Bir Yukarı Akış Anaerobik Çamur Battaniyesi Reaktörde Deniz tortulları ve Trikloretilen Azaltma gelen Sulfidogenic Çamur Gelişimi
Summary
Microbial sulfate reduction is a process of great importance in environmental biotechnology. The success of the sulfidogenic reactors depends among other factors on the microbial composition of the sludge. Here, we present a protocol to develop sulfidogenic sludge from hydrothermal vents sediments in a UASB reactor for reductive dechlorination purposes.
Abstract
The importance of microbial sulfate reduction relies on the various applications that it offers in environmental biotechnology. Engineered sulfate reduction is used in industrial wastewater treatment to remove large concentrations of sulfate along with the chemical oxygen demand (COD) and heavy metals. The most common approach to the process is with anaerobic bioreactors in which sulfidogenic sludge is obtained through adaptation of predominantly methanogenic granular sludge to sulfidogenesis. This process may take a long time and does not always eliminate the competition for substrate due to the presence of methanogens in the sludge. In this work, we propose a novel approach to obtain sulfidogenic sludge in which hydrothermal vents sediments are the original source of microorganisms. The microbial community developed in the presence of sulfate and volatile fatty acids is wide enough to sustain sulfate reduction over a long period of time without exhibiting inhibition due to sulfide.
This protocol describes the procedure to generate the sludge from the sediments in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) type of reactor. Furthermore, the protocol presents the procedure to demonstrate the capability of the sludge to remove by reductive dechlorination a model of a highly toxic organic pollutant such as trichloroethylene (TCE). The protocol is divided in three stages: (1) the formation of the sludge and the determination of its sulfate reducing activity in the UASB, (2) the experiment to remove the TCE by the sludge, and (3) the identification of microorganisms in the sludge after the TCE reduction. Although in this case the sediments were taken from a site located in Mexico, the generation of a sulfidogenic sludge by using this procedure may work if a different source of sediments is taken since marine sediments are a natural pool of microorganisms that may be enriched in sulfate reducing bacteria.
Introduction
Çevre biyoteknolojisi en önemli katkılardan biri (aşı) kullanılan çamur sülfat indirgeyici koşullar altında gerçekleştirmek mümkün olduğu içinde Biyoreaktörlerin tasarım oldu. Sülfat azalma (SR) COD, ağır metaller ve organik kirletici maddeler, SR çamur 1 bir arzu edilen özellik yapan bir olgu eşzamanlı çıkarılması ek olarak, sülfat yüksek konsantrasyonda içerir atık su akışlarının tedavi edilmesine imkan verir. Sülfat ile kontamine atık bazı örnekler tabakhane, kağıt, ilaç ve kimyasal imalat sanayi 1 geliyor. Bununla birlikte, literatürde en metan zerre çamur sulfidogenesis 2 uyarlanmıştır zaman çamuru sulfidogenic değinmektedir. Bu adaptasyon yaygın COD / biyoreaktörde SO 4 2- oranı manipüle ve çamur 2,3 olarak metanojenler inhibe kimyasallar eklenerek elde edilir. M uzun bir süre ilave olarakay sulfidogenic granüllerin oluşmasını gerektirir metanojenler ve sülfat redüktör ve sülfürün yüksek konsantrasyonlarda çamurun tolerans arasındaki rekabet biyoreaktör kullanılan sulfidogenic çamur uyarlanması elde edilir, eğer ortaya çıkabilecek temel sorunlardan bazıları ağırlıklı olarak metan çamur indirgeme koşulları sülfata. Bu çalışmada, akışlı anaerobik çamur yataklı reaktörde (UASB) hidrotermal delikleri çökelleri (Punta Mita, Nayarit, Meksika) ağırlıklı sulfidogenic çamur elde etmek için prosedürü açıklar, o zaman biz zaman içinde etkinliğini azaltarak onun sülfat değerlendirmek ve bir deney indirgeyici deklorinasyonu üzerinde uygulama değerlendirmek için. O sitede nedeniyle söz konusu yerde 4 yaşayan mikrobiyal topluluğun sergilediği sülfat azaltıcı aktivite sülfidlerin oluşumunu olduğu rapor edilmiştir çünkü sedimanlar yeri seçildi.
Sever varsulfidogenesis için metanojenik taneli çamur adapte üzerinde çökelleri bu sulfidogenic çamur elde al avantajları. Bu avantajlardan bazıları şunlardır: (1) (3) vardır olan çamur adapte metan çamur ile çalışan diğerleri UASB göre sülfid göreceli olarak yüksek konsantrasyonlarda tolere (2), biyoreaktör çalışması için granüller oluşturmak için gerekli değildir, ve asetat tortu oluşumunu teşvik etmek için kültür ortamına dahil uçucu yağ asitlerinin karışımı kullanıldığında bile, metanojenler ile alt-tabaka için bir rekabet.
