dar
si microalge care nu contin polifosfat si nici nu se coloreaza in albastru.
Activitatea 1.4.1. Sinteza de consorții de microorgansime capabile să funcționeze eficient
pentru epurarea apei reziduale sintetice, model pentru apa rezultata din SAR
In literatura internationala exista numeroase articole care studiaza interrelatiile dintre
MOA si unele microorganisme heterotrofe, relatii care au loc in medii naturale sau ecosisteme
de origine antropica, asa cum sunt statiile de epurare (Geets et a., 2006). Relatiile dintre MOA
si microorganismele fototrofe sunt mult mai putin studiate (Risgaard-Petersen et al., 2004)
iar in ultimii ani au inceput sa apara tot mai multe articole stiintifice privind rolul acestor doua
tipuri de microrganisme in tratarea apelor reziduale (Krustock et a., 2015; 2016), fara a gasi
insa utilizarea lor prin alaturare experimentala (simbioza provocata) a acestora.
In Figura 14 sunt prezentate rezultatele privind evolutia in timp a unor prametrii chimici
privind concentratia carbonului organic total (TOC), carbonului anorganic (CA), carbonului
total (TC) precum si a azotului total (TN) intr-un experiment in care intr-un vas sunt doar
microorgansime fotosintetizante iar in al doilea vas microorganisme fotosintetizante
suplimentate cu suspensie de MOA. Histograma sugereaza foarte clar descresterea in timp a
concentratiei prametrilor de mai sus iar tabelul arata clar cifrele concrete.
Figura 14. Evolutia in timp a concentratiei carbonului organic total (TOC), a carbonului total
(TC) si a celui anorganic (CA) precum si a azotului total (TN) in sistemul experimental
consitutit din microorgansme fotosintetizante si MOA, comparativ cu martorul, caruia nu i s-
a adaugat MOA (histograma si tabel).
Pentru a compara mai bine rezultatele obtinute, in Tabelul nr. 8 sunt prezentate ratele de
eliminare a carbonului organic total si a azotului total.
Tabelul nr. 8. Prezentarea sintetica a ratelor de eliminare a carbonului organic total (COT)
si a azotului total (AT) calculate pe baza datelor din tabelul anterior, tinand cont de cantitatile
diferite de biomasa fotosintetizanta umeda (82,5 g in cazul microorganismelor fotosintetizante
singure si 32,9 g in cazul microorganismelor fotosintetizante in simbioza indusa cu MOA). Proba COT eliminat
(mg/24 ore/g biomasa umeda) AT eliminat (mg/24 ore/g biomasa umeda)
Fototrofe singure 1,585 0,016 Fototrofe cu MOA 1,383 0,809
Aceste rezultate argumenteza ca simbioza dintre cele doua grupe fiziologice este de
interes pentru subiectul contractului nostru. Optimismul nu trebuie sa fie exagerat, deoarce
exista cel putin o raportare (Risgaard-Petersen et al., 2004 ) care arata faptul ca intre MOA
si algele bentice exista o relatie contradictorie, in sensul ca, in prezenta algelor, cresterea,
multiplicarea celulara si activitatea de oxidare a amoniului a MOA este diminuata. Autorii
argumenteaza ca principalii factori prin care fototrofele inhiba MOA sunt: inducerea limitarii
in azot in zona oxica a sedimentelor colonizate de alge precum si concentratiile scazute de
oxigen molecular in cursul perioadei nocturne. In experimentele noastre, unde nu am urmarit
un timp mai indelungat evolutia densitatii si activitatii MOA, iluminarea a fost continua ,ceea
ce anuleaza unul dintre factorii majori implicati, dupa autorii mentionati, in inhibarea MOA de
catre fototrofe. Este un subiect foarte interesant care, speram noi, alaturi de alte experimente,
ne va permite sa obtinem rezultate cu grad ridicat de noutate.
