상향 류 혐기성 슬러지 블랭킷 반응기에서 해양 퇴적물과 트리클로로 에틸렌 감소에서 Sulfidogenic 슬러지의 개발
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
환경 생명 공학에 가장 중요한 공헌 중 하나는 (접종) 사용 된 슬러지는 황산염 환원 조건 하에서 수행 할 수 있었다있는 생물 반응기의 디자인이었다. 황산 환원 (SR)은 COD, 중금속 및 유기 오염 물질, SR을 오니 (1)의 바람직한 특성을 만드는 사실의 동시 제거에 부가하여 고농도의 황산을 함유 폐수의 처리를 허용한다. 황산에 오염 된 폐수의 예로는 무두질, 종이, 제약 및 화학 제조 산업 (1)에서 왔습니다. 그러나 문헌의 대부분은 메탄 입상 슬러지 sulfidogenesis 2에 적용되었을 때 슬러지를 sulfidogenic을 의미한다. 이러한 조정은 일반적으로 COD / 생물 반응기에서 SO 4 2- 비 조작 및 슬러지의 2,3- 노젠을 억제하는 화학 물질을 첨가함으로써 달성된다. m 긴 시간에 추가AY sulfidogenic 과립의 형성을 필요로 노젠과 황산 감속기 및 황화물의 고농도 슬러지 공차 간의 경쟁은 생물 반응기에 사용 sulfidogenic 슬러지의 적응로부터 획득되는 경우 발생할 수있는 그 주요 문제점 중 일부입니다 주로 메탄 슬러지 조건 황산 환원합니다. 이 작품에서 우리는 상향 류 혐기성 슬러지 블랭킷 반응기 (UASB)에서 열수 통풍구 퇴적물 (푼타 미타, 나야 리트, 멕시코)에서 주로 sulfidogenic 슬러지를 획득하는 절차를 설명, 우리는 시간이 지남에 따라 활동을 감소의 황산을 평가하고 실험을 수행 환원 탈염 소화에의 응용 프로그램을 평가한다. 가 해당 사이트에 의한 특정 장소 (4) 거주 미생물 군집에 의해 전시 된 황산 감소 활동에 황화물의 형성이보고되어 있기 때문에 퇴적물의 위치는 선택되었다.
끊다가 있습니다sulfidogenesis에 메탄 세분화 된 슬러지를 적응을 통해 퇴적물에서이 sulfidogenic 슬러지를 얻는 등의 장점. 이러한 이점 중 일부이다 : (1) (3)이되는 슬러지가 적응 메탄 슬러지 작동 다른 UASB에 비해 황화물의 비교적 높은 농도를 견뎌 (2), 바이오 리액터를 동작하는 과립을 형성 할 필요가없고, 아세테이트 슬러지의 형성을 촉진하는 배지에 포함 된 휘발성 지방산의 혼합물에 사용하는 경우에도 노젠와 기판에 대한 경쟁하지 않는다.
해양 침전물은 황산, 환원 세균 박테리아 발효 세균은 몇 5,6- 물론 탈 할로겐 같은 미생물의 다양한 천연 풀 때문 절차 sulfidogenesis을 촉진 하였다. 이 프로토콜을 이용하여 개발 된 해양 침전물로부터 컨소시엄 유형 황산 환원하므로, 높은 S 효율을 나타낼 수있다 ulfate는 메탄과 황산염 환원 박테리아에 독성으로보고보다 더 높은 농도에서 황화 시간에 활동과 높은 내성을 감소시킨다. 한편, 탈 할로겐 기능도 프로토콜이 여기에서 제안하지만 원래 미생물 군집에 의존 할 수있다 다음으로 퇴적물에 도시되는 가능성이 높다. 이러한 가정은 환원성 탈염은 호흡 또는 cometabolism로 인해서 발생할 수 있다는 사실에 기초하여 수행되는, 해양 미생물 군집 7에서 촉진 될 수있다 두 조건. 슬러지를 얻었다 퇴적물 재배 이들 휘발성 지방산 황산 환원 세균의 여러 균주에 의해 사용되기 때문에 기판으로서 아세트산, 프로피온산, 부티르산의 혼합물을 사용하여 수행 하였다. 이 산은 바다 퇴적물 5,6의 탄소 질 물질에 문학의 여러 보도에 따르면, 자주 해양 퇴적물에서 발견 된 탄소 화합물의 유형입니다.
내용 "> 마지막으로, 전 세계 지하수 등의 물을 몸에서 발견되는 가장 독성 화합물의 일부는 트리클로로 에틸렌 (TCE) 또는 퍼 클로로 에틸렌 (PCE)와 같은 염소계 용제이다. 이들 화합물은 독성뿐만 아니라 인간에 있지만, 또한 미생물로, 여전히 미국 환경 보호국 (EPA)에 의해 우선 순위 오염 물질로 간주 특히 TCE는 8.이 작품에서 우리는에있는 sulfidogenic 슬러지 농도에서 TCE를 감소의 능력을 테스트하는 실험을 제안 메탄 조건 9,10에서 염소 화합물의 생분해에 대해보고 범위. 그것은 염소 화합물의 생분해에 대한 연구의 대부분이 메탄 조건 9,10에서 실시 된 것을 언급 할 가치가있다. 우리는이 프로토콜에 제안 된 TCE와 실험을 것을 고려 슬러지의 잠재적 인 응용의 좋은 예.이 실험의 목적은 전자 것이었다TCE에 슬러지와 활성을 감소 페이트상에서 TCE 효과 내성을 평가할. (1) (2) COD를 제거하고, (3) 분리, 황산 제거 : 염소화 화합물의 생분해에 대한 연구의 대부분은 메탄 조건 하에서 수행되는 것을 고려하면,이 프로토콜은 슬러지의 형성을 동시에하기 위해 사용될 수있다 제안 염소 화합물. 상기 공정은, (외에 황산 COD까지) 조건 하에서 메탄 평가할 수없는 두 가지 조건을 TCE 중금속의 동시 제거에 슬러지를 평가할 수 있었다.Protocol
Representative Results
Discussion
환경 생명 공학 sulfidogenesis의 여러 응용 프로그램, 박테리아를 발효하는 폐수 처리에와 컨소시엄에서 황산염 환원 박테리아의 대사 중 가장 많이 사용되는 응용 프로그램 중 하나가 있습니다. UASB 반응기는 높은 황산 농도와 산업 폐수 처리의 주요 설계 방식 중입니다. 본 연구에서 우리는 UASB 반응기에서 해양 침전물로부터 sulfidogenic 슬러지를 얻는 프로토콜을 제시한다. 해양 침전물로부터 sulfido…
Divulgaciones
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 |
Referencias
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