Name: 上向流嫌気性スラッジブランケット炉内の海洋堆積物やトリクロロエチレンの削減からSulfidogenic汚泥の開発 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 19 s
Description: 学ぶ海洋堆積物からの硫黄還元性スラッジ開発とUASB反応器を用いたトリクロロエチレン還元評価法。この手法は有機汚染物質のバイオ修復に応用可能です。

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著者は、Instituto Politécnico Nacionalの助成金20120110、20130399、20140239 SIPおよびInstituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal Mexico(PICS 08-79, ICYT-DF, 2009-2012)からの財政的支援に感謝しています。また、Selene Montserrat García-Solaresに授与された大学院奨学金(225806)と、助成金82627による財政支援を提供してくれたCONACYT – Mexicoにも感謝します。

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</ol>

著者のSelene Montserrat García-Solares、Claudio Garibay-Orijel、およびClaudia Guerrero Barajasは、2012年に「硫酸塩および塩素化化合物を多く含む産業廃水の嫌気性処理プロセス」と題された特許を取得するための申請を(発明者として)提出しました。この提出物は、フォーマットの段階で承認されています。この提出物には、Instituto Politécnico Nacionalが権利所有者としています。

環境バイオテクノロジーにおけるsulfidogenesisのいくつかのアプリケーション、細菌を発酵する廃水処理であるとのコンソーシアム中の硫酸還元菌の代謝の最も使用されるアプリケーションの一つがあります。 UASB反応器は、高硫酸濃度の産業廃水処理の主な設計アプローチの一つです。本研究では、UASB反応器内での海洋堆積物からsulfidogenic汚泥を取得するためのプロトコルを提示します。海洋堆積物からsulfidogenic汚泥を取得するためのプロトコル内の重要なステップである：（1）反応器内に配置される堆積物試料の同性の促進、（2）硫酸の右濃度と揮発性脂肪酸の供給量（COD / SO 4 2-）の比、（3）分析硫酸塩、硫化物、定期COD及びpHが、（4）微量金属およびビタミンバッチが開始されるたびに含まれている基礎培地をリフレッシュ。それはsludgの開発することを考慮することが重要ですeは、元のサンプルの微生物群集に、右の物質収支（硫酸とCOD）に大きく依存します。それが開発する活動を硫酸還元のための時間がかかりますが、バイオリアクターは、再循環ポンプを停止したり、温度制御を停止するこ...

