Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Adsorption of oxytetracycline and ciprofloxacin on carbon-based nanomaterials as affected by pH

Gamoń Filip, Tomaszewski Mariusz, Cema Grzegorz, Ziembińska-Buczyńska Aleksandra

Archives of Environmental Protection

|

2022

|

Vol. 48, no. 2

34--41

EN

With the increase in use and application of carbon nanomaterials and the frequent presence of fluoroquinolones and tetracyclines antibiotics in the aquatic environment, their interactions have attracted extensive attention. In this study, adsorption of two antibiotics: oxytetracycline (OTC) and ciprofloxacin (CIP) by four carbon-based nanomaterials (graphene oxide, reduced graphene oxide, multiwalled carbon-nanotubes, oxidized multiwalled carbon-nanotubes) affected by pH was investigated. The experiment was performed in two steps: (i) adsorption of OTC and CIP at different pH values, (ii) adsorption isotherm studies of both antibiotics on four carbon-based nanomaterials. Both steps were conducted using the batch equilibration technique. The results showed that the adsorption of both antibiotics on studied adsorbents was highly pH-dependent. The highest adsorption was obtained at pH 7.0, implying the importance of the zwitterionic antibiotics forms to adsorption. Antibiotics adsorption isotherms at three given pH values followed the order of pH 7.0 > 1.0 > 11.0, which confirmed zwitterionic species of OTC and CIP as having the greatest ability to adsorb on carbonaceous nanomaterials. Electrostatic interaction, π-π EDA interaction, hydrophobic interaction for both antibiotics, and additionally hydrogen bond for CIP were possible mechanisms responsible for OTC and CIP adsorption onto studied nanomaterials. These results should be important to understand and assess the fate and interaction of carbon-based nanomaterials in the aquatic environment. This study can also be important for the use of carbon nanomaterials to remove antibiotics from the environment.

2

DNA vs RNA based studies of nitrogen removal bacteria genes via qPCR

Banach-Wiśniewska Anna, Gamoń Filip, Ziembińska-Buczyńska Aleksandra

Archives of Environmental Protection

|

2021

|

Vol. 47, no. 1

19--25

EN

Improvements in water quality requires the removal of nitrogen compounds from wastewater. The most promising and cost-effective methods for this purpose are biological ones based on activated sludge microorganisms such as nitrifiers, denitrifiers, and anammox bacteria. Due to the most of the nitrogen removal bacteria are uncultivable in a laboratory, the application of the molecular tools is required to investigate microorganisms involved in the nitrogen removal. In case of this study for the analysis of relative genes abundance of nitrogen removal bacteria, quantitative PCR (qPCR) based on bacterial DNA and qPCR preceded by reverse transcription (RT-qPCR) based on bacterial mRNA as a template, were used with specific bacterial functional genes (amoA, nrxA, nirS, nirK, hzo). Samples from four anammox sequencing batch reactors (SBRs) were analyzed, while the nitrogen removal process and bacteria growth were supported by biomass immobilization and nanoparticles addition. There were statistically significant differences between results obtained in the case of mRNA and DNA (p<0.05). Statistically significant positive correlations were found between results obtained with those two approaches. In case of mRNA analysis, positive results were obtained only for hzo, amoA and partly for nirS genes, despite additional purification and removal of inhibitors from samples prior to reaction.

PL

Z uwagi na to, że większości bakterii przemian związków azotowych nie można wyizolować w postaci czystych kultur, do ich zbadania konieczne jest zastosowanie metod biologii molekularnej. Jedną z najczęściej stosowanych w tym celu jest ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy (ang. Quantitative Polimerase Chain Reaction, qPCR). Celem eksperymentu było porównanie wyników analizy wybranych genów funkcyjnych bakterii przemian związków azotowych przy pomocy metody qPCR wykonanej na matrycy DNA i RNA (po odwrotnej transkrypcji). Względna liczebności genów funkcyjnych analizowana była z zastosowaniem metody qPCR (na matrycy DNA) oraz RT-qPCR (ang. Reverse Transcription-qPCR) (na matrycy RNA). Analizę przeprowadzono w oparciu o geny: amoA, nrxA, nirS, nirK i hzo. Próbki osadu czynnego pobrano z czterech sekwencyjnych reaktorów porcjowych, w których proces usuwania azotu i wzrostu bakterii wspomagano za pomocą immobilizacji biomasy i dodatkiem nanocząstek. Wykazano statystycznie istotne różnice między wynikami uzyskanymi w przypadku badań mRNA i badań opartych na DNA (p<0,05). Wyniki uzyskane za pomocą zastosowanych narzędzi biologii molekularnej (qPCR, RT-qPCR) były skorelowane pozytywnie. W przypadku analizy opartej na mRNA pozytywne wyniki uzyskano tylko dla genów hzo, amoA i częściowo dla genów nirS, pomimo dodatkowego oczyszczania i usuwania inhibitorów z próbek przed reakcją. Należy podkreślić, że w zależności od matrycy zastosowanej w qPCR (bakteryjne DNA lub cDNA zsyntetyzowane z bakteryjnego mRNA w procesie odwrotnej transkrypcji) uzyskane wyniki mogą wskazywać na różne informacje naukowe. Pomimo znaczących różnic pomiędzy wynikami otrzymanymi za pomocą dwóch metod, obliczone współczynniki korelacji Spearmana wskazują na wzajemne powiązanie pomiędzy otrzymanymi wynikami oraz powiązania ekologiczne pomiędzy bakteryjnymi genami przemian związków azotowych.

