Zaviranje rasti cianobakterij v naravnih vodnih telesih s komercialno dostopnim ultrazvokom: zmanjšanje biomase in razgradnja cianotoksinov

Abstract

Low-frequency and low-intensity commercially available ultrasound to control algal growth in natural water bodies was studied. To evaluate the efficiency of ultrasound on cyanobacteria biomass removal and microcystins release and degradation a large-scale lab experiment with 150 L of high density Microcystis aeruginosa suspension simulating natural conditions was conducted at different times of ultrasonication: 0, 15 min, 1 h, 5 h, 24 h, and 48 h. The first effect of ultrasonication on biomass reduction was evident at 24 h of continuous ultrasonication with the highest removal rates of 97% and 93% for cell count and chlorophyll a, respectively, at 48 h of continuous ultrasound treatment. The growth inhibition test showed biomass reduction in the samples exposed to ultrasonication for at least one hour with increasing effect from here on. The most efficient in M. aeruginosa reduction was the longest tested ultrasound treatment of 48 h with the growth inhibition of 96%, followed by 24-h ultrasound treatment with 50%, and 5-h ultrasound treatment with 17% growth inhibition after 9 days of incubation. At five hours of ultrasonication a sharp increase in dissolved microcystins in the medium was observed as a result of ultrasound induced stress followed by drop of dissolved microcystins under detection limit at 24 h of continuous ultrasonication. This study showed that commercially available ultrasound devices are highly efficient for cyanobacterial bloom control already at relatively low times of exposure, one to two days, with no health risks due to increased dissolved toxins after continuous ultrasound treatment for 24 h or more.V študiji smo raziskovali nizko frekvenčni komercialno dostopni ultrazvok z nizko intenziteto za namen nadzora prekomerne razrasti alg v naravnih vodnih telesih. Za ovrednotenje učinkovitosti ultrazvoka za odstranjevanje biomase cianobakterij ter sproščanja in razgradnje mikrocistinov smo izvedli laboratorijski poskus s 150 L suspenzije potencialno toksičnega seva cianobakterije Microcystis aeruginosa z visoko gostoto in  simulacijo naravnih pogojev ter različnimi časovnimi intervali uporabe ultrazvoka: 0, 15 min, 1 h, 5 h, 24 h in 48 h. Prvi učinek ultrazvoka na zmanjšanje biomase cianobakterij je bil opazen po 24 urah neprekinjene uporabe ultrazvoka. Najvišje zmanjšanje števila celic (97 %) in koncentracije klorofila-a (93 %) smo ugotovili po 48 urah neprekinjene uporabe ultrazvoka. Študija zaviranja rasti, z devet dnevno inkubacijo, je pokazala zmanjšanje biomase M. aeruginosa v vzorcih, ki so bili vsaj eno uro izpostavljeni ultrazvočni obdelavi z naraščajočim učinkom pri daljši izpostavljenosti. Največje zmanjšanje biomase M. aeruginosa (96 %) smo ugotovili pri najdaljši testirani ultrazvočni izpostavljenosti kulture in sicer 48 ur. Sledila ji je 24-urna izpostavljenost s 50 % zmanjšanjem biomase in 5-urna izpostavljenost s 17 % zmanjšanjem biomase. Po petih urah ultrazvočne obdelave smo opazili močno povišano koncentracijo raztopljenih mikrocistinov v mediju kot rezultat ultrazvočnega stresa, ki mu je po 24 urah neprekinjene ultrazvočne obdelave sledil padec raztopljenih mikrocistinov pod mejo zaznavnosti. Študija je pokazala, da so komercialno dostopne ultrazvočne naprave zelo učinkovite za nadzor cvetenja cianobakterij že pri relativno kratkih časih izpostavljenosti, enega do dveh dni, brez zdravstvenih tveganj zaradi povečanega sproščanja raztopljenih cianotoksinov po 24 urah ali več neprekinjene uporabe