Activitatea 1.5.1. Stabilirea unor parametrii fizico-chimici necesari proiectarii statiei
experimentale, in concordanta cu necesitatile metabolismului microbian
Pentru aceasta activitate s-au purtat discutii in primul rand cu Directorul de proiect din
partea DFR Sytems, dr. Corina Moga, asupra urmatoarelor aspecte mai importante pentru
proiectarea propriu-zisa, care nu face obiectul activitatii (si nici al competentei) echipei din
IBB-AR:
a) Temperatura s-a decis sa fie cea de 20°C;
b) Instalatia la nivel de laborator ar trebui sa permita utilizarea ei atat in conditii de aerare
artificiala (varianta clasica) cat si de absenta a aerarii artificiale. Aceasta din urma situatie
este interesanta mai ales in variantele de lucru in care microorganismele fotosintetizante sunt
puse sa lucreze impreuna cu microbiota din namol activ sau din biofiltrele din piscicultura, sau
chiar cu tipuri metabolice distincte de microorgansime (cum ar fi denitrificatorii sau
microorganismele care oxideaza amoniul-MOA);
c) In variantele clasice, epurarea NU necesita lumina; in unele dintre activitatile propuse de
IBB-AR, microorganismele fotosintetizante (cianobacterii si microalge) joaca un rol important
in procesul de epurare, astfel incat aprovizionarea cu energie luminoasa (naturala sau
artificiala, continua sau discontinua) este strict necesara;
d) Intensitatea luminii aplicate, inclusiv variante de pozitionare a sursei de lumina
arficificiala in structura bioreactorului /instalatiei de laborator etc., influenteaza foarte mult
intensitatea luminii disponibile la nivelul microorgansimelor fotosintetizante, imobilizate pe
diferite suporturi sau care formeaza in mod natural structuri macroscopice;
e) Necesitatea si modalitatile de a aproviziona bioreactorul/biofiltrul cu apa reziduala noua si
de evacuare a celei anterior epurate, au fost deasemenea abordate.
Activitatea 1.6.1. Participarea la proiectarea unui nou tip de suport pentru fixarea biofilmului
prin determinarea cantitatii si a activitatii dehidrogenazice de ansamblu a
microorganismelor din biofilm
Cele 5 tipuri de SAM au fost incubate in prezenta de namol activ si aerate prin agitare
orbitala (200 rotatii pe minut) timp de 6 saptamani, la temperatura de 20˚C. Luand ca martor
SAM varianta1 (considerata 100%), urmatoarele variante experimentale gandite si realizate
de catre DFR Sytems SRL au urmatoarele incarcaturi microbiene, proportionale cu intensitatea
absorbantei solutiei de cristal violet: 2 (120%), 3 (160%), 4 (130%) si 5 (253%).
Un alt tip de experiment (Tabelul nr. 9), realizat doar cu un singur tip de SAM (anume nr
4), a vizat cuantificarea dinamicii formarii biofilmului microbian, masurata tot cu metoda
bazata pe cristal violet (pe 5 exemplare SAM), dar si masurarea intensitatii activitatii
dehidrogenazice de ansamblu (pe alte 5 exemplare SAM), prin monitorizarea reducerii
resazurinei, prin cuantificarea semnalului emisiei fluorescente la 590 nm.
Tabelul nr. 9. Evolutia in timp a formarii biofilmului microbian pe SAM nr 4 si a activitatii
dehidrogenazice. Densitatea optica s-a determinat diluand solutiile de cristal violet de 10 ori
Timp
(zile)
DO
570nm
Reducerea resazurinei
pg/min/ 5 exemplare SAM
Reducerea resazurinei
pg/min/ DO 570
0 0,000 0 0
7 0,0947 0,5 0,528
14 0,2713 1,829 0,674
21 0,9701 386 39,79
Rezultatele arata ca pentru caracterizarea functionala a SAM este necesara cuantificarea
formarii biofilmului dar si a activitatii sale. Determinarea ratei reducerii resazurinei este doar
o etapa, odata cu trecerea la faza a doua (2018) acest tip de determinari vor fi completate cu
determinarea, conform contractului, a activitatii de epurare a biofilmului format pe un anumit
tip de SAM. Una dintre ideile de lucru aparute pe parcursul fazei 2017 este tocmai posibilitatea
imobilizarii pe SAM fie a microbiotei complexe, fie a unor populatii imbogatite intr-un anumit
grup fiziologic (de exemplu denitrificatorii sau MOA, imbogatite in cursul acestei faze) si a
utilizarii lor in epurarea la nivel de laborator si apoi, in functie de rezultatele concrete,
eventual, si la nivel de pilot.
