influence of magnetic field on polyhydroxyalkanoate production by activated sludge

[ ' p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ( p h a s ) a r e n a t u r a l l y o c c u r r i n g p o l y e s t e r t h a t c a n b e a c c u m u l a t e d i n b a c t e r i a l c e l l s a s a c a r b o n a n d e n e r g y s t o r a g e c o m p o u n d . t h e y a r e m e t a b o l i z e d b y m a n y m i c r o o r g a n i s m s . t h e s e b i o p o l y m e r s a c c u m u l a t e i n m i c r o b i a l c e l l s u n d e r s t r e s s c o n d i t i o n s s u c h a s l i m i t a t i o n o f n i t r o g e n ' , ' p h o s p h a t e ' , ' s u l f u r ' , ' o x y g e n ' , ' a n d e x c e s s c a r b o n s o u r c e . c u r r e n t l y ' , ' p h a s h a v e a t t r a c t e d i n c r e a s i n g i n t e r e s t a s p r o m i s i n g a l t e r n a t i v e s t o c o n v e n t i o n a l p l a s t i c s . t h i s i s d u e t o t h e i r b i o d e g r a d a b i l i t y c a p a b i l i t y i n b e i n g p r o d u c e d f r o m r e n e w a b l e r e s o u r c e s . r n t h e m a j o r b a r r i e r t o w i d e a p p l i c a t i o n o f p h a s i s t h e i r c u r r e n t h i g h c o s t . b i o l o g i c a l w a s t e w a t e r t r e a t m e n t i s i n w i d e u s e i n t h e w o r l d ' , ' a n d p r o d u c e d l a r g e a m o u n t s o f a c t i v a t e d s l u d g e t h a t r e q u i r e s s o m e w a y o f d i s p o s a l . m o r e o v e r ' , ' s o m e o r g a n i s m s i n a c t i v a t e d s l u d g e a r e k n o w n t h a t t h e y h a v e a b i l i t y t o a c c u m u l a t e p h a . c o n s e q u e n t l y ' , ' i t i s i n t u i t i v e l y o b v i o u s t h a t p r o d u c t i o n o f p h a s f r o m e x c e s s a c t i v a t e d s l u d g e w o u l d b e a b e n e f i c i a l e c o n o m i c a l p r o c e s s . r n a n u m b e r o f s t u d i e s h a v e b e e n c a r r i e d o u t o n i n f l u e n c e o f m a g n e t i c f i e l d o n b a c t e r i a l a c t i v i t y ' , ' r e m o v a l o f c h e m i c a l o x y g e n d e m a n d ( c o d ) ' , ' s e d i m e n t a t i o n o f a c t i v a t e d s l u d g e a n d e t c . s o m e o f t h e s e s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t a m a g n e t i c f i e l d t e n d e d t o i n c r e a s e b a c t e r i a l a c t i v i t y a n d t h i s e f f e c t w a s f a r m o r e n o t i c e a b l e i n h e t e r o g e n e o u s c u l t u r e ( w a s t e w a t e r ) t h a n i n p u r e c u l t u r e . b u t ' , ' t h e r e s u l t s o f a l l r e s e a r c h e s a b o u t i n f l u e n c e o f m a g n e t i c f i e l d o n m i c r o o r g a n i s m p e r f o r m a n c e w e r e i n c o n s i s t e n t . s o m e o f t h e m s h o w e d n e g a t i v e a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n p h a p r o d u c t i o n . o n e o f t h e m i n d i c a t e d t h a t p o s i t i v e a n d n e g a t i v e e f f e c t o f m a g n e t i c f i e l d o n p h a p r o d u c t i o n d e p e n d e d o n t h e i n t e n s i t y o f m a g n e t i c f i e l d . i n t h i s s t u d y ' , ' w e a t t e m p t e d t o s h o w t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t