Entwicklung sulfidogenen Schlamm aus marinen Sedimenten und Trichlorethylen Reduction in einer Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

Das übergeordnete Ziel des folgenden Versuchs ist es, einen sulfidgenen Schlamm aus marinen Sedimenten im A-U-A-S-B-Reaktor zu entwickeln und seine Leistung bei der Reduktion von TRICHLORETHYLEN oder TCE zu bewerten. Dies wird durch das Sammeln von Meeressedimenten erreicht, um einen Pool mit einer Vielzahl von Mikroorganismen zu erhalten, die mit sulfatreduzierenden Bakterien angereichert sind, wenn sie sich in einer Umgebung mit den entsprechenden Mineralien, mittleren Vitaminen und flüchtigen Fettsäuren befinden, die als Elektronendonatoren dienen. In einem zweiten Schritt werden die Meeressedimente als Inokulum im A-U-A-S-B-Reaktor verwendet, der unter sulfatreduzierenden Bedingungen für mehrere Wochen abgesetzt und gehalten wird, bis er eine konstante sulfatreduzierende Aktivität erreicht.

Als nächstes wird das Konsortium im Sulf Cytogenic, UASB-Reaktor auf TCE-Reduktion untersucht, um die Fähigkeit des Schlamms zur Umwandlung organischer Schadstoffe zu bewerten, während die Sulfagenesie noch aktiv ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sulfidagenesie im Bioreaktor etabliert wurde und dass der Schlamm in der Lage war, TCE unter sulfatreduzierenden Bedingungen auf der Grundlage der Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft zu reduzieren, was darauf hindeutet, dass die Reduktion von TCE in einem Konsortium aus sulfatreduzierenden und fermentativen Bakterien durchgeführt wurde. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens gegenüber bestehenden Methoden wie der Anpassung von Methanogen-Lodges an Tosis besteht darin, dass diese Lodges gegenüber höheren Sulfatkonzentrationen tolerant sind und keine Konkurrenz für das Substrat mit Methanogenen darstellen.

Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da sie eine sofortige Bildung des Schlitzes erwarten. Sie neigen dazu, die Nährstoffe und das Sulfid in den Bioreaktor zu geben, entweder weniger oder häufiger als erforderlich. Diese Ansätze werden nur zu einem Systemungleichgewicht führen.

Es ist zweckmäßig, periodische Analysen auf CSB-Sulfat und Sulfat durchzuführen, um den Verlauf der Reaktion und den richtigen Zeitpunkt für die nächste Quinte zu kennen. Wir hatten die Idee zu dieser Methode, weil wir eine hochaktive photogene Sulf-Lodge wollten, um die Entfernung von organischem Sulfat und Schadstoffen zu kombinieren, was unter metagenen Bedingungen nicht möglich ist, insbesondere wenn einige der Schadstoffe mit schweren Methoden gemischt werden. Wir haben im Konsortium eine allgemeine Methode mit guter Ausrüstung zur Identifizierung von Bakterien verwendet.

Die 16 S-R-R-N-A-Genregion war das Ziel der Analyse, und wir fanden interessante allgemeine Bakterien Um dieses Verfahren zu beginnen. Sammeln Sie die Meeresproben, wie im Textprotokoll beschrieben. Sobald Sie im Labor sind, nehmen Sie einen großen Teil der Sedimentprobe und verwenden Sie ein geeignetes Netz, um die großen Ablagerungen von kohlenstoffhaltigem Material aus den Sedimenten zu entfernen.

Nachdem Sie das Sediment durch das Netz geleitet haben, mischen Sie den ausgewählten Teil, um sicherzustellen, dass er homogen ist. Für diese Arbeit ist ein aufströmender anaerober Schlamm-Blanket-Glasreaktor mit einem Gesamtarbeitsvolumen von drei Litern zu verwenden. Es ist sicherzustellen, dass das Endvolumen der Sedimente, des Basalmediums, der Pufferlösung und der flüchtigen Fettsäuren dem endgültigen Arbeitsvolumen des Reaktors entspricht.

Eine Stammlösung aus Basalmedium, die Phosphatchlorid, Stickstoff, Magnesiumsalze, Spurenmetalle und Vitamine enthält, wird unter Berücksichtigung des Arbeitsvolumens des Reaktors mit einer Bicarbonat-Pufferlösung hergestellt. Bereiten Sie als Nächstes eine Stiellösung aus flüchtigen Fettsäuren vor, die aus Acetat, Propionat und Butyrat besteht. Bei einem chemischen Sauerstoffbedarf oder CSB-Verhältnis von 2,5 bis eins zu eins muss die CSB-Endkonzentration im Reaktor 2,7 Gramm pro Liter betragen.