Anexe (documentatie de executie, caiet de sarcini, teme de proiectare, buletine de
incercari, atestari, certificari, etc. – dupa caz);
Bibliografie selectiva
Barak, Y., 1998. Denitrification in recirculating aquaculture systems: From biochemistry to
biofilters. Proceedings of the Second International Conference on Recirculating Aquaculture,
Virginia, USA, Virginia Sea Grant.
Baumann, B., M. Snozzi, A. J. B. Zehnder, and J. R. van der Meer. 1996. Dynamics of
denitrification activity of Paracoccus denitrificans in continuous culture during aerobic-
anaerobic changes. J. Bacteriol. 178:4367–4374
Benemann, J.R. 1989. The future of microalgal biotechnology. In:Cresswell, R.C., Rees, T.
A.V., Shah, N. (Eds.), Algal andCyanobacterial Biotechnology. Longman, England, pp. 317–
337.
Brune, D. E., Schwartz, G., Eversole, A. G., Collier, J. A., Schwedler, T. E., 2003.
Intensification of pond aquaculture and high rate photosynthetic systems. Aquacult. Eng. 28,
65-86.
Cherchi, C., Onnis-Hayden, A., El-Shawabkeh, I., Gu, A. Z. 2009. Implication of Using
Different Carbon Sources for Denitrification in Wastewater Treatments. Water Environment
Research, 81: 788-799.
Christensen GD, Simpson W, Younger J, Baddour L, Barrett F, Melton D & Beachey E, 6
Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a 7
quantitative model for the adherence of staphylococci to medical devices. J Clin 8 Microbiol,
22 (1985) 996.
Colt, J., 2006. Water quality requirements for reuse systems. Aquacultural Engineering 34
(3), 143–156.
Constantin, H.; Fick, M. (1997). "Influence of C-sources on the denitrification rate of a high-
nitrate concentrated industrial wastewater". Water Research. 31: 583–589.
De Pauw, N., Van Vaerenbergh, E., 1983. Microalgal wastewater treatment systems:
Potentials and limits. In: Ghette, P.F. (Ed.), Phytodepuration and the Employment of the
Biomass Produced. Centro Ric. Produz, Animali, Reggio Emilia, Italy, pp. 211–287
Ferguson, S. J. 1994. Denitrification and its control. Antonie Leeuwenhoek 66:89–110.
Geets J, Boon N, Verstraete W (2006) Strategies of aerobic ammonia-oxidizing bacteria for
coping with nutrient and oxygen fluctuations. FEMS Microbiol Ecol 58:1–13
Krustok, I., Odlare, M., M.A., S., Truu, J., Truu, M. et al. (2015) Characterization of algal and
microbial community growth in a wastewater treating batch photobioreactor inoculated with
lake water. Algal Research http://dx.doi.org/10.1016/j.algal.2015.02.005
Krustok, M. Odlare, J. Truu, E. Nehrenheim, Inhibition of nitrification in municipal wastewater-
treating photobioreactors: effect on algal growth and nutrient uptake, Bioresour. Technol. 202
(2016) 238–243
Manea R.G and I. Ardelean I.I. Nitrogen and phosphorus removal from municipal wastewater
using consortia of photosynthetic microorganisms Scientific Bulletin. Series F.
Biotechnologies, Vol. XX, 2016, ISSN 2285-1364, CD-ROM ISSN 2285-5521, ISSN Online
2285-1372, ISSN-L 2285-1364
Oswald JW: My Sixty Years in Applied Algology. J Appl Phycol, 15, 99 (2003)
Patureau, D., J.-J. Godon, P. Dabert, T. Bouchez, N. Bernet, J. P. Delgenes, and R. Moletta.
1998. Microvirgula aerodenitrificans gen.nov., sp.nov., anew gram-negative bacterium
exhibiting co-respiration of oxygen and nitrogen oxides up to oxygen saturated conditions.