i n t e n s i t i e s o f m a g n e t i c f i e l d o n p h a p r o d u c t i o n b y a c t i v a t e d s l u d g e . w e s t u d i e d i n f l u e n c e o f m a g n e t i c f i e l d w i t h i n t e n s i t y o f 0 ' , 5 , 1 0 , 1 5 , 2 0 , 2 5 , ' a n d 5 0 m t . r n m a t e r i a l a n d m e t h o d s r n s e v e n b a t c h r e a c t o r s ' , ' w i t h i n d i v i d u a l w o r k i n g v o l u m e o f 1 l w e r e u s e d f o r t h i s e x p e r i m e n t . i n t h e s e s y s t e m s ' , ' e x c e s s a c t i v a t e d s l u d g e ' , ' w i t h s l u d g e r e t e n t i o n t i m e ( s r t ) o f 5 d a y s ' , ' w a s t r a n s f e r r e d i n t o t h e r e a c t o r s . a c t i v a t e d s l u d g e w a s c o l l e c t e d f r o m m u n i c i p a l w a s t e w a t e r p l a n t i n k e r m a n c i t y ' , ' i r a n . s e w a g e c a n n o t p r o d u c e t h e p o l y m e r a l o n e ' , ' u p o n a c t i v a t e d s l u d g e w a s f e d w i t h s o d i u m a c e t a t e ( a s e x c e s s c a r b o n s o u r c e ) ' , ' w i t h c o n c e n t r a t i o n o f 3 0 0 0 m g l ' , 1 , ' a t a l e v e l . r e a c t o r s w e r e a e r a t e d w i t h a i r c o m p r e s s o r s a n d o x y g e n r a t e w a s 1 l m i n ' , ' 1 . t h e a c t i v a t e d s l u d g e i n b a t c h r e a c t o r s w e r e s a m p l e d a t r e g u l a r i n t e r v a l s a n d t h e a m o u n t s o f p h a w e r e d e t e r m i n e d . t h e r e a c t o r s w e r e o p e r a t e d u n d e r t h e s e v e n d i f f e r e n t m a g n e t i c f i e l d s ' , ' w i t h o u t p h a n d t e m p e r a t u r e c o n t r o l . t h e m a g n e t i c f i e l d s w e r e g e n e r a t e d b y m a g n e t s a n d t h e i r i n t e n s i t i e s w e r e m e a s u r e d b y t e s l a m e t e r . r n f o r m e a s u r i n g o f p h a ' , ' 5 m l o f s a m p l e s w e r e c e n t r i f u g e d a t 6 0 0 0 r p m i n 3 0 m i n . t h e n 2 m l o f c h l o r o f o r m a n d 1 m l o f a c i d i f i e d m e t h a n o l c o n t a i n i n g b e n z o i c a c i d a s t h e i n t e r n a l s t a n d a r d w a s a d d e d t o t h e d e p o s i t s l u d g e . s a m p l e s w e r e h e a t e d f o r 2 h o u r s a t 1 0 0 ˚ c b y c o d r e a c t o r ( m o d e l w t w ) . a f t e r c o o l i n g ' , ' 1 m l o f d i s t i l l e d w a t e r w a s a d d e d a n d t h e y w e r e s h a k e n f o r 1 m i n t o s e p a r a t e p h a s e s . t h e n ' , ' 2 μ l o f b o t t o m p h a s e w a s i n j e c t e d i n t o g a s c h r o m a t o g r a p h ( m o d e l v a r i a n c p 3 8 0 0 ) a t 2 5 0 ˚ c ' , ' w h i c h w a s e q u i p p e d w i t h a f l a m e i o n i z a t i o n d e t e c t o r ( f i d ) a n d c o l u m n ( c a p i l a r y c p – s i l 8 c p ' , ' 3 0 m × 1 μ m ) . t h e d e t e c t o r t e m p e r a t u r e w a s 2 8 0 ˚ c . h e l i u m w a s u s e d a s t h e c a r r i e r g a s . i n i t i a l o v e n t e m p e r a t u r e w a s 8 0 ˚ c w h i c h w a s h e l d c o n s t a n t f o r 1 m i n . t h e n ' , ' t h e t e m p e r a t u r e w a s i n c r e a s e d t o 1 5 0 ˚ c a t a r a t e o f 2 5 ˚ c / m i n a n d r e t a i n e d f o r 1 m i n . c a l i b r a t i o n s o f p h a w e r e d o n e w i t h a s t a n d a r d p o l y ( 3 ' , ' h y d r o x y b u t y r i c ' , ' c o ' , 3 , ' h y d r o x y v a l e r i c a c i d ) ( 1 2 w t % p h v ) ( s i g m a ' , ' u s a ) . r n d i s c u s s i o n a n d r e s u l t r n a c c e s s o f m i c r o o r g a n i s m s t o o x y g e n c a n b e a n o b s t a c l e f o r p h a p r o d u c t i o n . t h e r e f o r e ' , ' i n o r d e r t o a c h i e v e i d e a l a e r a t i o n t i m e f o r c o n t r o l s a m p l e ' , ' a c t i v a t e d s l u d g e w a s s a m p l e d i n d e f i n e d t i m e s d u r i n g 4 8 h o u r s f o r m e a s u r e m e n t o f p h a . t h e r e s u l t s o f t h i s s t e p s h o w e d t h a t i n c r e a s i n g a e r a t i o n t i m e c a u s e s f o o d r e s t r i c t i o n o n t h e m i c r o o r g a n i s m a n d c o n d i t i o n s a r e p r o v i d e d t o p r o d u c e m o r e p o l y m e r s . t h e h i g h e s t a m o u n t o f p h a w a s 0 . 6 g . l ' , ' 1 . t h i s o c c u r r e d a f t e r 3 0 h o u r s o f a e r a t i o n . a f t e r t h i s t i m e ' , ' m i c r o o r g a n i s m e n t e r e d i n t o d e a t h p h a s e a n d m i c r o b i a l p o p u l a t i o n w a s c h a n g e d . t h u s ' , ' t h e b e s t p o s i t i o n t o p h a p r o d u c t i o n i s s t a t i o n a r y p h a s e . i n o t h e r w o r d s ' , ' a c t i v a t e d s l u d g e i n t h i s p h a s e p r o d u c e b i o p o l y m e r m o r e t h a n d e a t h p h a s e . r n w e i n v e s t i g a t e d i n f l u e n c e o f m a g n e t i c f i e l d i n t e n s i t y o f 5 ' , 1 0 , 1 5 , 2 0 , 2 5 , ' a n d 5 0 m t o n p h a p r o d u c t i o n . t h e r e s u l t s o f t h i s s t u d y w e r e s i m u l t a n e o u s l y c o m p a r e d w i t h t h e r e s u l t s o f p h a p r o d u c t i o n w i t h o u t t h e m a g n e t i c f i e l d ( c o n t r o l s a m p l e ) . t h e s e r e s u l t s d e m o n s t r a t e d t h a t t h e m a g n e t i c e x p o s u r e h a d d e f i n i t e l y i n f l u e n c e d t h e p h a c o n t e n t a n d i t w a s d e p e n d e d o n m a g n e t i c f i e l d i n t e n s i t y . t h e m a x i m u m p h a c o n t e n t r e a c h e d 0 . 7 5 g l ' , ' 1 a t 2 0 m t . t h i s w a s 2 5 % h i g h e r t h a n t h a t o f t h e c o n t r o l a n d t h e m i n i m u m o c c u r r e d a t 5 0 m t ' , ' w h i c h i s e q u i v a l e n t t o 0 . 5 5 g l ' , ' 1 ( f i g . 1 ) . r n x a 0 r n x a 0 r n f i g u r e 1 . i n f l u e n c e o f m a g n e t i c f i e l d o n p h a p r o d u c t i o n r n x a 0 r n i n t h e g e n e r a l c a s e ' , ' i n t h i s r e s e a r c h ' , ' m a g n e t i c f i e l d i n t e n s i t i e s w a s l e s s t h a n 2 0 m t a n d i n c r e a s e d p h a c o n t e n t ( p o s i t i v e e f f e c t ) . t h e m a g n e t i c f i e l d i n t e n s i t y h i g h e r t h a n 2 0 m t h a d n e g a t i v e e f f e c t s o n p h a p r o d u c t i o n . t h e r e a s o n o f t h i s i n c o n s i s t e n t i s t h e e f f e c t o f m a g n e t i c f i e l d o n e n z y m e b e h a v i o r a l c h a n g e i n m i c r o o r g a n i s m & a p o s ; s c e l l ' , ' m i c r o o r g a n i s m & a p o s ; s p e r f o r m a n c e ' , ' b a c t e r i a l a c t i v i t y ' , ' s u b s t r a t e c o n s u m p t i o n r a t e ' , ' l i p i d s o l u b i l i t y o f t h e s u b s t r a t e i n c e l l m e m b r a n e a n d e t c . r n t h e r e s u l t s a l s o s h o w e d t h a t m a g n e t i c f i e l d i n f l u e n c e d t y p e a n d a m o u n t o f m o n o m e r s i n c o p o l y m e r p h a . t y p e a n d a m o u n t o f m o n o m e r s w e r e s t u d i e d a t 2 0 a n d 5 0 m t . s i n c e ' , ' b i o s y n t h e s i s o f p o l y h y d r o x y b u t y r a t e ( p h b ) a n d p o l y h d r o x y v a l e r a t e ( p h v ) a r e s i m i l a r t o g e t h e r b u t w i t h d e f e r e n t e n z y m e s . t h e m a g n e t i c f i e l d m a y a c c e l e r a t e e l e c t r o n m o t i o n d u r i n g e n z y m a t i c p r o c e s s e s . t h e r e s u l t o f t h i s i s a n i n c r e a s e i n t h e a c t i v i t y o f s o m e e n z y m e s . a t 2 0 a n d 5 0 m t ' , ' a m o u n t o f h b w e r e 7 4 a n d 2 4 % a n d t h e a m o u n t o f h v w e r e 2 6 a n d 7 6 % ' , ' r e s p e c t i v e l y ( f i g . 2 ) . r n p h b a n d p h v b i o s y n t h e t i c p r o c e s s e s a r e q u i t e s i m i l a r t o g e t h e r ' , ' b u t t h e y a r e d o n e b y d i f f e r e n t e n z y m e s . i n s o m e p r e v i o u s r e s e a r c h e s ' , ' e f f e c t o f m a g n e t i c f i e l d o n a c t i v i t y o f e n z y m e a n d e n z y m e r e a c t i o n h a s b e e n c o n f i r m e d . b l a n c h a r d a n d b l a c k m a n c e r t i f i e d t h a t m a g n e t i c f i e l d i n f l u e n c e d o n p e r f o r m a n c e o f e n z y m e s a n d t h e i r p o t e n t i a l . o n t h e o t h e r h a n d ' , ' t h e r e w e r e a l w a y s u n p a i r e d e l e c t r o n s d u r i n g i n b i o l o g i c a l p r o c e s s o f e n z y m a t i c r e a c t i o n s ' , ' w h e r e e x p o s u r e t o m a g n e t i c f i e l d c o u l d i n f l u e n c e t h e r e a c t i o n b y c h a n g i n g t h e e l e c t r o n s s p i n s t a t e . t h e i n f l u e n c e o f m a g n e t i c f i e l d o n e n z y m e s w i l l c h a n g e t h e r e a c t i o n . r n x a 0 r n x a 0 r n f i g u r e 2 . t y p e a n d a m o u n t o f m o n o m e r s i n c o p o l y m e r p h a r n x a 0 r n c o n c l u s i o n r n a c c o r d i n g t o t h e m a g n e t i c f i e l d e f f e c t o n t h e t y p e a n d a m o u n t o f m o n o m e r s i n c o p o l y m e r p h a a n d t h e a i m s o f u s i n g m a g n e t i c f i e l d ( i n c r e a s i n g p r o d u c t i o n o f c o p o l y m e r p h a i n c o m p a r i s o n w i t h t h e c o n t r o l s a m p l e o r i n c r e a s i n g p r o d u c t i o n o f s p e c i f i c m o n o m e r i n c o p o l y m e r ' , ' r e g a r d l e s s t h e i r p o s i t i v e a n d n e g a t i v e e f f e c t o n p h a p r o d u c t i o n ) r e c o m m e n d e d t h a t t h e e f f e c t o f m a g n e t i c f i e l d w a s i n v e s t i g a t e d f o r e v e r y c u l t u r e s e p a r a t e l y . 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