7,489 matches
-
condiții statice sunt extinse în regim dinamic. Se preferă utilizarea biosorbenților în coloane, datorită avantajelor operaționale. Stratul de biosorbent constă în microorganisme imobilizate viabile sau neviabile. Când se utilizează preparate microbiene imobilizate în procedeul continuu, scade timpul de contact între microorganism și soluția cu care vine în contact (față de cel discontinuu) și se reduce gradul de inhibare al activității microbiene (pentru culturi viabile). 4.2.2. Obținerea biosorbenților microbiologici viabili și caracterizarea lor În cele ce urmează vor fi prezentate metodele
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
și câteva exemplificări, pentru a evidenția particularitățile fiecărui tip de biosorbent utilizat. În general, biomasa viabilă se utilizează, atât în experimentele în care reținerea colorantului are loc prin adsorbție la suprafața celulelor, cât și prin bioacumulare. Pentru obținerea biomasei viabile microorganismele (tulpini de colecție sau tulpini izolate și identificate din diverse surse) sunt inoculate și cultivate pe medii caracteristice, iar după dezvoltare optimă, se separă de lichid. Se testează capacitatea de sorbție a biosorbentului în forma respectivă, în raport cu un anumit colorant
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
și identificate din diverse surse) sunt inoculate și cultivate pe medii caracteristice, iar după dezvoltare optimă, se separă de lichid. Se testează capacitatea de sorbție a biosorbentului în forma respectivă, în raport cu un anumit colorant, introdus în mediul de cultură al microorganismului (Abd-El-Rahim și al., 2009). Uneori, s-a utilizat un mediu sintetic sărac în surse de azot sau carbon, care conține o anumită concentrație de colorant. O variantă presupune introducerea directă a biomasei în soluția de colorant. Pentru îmbunătățirea performanțelor de
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
un mediu sintetic sărac în surse de azot sau carbon, care conține o anumită concentrație de colorant. O variantă presupune introducerea directă a biomasei în soluția de colorant. Pentru îmbunătățirea performanțelor de bioacumulare (mai ales în cazul unor coloranți toxici) microorganismul se adaptează în prealabil la doze progresive de colorant . Pentru inoculare, se utilizează un inocul al unor tulpini de colecție sau tulpini izolate (din ape reziduale sau soluri contaminate cu coloranți), dezvoltate pe un mediu solid. Pentru tulpinile izolate se
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
soluri contaminate cu coloranți), dezvoltate pe un mediu solid. Pentru tulpinile izolate se impun etape suplimentare laborioase care să ofere posibilitatea identificării caracteristicilor specifice ale culturii, a morfologiei și a altor elemente constitutive, conform tehnicilor cunoscute microbiologice. În mod obișnuit microorganismele selectate și identificate se păstrează într-o colecție de microorganisme având un cod prin care sunt accesibile cercetătorilor și permit utilizarea repetată a inoculului (Anjaneya și al., 2009). 4.2.2.1. Bacterii Biomasa bacteriană de C. glutamicum a fost
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
tulpinile izolate se impun etape suplimentare laborioase care să ofere posibilitatea identificării caracteristicilor specifice ale culturii, a morfologiei și a altor elemente constitutive, conform tehnicilor cunoscute microbiologice. În mod obișnuit microorganismele selectate și identificate se păstrează într-o colecție de microorganisme având un cod prin care sunt accesibile cercetătorilor și permit utilizarea repetată a inoculului (Anjaneya și al., 2009). 4.2.2.1. Bacterii Biomasa bacteriană de C. glutamicum a fost obținută sub forma unei pulberi, rezultate din industria de obținere
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