Deniz Tortular, sülfat, bakteri indirgen bakterileri, fermantasyon ve bakteriler sadece birkaç 5,6 söz burada halojen giderilmesi için gibi mikroorganizmaların çeşitli doğal bir havuz için bu prosedür sulfidogenesis teşvik etmek için takip edildi. Bu protokolü kullanarak deniz çökelleri geliştirilen konsorsiyum tipi sülfat indirgenmesi ve bu nedenle, yüksek s verimliliği gösterebilir ulfate metanojenler ve sülfat indirgen bakteriler için toksik olarak rapor daha yüksek konsantrasyonlarda sülfüre zamanla aktivitesi ve daha yüksek tolerans azaltır. Öte yandan, bu halojen giderilmesi kapasitesi de protokol burada önerilen ancak orijinal mikrobiyal topluluğun bağlı olabilir izleyerek çökelleri gösterilen olasıdır. Bu varsayım indirgeyici deklorinasyonu solunum veya cometabolism yoluyla oluşabilir gerçeğine dayanmaktadır yapılır, deniz mikrobiyal topluluğun 7 terfi edilebilir koşulların her ikisi de. Çamur elde etmek üzere tortulların ekimi, bu uçucu yağ asitleri sülfat indirgen bakteriler çeşitli suşları tarafından kullanıldığı için alt-tabaka olarak asetat, propiyonat ve bütirat karışımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu asitler, deniz çökelleri 5,6 karbonlu malzeme üzerinde literatürde çok sayıda haberlere göre, aynı zamanda sık sık deniz çökelleri bulunan karbon bileşiklerinin türüdür.
içeriği "> Son olarak, dünya çevresinde yer alan ve diğer su organlarında bulunan en zehirli bileşiklerin bazıları trikloroetilen (TCE) ve perkloroetilen (PCE) gibi klorlanmış çözücülerdir. Bu bileşikler, toksik değildir, sadece insan ancak Ayrıca mikroorganizmalar, halen ABD'de Çevre Koruma Ajansı tarafından öncelikli kirletici olarak kabul edilir, özellikle TCE, 8. Bu çalışmada biz vardır sulfidogenic çamur konsantrasyonlarında TCE azaltma kapasitesini test edildiği bir deneme önerdi metanojenik koşullar 9,10 altında klorlu bileşikler biyolojik ayrışma için bildirilen aralık. Bu klorlu bileşiklerin biyodegradasyonu üzerine araştırmanın en metanojenik koşullar 9,10 altında yapılmıştır olduğunu belirtmekte yarar var. Biz bu protokolü önerilen TCE ile deney bir olduğunu düşünün Çamurun potansiyel uygulamalar iyi bir örnektir. Bu deneyin amacı e olduTCE çamur ve aktivitesini azaltarak sülfat TCE etkisi toleransı olarak değerlendirir. (1) (2) COD kaldırmak ve (3) kaldırmak, sülfat kaldırın: klorlu bileşiklerin biyodegradasyonu üzerine araştırmanın en metanojenik şartlarda yapılmasını dikkate alarak, bu protokol bir çamur oluşumu eşzamanlı için kullanılabilir önerir klorlanmış bileşikler. Bir adım daha, (ek sülfat ve KOİ için) metanojenik koşullar altında değerlendirilemez iki koşulu TCE ve ağır metallerin uzaklaştırılması eşzamanlı üzerine çamur değerlendirmek olabilir.Protocol
Representative Results
Discussion
Çevre biyoteknoloji sulfidogenesis birkaç uygulamaları, bakteri fermente atıksu arıtımında olduğu ile konsorsiyum sülfat indirgeyici bakterilerin metabolizmasının en çok kullanılan uygulamalardan biri vardır. UASB reaktörleri yüksek sülfat konsantrasyonları ile endüstriyel atıksu arıtma ana mühendislik yaklaşımları arasında yer almaktadır. Bu çalışmada, bir UASB reaktörünün deniz çökelleri gelen sulfidogenic çamurun elde etmek için bir protokol mevcut. Deniz çökelleri bir sulfidoge…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors are grateful for the financial support provided by Instituto Politécnico Nacional grants 20120110, 20130399 and 20140239 SIP and also by Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal Mexico (PICS 08-79, ICYT-DF, 2009-2012). Thanks also to CONACYT – Mexico for the graduate scholarship (225806) awarded to Selene Montserrat García-Solares and for the financial support provided by grant 82627.
