Diversity of microbial communities at shallow-hydrothermal vents off Dominica, Lesser Antilles

Hydrothermal vents are often compared to desert oases, because of the presence of highly diverse and abundant biotic communities inhabiting these extreme environments. Nevertheless, the microbial communities associated with shallow-hydrothermal systems have been poorly studied. Hydrothermal activity at Dominica Island is quite well known under the geological and geochemical aspects, but no previous information existed about the microbial communities associated to this area. This thesis is therefore targeting the microbiology of hydrothermal sediments combining geochemical and molecular biological investigations, focusing on differences between hydrothermal vents and background (i.e. control) areas, and between hydrothermal sites. It was also intended to assess relationship between geochemical parameters and microbial diversity at the two hydrothermally impacted sites. Two shallow-sea hydrothermal vents located south-west off Dominica Island (Lesser Antilles) have been investigated in this study: Champagne Hot Springs and Soufriere Bay offshore vent. During this study, sediments for geochemical and molecular analyses were collected every 2 cm from the two impacted areas and from two control sites not associated with hydrothermal activity; in situ temperatures measurements were also taken every 5 cm deep in the sediment for all the sites. A geochemical characterization of the sediment porewater was performed through the analysis of several elements’ concentrations (i.e. H2S, Cl-, Br-, SO42-, Fe2+, Na+, K+, B+, Si+). Microbial communities at the different sites were studied by Automated Intergenic Spacer Analysis (ARISA). Inspection of the operational taxonomic units (OTUs) distribution was performed, as well as statistical analyses for communities’ structure and composition differences, and for changes of β-diversity along with sediment geochemistry. Data suggested that mixing between hydrothermal fluids and seawater results in distinct different environmental gradients and potential ecological niches between the two investigated hydrothermal vents, reflecting a difference in microbial community structures between them.

Characterization of hydrothermal carbonization products from woodchip

L’idrotermocarbonizzazione è un processo che permette di convertire un’elevata quantità di materie prime solide in carbone. Ciò viene realizzato inserendo come sostanza in input, oltre alla materia prima iniziale, acqua liquida e, successivamente, riscaldando fino a 180°C, temperatura alla quale inizia la reazione esotermica ed il processo diventa di tipo stand-alone. Tale reazione presenta un tempo di reazione variabile nel range di 4÷12 h. I prodotti in uscita sono costituiti da una sostanza solida che ha le caratteristiche del carbone marrone naturale e un’acqua di processo, la quale è altamente inquinata da composti organici. In questo elaborato viene illustrata una caratterizzazione dei prodotti in uscita da un impianto di idrotermo carbonizzazione da laboratorio, il quale utilizza in input pezzi di legno tagliati grossolanamente. Inizialmente tale impianto da laboratorio viene descritto nel dettaglio, dopodiché la caratterizzazione viene effettuata attraverso DTA-TGA dei materiali in ingresso ed uscita; inoltre altre sostanze vengono così analizzate, al fine di confrontarle col char ed i pezzi di legno. Quindi si riporta anche un’analisi calorimetrica, avente l’obiettivo di determinare il calore di combustione del char ottenuto; attraverso questo valore e il calore di combustione dei pezzi di legno è stato possibile calcolare l’efficienza di ritenzione energetica del processo considerato, così come la densificazione energetica riscontrata nel materiale in uscita. In aggiunta, è stata eseguita un’analisi delle specie chimiche elementari sul char ed il legno in modo da determinare i seguenti parametri: fattori di ritenzione e fattori di ritenzione pesati sulla massa in termini di concentrazione di C, H, N e S. I risultati ottenuti da tale analisi hanno permesso di effettuare una caratterizzazione del char. Un tentativo di attivazione del char viene riportato, descrivendo la procedura di attivazione seguita e la metodologia utilizzata per valutare il buon esito o meno di tale tentativo di attivazione. La metodologia consiste di uno studio isotermo dell’adsorbimento di acido acetico sul char “attivato” attraverso una titolazione. I risultati sperimentali sono stati fittati usando le isoterme di Langmuir e Freundlich e confrontati con le capacità di adsorbimento del semplice char e di un campione di carbone attivo preso da un’azienda esterna. Infine si è considerata l’acqua di processo, infatti un’analisi fotometrica ne ha evidenziato le concentrazioni di TOC, COD, ioni nitrato e ioni fosfato. Questi valori sono stati conseguentemente confrontati con i limiti italiani e tedeschi massimi ammissibili per acque potabili, dando quindi un’idea quantitativa della contaminazione di tale acqua di processo.