1. Din culturile adaptate dezvoltate în faza exponențială de creștere s-a luat 1 mL soluție în calitate de inocul. 4.2.2.5. Nămolul activ Nămolul activ este un produs rezidual, provenit din procesele de epurare a apelor reziduale, în care microorganismele se găsesc sub forma unei suspensii de flocoane (flocoane biologice). Din punct de vedere fizic, nămolul activ este un sistem coloidal complex, cu o compoziție eterogenă, având un aspect gelatinos, conținând particule coloidale (d < 1 μm), particule dispersate (d = 1
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
fizic, nămolul activ este un sistem coloidal complex, cu o compoziție eterogenă, având un aspect gelatinos, conținând particule coloidale (d < 1 μm), particule dispersate (d = 1 - 100 μm), agregate, material în suspensie etc. și foarte multă apă. O serie de microorganisme (în principal bacterii, dar în egală măsură metazoare, fungi și alge), particule anorganice (silicați, fosfați de calciu, oxizi de fier) și cationi multivalenți, polimeri exocelulari cu masă moleculară ridicată (EPS) sunt constituenți importanți ai acestui produs rezidual (Massé, 2004). Nămolurile
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
alge), particule anorganice (silicați, fosfați de calciu, oxizi de fier) și cationi multivalenți, polimeri exocelulari cu masă moleculară ridicată (EPS) sunt constituenți importanți ai acestui produs rezidual (Massé, 2004). Nămolurile anaerobice prezintă particularități față de cele aerobice, deoarece consorțiile complexe de microorganisme conțin în principal archaebacterii (capabile de metanogeneză) (Caner și al., 2009). Agregatele de microorganisme din flocoane sunt constituite din microcolonii de ordinul de la 5 la 15 μm. Aceste flocoane bacteriene se formează pe baza unor interacțiuni electrostatice de tip celule-EPS-cationi
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
exocelulari cu masă moleculară ridicată (EPS) sunt constituenți importanți ai acestui produs rezidual (Massé, 2004). Nămolurile anaerobice prezintă particularități față de cele aerobice, deoarece consorțiile complexe de microorganisme conțin în principal archaebacterii (capabile de metanogeneză) (Caner și al., 2009). Agregatele de microorganisme din flocoane sunt constituite din microcolonii de ordinul de la 5 la 15 μm. Aceste flocoane bacteriene se formează pe baza unor interacțiuni electrostatice de tip celule-EPS-cationi, sau prin interacțiuni fizice. Flocoanele prezintă o structură puțin densă și eterogenă (densitate cuprinsă
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
H și respectiv 8,72±0,3 N. 4.2.2.6. Biosorbenți de tip granule aerobice viabile Granularea aerobică este un fenomen microbian indus care are loc în reactoare statice secvențiale (SBR) prin selectarea presiunii, prin schimbarea proprietăților suprafeței microorganismelor și a comportamentul lor metabolic (Liu și al., 2005). Granulele aerobice sunt agregate de bacterii auto-imobilizate cu structură puternică, cu o capacitate mare de sorbție a biomasei, și abilitate de a rezista la șocuri și încărcări toxice (Wang și al
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
polimerice extracelulare (EPS) Bacteriile viabile existente în nămolurile active (aerobe sau anaerobe) sunt responsabile de apariția substanțelor polimerice extracelulare (EPS) care reprezintă o cale de protecție față de condițiile nefavorabile, ca de exemplu, prezența substanțelor toxice. EPS constituie alături de apă și microorganisme, compușii majori ai nămolului activ. Acestea pot reprezenta până la 60% (procent de masă) a fracțiunii organice a unui nămol, față de 10-15% (procent de masă) pentru celulele microbiene. Nămolul poate fi caracterizat prin: EPS-solubili care se găsesc în supernatantul rezultat după
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