3

Manganese dioxide (MnO2) nanoparticles influence on the nitrification and anammox activity

Tomaszewski Mariusz, Gamoń Filip, Cema Grzegorz, Ziembińska-Buczyńska Aleksandra

Archives of Environmental Protection

|

2020

|

Vol. 46, no. 4

54--58

EN

The anammox (anaerobic ammonia oxidation) process is one of the most efficient processes of nitrogen removal from wastewater. Although there are some applications of anammox-based technologies, it is still difficult to apply this process widely because of the high optimal temperature around 30–40°C. Thus, the main objective of this study was to evaluate the short-term effects of MnO2 on the anammox and nitrification process activity at a wide range of temperatures between 10 and 30°C, using statistical methods based on the central composite design (CCD). The influence of MnO2 on anammox and nitrification activity, suspended biomass from the laboratory-scale sequencing batch reactor (SBR), and activated sludge from WWTP, respectively, was used. MnO2 concentration range was set between 15 and 85 mg/L, and the temperature range was set between 10 and 30°C. Anammox and nitrification process activity was measured based on the batch test and oxygen uptake rate (OUR), respectively. The results were statistically analyzed. Results revealed that nanoparticles can slightly improve anammox activity by several percent, by up to 10%, but in most cases MnO2 influence was insignificant. The optimal concentration for the anammox stimulation at temperatures below 20°C was evaluated between 40 and 60 mg/L, corresponding to 36 and 56 mg/g VSS. Manganese oxides contribution in the nitrogen removal processes was proved and they should be considered in the field of the anammox process. Thus, further studies are suggested to investigate the long-term effects of MnO2 on the low-temperature anammox process, overcoming possibility of inhibition.

PL

Proces anammox (beztlenowe utlenianie amoniaku) jest procesem efektywnego usuwania azotu ze ścieków. Pomimo, że istnieje wiele technologi wykorzystujących proces anammox, jego zastosowanie nadal jest ograniczone ze względu na wysoką optymalną temperaturę (około 30–40°C). W związku z tym, celem tej pracy była ocena krótkoterminowego wpływu MnO2 na aktywność procesów anammox i nitryfikacji w zakresie temperatur od 10 do 30°C, przy użyciu metod statystycznych. Do badań wykorzystano biomasę anammox pobraną z laboratoryjnego sekwencyjnego reaktora porcjowego oraz biomasę bakterii nitryfikacyjnych pochodzącą z komunalnej oczyszczalni ścieków. Badania prowadzono przy zastosowaniu stężeń MnO2 z zakresu od 15 do 85 mg/l oraz temperatur pomiędzy 10–30°C. Aktywność procesu anammox zbadano przy pomocy testów porcjowych, natomiast do zbadania aktywność procesu nitryfikacji wykorzystano pomiar szybkości zużycia tlenu. Wyniki wykazały, że nanocząstki MnO2 mogą poprawić aktywność procesu anammox o kilka procent (nawet o 10%). Optymalne stężenie MnO2 dla stymulacji procesu anammox w temperaturach poniżej 20°C wynosiło między 40 a 60 mg/l, co odpowiada 36 i 56 mg/g s.m.o. Niniejsze badania udowadniają, że dodatek MnO2 może powodować wzrost aktywności procesu anammox przy jednoczesnym obniżeniu temperatury. Dlatego sugeruje są dalsze badania w celu zbadania długoterminowego wpływu nanocząstek MnO2 na niskotemperaturowy proces anammox.