A titrimetric respirometer measuring the nitrifiable nitrogen in wastewater using in-sensor-experiment

Measurement of nitrifiable nitrogen contained in wastewater by combining the existing respirometric and titrimetric principles is reported. During an in-sensor-experiment using nitrifying activated sludge. both the dissolved oxygen (DO) and pH in the mixed liquor were measured, and the FH was controlled at a set-point through titration of base or acid. A combination of the oxygen uptake rate (OUR), which was obtained from the measured DO signal, and the titration data allowed calculation of the nitrifiable nitrogen and the short-term biological oxygen demand (BOD) of the wastewater sample that was initially added to the sludge. The calculation was based solely on stoichiometric relationships. The approach was preliminarily tested with two types of wastewaters using a prototype sensor. Good correlation was obtained. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Biodegradation of high strength phenolic wastewater using SBR

This investigation demonstrates the capability of a bench-scale sequencing batch reactor (SBR) to biodegrade an inhibitory substrate at a high loading rate. A SBR loading rate of 3.12 kg phenol.m(-3)d(-1) (2.1 g COD.g(-1) MLVSS d(-1)) with a COD removal efficiency of 97% at a SRT of 4 days and a HRT of 10 hours was achieved; this rate was not reached before. The SBR was operated at 4 hours cycle, including 3 hours react phase. The synthetic wastewater of 1300 mg/L phenol was the sole carbon source. Oxygen uptake rates (OUR) were monitored in-situ at various stages of the SBR. The oxygen mass transfer coefficient, K(L)a, of 12.6 h(-1) was derived from respirometry. Use of respirometry in SBR aided the tracking of the soluble substrate through OUR.

Rates of gene rearrangement and nucleotide substitution are correlated in the mitochondrial genomes of insects

A number of studies indicated that lineages of animals with high rates of mitochondrial (mt) gene rearrangement might have high rates of mt nucleotide substitution. We chose the hemipteroid assemblage and the Insecta to test the idea that rates of mt gene rearrangement and mt nucleotide substitution are correlated. For this purpose, we sequenced the mt genome of a lepidopsocid from the Psocoptera, the only order of hemipteroid insects for which an entire mtDNA sequence is not available. The mt genome of this lepidopsocid is circular, 16,924 bp long, and contains 37 genes and a putative control region; seven tRNA genes and a protein-coding gene in this genome have changed positions relative to the ancestral arrangement of mt genes of insects. We then compared the relative rates of nucleotide substitution among species from each of the four orders of hemipteroid insects and among the 20 insects whose mt genomes have been sequenced entirely. All comparisons among the hernipteroid insects showed that species with higher rates of gene rearrangement also had significantly higher rates of nucleotide substitution statistically than did species with lower rates of gene rearrangement. In comparisons among the 20 insects, where the mt genomes of the two species differed by more than five breakpoints, the more rearranged species always had a significantly higher rate of nucleotide substitution than the less rearranged species. However, in comparisons where the mt genomes of two species differed by five or less breakpoints, the more rearranged species did not always have a significantly higher rate of nucleotide substitution than the less rearranged species. We tested the statistical significance of the correlation between the rates of mt gene rearrangement and mt nucleotide substitution with nine pairs of insects that were phylogenetically independent from one 2 another. We found that the correlation was positive and statistically significant (R-2 = 0.73, P = 0.01; R-s = 0.67, P < 0.05). We propose that increased rates of nucleotide substitution may lead to increased rates of gene rearrangement in the mt genomes of insects.

Encapsulamento de monómeros da lenhina pela β-ciclodextrina: estudos químico e de biodegradação

Mestrado em Engenharia Química.Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental

Layer-by-layer technique to developing functional nanolaminate films with antifungal activity

