Modelling of chlorophyll-a and Microcystis aeruginosa decay under the effect of different oxidants in culture media

  • Ivan Juárez 1. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad Nacional de La Plata, Argentina; 2. Área de Toxicología General, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
  • Jorge Oswaldo Aranda Área de Toxicología General, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
  • Sandro Goñi Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad Nacional de La Plata, Argentina
  • Melina Celeste Crettaz-Minaglia Área de Toxicología General, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
  • Daniela Sedan Área de Toxicología General, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
  • Darío Andrinolo Área de Toxicología General, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
  • Tomás Lombardo Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral (IDEHU), Cátedra de Inmunología de la Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Argentina
  • Guillermo Blanco Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral (IDEHU), Cátedra de Inmunología de la Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Argentina
  • Leda Giannuzzi 1. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad Nacional de La Plata, Argentina; 2. Área de Toxicología General, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
Keywords: Microcystis aeruginosa, microcystin, mathematical model, oxidants, chlorophyll-a decay, Weibull model

Abstract

Blooms of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa are common in many eutrophic freshwater bodies and pose a serious threat to water quality, potentially giving rise to high turbidity, food web alterations, increased production of toxic microcystin (MC-LR) and odorous compounds. The comparative effectiveness of oxidant treatment of M. aeruginosa cells in culture media was evaluated by applying a mathematical model of chlorophyll-a (Chl-a), cells and MC removal. The oxidants were chlorine (1–5 mg∙L-1), hydrogen peroxide (HP: 50–150 mg∙L-1), percitric acid (PCA: 10–50 mg∙L-1), and peracetic acid (PAA: 1.5–7.5 mg∙L-1). The Weibull distribution model was applied to assess the degree of inactivation of M. aeruginosa viability under different oxidant treatments. First-order kinetics was successfully applied to the experimental data for Chl-a decay. Using the Weibull model, it was possible to predict the required exposure time (Tr) for oxidants to achieve a 99.9% reduction in viable M. aeruginosa cells with respect to the initial value. 5 mg∙L-1 chlorine produced a 81% degradation of [D-Leu1] MC-LR after 72 h, with an exposure time (Tr) of 141 h. Among the peroxide treatments (HP, PCA and PAA), PCA (10–50 mg∙L-1) produced the highest level of [D-Leu1] MC-LR degradation (39–79%), with low exposure times (Tr = 119–125 h). Chl-a concentration and M. aeruginosa counts for each oxidant treatment were highly correlated and successfully linked by a cubic polynomial. This is the first modelling report of M. aeruginosa decay by oxidant treatments.

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Published
2020-07-28
Section
Research paper