Bereiten Sie schließlich eine Stammlösung von Natriumsulfat in einer geeigneten Konzentration vor, um dem Reaktor eine Endkonzentration von 4.000 Milligramm pro Liter des Sulfations zuzuführen. Sobald die Lösungen hergestellt sind, legen Sie die Sedimente in den Reaktor und mischen Sie sie mit einem Teil des Basalmediums, um sicherzustellen, dass sie den Boden des Reaktors erreichen. Mischen Sie den Rest des Basalmediums und der Pufferlösung mit der flüchtigen Fettsäurelösung und der Sulfatlösung.

Achten Sie darauf, dass die Lösung der flüchtigen Fettsäuren in die Flüssigkeit gegossen wird. Geben Sie dann die kombinierten Lösungen in den Reaktor. Stellen Sie die Anschlüsse und Rohrleitungen des Reaktors auf die Recyclingpumpe ein.

Stellen Sie dann den Recycling-Durchfluss auf 60 Milliliter pro Minute ein. Stellen Sie den Bioreaktor in der Temperierkammer regelmäßig auf 34 Grad Celsius ein. Vergewissern Sie sich, dass die Temperaturschwankungen gering sind.

Setzen Sie abschließend die Anschlüsse an die Gasverdrängungssäule. Entnehmen Sie nach einer Woche Inkubation eine Probe von fünf bis sieben Millilitern der Flüssigkeit, um eine Analyse auf CSB-Sulfat- und Sulfidgehalt und pH-Wert durchzuführen. Analysieren Sie das Sulfid in der Flüssigkeit nach Standardmethoden mit der Methylenblau-Methode.

Zuerst werden fünf Milliliter einer Zinkacetatlösung in einen 25-Milliliter-Messkolben gegeben. Und geben Sie schnell 200 Mikroliter der Probe in die Zinkacetatlösung. Fügen Sie dann 2,5 Milliliter A-DMP-Lösung und 125 Mikroliter einer Eisen-Drei-Ammoniumsulfat-Lösung hinzu.

Die 25 Milliliter des Messkolbens werden durch destilliertes Wasser ergänzt. Warten Sie 30 Minuten, bis die Reaktion stattgefunden hat, damit sich die blaue Farbe stabilisiert hat. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, warten Sie mindestens 15 Minuten, aber nicht länger als 60 Minuten.

Um die Proben im Spektralphotometer zu testen, führen Sie die Ablesung der endgültigen blauen Lösung im Spektralphotometer bei einer Wellenlänge von 670 Nanometern durch. Quantifizieren Sie Sulfat als Bariumsulfat mit einer turbometrischen Methode. Zuerst werden fünf Milliliter einer Konditionierungslösung in einen 25-Milliliter-Messkolben gegeben.

Dann wird ein Milliliter der Probe zugegeben, die zuvor bei 11, 320 mal G zentrifugiert wurde. Die 25 Milliliter des Messkolbens werden mit destilliertem Wasser vervollständigt und ein Gramm Bariumchlorid hinzugefügt. Mischen Sie die Lösung eine Minute lang in einem Strudel. Warten Sie vier Minuten, bis sich das Bariumsulfat gebildet hat, und lesen Sie die Probe in einem Spektralphotometer bei einer Wellenlänge von 420 Nanometern ab.

Zur Vorbereitung der CSB-Bestimmung wird die Probe gründlich zentrifugiert, um das restliche Sulfid zu entfernen, das die CSB-Bestimmung beeinträchtigen könnte. Nach der Zentrifugation werden zwei Milliliter der Probe in ein Reaktionsgefäß des CSB-Bestimmungskits gegeben. Verschließen Sie das Fläschchen und homogenisieren Sie die Mischung durch leichtes Rühren.

Bereiten Sie einen Rohling vor, indem Sie zwei Milliliter destilliertes Wasser in ein anderes Reaktionsgefäß geben und die Mischung homogenisieren. Stellen Sie die Fläschchen für zwei Stunden bei 150 Grad Celsius in den Aufschlussreaktor. Nehmen Sie dann die Fläschchen heraus und lassen Sie sie im Dunkeln abkühlen.

Die Messwerte der Fläschchen werden im Spektralphotometer bei einer Wellenlänge von 620 Nanometern gemessen. Als nächstes erhalten Sie das Gasvolumen aus der Gasverdrängungssäule. Sobald Sulfat verbraucht ist, liefern Sie frische, mittlere und neue Nährstoffe für jede Charge.

Wie zuvor, wenn der Sulfatverbrauch in weniger als 24 Stunden über 80 % liegt und dies länger als eine Woche der Fall ist, schalten Sie den Betrieb des Reaktors auf den kontinuierlichen Modus um. Stellen Sie die hydraulische Retentionszeit (HRT) auf 24 Stunden ein, indem Sie den Durchfluss in der Pumpe einstellen und die Sulfatkonzentration bei vier Gramm pro Liter und den CSB bei 10 Gramm pro Liter an einem bestimmten Tag halten. Stoppen Sie den Reaktor nach einem HRT-Zyklus und führen Sie wie zuvor frische, mittlere und neue Nährstoffe für jede Charge mit einer CSB-Konzentration von 10 Gramm pro Liter zu.