The layer-by-layer (LbL) deposition method was used to build up alternating layers (five) of different polyelectrolyte solutions (alginate, zein-carvacrol nanocapsules, chitosan and chitosan-carvacrol emulsions) on an aminolysed/charged polyethylene terephthalate (A/C PET) film. These nanolaminated films were characterised by contact angle measurements and through the determination of water vapour (WVTR) and oxygen (O2TR) transmission rates. The effect of active nanolaminated films against the Alternaria sp. and Rhizopus stolonifer was also evaluated. This procedure allowed developing optically transparent nanolaminated films with tuneable water vapour and gas properties and antifungal activity. The water and oxygen transmission rate values for the multilayer films were lower than those previously reported for the neat alginate or chitosan films. The presence of carvacrol and zein nanocapsules significantly decreased the water transmission rate (up to 40 %) of the nanolaminated films. However, the O2TR behaved differently and was only improved (up to 45 %) when carvacrol was encapsulated, i.e. nanolaminated films prepared by alternating alginate with nanocapsules of zein-carvacrol layers showed better oxygen barrier properties than those prepared as an emulsion of chitosan and carvacrol. These films containing zein-carvacrol nanocapsules also showed the highest antifungal activity (30 %), which did not significantly differ from those obtained with the highest amount of carvacrol, probably due to the controlled release of the active agent (carvacrol) from the zein-carvacrol nanocapsules. Thus, this work shows that nanolaminated films prepared with alternating layers of alginate and zein-carvacrol nanocapsules can be considered to improve the shelf-life of foodstuffs.

Molecular Epidemiologic Typing Systems of Bacterial Pathogens: Current Issues and Perpectives

The epidemiologic typing of bacterial pathogens can be applied to answer a number of different questions: in case of outbreak, what is the extent and mode of transmission of epidemic clone(s )? In case of long-term surveillance, what is the prevalence over time and the geographic spread of epidemic and endemic clones in the population? A number of molecular typing methods can be used to classify bacteria based on genomic diversity into groups of closely-related isolates (presumed to arise from a common ancestor in the same chain of transmission) and divergent, epidemiologically-unrelated isolates (arising from independent sources of infection). Ribotyping, IS-RFLP fingerprinting, macrorestriction analysis of chromosomal DNA and PCR-fingerprinting using arbitrary sequence or repeat element primers are useful methods for outbreak investigations and regional surveillance. Library typing systems based on multilocus sequence-based analysis and strain-specific probe hybridization schemes are in development for the international surveillance of major pathogens like Mycobacterium tuberculosis. Accurate epidemiological interpretation of data obtained with molecular typing systems still requires additional research on the evolution rate of polymorphic loci in bacterial pathogens.

Genomic rearrangements in trypanosomatids: an alternative to the "one gene" evolutionary hypotheses?

Most molecular trees of trypanosomatids are based on point mutations within DNA sequences. In contrast, there are very few evolutionary studies considering DNA (re) arrangement as genetic characters. Waiting for the completion of the various parasite genome projects, first information may already be obtained from chromosome size-polymorphism, using the appropriate algorithms for data processing. Three illustrative models are presented here. First, the case of Leishmania (Viannia) braziliensis/L. (V.) peruviana is described. Thanks to a fast evolution rate (due essentially to amplification/deletion of tandemly repeated genes), molecular karyotyping seems particularly appropriate for studying recent evolutionary divergence, including eco-geographical diversification. Secondly, karyotype evolution is considered at the level of whole genus Leishmania. Despite the fast chromosome evolution rate, there is qualitative congruence with MLEE- and RAPD-based evolutionary hypotheses. Significant differences may be observed between major lineages, likely corresponding to major and less frequent rearrangements (fusion/fission, translocation). Thirdly, comparison is made with Trypanosoma cruzi. Again congruence is observed with other hypotheses and major lineages are delineated by significant chromosome rearrangements. The level of karyotype polymorphism within that "species" is similar to the one observed in "genus" Leishmania. The relativity of the species concept among these two groups of parasites is discussed.

