Impact of recharge water temperature on bioclogging during managed aquifer recharge: a laboratory study

To investigate the effect of recharge water temperature on bioclogging processes and mechanisms during seasonal managed aquifer recharge (MAR), two groups of laboratory percolation experiments were conducted: a winter test and a summer test. The temperatures were controlled at 52 and 153 degrees C, and the tests involved bacterial inoculums acquired from well water during March 2014 and August 2015, for the winter and summer tests, respectively. The results indicated that the sand columns clogged 10 times faster in the summer test due to a 10-fold larger bacterial growth rate. The maximum concentrations of total extracellular polymeric substances (EPS) in the winter test were approximately twice those in the summer test, primarily caused by a 200 g/g sand increase of both loosely bound EPS (LB-EPS) and tightly bound EPS (TB-EPS). In the first half of the experimental period, the accumulation of bacteria cells and EPS production induced rapid bioclogging in both the winter and summer tests. Afterward, increasing bacterial growth dominated the bioclogging in the summer test, while the accumulation of LB-EPS led to further bioclogging in the winter test. The biological analysis determined that the dominant bacteria in experiments for both seasons were different and the bacterial community diversity was 50% higher in the winter test than that for summer. The seasonal inoculums could lead to differences in the bacterial community structure and diversity, while recharge water temperature was considered to be a major factor influencing the bacterial growth rate and metabolism behavior during the seasonal bioclogging process. ResumeAfin d'etudier l'effet de la temperature de l'eau de recharge sur les processus et les mecanismes de colmatage biologique lors de la recharge artificielle saisonniere d'un aquifere (MAR), deux groupes de tests de percolation ont ete menes en laboratoire : un test d'hiver et un test d'ete. Les temperatures ont ete controlees a environ 52 degrees C et a environ 15 +/- 3 degrees C, et les tests ont integre l'introduction d'inoculum bacteriens issus de l'eau du forage, prelevee en mars 2014 et en aout 2015, respectivement pour les tests d'hiver et d'ete. Les resultats indiquent que les colonnes de sable se colmatent 10 fois plus rapidement lors du test d'ete en raison d'un taux de croissance bacterienne 10 fois plus eleve. Les concentrations maximales de substances polymeres extracellulaires (SPE) totales pour le test d'hiver ont ete a peu pres deux fois superieures par rapport au test d'ete, essentiellement dues a une augmentation d'environ 200 g/g de sable, que ce soit pour les SPE faiblement liees et pour les SPE fortement liees. Dans la premiere moitie de la periode d'experimentation, l'accumulation de cellules bacteriennes et la production de SPE ont induit un colmatage biologique rapide, que ce soit pour les tests d'hiver et pour ceux d'ete. Par la suite, le developpement bacterien a domine le colmatage biologique lors du test d'ete, tandis que l'accumulation de SPE faiblement liees a donne lieu a un colmatage biologique complementaire lors du test d'hiver. Les analyses biologiques ont montre que les bacteries dominantes lors des experimentations pour les deux saisons n'etaient pas les memes, et que la diversite des populations bacteriennes etait superieure d'environ 50% en hiver, par rapport a l'ete. Les inoculum saisonniers pourraient mener a des differences dans la structure et la diversite des communautes bacteriennes, tandis que la temperature de l'eau de recharge a ete consideree comme etant un facteur majeur d'influence du taux de croissance bacterienne et de leur metabolisme durant les processus de colmatage saisonnier. Resumen Se realizaron dos grupos de experimentos de percolacion de laboratorio para investigar el efecto de la temperatura del agua de recarga en los procesos y mecanismos de obstruccion biologica durante la recarga de acuiferos con un manejo estacional (MAR): una prueba de invierno y una prueba de verano. Las temperaturas se controlaron a 5 +/- 2 y 15 +/- 3 degrees C, y las pruebas incluyeron inoculos bacterianos adquiridos en agua de pozo durante marzo de 2014 y agosto de 2015, para las pruebas de invierno y verano, respectivamente. Los resultados indicaron que las columnas de arena se obstruyeron 10 veces mas rapido en la prueba de verano debido a una tasa de crecimiento bacteriano 10 veces mayor. Las concentraciones maximas de sustancias polimericas extracelulares totales (EPS) en la prueba de invierno fueron aproximadamente el doble que en la prueba de verano, causadas principalmente por un 200 g/g de aumento de arena tanto de EPS (LB-EPS) levemente ligada como de EPS fuertemente ligada (TB-EPS). En la primera mitad del periodo experimental, la acumulacion de celulas bacterianas y la produccion de EPS indujeron a una obstruccion biologica rapida en las pruebas de invierno y verano. Posteriormente, el aumento del crecimiento bacteriano domino la obstruccion biologica en la prueba de verano, mientras que la acumulacion de LB-EPS condujo a una mayor obstruccion biologica en la prueba de invierno. El analisis biologico determino que las bacterias dominantes en los experimentos para ambas estaciones eran diferentes y que la diversidad de la comunidad bacteriana era 50% mas alta en la prueba de invierno que la del verano. Los in