Que mesurent les tests de CODB et de COA ?

Un des objectifs de cette recherche est d'examiner les différences entre les resultats obtenus par les tests de dosage des matières organiques biodégradables (MOB). L'autre objectif est de déterminer comment les résultats peuvent correspondre à la valeur vraie de la MOB. L'étude a été menée en employant un mode le mathématique qui tient compte des principes cinétiques et stoechiométriques.Le tableau 1 présente les exemples des équations de bilan de masse qui entrent dans le modèle. Celui-ci permet de suivre la croissance de la biomasse, la dégradation du substrat (MOB), le carbone organique dissous (COD), ainsi que la production et la dégradation des produits microbiens solubles (PMS). Les PMS, qui possèdent des poids moléculaires allant de moyens à élevés, sont produits durant le métabolisme normal des cellules (RITIMANN et al., 1987). Les PMS peuvent être divisés en deux groupes de produits associés: les PAU qui sont le résultat direct de l'utilisation du substrat et les PAB qui sont produits proportionnellement à la biomasse (PAB).Certaines hypothèses sont à la base des équations du bilan massique. La biomasse n'est constituée que d'hétérotrophes. La MOB est modélisée en tenant compte de substrats facilement et difficilement dégradables. Chaque substrat se distingue par sa valeur K inscrite au tableau 3. La densité de biomasse en début de test est de 1 mgA (2400 UFC/ml), sauf quand la densité est modifiée dans le modèle. Pour les besoins de la modélisation, les valeurs de MOB, de CODB et de biomasse ont eté converties en demande chimique en oxygène (DCO). Les facteurs de conversion utilisés sont: 1,42 mg de MOB exprimée en DCO/mg de MOB exprimee en solides volatils dissous, 4,16 x 10-7 mg DCO/cellule et 2,67 mg acétate exprimé en DCO/mg de C-acétate. Un ensemble de courbes typiques pour le modèle est présenté aux figures 1 et 2. La figure 1 montre les résultats obtenus pour un substrat facilement dégradable tandis que la figure 2 présente ceux obtenus pour un substrat difficilement dégradable. Dans les deux cas, la biomasse s'accroît graduellement pour atteindre un maximum, puis rediminue. Les vitesses et intensités de réaction dépendent toutefois beaucoup des cinétiques de dégradation de la MOB. Les deux figures traduisent l'accumulation continue des PMS, qui représentent des proportions respectives de 43% et 30% de la MOB d'origine pour les substrats facilement et difficilement dégradables. L'accumulation des PMS est importante, car la courbe de décroissance du COD est le résultat net de la MOB consommée moins les PMS accumulés. Ceci implique que le changement dans le niveau de COD, qui représente le paramètre de contrôle pour les tests CODB, n'égale pas la MOB vraie. Le CODB mesuré ne représenterait plutôt que 50 à 60 % de la MOB d'origine.La figure 3 montre la relation qui existe entre le CODB et la MOB pour les deux types de substrats. Le CODB n'est pas égal à la MOB, ce qui est démontré par l'écart observé par rapport à la droite d'équivalence de pente 1. Cette différence est due à deux phénomènes: I'accumulation des PMS dépend de la MOB, tandis que l'écart entre les deux types de substrat est le résultat des courbes s'approchant de Smin sur l'axe de la MOB, lorsque le CODB tend vers zéro. Ce résultat est significatif, car des études ont démontré que la MOB dans les eaux brutes contient surtout des substrats difficilement dégradables (LECHEVALLIER et al., 1991). Ainsi, faire l'hypothèse que le CODB soit égal à la MOB pour les substrats difficilement assimilables se traduirait par une importante sous-estimation de la MOB dans l'échantillon.La figure 4 montre la relation observée entre la biomasse maximum, employée avec les tests COA (carbone organique assimilable), et la vraie MOB pour les deux substrats. Cette figure présente aussi l'étalon de calibration proposé par van ter Kooij et al (1982), qui convertit le nombre de cellules en C-acétate (4,1 x 10 6 cellules par mg C-acétate). Ni le substrat facilement utilisable ni le substrat difficilement utilisable, ne s'approche de la courbe de calibration. Ces écarts sont causés par la variation du premier ordre en ordre zéro de l'équation de Monod et aussi parce que les courbes approchent le Smin où la croissance des cellules est presque nulle. Lorsque la MOB dans l'échantillon est principalement constituée d'un substrat difficilement dégradable, I'usage d'un étalon d'acétate produit une forte sous-estimation de la MOB vraie.La figure 5 montre la relation directe entre le CODB et le COA pour les deux types de substrats. L'augmentation du rapport CODB/COA avec la diminution de la MOB s'explique par le fait que la biomasse tend vers une croissance zéro lorsque la MOB s'approche de Smin. Cette figure démontre clairement qu'il existe une différence fondamentale entre les mesures des tests CODB et COA, lorsque la MOB tend vers Smin. Toutefois, le rapport CODB/COA est presque unitaire dans le cas du substrat facilement dégradable, quand la MOB se situe à l'intérieur des limites de détection pour le dosage du CODB (environ 100 mg/l à la figure 5). Ainsi, il est possible d'obtenir le même résultat avec les deux types de tests. Le modèle permet aussi d'examiner l'effet des concentrations en biomasse initiale pour une [MOB] fixée. Pour un substrat facilement dégradable, qui est entièrement consommé en présence d'un faible inoculum, la modélisation montre que le CODB et la biomasse maximum ne sont pas affectés. Cependant, le résultat diffère pour un substrat difficilement dégradable qui n'est pas entièrement consommé avec un inoculum de faible densité. Tel que présenté à la figure 6, le CODB et la biomasse maximum augmentent fortement avec la densité de l'inoculum. Cet effet est dû à la faible croissance de la biomasse qui survient en présence d'un inoculum de faible densité; la biomasse maximum et le COD minimum sont atteints après 30 jours. Avec un inoculum important, la biodégradation survient plus rapidement et le CODB maximum est atteint avant 30 jours.Batch type biodegradable organic material (BOM) tests are modelled using basic kinetic and stoichiometric principles. The modelling results reveal that for biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) tests, the change in dissolved organic carbon (DOC) is not equal to BOM. The formation of soluble microbial products (SMP) and the degradation kinetics of the BOM must be considered to estimate the true BOM from BDOC results. For assimilable organic carbon (AOC) tests, using a calibration standard based on an easy to degrade substrate, such as acetate, does not necessarily give an accurate indication of the true BOM. The kinetics of BOM degradation must be estimated before an AOC test can be used to interpret the true BOM in a sample. The inoculum density can also influence the results of AOC and BDOC tests. When the BOM is hard to degrade, using a low density test can underestimate the amount of BDOC in a sample