Clinical and laboratory status of patients with chronic Chagas disease living in a vector-controlled area in Minas Gerais, Brazil, before and nine years after aetiological treatment

Twenty-eight Chagas disease patients (CD), 22 with the indeterminate clinical form (IND) and six with the cardiac or digestive form (CARD/DIG), were treated with benznidazole and underwent clinical and laboratorial analysis before (IND and CARD/DIG) and nine years after [patients after treatment (CDt), patients with the indeterminate clinical form at treatment onset (INDt) and with the cardiac or digestive form at treatment onset (CARD/DIGt)] treatment. The data demonstrate that 82.1% of CDt patients (23/28) remained clinically stable and 95.4% of the INDt (21/22) and 33.3% of the CARD/DIGt (2/6) patients showed unaltered physical and laboratorial examinations. The clinical evolution rate was 2%/year and was especially low in INDt patients (0.5%/year) relative to CARD/DIGt patients (7.4%/year). Positive haemoculture in treated patients was observed in 7.1% of the cases. None of the INDt (0/21) and 33.3% of the CARD/DIGt (2/6) patients displayed positive cultures. The PCR presented a positive rate significantly higher (85.2%, 23/27) than haemoculture and two samples from the same patient revealed the same result 57.7% of the patients. Conventional serology-ELISA on 16 paired samples remained positive in all individuals. Semi-quantitative ELISA highlighted significant decreases in reactivity, particularly in INDt relative to IND. Non-conventional serology-FC-ALTA-IgG, after treatment, showed positive results in all sera and 22 paired samples examined at seven and nine years after treatment, demonstrated significantly lower reactivity, particularly in INDt patients. This study was retrospective in nature, had a low number of samples and lacked an intrinsic control group, but the data corroborate other results found in the literature. The data also demonstrate that, even though a cure has not been detected in the none-treated patients, the benefits for clinical evolution were selectively observed in the group of INDt patients and did not occur for CARD/DIGt patients.

Imp2 controls oxidative phosphorylation and is crucial for preserving glioblastoma cancer stem cells.

Growth of numerous cancer types is believed to be driven by a subpopulation of poorly differentiated cells, often referred to as cancer stem cells (CSCs), that have the capacity for self-renewal, tumor initiation, and generation of nontumorigenic progeny. Despite their potentially key role in tumor establishment and maintenance, the energy requirements of these cells and the mechanisms that regulate their energy production are unknown. Here, we show that the oncofetal insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2 (IMP2, IGF2BP2) regulates oxidative phosphorylation (OXPHOS) in primary glioblastoma (GBM) sphere cultures (gliomaspheres), an established in vitro model for CSC expansion. We demonstrate that IMP2 binds several mRNAs that encode mitochondrial respiratory chain complex subunits and that it interacts with complex I (NADH:ubiquinone oxidoreductase) proteins. Depletion of IMP2 in gliomaspheres decreases their oxygen consumption rate and both complex I and complex IV activity that results in impaired clonogenicity in vitro and tumorigenicity in vivo. Importantly, inhibition of OXPHOS but not of glycolysis abolishes GBM cell clonogenicity. Our observations suggest that gliomaspheres depend on OXPHOS for their energy production and survival and that IMP2 expression provides a key mechanism to ensure OXPHOS maintenance by delivering respiratory chain subunit-encoding mRNAs to mitochondria and contributing to complex I and complex IV assembly.

Control of mitochondrial pH by uncoupling protein 4 in astrocytes promotes neuronal survival.

Brain activity is energetically costly and requires a steady and highly regulated flow of energy equivalents between neural cells. It is believed that a substantial share of cerebral glucose, the major source of energy of the brain, will preferentially be metabolized in astrocytes via aerobic glycolysis. The aim of this study was to evaluate whether uncoupling proteins (UCPs), located in the inner membrane of mitochondria, play a role in setting up the metabolic response pattern of astrocytes. UCPs are believed to mediate the transmembrane transfer of protons, resulting in the uncoupling of oxidative phosphorylation from ATP production. UCPs are therefore potentially important regulators of energy fluxes. The main UCP isoforms expressed in the brain are UCP2, UCP4, and UCP5. We examined in particular the role of UCP4 in neuron-astrocyte metabolic coupling and measured a range of functional metabolic parameters including mitochondrial electrical potential and pH, reactive oxygen species production, NAD/NADH ratio, ATP/ADP ratio, CO2 and lactate production, and oxygen consumption rate. In brief, we found that UCP4 regulates the intramitochondrial pH of astrocytes, which acidifies as a consequence of glutamate uptake, with the main consequence of reducing efficiency of mitochondrial ATP production. The diminished ATP production is effectively compensated by enhancement of glycolysis. This nonoxidative production of energy is not associated with deleterious H2O2 production. We show that astrocytes expressing more UCP4 produced more lactate, which is used as an energy source by neurons, and had the ability to enhance neuronal survival.

