The toxicity of ZnO and CuO nanoparticles on biological wastewater treatment and its detoxification: a review / 生物工程学报

The wide use of ZnO and CuO nanoparticles in research, medicine, industry, and other fields has raised concerns about their biosafety. It is therefore unavoidable to be discharged into the sewage treatment system. Due to the unique physical and chemical properties of ZnO NPs and CuO NPs, it may be toxic to the members of the microbial community and their growth and metabolism, which in turn affects the stable operation of sewage nitrogen removal. This study summarizes the toxicity mechanism of two typical metal oxide nanoparticles (ZnO NPs and CuO NPs) to nitrogen removal microorganisms in sewage treatment systems. Furthermore, the factors affecting the cytotoxicity of metal oxide nanoparticles (MONPs) are summarized. This review aims to provide a theoretical basis and support for the future mitigating and emergent treatment of the adverse effects of nanoparticles on sewage treatment systems.

Decolorization of the benzidine-based azo dye Congo red by the new strain Shewanella xiamenensis G5-03 / Descoloração do corante azo derivado da benzidina vermelho Congo por uma nova linhagem de Shewanella xiamenensis G5-03

Shewanella xiamenensis G5-03 was observed to decolorize the azo dye Congo red in synthetic wastewater. The influence of some factors on the dye decolorization efficiency was evaluated. The optimal decolorization conditions were temperature 30-35 °C, pH 10.0, incubation time 10 h, and static condition. The kinetic of Congo red decolorization fitted to the Michaelis–Menten model (Vmax = 111.11 mg L-¹ h-¹ and Km = 448.3 mg L-¹). The bacterium was also able to degrade benzidine, a product of azo bond breakage of the Congo red, which contributed to reduce the phytotoxicity. The ability of S. xiamenensis G5-03 for simultaneous decolorization and degradation of Congo red shows its potential application for the biological treatment of wastewaters containing azo dyes.

Shewanella xiamenensis G5-03 foi capaz de descolorir o corante azo vermelho Congo em água residuária sintética. A influência de alguns fatores na eficiência da descoloração do corante foi avaliada. As condições ótimas de descoloração foram temperatura de 30-35 °C, pH 10,0 e condições estáticas. A cinética de descoloração do vermelho Congo se ajustou ao modelo de Michaelis–Menten (Vmax = 111,11 mg L-¹ h-¹ and Km = 448,3 mg L-¹). A bactéria também foi capaz de degradar a benzidina, um produto da quebra da ligação azo do vermelho Congo, o que contribuiu para a redução da fitotoxicidade. A habilidade da S. xiamenensis G5-03 em simultaneamente descolorir e degradar o vermelho Congo demostra seu potencial de aplicação no tratamento de águas residuárias contendo corantes azo.

Evaluación anual del fitoplancton y su respuesta a la calidad de agua en el lago de Amatitlán, Guatemala / Annual evaluation of phytoplankton and its answer to water quality in Amatitlán lake, Guatemala

Se realizó un estudio sobre la composición y abundancia del fitoplancton en el lago de Amatitlán, y el efecto de la calidad de agua sobre su biodiversidad. Para ello, se colectaron muestras de agua en cuatro puntos específicos del lago, en la superficie del agua y a profundidades de 5, 10 y 20 m, de manera mensual durante el 2017. Se midieron parámetros fisicoquímicos in situ como temperatura y pH. Igualmente, se identificaron y contabilizaron cianobacterias y microalgas. El índice de estado trófico (IETP) catalogó al lago como eutrófico e hipertrófico (IETP = 63.80-88.18). Se reportan 34 géneros de fitoplancton distribuidos en 30 familias, 17 órdenes y 10 clases. Los indicadores biológicos, tales como, floraciones algales de Microcystis (38.41%), baja diversidad de diatomeas (Nitzschia, Aulacoseira y Cyclotella), presencia de microalgas Nitzschia y Scenedesmusresistentes a procesos de eutrofización, y alta concentración de coliformes fecales, de hasta 24,000 NMP/100 ml, evidenciaron la baja calidad de agua que se presenta en el lago de Amatitlán. En época seca se encontró más diversidad de microalgas debido a la mayor incidencia de radiación solar, el poco recambio de agua y la acumulación de materia orgánica. Aunque esto varía con los cambios en la concentración de nitrógeno total (NT) y fosforo total (PT), que potencian la proliferación de cianobacterias tóxicas. La biodiversidad del lago fue baja debido al estado hipereutrófico en que se encuentra. Se recomienda poner en funcionamiento plantas de tratamiento de aguas residuales para evitar que esta problemática continúe.