și în anvelopa floconului. Descrierea substanțelor polimerice extracelulare legate (EPS-legate): rol, origine, compoziție, a fost excelent sistematizată pe baza unui bogat material bibliografic de către Massé (2004). EPS sunt compuși cu o densitate mare de sarcini negative, pot fi eliminate de microorganisme fără a produce ruperea celulelor și chiar în absența lor microorganismele rămân viabile. Mecanismele implicate în eliminarea și producerea EPS în nămoluri active sunt ilustrate în Figura 4.14. Se pot distinge cele două forme ale EPS produse de bacteriile
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
origine, compoziție, a fost excelent sistematizată pe baza unui bogat material bibliografic de către Massé (2004). EPS sunt compuși cu o densitate mare de sarcini negative, pot fi eliminate de microorganisme fără a produce ruperea celulelor și chiar în absența lor microorganismele rămân viabile. Mecanismele implicate în eliminarea și producerea EPS în nămoluri active sunt ilustrate în Figura 4.14. Se pot distinge cele două forme ale EPS produse de bacteriile izolate din nămol: - sub formă de material vâscos sau gelatinos care
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
glucozei, a proteinelor, a substanțelor humice. EPS total s-a analizat ca TOC. Au fost determinate solidele susupendate și cele volatile. 4.2.2.8. Biosorbenți viabili imobilizați Deosebit de atractivă din punct de vedere practic este varianta de utilizare a microorganismelor imobilizate. Există un număr limitat de lucrări referitoare la imobilizarea pe cale fizică (entrapare în geluri sau diferite suporturi ) a biomasei viabile. De exemplu, fungul A. fumigatus a fost entrapat în gel de carboximetilceluloză de sodiu, alginat de sodiu, amestec de
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
solide suspendate, din care 38 g L-1 sunt volatile) și în final s-au obținut particule de biosorbent de 150 µm (Caner și al., 2009). Biomasa de nămol activ este cunoscută ca fiind o masă organică bogată care, alături de microorganisme, conține diverse substanțe organice. Compoziția biochimică a acestora din urmă constă în proteine, lipide, polizaharide extracelulare, acizi nucleici, componenți ai pereților celulari și alți compuși celulari ai microorganismelor. Rezultatele FTIR arată că biomasa de nămol activ uscat are benzile caracteristice
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
nămol activ este cunoscută ca fiind o masă organică bogată care, alături de microorganisme, conține diverse substanțe organice. Compoziția biochimică a acestora din urmă constă în proteine, lipide, polizaharide extracelulare, acizi nucleici, componenți ai pereților celulari și alți compuși celulari ai microorganismelor. Rezultatele FTIR arată că biomasa de nămol activ uscat are benzile caracteristice de proteine, lipide, compuși polimerici și grupe de acizi carboxilici care pot să explice capacitatea de a reacționa cu grupele funcționale ale moleculelor de colorant în soluție apoasă
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
a fost în jur de 2,0 mm și viteza medie de sedimentare de 33 m h-1. Nămolul aerobic granular posedă o rezistență mecanică înaltă la compresie și abraziune. Înainte de utilizare nămolul aerobic granular a fost spălat, iar pentru inactivarea microorganismelor a fost uscat la 105șC, timp de 2 ore. După cum se vede din Figura 4.17 (a și b), această metodă nu afectează integritatea fizică a granulelor prin uscare. Când nămolul aerobic granular uscat a fost imersat în apă distilată
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
de reținere decât celulele vii, datorită creșterii ariei suprafeței produse de ruperea celulelor în decursul autoclavării. Bacillus subtilis (KCCM 11316) a fost incubat în 1000 mL mediu nutritiv, agitat la 30șC, timp de 24 ore. În faza exponențială de dezvoltare microorganismul s-a autoclavat la 121șC timp de 15 minute. Celulele au fost recoltate prin centrifugare 20 minute la 10000 rpm și au fost uscate prin congelare, formă sub care au fost utilizate ulterior ca biosorbent (Binupriya și al., 2009). Gallagher
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