Transcutaneous carbon dioxide pressure for monitoring patients with severe croup.

In a prospective investigation of 17 children with severe croup, we analyzed the effect of epinephrine inhalations and mild sedation with chloral hydrate on transcutaneous carbon dioxide pressure (tcPCO2), pulse oximetry measurements, and croup scores. There was a highly significant reduction (p less than 0.001) in the tcPCO2 values and croup scores after inhalation of epinephrine. The changes in the tcPCO2 values correlated with the clinical findings. Mild sedation also significantly improved the croup scores but failed to influence the tcPCO2 values. There was not statistically significant difference in pulse oximetry saturation, fraction of administered oxygen, heart rate, or respiratory rate before and after inhalation of epinephrine or chloral hydrate administration. Monitoring tcPCO2 appears to be a reliable and objective tool for managing patients with upper airway obstruction, whereas croup scores may be misleading.

Factors affecting tightness of package

Työn tarkoituksena oli tutkia kartonkipohjaisten pakkausmateriaalien läpäisyominaisuuksia sekä pakkausten tiiveyteen vaikuttavia tekijöitä. Työssä verrattiin skaivatun ja skaivaamattoman raakareunan sekä tölkkien pohjaratkaisujen ominaisuuksia vesihöyryn- ja hapen läpäisevyydessä, kun käytetty kartonki oli molemmin puolin polymeeripäällystetty. Tiiveysominaisuuksia tutkittiin myös vuotomittauksin, värjäyksin ja elektronimikroskoopilla. Kuivan elintarvikkeen säilytystestillä ja kilpailijapakkausanalyyseillä oli tarkoituksena myös saada selville eri pakkausmateriaalien ja pakkauksien läpäisevyys- ja tiiveysominaisuuksia. Pakkauksen saumoilla oli yhtä suuri tai suurempi vaikutus vesihöyryn läpäisyssä kuin itse materiaalilla, kun pakkaus oli molemmin puolin polymeeripäällystetty kartonkikuppi. Skaivatun sauman vesihöyrynläpäisy oli vain 4-10 % pienempi kuin raakareunallisen sauman. Pakkauksen ulkopuolisten raakareunojen suojaaminen pienensi vesihöyrynläpäisevyyttä 30 %. Kun pakkauksen sisäpuolen raaka-reuna oli suojattu teipillä, saumoilla ei ollut niin suurta vaikutusta vesihöyryn läpäisyyn verrattuna materiaaliin. Raakareunan määrällä tölkin pohjassa tai pienillä vuodoilla tölkin saumoissa ei ollut merkitystä vesihöyryn läpäisyyn. Hapenläpäisyssä oli tärkeää ehyt barrierkerros. Polymeerisen barrierkerroksen reiät ja sauman skaivaus vaikuttivat enemmän kuin vesihöyryn läpäisyssä. Mitä enemmän tölkin pohjassa oli raakareunaa, sitä suurempi oli sen hapenläpäisy. Pakkauksen konvertointi, koneen säädöt ja lämmön kohdistus, ovat saattaneet aiheuttaa värjäyksellä havaitut barrierkerroksen mikroreiät. Kaupalliset kuiva-ainepakkaukset sisälsivät pääasiassa alumiinilaminaatin vesihöyryn, hapen ja valon suojana, kun tuotteena oli maitojauhetta ja rasvaa sisältävä elintarvike. Kuitenkin, jos pakkausmateriaali sisälsi vain ohuen sumutetun alumiinikerroksen, sen barrieriominaisuus ei ollut yhtä hyvä kuin alumiinilaminaatin. Äidinmaidonkorvikkeen säilytystestissä seurattiin eri analyysein tuotteen laatua kolmen kuukauden säilytyksen ajan. Pakkauksen vesihöyryn läpäisyominaisuus osoittautui tärkeimmäksi, sillä kosteuden vaikutus tuotteen laadun heikkenemisessä oli suurin. Hapen vaikutus on myös olennainen ja siten hyvä hapenestokerros sekä tiiveys ovat myös tärkeitä pakkauksen ominaisuuksia.