A study was carried out on the composition and abundance of phytoplankton in Amatitlán lake, and the effect of water quality on its biodiversity. For this, water samples were collected at four specific points in the lake, on the water surface and at depths of 5, 10 and 20 m, in a monthly way during 2017. Physicochemical parameters were measured in situ such as temperature and pH. Likewise, cyanobacteria and microalgae were identified and accounted. The trophic state index (IETP) cataloged the lake as eutrophic and hypertrophic (IETP = 63.80-88.18). 34 genera of phytoplankton distributed in 30 families, 17 orders and 10 classes are reported. Biological indicators, such as Microcystis algal blooms (38.41%), low diatom diversity (Nitzschia, Aulacoseira and Cyclotella), presence of Nitzschia and Scenedesmus microalgae resistant to eutrophication processes, and high concentration of fecal coliforms, up to 24,000 NMP/100 ml, evidenced the low quality of water that occurs in lake Amatitlán. In the dry season, more microalgae diversity was found due to the higher incidence of solar radiation, little water change and the accumulation of organic matter. Even though this varies with changes in the concentration of total nitrogen (NT) and total phosphorus (PT), which enhance the proliferation of toxic cyanobacteria. The lake's biodiversity was low due to its hypereutrophic state. We recommend to put this wastewater treatment plants into operation to prevent this problem to continue.

Determinación preliminar de triclosán por espectroscopia UV-Vis en aguas residuales de la ciudad de Guatemala / Preliminary determination of triclosan by UV-Vis spectroscopy in wastewater from Guatemala city

Estimar el grado de remoción de contaminantes emergentes en el proceso de tratamiento de aguas residuales es de importancia para evaluar la efectividad de las técnicas empleadas en la actualidad. El triclosán (TCS) es un agente antimicrobiano sintético de amplio espectro, estudios recientes sugieren que presenta elevado potencial como interruptor endocrino. Se determinó la concentración de TCS en cuatro muestras de aguas residuales obtenidas en diferentes etapas del proceso de tratamiento de aguas en la Planta Piloto para el Tratamiento de Aguas Residuales Ingeniero Arturo Pazos Sosa (IAPS). Las muestras de agua fueron filtradas en membrana, tratadas por adición de TCS estándar y formación de un compuesto complejo coloreado amarillo-café cuya absorbancia a 475 nm fue registrada en un espectrofotómetro Cary® 50 UV-Vis. Se identificó la presencia de TCS en concentraciones por arriba de 200 µg/L en tres diferentes etapas del tratamiento de aguas residuales en la planta piloto IAPS lo que permitió concluir que el grado de remoción de TCS en esta planta de tratamiento de aguas osciló entre 31 y 95% dependiendo de la etapa de tratamiento, sin embargo el agua del efluente de la planta no puede considerarse como potable ya que la concentración de TCS determinada en este estudio sobrepasa por al menos un orden de magnitud de diez los niveles a los cuales no se han reportado efectos adversos hacia organismos vivos.

Estimating the degree of contaminants' removal during wastewater treatment is important to evaluate the effectiveness of the current treatment techniques. Triclosan (TCS) is a synthetic broad spectrum antimicrobial agent and recent investigations suggest that this compound has high potential as endocrine disruptor. The concentration of TCS was measured in four wastewater samples obtained at different processing steps at the Ingeniero Arturo Pazos Sosa (IAPS) pilot plant. The wastewater samples were treated by membrane filtration, standard addition of TCS and the subsequent formation of a brown-yellow colored complex, whose absorbance at 475nm was measured in a Cary 50® UV-Vis spectrophotometer. TCS was found at concentrations over 200 µg/L in three different phases of the wastewater treatment at the IAPS plant. In conclusion, the degree of TCS removal in this plant was between 31 and 95% depending on the treatment stage. However plant effluent cannot be considered potable since the TCS concentration found in this study is at least ten times higher than those at which adverse effects to living organisms have not been detected.