Role of streambed biofilms in the removal of biodegradable contaminants from shallow streams

Biological activity in shallow streams is dominated by biofilms which are attached to the surface of the streambed. Although biofilm kinetic models are well developed and are successfully applied to biological treatment process, they cannot be applied directly to predict water quality in shallow streams, because the area and mass-transport aspects of streambed biofilms are complicated and not defined. Therefore, the main purpose of this study was to develop area and mass-transport functions for cobble-and gravel-lined streambeds. An artificial stream was used to grow biofilms and conduct kinetic experiments on the biofilm utilization of an easily degraded sugar. Media size (i.e., cobble or gravel) and flow velocity were varied over a wide range of values typical to shallow streams. Water velocity had short-term and long-term effects on the rate of contaminant removal. The short-term effects were related to increased mass-transport kinetics for higher flow velocities, while the long-term effects also included increased surface colonization by biofilm. The cobble streambed was more sensitive to short-term changes in water velocity than was the gravel bed, and it gave faster removal kinetics. Equations to predict the mass transfer coefficients were appropriate for more than one biofilm community, as long as the same medium size was used. The simulations from the water quality models containing the biofilm reaction term were markedly different from the simulations from traditional water-quality models that use only suspended organism kinetics.U.S. Department of the InteriorU.S. Geological SurveyOpe

Biosynthesis of mycobacterial arabinogalactan: identification of a novel (13)arabinofuranosyltransferase

The cell wall mycolyl-arabinogalactan-peptidoglycan complex is essential in mycobacterial species, such as Mycobacterium tuberculosis and is the target of several anti-tubercular drugs. For instance, ethambutol targets arabinogalactan biosynthesis through inhibition of the arabinofuranosyltransferases Mt-EmbA and Mt-EmbB. A bioinformatics approach identified putative integral membrane proteins, MSMEG2785 in Mycobacterium smegmatis, Rv2673 in Mycobacterium tuberculosis and NCgl1822 in Corynebacterium glutamicum, with 10 predicted transmembrane domains and a glycosyltransferase motif (DDX), features that are common to the GT-C superfamily of glycosyltransferases. Deletion of M. smegmatis MSMEG2785 resulted in altered growth and glycosyl linkage analysis revealed the absence of AG (13)-linked arabinofuranosyl (Araf) residues. Complementation of the M. smegmatis deletion mutant was fully restored to a wild type phenotype by MSMEG2785 and Rv2673, and as a result, we have now termed this previously uncharacterized open reading frame, arabinofuranosyltransferase C (aftC). Enzyme assays using the sugar donor -D-arabinofuranosyl-1-monophosphoryldecaprenol (DPA) and a newly synthesized linear (15)-linked Ara5 neoglycolipid acceptor together with chemical identification of products formed, clearly identified AftC as a branching (13) arabinofuranosyltransferase. This newly discovered glycosyltransferase sheds further light on the complexities of Mycobacterium cell wall biosynthesis, such as in M. tuberculosis and related species and represents a potential new drug target