The tightness performance of pre-formed trays as package

Suojakaasupakkaaminen (MAP) on yleistynyt viime aikoina, koska sen avulla voidaan säilöä tuoreita tai vähän käsiteltyjä elintarvikkeita pidempään. Suurin syy hyllyiän pidentymiseen on hiilidioksidin aiheuttama mikrobien kasvun hidastuminen. Toisaalta huolena on patogeenisten mikrobien lisääntyminen anaerobisissa olosuhteissa. Pidempi säilyvyys voidaan saavuttaa myös käyttämällä vähemmän lisä- ja säilöntäaineita. Samalla suojakaasupakkaaminen kuitenkin vähentää myös pilaantuneiden tuotteiden määrää. Eniten suojakaasua käytetään lihan pakkaamisessa. Suojakaasupakkaamisessa elintarvikepakkaukseen syötetään normaalista huoneilmasta poikkeava kaasuseos. Pääasiassa kaasuseos koostuu hiilidioksidista, hapesta ja typestä. Lisäksi voidaan käyttää pieniä määriä hiilimonoksidia, argonia ja rikkidioksidia. Kaasuseoksen koostumus määräytyy elintarvikkeiden ominaisuuksien ja vaatimusten perusteella. Halutun kaasukoostumuksen tulee säilyä pakkauksessa muutamasta päivästä muutamaan kuukauteen riippuen elintarvikkeesta. Siksi tärkein pakkaukselta vaadittava ominaisuus on riittävä kaasutiiveys ja erityisesti hapenläpäisevyys. Koska suurin osa suojakaasupakkauksista on tällä hetkellä muovisia, tutkittiin kokeellisessa osiossa kartonkipakkausten tiiveysominaisuuksia. Kokeet tehtiin vertailemalla erilaisten vuoka- ja kansimateriaalien vaikutusta pakkausten tiiveyteen. Vuokien onnistuminen oli suurin yksittäinen tuloksiin vaikuttanut tekijä. Epäonnistuneen vuoan vaikutukset näkyivät myös saumauksessa, koska saumaustyökalun ja vuoan piti sopia yhteen. Lisäksi näkymättömät mikroreiät hankaloittivat todellisten vuotokohtien paikallistamista. Vuototestausten perusteella materiaaleille löydettiin kuitenkin viitteelliset optimiparametrit. Tärkein saumauksessa vaikuttanut tekijä oli sopivan saumauslämpötilan valinta. Prässättyjen vuokien laatu oli epätasainen. Siksi erityisesti rinnakkaisten kansitus- ja hapenläpäisymittausten väliset erot olivat merkitseviä. Lisäksi prässäys laski materiaalien hapenläpäisyominaisuuksia. Yksittäisten vuokien tiiveysominaisuudet täyttivät kuitenkin kaupallisille kaasupakkauksille asetetut vaatimukset. Vesihöyrynläpäisevyydessä materiaalin vesihöyrynläpäisy oli merkittävämpää kuin vesihöyryn kulkeutuminen vuotokohtien tai epäonnistuneiden saumojen kautta.