Evaluación del impacto antrópico sobre la calidad del agua del arroyo Las Piedras, Quilmes, Buenos Aires, Argentina / Assessment of anthropogenic impact on water quality of the stream Las Piedras, Quilmes, Buenos Aires, Argentina / Avaliação do impacto antropogénico na qualidade da água do riacho Las Piedras, Quilmes, Buenos Aires, Argentina

El marcado deterioro de los cuerpos de agua superficiales hace prioritaria su evaluación para su adecuada gestión, incluyendo acciones de control y mitigación del nivel de contaminación y el riesgo sanitario asociado. Si bien cada curso de agua posee características y problemáticas naturales y ambientales específicas, los arroyos situados sobre el conurbano bonaerense comparten algunas características comunes que se presentan en este estudio. A tal efecto, se plantea determinar y evaluar los factores antrópicos que afectan directa o indirectamente la calidad del agua del arroyo Las Piedras en el partido de Quilmes, mediante la caracterización físico-química y microbiológica de sus aguas, además de la aplicación de índices de calidad (ICA) y de contaminación (ICOMO). Mediante el uso de estas herramientas se manifestó un potencial y grave problema de degradación del arroyo y su entorno, debido principalmente a la carencia de servicios de saneamiento, al vertido de aguas residuales sin tratamiento previo o inadecuado que generan especialmente contaminación fecal de sus aguas, y a basurales y quemazones en sus márgenes, creando así sitios puntuales de contaminación y diseminación de plagas, potenciales focos infecciosos.

The strong deterioration of surface water makes its assessment priority for proper management, including actions to control and mitigate the level of contamination and associated health risks. While each watercourse has natural characteristics and specific environmental issues, streams located on the Buenos Aires metropolitan area share some common characteristics presented in this study. To this end it is proposed to determine and evaluate the human factors that directly or indirectly affect the water quality of the river Las Piedras in Quilmes, by physico-chemical and microbiological characteristics of the water in addition to the application of quality indices (ICA) and pollution (ICOMO). By using these tools a potential and serious problem degradation of the stream and its surroundings appeared, mainly due to lack of sanitation, the discharge of wastewater without prior or inadequate treatment especially generating fecal contamination of the water, and garbage dumps and burnings at its margins, creating specific sites of contamination and spread of pests, potential infectious foci.

A acentuada deterioração dos corpos de água superficiais torna prioritária sua avaliação para uma gestão adequada, incluindo ações para controlar e mitigar o nível de contaminação e o risco sanitário associado. Embora cada curso de água tenha características e problemáticas naturais e ambientais específicas, arroios localizados na área metropolitana da província de Buenos Aires compartilham algumas características comuns apresentadas neste trabalho. Para tal, propõe-se determinar e avaliar os fatores antrópicos que afetam direta ou indiretamente a qualidade da água do arroio Las Piedras, em Quilmes, através da caracterização físico-química e microbiológica das suas águas, além da aplicação de índices de qualidade (ICA) e de contaminação (ICOMO). Com a utilização destas ferramentas, um potencial e grave problema de degradação do arroio e de seu ambiente surgiu, principalmente causado pela falta de serviços de saneamento, pela descarga de águas residuais sem tratamento prévio ou inadequado, gerando especialmente contaminação fecal de suas águas, e pelos depósitos de lixo e queimadas em suas margens, criando assim lugares específicos de contaminação e disseminação de pragas, potenciais focos infecciosos.

