Use of nanofibers biomass carriers for biofiltration of polluted air

Tato práce se zaměřuje na uplatnění nanovláken jako nosičů biomasy při biofiltraci znečištěného vzduchu, kde byl jako polutant použit plynný toluen. V první části práce je zpracována literární rešerše na téma biofiltrace, bioreaktory a faktory ovlivňující provoz biofiltrační jednotky. Dále je v tomto oddíle popsáno využití nanovláken ve filtraci vzduchu a jejich výroba pomocí elektrostatického zvlákňování. Na základě rešerše bylo navrženo schéma biofiltrační jednotky a byly zvoleny její komponenty a metody její analýzy. Byly vyrobeny nosiče biomasy z polyuretanových nanovláken. Po sestavení biofiltrační jednotky proběhla prostřednictvím cirkulačního okruhu inokulace kolony konsorciem, které obsahovalo především bakterie rodu Rhodococcus. Vývoj biofilmu na nosičích byl sledován mikroskopickým snímáním. Po dostatečném nárůstu biofilmu byla zavedena do biofiltrační jednotky směs syntetického vzduchu a toluenu z tlakových láhví.This thesis focuses on the application of nanofibers as carriers of biomass for biofiltration of polluted air, where the pollutant is gaseous toluene. The first part of this thesis deals with general aspects of biofiltration, bioreactors and factors influencing the operation of biofilter. In this section the application of nanofibers for filtration and their production by electrospinning are also described. Based on the literature research, the scheme of biofilter was designed and its components were chosen. The analytical methods for biofilter operation were selected. The biomass carriers were made of polyurethane nanofibers. After assembling biofilter the column was inoculated through the circulation circuit by consortium containing bacteria of the genus Rhodococcus. The biofilm development was observed by microscopic techniques. After sufficient growth of biofilm on the carriers, the mixture of synthetic air and toluene from gas cylinders was fed into biofilter

Application of nanofiber carriers used for diagnosis of biomass at the contaminated site

Tato diplomová práce je zaměřena na aplikace nanovlákenných nosičů pro monitoring a diagnostiku biomasy v prostředí kontaminované lokality. V rámci práce byly připraveny dvě tvarové varianty nosičů s různými nánosy nanovláken (3 dtex a 10 dtex). Kromě nosičů s nanovlákny byly testovány také nosiče bez nanovláken, a to s cílem porovnat vliv nanovláken na rychlost kolonizace nosičů mikroorganismy. Všechny nosiče byly zanořeny do vrtů na reálných lokalitách s rozdílným typem kontaminace. Konkrétně se jednalo o kontaminaci chlorovanými etheny a monocyklickými aromatickými uhlovodíky BTEX. Nanovlákenné nosiče byly vzorkovány v měsíčních intervalech po dobu jednoho roku. Z odebraných vzorků byla izolována DNA sloužící jako templát pro qPCR analýzu. Vliv tvaru nosiče a nánosu nanovláken na bakteriální kolonizaci byl hodnocen s využitím qPCR analýzy cílené do oblasti 16S rDNA genu. Diagnostika specifické biomasy s biodegradabilním potenciálem probíhala pomocí kvantifikace funkčních genů kódujících klíčové enzymy nebo specifické bakteriální kmeny.Mezi jednotlivými testovanými tvarovými variantami nosičů nebyly během jejich kolonizace mikroorganismy pozorovány významné rozdíly. U nosičů s nánosem nanovláken byla zjištěna rychlejší fixace mikroorganismů na povrch a vyšší stabilita biofilmu než u nosičů vyrobených pouze z nosné nitě, tj. bez nánosu nanovláken.This thesis focuses on the applications of nanofiber carriers for monitoring and diagnosis of biomass at the contaminated site. Within this work, carriers made of supporting thread coated by nanofiber layer were prepared. Individual carriers varied in shape (2) and nanofiber surface density (3 dtex and 10 dtex). To compare the effect of nanofibers on bacterial colonization, carriers without nanofibers, i.e. made of supporting thread only, were also tested. All carriers were submerged into wells at real sites with different contamination. Specifically, wells were contaminated by chlorinated ethenes and monocyclic aromatic hydrocarbons (BTEX).Carriers were sampled in month interval for one year. DNA was isolated from the samples and used as template for qPCR analysis. For the assessment of the influence of carrier shape and nanofiber surface density, the samples were analysed by qPCR with bacterial 16S rDNA gene-targeted primers. Diagnosis of specific biomass involved in the biodegradation was performed by quantification of functional genes encoding key enzymes or specific bacterial strains. Any significant differences between shapes of carrier in microbial growth were not observed. The results showed that nanofiber carriers supported microbial immobilization and biofilm exhibited higher stability compared to the biofilm formed on the carriers made of supporting thread only, i.e. without nanofibers