環境バイオテクノロジーへの最も重要な貢献の一つは、（接種材料）を使用した汚泥は硫酸還元条件下で実行することができたしたバイオリアクターの設計でした。硫酸還元（SR）は、COD、重金属や有機汚染物質、SR汚泥1の望ましい特性になるという事実の同時除去に加えて、硫酸塩の高濃度で含有廃水流の処理を可能にします。硫酸で汚染された排水のいくつかの例としては、皮なめし工場、紙、医薬・化学品製造業1から来ます。メタングラニュール汚泥がsulfidogenesis 2に適合されている場合しかし、文献のほとんどはsulfidogenic汚泥を指します。この適応は、一般的に、バイオリアクター内のCOD / SO 4 2-比を操作し、汚泥2,3にメタンを阻害する化学物質を添加することによって達成されます。長い時間メートルに加えて、バイオリアクターで使用sulfidogenic汚泥はの適応から得られた場合AY sulfidogenic顆粒の形成を必要とする、メタン生成菌と硫酸減速や硫化物の高濃度汚泥の許容範囲との間の競合が発生する可能性のある主要な問題のいくつかであります条件を硫酸還元するため、主にメタン生成汚泥。本研究では、我々は時間をかけてその硫酸還元活性を評価し、実験を行う、上向流嫌気性スラッジブランケット型原子炉（UASB）は熱水噴出堆積物から主にsulfidogenic汚泥（プンタミタ、ナヤリット、メキシコ）を取得する手順を説明還元的脱塩素化への適用を評価しました。それはそのサイトで、特定の場所4に生息する微生物群集が示す硫酸還元活性に起因する硫化物の形成があることが報告されているため、堆積物の場所を選択しました。 断絶があります。sulfidogenesisにメタングラニュール汚泥を適応させるの上に堆積物からこのsulfidogenic汚泥を得る際にアル利点。これらの利点のいくつかは、（1）（3）が存在する汚泥を適応さメタン汚泥で動作他UASBと比較して硫化物の比較的高濃度を許容し、（2）、バイオリアクターを操作するための顆粒を形成する必要がなく、かつ酢酸スラッジの形成を促進する培地に含まれる揮発性脂肪酸の混合物で使用してもメタンを有する基板には競合しません。 海洋堆積物が細菌を発酵し、わずか数5,6を言及する細菌を脱ハロゲン化、硫酸塩還元菌などの微生物の多種多様な自然のプールであるため、この手順はsulfidogenesisを促進するために行きました。このプロトコルを使用して、海洋堆積物から開発コンソーシアムの種類は、硫酸還元したがって、高いS効率を示すことができます<html> ulfate時間とメタン生成菌と硫酸還元菌の毒性として報告よりも高い濃度で硫化物に高い許容度にわたって活性を低下させます。一方、脱ハロゲン化機能は、プロトコルに従うことにより、堆積物に示されている可能性があるが、ここで提案されているが、それは元の微生物のコミュニティに依存してもよいです。この仮定は、還元的脱塩素は呼吸やcometabolismのいずれかによって発生する可能性があるという事実に基づいて行われ、海洋微生物群集7に促進することができる両方の条件。これらの揮発性脂肪酸は、硫酸塩還元菌のいくつかの株によって使用されるため、汚泥を得るために、堆積物の培養基質として、酢酸、プロピオン酸および酪酸の混合物を用いて行きました。これらの酸は、海の堆積物5,6における炭素質材料に関する文献にはいくつかの報告によれば、また、しばしば、海洋堆積物中に見られる炭素化合物の一種です。 コンテンツ &quot;&gt;最後に、世界中の地下で発見された最も毒性の強い化合物および他の水域の一部は、トリクロロエチレン（TCE）やパークロロエチレン（PCE）のような塩素化溶媒である。これらの化合物は、人間のみならず毒性があるが、また、まだ米国8の環境保護庁が優先汚染物質と考えられている。本研究ではsulfidogenic汚泥をしている濃度でTCEを削減するその能力にテストされた実験を提案した微生物、特にTCEへメタン生成条件9,10の下で塩素化合物の生分解について報告範囲。それは、塩素化合物の生分解に関する研究のほとんどはメタン生成条件9,10の下で行われていることを言及する価値がある。我々は、このプロトコルで提案されたTCEを用いた実験であることを考慮します汚泥の潜在的なアプリケーションの良い例。この実験の目的は、EとしましたTCEへの汚泥の許容度および活性を硫酸還元のTCEの影響を評価します。 （1）（2）CODを除去し、（3）削除し、硫酸塩を除去する：塩素化合物の生分解に関する研究のほとんどはメタン条件下で行われることを考慮すると、このプロトコルは、スラッジの形成を同時にするために使用され得ることを示唆する塩素化合物。さらなるステップは、（ほかに硫酸塩およびCODする）メタン生成条件で評価することができない二つの条件をTCEと重金属の同時除去に汚泥​​を評価する可能性があります。