Int. J. Sys. Bacteriol. 48:775–782.
Princic.A, Mahne.I, Megasus.F, Paul.E.A, Tidje.J.M,. 1998. Effects of pH and oxygen and
Ammonium concentrations on the community structure of nitrifying bacteria from wastewater.
Applied and Environmental Microbiology, vol.64, No.10, pp. 3584-3590.
Risgaard-Petersen N, Nicolaisen MH, Revsbech NP, Aa Lomstein B. Competition between
Ammonia-Oxidizing Bacteria and Benthic Microalgae. Applied and Environmental
Microbiology. 2004;70(9):5528-5537. doi:10.1128/AEM.70.9.5528-5537.2004.
Robertson, G. P., and J. M. Tiedje. 1987. Nitrous oxide sources in aerobic soils: nitrification,
denitrification and other biological processes. Soil Biol. Biochem. 19:187–193.
Robertson, L. A., E. W. J. van Niel, R. A. M. Torresmans, and J. G. Kuenen. 1988.
Simultaneous nitrification and denitrification in aerobic chemostat cultures of Thiosphaera
pantotropha. Appl. Environ. Microbiol. 54:2812– 2818.
Robertson, L. A., T. Dalsgaar, N. P. Revsbech, and J. G. Kuenen. 1995. Confirmation of
’aerobic denitrification’ in batch cultures, using gas chromatography and 15N mass
spectrometry. FEMSMicrobiol. Ecol. 18:113–120.
Scholten, E., T. Lukow, G. Auling, R. M. Kroppenstedt, F. A. Rainey, and H. Dielmann. 1999.
Thaurea mecharnichensis sp. nov., an aerobic denitrifier from a leachate treatment plant. Int.
J. Sys. Bacteriol. 49:1045–1051.
Sheela. B, Beebi K., Rao Y. Bioremediation of Ammonia Using Ammonia Oxidizing Bacteria
Isolated from Sewage International Journal of Environmental Bioremediation &
Biodegradation, 2014, Vol. 2, No. 4, 146-150
Takaya N, Catalan-Sakairi MAB, Sakaguchi Y, Kato I, Zhou Z, Shoun H. Aerobic denitrifying
bacteria that produce low levels of nitrous oxide. Appl Environ Microbiol. 2003; 69:3152-
3157.
Tricolici O. C. Bumbac, C. Postolache Microalgea-Bacteria system for biological wastewater
Treatment. Journal of Environmental Protection and Ecology 15 (1) (2014) 268-276
Prezentare rezultate verificabile etapa – parametrii, nivel de performanta
parametrii;
a) Rezumat trimis, acceptat si prezentat in 2017
b) Increasing denitrification capacity of microbial populations, to be further used in RAS,
by selective cultivation", poster, PRIOCHEM 2017, Editia a XIII-a, 25-27 octombrie
2017, Bucuresti.
Rezumate trimise si acceptate pentru manifestari din 2018
a) “The use of photosynthetic microorganisms and filamentous green algae to remove
organic and inorganic substances from waste water to be re-used in re-circulated
aquaculture systems” has been accepted for a Poster presentation at the ECO-BIO
Challenges in Building a Sustainable Biobased Economy 2018.
b) “Characterization of Five Types of Artificial Support for Biofilm Development to be used as
Biofilter in Recirculating Aquaculture Systems”, a fost acceptat la 4th Annual International
Conference on Biology, 25-28 June 2018, Athens, Greece.
c) Avem un manuscris stiintific acceptat de catre o revista ISI din Romania,
manuscris avand ca autor principl pe dr. Corina Moga si coautori participanti si din celelalte
doua institutii (Aquaterra si Institutul de Biologie Bucuresti, Academia Roman) a SE VEDEA
ACCEPTUL DE LA EDITURA
NU am efectuat nici o deplasare in strainatate, dar partenerii nostrii au venit in Romania
in doua randuri, in lunile mai si in septembrie, ocazii cu care lucrul in comun si discutiile
purtate au impulsionat activitatea noastra profesionala.
Profesor dr. Ioan Ardelean, si echipa ABAWARE (IBB-AR)