Coordination-driven magnetic-to-nonmagnetic transition in manganese doped silicon clusters

The interaction of a single manganese impurity with silicon is analyzed in a combined experimental and theoretical study of the electronic, magnetic, and structural properties of manganese-doped silicon clusters. The structural transition from exohedral to endohedral doping coincides with a quenching of high-spin states. For all geometric structures investigated, we find a similar dependence of the magnetic moment on the manganese coordination number and nearest neighbor distance. This observation can be generalized to manganese point defects in bulk silicon, whose magnetic moments fall within the observed magnetic-to-nonmagnetic transition, and which therefore react very sensitively to changes in the local geometry. The results indicate that high spin states in manganese-doped silicon could be stabilized by an appropriate lattice expansion

Domain size effects on the dynamics of a charge density wave in 1T-TaS2

Recent experiments have shown that the high temperature incommensurate (I) charge density wave (CDW) phase of 1T-TaS2 can be photoinduced from the lower temperature, nearly commensurate (NC) CDW state. Here we report a time-resolved x-ray diffraction study of the growth process of the photoinduced I-CDW domains. The layered nature of the material results in a marked anisotropy in the size of the photoinduced domains of the I-phase. These are found to grow self-similarly, their shape remaining unchanged throughout the growth process. The photoinduced dynamics of the newly formed I-CDW phase was probed at various stages of the growth process using a double pump scheme, where a first pump creates I-CDW domains and a second pump excites the newly formed I-CDW state. We observe larger magnitudes of the coherently excited I-CDW amplitude mode in smaller domains, which suggests that the incommensurate lattice distortion is less stable for smaller domain sizes.Comment: 8 pages, 8 figure

Archaea and Bacteria Acclimate to High Total Ammonia in a Methanogenic Reactor Treating Swine Waste

Citation: Esquivel-Elizondo, S., Parameswaran, P., Delgado, A. G., Maldonado, J., Rittmann, B. E., & Krajmalnik-Brown, R. (2016). Archaea and Bacteria Acclimate to High Total Ammonia in a Methanogenic Reactor Treating Swine Waste. Archaea-an International Microbiological Journal, 10. doi:10.1155/2016/4089684Inhibition by ammonium at concentrations above 1000mgN/L is known to harm the methanogenesis phase of anaerobic digestion. We anaerobically digested swine waste and achieved steady state COD-removal efficiency of around 52% with no fatty-acid or H-2 accumulation. As the anaerobic microbial community adapted to the gradual increase of total ammonia-N (NH3 -N) from 890 +/- 295 to 2040 +/- 30 mg/L, the Bacterial and Archaeal communities became less diverse. Phylotypes most closely related to hydrogenotrophic Methanoculleus (36.4%) and Methanobrevibacter (11.6%), along with acetoclastic Methanosaeta (29.3%), became the most abundant Archaeal sequences during acclimation. This was accompanied by a sharp increase in the relative abundances of phylotypes most closely related to acetogens and fatty-acid producers (Clostridium, Coprococcus, and Sphaerochaeta) and syntrophic fatty-acid Bacteria (Syntrophomonas, Clostridium, Clostridiaceae species, and Cloacamonaceae species) that have metabolic capabilities for butyrate and propionate fermentation, as well as for reverse acetogenesis. Our results provide evidence countering a prevailing theory that acetoclastic methanogens are selectively inhibited when the total ammonia-N concentration is greater than similar to 1000 mgN/L. Instead, acetoclastic and hydrogenotrophic methanogens coexisted in the presence of total ammonia-N of similar to 2000 mgN/L by establishing syntrophic relationships with fatty-acid fermenters, as well as homoacetogens able to carry out forward and reverse acetogenesis

Ultrafast relaxation dynamics of the antiferrodistortive phase in Ca doped SrTiO3

The ultrafast dynamics of the octahedral rotation in Ca:SrTiO3 is studied by time resolved x-ray diffraction after photo excitation over the band gap. By monitoring the diffraction intensity of a superlattice reflection that is directly related to the structural order parameter of the soft-mode driven antiferrodistortive phase in Ca:SrTiO3, we observe a ultrafast relaxation on a 0.2 ps timescale of the rotation of the oxygen octahedron, which is found to be independent of the initial temperaure despite large changes in the corresponding soft-mode frequency. A further, much smaller reduction on a slower picosecond timescale is attributed to thermal effects. Time-dependent density-functional-theory calculations show that the fast response can be ascribed to an ultrafast displacive modification of the soft-mode potential towards the normal state, induced by holes created in the oxygen 2p states