Biologisen jätevedenpuhdistuksen ilmastuksen tehostaminen

Työssä tutkittiin, mikä on kustannustehokkain tapa lisätä ilmastuskapasiteettia ja selvitettiin, saostaako vesilaitokselta flotaatioaltaasta poistettava ferrisulfaattisakka jäteveden fosforia esiselkeyttimessä. Työssä määritettiin teoreettinen hapentarve ilmastusaltaassa maksimikuormituksen aikana ja hapensiirtonopeus jäteveteen olemassa olevalla laitteistolla. Hapensiirtonopeuden funktion korjauskertoimet  ja  sekä kokonaishapensiirtokerroin määritettiin laboratorio-olosuhteissa. Lisäksi laskettiin kuinka paljon nykyisten ilmastimien kautta saadaan happea jäteveteen liukenemaan ja verrattiin tätä lukua teoreettiseen hapentarpeeseen. Jälkimmäistä menettelytapaa käyttäen arvioitiin lisähapen tarve. Tulokseksi saatiin, että maksimi BOD-kuormituksen aikana happea tarvitsee saada jäteveteen liuotettua 5200 m³/d lisää. Ilmastuskapasiteetin lisäyksen kustannuslaskelmassa verrattiin neljää vaihtoehtoa: puhdasta happea liuotettuna happimattojen kautta tai OKI-ilmastimen kautta, onsite-happilaitoksen puhdasta happea liuotettuna OKI-ilmastimen kautta tai ilman happea liuotettuna jäteveteen EDI-ilmastimien kautta. Laskelmat osoittivat uusien EDI-ilmastimien hankinnan olevan edullisin vaihtoehto pitkällä aikavälillä. Vaikka EDI-ilmastimien investointikustannukset ovat korkeat, tulevat ne käyttökustannuksiltaan kaikkein edullisimmaksi. Vesilaitokselta tulevan rautasuolasakan fosforia saostavaa vaikutusta tutkittiin laboratoriossa astiakokein. Näytteet otettiin vesilaitokselta jätevesilaitokselle menevästä rautasuolasakasta sekä esiselkeyttimen kirkasteesta. Näitä eri suhteissa keskenään sekoittamalla saatiin selville, että rautasuolasakka ja sakan mukana tuleva reagoimaton rautasuola saostavat liukoista ja kokonaisfosforia esiselkeytyksessä.

Kationinvaihtohartsien hapetuskestävyys

Hyvin puhdasta vettä vaativissa sovelluksissa käytettävät kationinvaihtohartsit eivät saisi vuotaa puhdistettavaan veteen mitään vieraita aineita. Todellisuudessa hartsit kuitenkin vuotavat hyvin pieniä määriä erilaisia yhdisteitä käytön aikana. Aineet, joita kationinvaihtohartsi päästää veteen, ovat osaksi hartsin polymerointireaktion aikana sen rungon sisään jääneitä yhdisteitä. Nämä voidaan suurimmaksi osaksi poistaa pesemällä hartsia. Osittain niitä syntyy myös hartsin polystyreenidivinyylibentseenirungon (PS-DVB) hapettuessa. Hapettumisen seurauksena syntyneet yhdisteet ovat pääosin orgaanisia sulfonaatteja. Tämä työ koskee ydinvoimalaitoksissa käytettäviä pulverihartseja, joita käytetään primääripiirissä kiertävän lauhdeveden puhdistukseen ja jotka joutuvat siellä alttiiksi hapettumiselle. Yleensä hapettuminen on hidasta ja se johtuu veteen liuenneesta hapesta. Hapettuminen nopeutuu huomattavasti, jos vedessä on läsnä hapettimia tai siirtymämetalli-ioneja. Tällaisia hapettimia ovat esimerkiksi vetyperoksidi, otsoni, vapaa kloori, typpihappo ja kromi. Vetyperoksidin vaikutuksesta hartsin runkoon muodostuu hydroperoksidiryhmä, jonka hajoamisesta alkaa reaktioiden sarja, joka lopulta johtaa hartsin polymeerirungon katkeamiseen. Siirtymämetalli-ionit katalysoivat peroksidien hajoamista. Tavallisimpia hapetusta katalysoivia metalli-ioneja ovat rauta ja kupari, joiden katalyyttinen aktiivisuus on suuri. Tässä työssä pyrittiin selvittämään, onko mahdollista valmistaa hartseja, jotka kestävät hapettumista paremmin kuin nykyisin käytössä olevat hartsit. Sen tutkimiseksi tehtiin kiihdytettyjä hapetuskokeita käyttäen hapettimena vetyperoksidia ilman siirtymämetalli-ioni katalyyttejä. Hapetuskokeet tehtiin kaupallisesti saatavilla hartseilla ja uusilla työtä varten syntetisoiduilla koehartseilla. Hapetuskokeiden etenemistä seurattiin mittaamalla veteen liuenneiden orgaanisten aineiden kokonaismäärää (TOC-analyysi) ja liuoksessa esiintyvien orgaanisten sulfonaattien määrää johtokykymittauksin. Saadut tulokset antoivat viitteitä siitä, että hartsin synteesiolosuhteilla voi olla suurempi vaikutus sen hapetuskestävyyteen kuin synteesissä käytetyillä raaka-aineilla.