Cytotoxicity assays to evaluate tannery effluents treated by photoelectrooxidation / Ensaios de citotoxicidade na avaliação de efluentes de curtume tratados por fotoeletrooxidação

The advanced oxidation process (AOP) is used to increase the treatment efficiency of effluents however, it is necessary to compare the toxicity of treated and untreated effluents to evaluate if the decontamination process does not cause any biological harm. Cultured cells have been previously used to assess the genotoxic and cytotoxic potential of various compounds. Hence, the aim of this work was to assess the applicability of cytotoxicity assays to evaluate the toxicity related to the AOP treatment. Samples of an industrial effluent were collected after their treatment by a conventional method. Cytotoxicity of standard and AOP treated effluents was assessed in CRIB and HEp-2 cell line using the MTT and neutral red assays. We observed decrease at cell viability in the both assays (50% MTT and 13% NRU) when cells were exposed to the AOP treatment in the highest concentration. Thus, cytotoxic assays in cultured cells can be explored as an useful method to evaluate toxicity as well as to optimize effluents treatment process.

Resumo O processo de oxidação avançada (POA) tem sido usado para aumentar a eficiência do tratamento de efluentes; no entanto, é necessário comparar a toxicidade de efluentes tratados e não tratados para avaliar se o processo de descontaminação não é capaz de causar algum risco biológico. Cultivos celulares têm sido utilizados para avaliar o potencial genotóxico e citotóxico de vários compostos. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicabilidade de ensaios de citotoxicidade para avaliar a toxicidade relacionada ao tratamento com POA. As amostras de um efluente industrial foram recolhidas após o tratamento por um método convencional. A citotoxicidade dos efluentes padrão e tratado com POA foi avaliada nas linhagens celulares CRIB e HEp-2 usando os ensaios do MTT e do vermelho neutro. Observou-se diminuição da viabilidade celular em ambos os ensaios (50% MTT e 13% VN) quando as células foram expostas à concentração mais elevada do efluente tratado com POA. Assim, os ensaios de citotoxicidade em cultivos celulares podem ser explorados como um método útil para avaliar a toxicidade, bem como para otimizar os processos de tratamento de efluentes.

Toxicity effects of nickel electroplating effluents treated by photoelectrooxidation in the industries of the Sinos River Basin / Avaliação do efeito tóxico de efluentes oriundos da indústria galvânica na região da Bacia do Rio dos Sinos após o tratamento pelo processo de fotoeletrooxidação

The Sinos river Basin is an industrial region with many tanneries and electroplating plants in southern Brazil. The wastewater generated by electroplating contains high loads of salts and metals that have to be treated before discharge. After conventional treatment, this study applied an advanced oxidative process to degrade organic additives in the electroplating bright nickel baths effluent. Synthetic rinsing water was submitted to physical-chemical coagulation for nickel removal. The sample was submitted to ecotoxicity tests, and the effluent was treated by photoelectrooxidation (PEO). The effects of current density and treatment time were evaluated. The concentration of total organic carbon (TOC) was 38% lower. The toxicity tests of the effluent treated using PEO revealed that the organic additives were partially degraded and the concentration that is toxic for test organisms was reduced.

A Bacia do Rio dos Sinos é uma região do Sul do Brasil que sedia um importante pólo da indústria coureiro-calçadista incluindo, desde o beneficiamento das peles, em curtumes, à fabricação dos acessórios, em indústrias metalúrgicas e de galvanoplastia. O efluente gerado por processos galvânicos contém carga elevada de sais e metais que devem ser tratados antes do descarte. Neste artigo foi avaliada a aplicação de um processo oxidativo avançado após o tratamento convencional do efluente, visando degradar os aditivos orgânicos presentes nos efluentes dos banhos de eletrodeposição de níquel brilhante. Um efluente sintético foi tratado pelo processo físico-químico de coagulação para a remoção do níquel. A amostra foi, então, submetida a testes de ecotoxicidade e, em seguida, o efluente foi tratado pelo processo de fotoeletrooxidação (FEO). A influência da densidade de corrente e o tempo de tratamento foram avaliados. Foi verificada uma redução de carbono orgânico total superior a 38%. Os ensaios de ecotoxicidade para o efluente tratado por fotoeletroxidação indicaram que a FEO degradou parcialmente os aditivos orgânicos e reduziu a concentração que provoca efeitos tóxicos para os organismos teste.