<table><tbody><tr><td>トリクロロエチレン&nbsp;</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>251402</td><td></td></tr><tr><td>cis-1,2-ジクロロテヒレン</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>トランス</エム>-1,2-ジクロロエチレン</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>D-62209</td><td></td></tr><tr><td>塩化ビニル スコッティ標準</td><td>スーパーコ</td><td></td><td>1,000 ppm v/v 窒素中</td></tr><tr><td>エテン スコッティ標準</td><td>スーパールコ</td><td></td><td>99% 純度</td></tr><tr><td>ポンプ</td><td>Masterflex</td><td></td><td>モデル7553-75</td></tr><tr><td>分光光度計</td><td>任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>微量遠心分離機</td><td>任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ガスタイトシリンジ&nbsp;</td><td>任意の</td><td></td><td>100および200マイクロリットルの</td></tr><tr><td>UASBガラス反応器</td><td>任意の</td><td></td><td>設計</td></tr><tr><td>ガスクロマトグラフ&nbsp;</td><td>任意の</td><td></td><td>FID検出器</td></tr><tr><td>、キャピラリーカラム、SPB-624</td>、<td>supelco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>、pHメーター</td><td>、任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>バイトンチューブ、</td><td>Masterflex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>、基礎媒体試薬</td><td>、任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>微量金属試薬</td><td>、任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ビタミン溶液試薬</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>硫酸ナトリウム</td><td>任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>揮発性脂肪酸</td><td>任意の</td><td></td><td></td></tr><tr><td>COD測定キット</td><td>HACH</td><td></td><td>範囲 0-15,000 mg/L</td></tr><tr><td>TOPO-TAクローニングキット pCR&reg;4.0;&nbsp;</td><td>Invitrogen, US</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S.N.A.P. TM Miniprep Kit&nbsp;</td><td>Invitrogen, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pure link TM Quick Plasmid Miniprep kit</td><td>インビトロジェン</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

上向流嫌気性スラッジブランケット炉内の海洋堆積物やトリクロロエチレンの削減からsulfidogenic汚泥の開発

Development of Sulfidogenic Sludge from Marine Sediments and Trichloroethylene Reduction in an Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

微生物の硫酸塩削減の重要性は、それが環境バイオテクノロジーで提供するさまざまな応用に依存しています。人工的な硫酸塩の減少は化学酸素要求量(COD)および重金属と共に硫酸塩の高濃度を取除くために産業廃水処理で使用される。このプロセスへの最も一般的なアプローチは、主にメタン生成粒状汚泥を硫化に適応させることによって硫化性汚泥を得る嫌気性バイオリアクターを使用することです。このプロセスには時間がかかる場合があり、スラッジ中にメタン生成菌が存在するため、基材の競争が常に排除されるわけではありません。本研究では、熱水噴出孔の堆積物が微生物の元来の供給源である硫化汚泥を得るための新しいアプローチを提案する。硫酸塩と揮発性脂肪酸の存在下で発達する微生物群集は、硫化物による阻害を示さずに長期間にわたって硫酸塩の還元を維持するのに十分な広さです。
このプロトコルは、上流嫌気性スラッジブランケット(UASB)タイプの反応器の堆積物からスラッジを生成する手順を説明しています。さらに、議定書は、トリクロロエチレン(TCE)などの非常に有毒な有機汚染物質のモデルを還元的脱塩素化によって除去する汚泥の能力を実証する手順を示しています。プロトコルは、(1)スラッジの形成とUASBでのその硫酸塩還元活性の測定、(2)スラッジによるTCEを除去する実験、および(3)TCE還元後のスラッジ中の微生物の同定の3つの段階に分かれています。この場合、堆積物はメキシコにあるサイトから採取されましたが、海洋堆積物は硫酸塩還元細菌が豊富な微生物の天然プールであるため、堆積物の異なる供給源が採取された場合、この手順を使用して硫化汚泥を生成する可能性があります。

バイオリアクター中の硫酸化の典型的な動作は、 図5に示されている。これは、操作硫酸還元の最初の週の間に遅くなることを注意することが重要です。しかし、ゆっくりと時間をかけて硫酸の90％以上の消費量は接種物は硫酸還元菌が濃縮された、したがって硫酸を削減し、ことのできる微生物群集を、開発していることを示しています。図中の異なる期間が硫酸還元が経時的にその速度を増加させたことを示しています。初めに、バッチは、（期間I）を低減するために硫酸を20日かかったその減少率が増加し、それが供給される硫酸塩（期間II）を低減するのに約10日かかりました。期間IIIは、硫酸還元でより少ない変化を提示し、これは、それが、図5に見られるように10日間の平均で達成された。この期間の後、硫酸塩の還元は4,000 V 4日間の平均（期間IV）及び期間での取り硫酸塩のmg / Lで未満24時間で消費されました。バイオリアクターでのパフォーマンスは、24時間のHRTでの200日後に連続モードに設定されています。 <img alt="図5" src="...