și a fost păstrată la 4șC. Safarikova și al. (2005) au determinat caracteristicile de adsorbție ale acestui nou tip de adsorbent biologic, bazate pe interacțiunea sa cu coloranți model. 4.2.6. Biosorbenți imobilizați 4.2.6.1. Principiul imobilizării microorganismelor Imobilizarea biomasei fungice neviabile pentru utilizarea la îndepărtarea coloranților în condiții restrictive de creștere este avantajoasă, când efluentul are toxicitate și inhibă creșterea celulară. Biomasa inactivată nu necesită o furnizare continuă de nutrienți și poate fi regenerată și reutilizată în
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
coloranților în condiții restrictive de creștere este avantajoasă, când efluentul are toxicitate și inhibă creșterea celulară. Biomasa inactivată nu necesită o furnizare continuă de nutrienți și poate fi regenerată și reutilizată în mai multe cicluri (Prigione și al., 2008). Imobilizarea microorganismelor se poate realiza prin entrapare și prin atașare. Entraparea conduce la intrarea microorganismelor în interstiții ale materialului fibros sau poros, în timp ce atașarea conduce la aderența microorganismelor pe suprafețe datorită legăturilor chimice sau autoadeziune (Couto, 2009). Una din cele mai utilizate
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
inhibă creșterea celulară. Biomasa inactivată nu necesită o furnizare continuă de nutrienți și poate fi regenerată și reutilizată în mai multe cicluri (Prigione și al., 2008). Imobilizarea microorganismelor se poate realiza prin entrapare și prin atașare. Entraparea conduce la intrarea microorganismelor în interstiții ale materialului fibros sau poros, în timp ce atașarea conduce la aderența microorganismelor pe suprafețe datorită legăturilor chimice sau autoadeziune (Couto, 2009). Una din cele mai utilizate tehnici de imobilizare din practica biosorbției este entraparea în geluri insolubile (Vegliò și
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
poate fi regenerată și reutilizată în mai multe cicluri (Prigione și al., 2008). Imobilizarea microorganismelor se poate realiza prin entrapare și prin atașare. Entraparea conduce la intrarea microorganismelor în interstiții ale materialului fibros sau poros, în timp ce atașarea conduce la aderența microorganismelor pe suprafețe datorită legăturilor chimice sau autoadeziune (Couto, 2009). Una din cele mai utilizate tehnici de imobilizare din practica biosorbției este entraparea în geluri insolubile (Vegliò și Beolchini, 1997). În acest scop pot fi utilizate mai multe medii de imobilizare
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
lor dense, matricele de imobilizare bazate pe aceste geluri polimerice pot cauza rezistența la transferul de masă, conducând la o difuzie restricționată a colorantului (Vijayaraghavan și al., 2007). Sistemele pe bază de alginat sunt netoxice și adecvate imobilizării enzimelor și microorganismelor (Gemeiner și al., 1994). Alginații au fost probabil printre primii polimeri utilizați pentru entraparea unor biocatalizatori prin formarea gelului ionotropic sau prin polimerizarea polielectroliților prin ioni polivalenți. Gelurile hidrocoloidale formate sunt frecvent utilizate pentru entrapare prin formarea unei rețele ionice
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]
-
lanțuri (Figura 4.30). La concentrații mari de calciu se formează agregate superioare. Gelul de alginat de calciu apare ca o rețea polimerică tridimensională, cu spații interstițiale interconectate relativ larg. Dimensiunile acestor spații variază cu tipul de alginat utilizat. Imobilizarea microorganismelor într-o matrice polimerică reprezintă o soluție în utilizarea microorganismelor în special în reactoarele împachetate sau cu pat fluidizat, cu avantaje legate de mărimea particulelor, regenerarea și reutilizarea biomasei, ușoara separare a biomasei din efluent, saturarea maximă a biomasei și
Metode neconvenţionale de sorbţie a unor coloranţi by Viorica DULMAN, Simona Maria CUCU-MAN, Rodica MUREŞAN () [Corola-publishinghouse/Science/100974_a_102266]