Sobald der Bioreaktor gefüttert ist, entnehmen Sie fünf bis sieben Milliliter Proben der Flüssigkeit und führen Sie stündlich eine Analyse auf CSB-Sulfat, Sulfid und pH-Wert durch. Notieren Sie auch die für den TCE-Test erzeugte Gasmenge. Bereiten Sie eine Stammlösung von TCE her, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Endkonzentration dieser Verbindung in der flüssigen Phase des Bioreaktors 300 μmolar betragen muss.

Betrachten Sie die Aufteilung der Verbindung zum Kopfraum unter Verwendung der dimensionslosen Konstante des Henryschen Gesetzes für TCE bei 34 Grad Celsius. Als nächstes bereitet er Standardkurven auf dem Gaschromatographen für jede der zu analysierenden Verbindungen vor, wobei die im Textprotokoll angegebenen Methoden an einem bestimmten Tag verwendet werden. Stoppen Sie den Reaktor nach einem HRT-Zyklus und führen Sie wie zuvor frische, mittlere und neue Nährstoffe für jede Charge mit einer CSB-Konzentration von 10 Gramm pro Liter zu.

Sobald der Bioreaktor gefüttert ist, geben Sie das TCE aus der Stammlösung direkt zu der Flüssigkeit im Bioreaktor. Die endgültige TCE-Konzentration in der flüssigen Phase des Bioreaktors muss 300 Mikromolar betragen. Stellen Sie die HRT am Ende eines HRT-Zyklus auf 12 Stunden ein.

Entnehmen Sie Proben der Flüssigkeit und führen Sie eine Analyse auf CSB-Sulfat und Sulfid durch. Entnehmen Sie auch Proben des Kopfraums und führen Sie die Analyse im Gaschromatographen durch. Hier ist ein typisches Verhalten der Sulfatreduktion im Bioreaktor dargestellt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sulfatreduktion in den ersten Wochen der Operation langsam verläuft. Die verschiedenen Zeiträume deuten darauf hin, dass die Sulfatreduktionsrate im Laufe der Zeit zunahm, bis 4.000 Milligramm pro Liter Sulfat in weniger als 24 Stunden verbraucht wurden. Damals lief der Reaktor unter Dauerbetrieb.

Die Entwicklung des Schlamms ist in den reaktorrepräsentativen Ergebnissen zur Sulfatreduktion dargestellt. Hier sind die Sulfidkonzentration, der CSB-Verbrauch und die Schwankungen des pH-Werts im Laufe der Zeit dargestellt. Diese Ergebnisse wurden in Experimenten erzielt, die durchgeführt wurden, nachdem der Bioreaktor mehrere Wochen lang unter kontinuierlichem Regime stand.

Für den Versuch, in dem der Schlamm auf seine Fähigkeit zur Reduktion von TCE getestet wurde, sind die erzielten Ergebnisse hier dargestellt. Die erzielte sulfatreduzierende Aktivität war etwas geringer als vor der TCE-Ausgabe. Der Gaschromatograph zeigte, dass etwa 80 % des TCE zu et Ethan-Sulfat reduziert wurden, wobei in dem unter Verwendung dieses Protokolls entwickelten Schlamm reduzierende Bakterien, fermentierende Bakterien und dehalogenierende Bakterien identifiziert wurden.

Die Gattungen von Bakterien wie Sulfa vibrio de Sulfa, microbial des sulfide bacterium, clostridium deha backer und SUL fossum wurden mit der Sulfatreduktion und dem biologischen Abbau von chlorierten Verbindungen in Verbindung gebracht. Einmal gemeistert, kann diese Technik auf ähnliche Weise mit verschiedenen Meeressedimenten durchgeführt werden, wenn sie richtig durchgeführt wird. Die Zeitspanne, in der sich diese Lodge entwickelt, kann von der Quelle der Sedimente abhängen, während Sie an diesem Verfahren teilnehmen. Denken Sie daran, dass das Wichtigste darin besteht, die Massenbilanz des CSB-Sulfats und des Sulfats regelmäßig zu überprüfen.

Je aktiver die Hütte ist, desto höher ist die Möglichkeit, sie zur Reduzierung von TCE und schließlich zum Abbau anderer toxischer Verbindungen zu verwenden, die unter sulfatreduzierenden Bedingungen abgebaut werden können. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Genics Lodge aus Meeressedimenten in einem USB-Reaktor entwickelt und seine Leistung bei der TC-Reduktion bewertet. Sie sollten verstehen, wie der Reaktor geimpft wird, wie die Reduktionsreaktion im Laufe der Zeit verfolgt wird und wie Sie einen Test zur TCE-Reduktion durchführen Nach diesem Verfahren.

Andere Methoden, wie die Periodensequenzierung anderer Genanalysen, können durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. wie viele Bakterien wir pro General haben oder wie das Konsortium die photogene Umgebung von TCE Insul abbauen kann.