微生物の硫酸塩の減少は、環境バイオテクノロジーにおいて非常に重要なプロセスです。硫化反応器の成功は、他の要因の中でもとりわけ、スラッジの微生物組成に依存します。ここでは、還元的脱塩素化の目的で、UASB反応器の熱水噴出孔堆積物から硫化性汚泥を開発するためのプロトコルを紹介します。

上向流嫌気性スラッジブランケット炉内の海洋堆積物やトリクロロエチレンの削減からSulfidogenic汚泥の開発

The importance of microbial sulfate reduction relies on the various applications that it offers in environmental biotechnology. Engineered sulfate ...

本実験の全体的な目的は、AUASB（嫌気性上向流式スラッジブランケット）リアクターを用いて海洋堆積物から硫化物生成スラッジを調製し、トリクロロエチレン（TCE）の還元に対する性能を評価することである。これは、海洋堆積物を回収して多様な微生物群を得ることで達成される。これらの微生物群は、適切なミネラル、培地ビタミン、および電子ドナーとして機能する揮発性脂肪酸が存在する環境下で、硫酸塩還元菌を濃縮させる。第二のステップとして、海洋堆積物をAUASBリアクターへの接種源として使用し、硫酸塩還元活性が定常状態に達するまで、数週間にわたって硫酸塩還元条件下に設定・維持する。次に、硫酸塩生成能を持つUASBリアクター内のコンソーシアムを用いて、TCE還元能を評価し、硫酸塩生成が活性である状態で汚染有機物を変換する汚泥の能力を検討します。結果から、バイオリアクター内で硫化物生成が確立され、微生物コミュニティの解析に基づき、硫酸還元条件下で汚泥がTCEを還元できたことが示されました。これは、TCEの還元が硫酸還元細菌と発酵細菌からなるコンソーシアムによって行われたことを示唆しています。メタン生成菌の汚泥をTCEに馴化させる既存の手法と比較した本手法の主な利点は、得られた汚泥が高濃度の硫酸塩に耐性があり、メタン生成菌との基質競合が生じない点にあります。一般的に、この手法に不慣れな人は、スロットがすぐに形成されることを期待するため、苦労することがあります。栄養塩や硫化物のバイオリアクターへの添加頻度が、必要とされるよりも少なすぎたり多すぎたりする傾向があります。このようなアプローチは、系の不均衡を招くだけの結果となります。反応の経過と次のステップへの適切なタイミングを把握するために、COD、硫酸塩、および硫酸塩の定期的な分析を行うことが有用です。有機物の分解と汚染物質の除去を兼ね備えた、極めて活性の高い硫酸塩生成系を構築したいと考えたことが、この手法を考案したきっかけとなりました。これは、特に一部の汚染物質に重金属が混在している場合、メタノゲン条件下では達成できないことです。コンソーシアム内の細菌の同定には、高性能な機器を用いた一般的な手法を用いました。分析の標的としたのは16S rRNA遺伝子領域であり、本手順を開始することで、細菌に関する興味深い全般的知見を得ました。テキストプロトコルに従って海洋サンプルを採取します。ラボに到着後、堆積物サンプルを大量に採取し、適切なメッシュを使用して堆積物から炭素質物質の大きな破片を除去します。堆積物をメッシュに通した後、選択した部分を混合して均質にします。本研究では、全有効容量が3 Lの上昇流式嫌気性スラッジブランケットガラスリアクターを使用します。堆積物、基礎培地緩衝液、および揮発性脂肪酸の最終容量が、リアクターの最終有効容量と等しく