Materials
| trichloroethylene | sigma Aldrich | 251402 | |
| cis- 1,2 dichlorotehylene | sigma Aldrich | ||
| trans-1,2 dichloroethylene | sigma Aldrich | D-62209 | |
| vinyl chloride scotty standard | supelco | 1000 ppm v/v in nitrogen | |
| ethene scotty standard | supelco | 99% purity | |
| pump | Masterflex | Model 7553-75 | |
| spectrophotometer | any | ||
| microcentrifuge | any | ||
| gas tight syringes | any | 100 and 200 microliters | |
| UASB glass reactor | any | under design | |
| gas chromatograph | any | FID detector | |
| capillary column SPB-624 | supelco | ||
| pH meter | any | ||
| viton tubing | Masterflex | ||
| basal medium reagents | any | ||
| trace metals reagents | any | ||
| vitamins solution reagents | any | ||
| sodium sulfate | any | ||
| volatile fatty acids | any | ||
| COD determination kit | HACH | range 0-15000 mg/L | |
| TOPO-TA cloning kit pCR®4.0 | Invitrogen, US | ||
| S.N.A.P. TM Miniprep Kit | Invitrogen, UK | ||
| Pure link TM Quick Plasmid Miniprep kit | Invitrogen |
References
- Lens, P., Esposito, M. V. G., Zandvoort, M. Perspectives of sulfate reducing bioreactors in environmental biotechnology. ReViews Environmental Science and Biotechnology. 1 (4), 311-325 (2002).
- Omil, F., Lens, P., Hulshoff, P., Lettinga, G. Characterization of biomass from a sulfidogenic, volatile fatty acid-degrading granular sludge reactor. Enzyme and MicrobialTechnology. 20, 229-236 (1997).
- Lopes, S. I. C., Wang, X., Capela, M. I., Lens, P. N. L. Sulfate reduction during the acidification of sucrose at pH 5 under thermophilic (55 °C) conditions.II: Effect of sulfide and COD/SO4-2 ratio. Bioresource Technology. 101, 4278-4284 (2010).
- Alfonso, P., Prol-Ledesma, R. M., Canet, C., Melgarejo, J. C., Fallick, A. E. Sulfur isotope geochemistry of the submarine hydrothermal coastal vents of Punta Mita, Mexico. Journal of Geochemical Exploration. 78-79, 301-304 (2003).
- Valdemarsen, T., Kristensen, E. Degradation of dissolved organic monomers and short chain fatty acids in sandy marine sediment by fermentation and sulfate reduction. Geochimica et Cosmochimica Acta. 74, 1593-1605 (2010).
- Quistad, S. D., Valentine, D. L. Anaerobic propane oxidation in marine hydrocarbon seep sediments. Geochimica et Cosmochimica Acta. 75, 2159-2169 (2011).
- Futagami, T., Morono, Y., Terada, T., Kaksonen, A. H., Inagaki, F. Dehalogenation activities and distribution of reductive dehalogenase homologous genes in marine subsurface sediments. Applied and Environmental Microbiology. 75 (21), 6905-6909 (2009).
- U.S. Environmental Protection Agency. List of priority pollutants. Clean Water Methods. , (2014).
- Ozdemir, C., Dursun, S., Karatas, M., Sen, N., Sahinkaya, S. Removal of trichloroethylene (TCE) in upFlow anaerobic sludge blanket reactors (UASB). Biotechnology and Biotechnological Equipment. 21 (1), 107-112 (2007).
- Zhang, Y., Wang, X., Hu, M., Li, P. Effect of hydraulic retention time (HRT) on the biodegradation of trichloroethylene wastewater and anaerobic bacterial community in the UASB reactor. Applied Microbiology and Biotechnology. 99, 1977-1987 (2015).
- . . Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. , (1998).
- Guerrero-Barajas, C., et al. Enhanced sulfate reduction and trichloroethylene (TCE) biodegradation in a UASB reactor operated with sludge developed from hydrothermal vents sediments: process and microbial ecology. International Biodeterioration and Biodegradation. 94, 182-191 (2014).
- Trüper, H. G., Schlegel, H. G. Sulphur metabolism in Thiorhodaceae I. Quantitative measurements on growing cells of Chromatium okenii. Antoine van Leeuwenhoek. 30, 225-238 (1964).
- Gallegos-García, M. G. . Biological processes of sulfate reduction in biofilms for metals precipitation [Ph D thesis]. , (2009).
- Guerrero-Barajas, C., Garibay-Orijel, C., Rosas-Rocha, L. E. Sulfate reduction and trichloroethylene biodegradation by a marine microbial community from hydrothermal vents sediments. International Biodeterioration and Biodegradation. 65, 116-123 (2011).