development-sulfidogenic-sludge-from-marine-sediments

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環境

実験室規模の嫌気性消化は、科学者が嫌気性バイオテクノロジーの既存のアプリケーションを最適化する新しい方法を研究するために、様々な有機性廃棄物のメタン生成ポテンシャルを評価することができます。この資料では、継続的に嫌気性消化の攪拌実験室規模の建設、接種、操作、および監視するための一般的なモデルを導入しています。...

システムのセットアップと基本操作：バイオガスに有機性廃棄物を変換するために連続的に攪拌した嫌気性消化

嫌気性消化槽、廃水から沈殿した固形物を模倣した合成汚泥を播種した密閉された無酸素反応器から始めます。汚泥には、混合微生物群集である中温性嫌気性微生物が含まれています。これらの微生物は適度な温度で繁殖し、汚泥の有機物の消化を促進します。汚泥を連続的に混合して細菌の活動を維持し、消化を促進します。その後、生分解性ポリマーであるバイオプラスチックを汚泥に加えます。インキュベーション中、加水分解細菌がバイオプラスチックに付着し、可溶性化合物に変換します。次に、発酵細菌はこれらの化合物を短鎖有機酸である揮発性脂肪酸に変換します。メタン生成微生物であるメタン生成物質は、これらの酸を利用してメタンガスと二酸化炭素を生成し、バイオガスを形成します。バイオガスは出口から反応器を出て、ガスサンプリングバッグに集められます。この共消化法により、バイオプラスチックと汚泥を再生可能なバイオガスに効率的に消化することができます。...

バイオガス製造のためのバイオプラスチックの嫌気性消化

新規な上向流嫌気性ソリッドステート（のUAS）反応器は、繊維原料からのバイオガスの生産のために使用した。のUAS反応器からの消化物は、水熱加圧バッチ反応器内のHTCバイオ炭に炭化した。 2バイオ概念の統合は、全体的なバイオエネルギー生産を増加させるために、本研究で適用した。...

バイオエネルギー生産のための統合された嫌気性消化と水熱炭化の評価

高密度バイオリアクター(HDBR)と名付けられた新しいリアクターデザインが、高密度微生物群集の培養と研究のために提示されています。ここでは、HDBRをフォトバイオリアクター(PBR)構成で適用し、高密度の混合藻類群集による窒素代謝の研究に成功しています。...

多様な微生物群集の高密度栽培のための新しいバイオリアクター

天然ガス発電所の煙道ガス中の二酸化炭素を利用して、オープンな軌道上の池で微細藻類を栽培するためのプロトコルが記載されている。煙道ガス注入はpHセンサーで制御され、微細藻類の成長は光学密度のリアルタイム測定で監視されます。...

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。...

準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

このプロトコルは、嫌気性微生物叢の呼吸測定を使用してメタン生成と微生物動態パラメータを決定するためのベストプラクティスを説明しています...

呼吸測定法を用いた廃棄物活性汚泥と嫌気性共消化された生ごみ廃棄物のバイオメタン電位測定

このプロトコルは、嫌気性条件下での複雑な糞便群集の連続フロー培養に利用されるミニバイオリアクターアレイの組み立てを詳述しています。また、さらなる分析のために、反応器の組み立て、接種、およびサンプリングの方法についても説明します。...

複雑な糞便群集の連続培養のためのバイオリアクターアセンブリ

多くの重要な反応性鉱物は 、現地...

鉱物サンプラーの展開と回収

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内部リン負荷の尺度として湖堆積物の研究室に決定されたリンフラックス

学ぶ海洋堆積物からの硫黄還元性スラッジ開発とUASB反応器を用いたトリクロロエチレン還元評価法。この手法は有機汚染物質のバイオ修復に応用可能です。

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