Name: Opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 19 s
Description: Poznaj metodę opracowania osadu sulfidogennego z osadów morskich w reaktorze UASB do redukcji trichloroetylenu. Technika ta wykorzystuje zróżnicowane mikroorganizmy morskie do bioremediacji zanieczyszczeń organicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy są wdzięczni za wsparcie finansowe udzielone przez Instituto Politécnico Nacional granty 20120110, 20130399 i 20140239 SIP, a także przez Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal Mexico (PICS 08-79, ICYT-DF, 2009-2012). Podziękowania również dla CONACYT – Meksyk za stypendium dla absolwentów (225806) przyznane Selene Montserrat García-Solares oraz za wsparcie finansowe w postaci grantu 82627.

<img alt="Rysunek 1" src="/files/ftp_upload/52956/52956fig1highres.jpg" width="450" /> 
Rysunek 1. Schemat kroków protokołu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52956/52956fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
1. Pobieranie osadów morskich do utworzenia szlamu
<ol>
	<li>Zidentyfikuj dostępny obszar podmorski, znajdujący się albo w pobliżu kominów hydrotermalnych (ze względu na obecność siarczków, które mogą wskazywać na wyższą aktywność redukcji siarczanów), albo w rejonie, w którym wykrywalne są szczątki materii organicznej.</li>
	<li>Na potrzeby niniejszej pracy pobierz około 3 lub 4 kg osadu i odlej wodę z próbek. Umieść próbki w ciemnych plastikowych workach. Chłodzenie nie jest wymagane.</li>
	<li>Po dotarciu do laboratorium przechowuj worki z próbkami w lodówce, jeśli nie będą one użyte natychmiast. Na potrzeby niniejszej pracy próbki mogą być przechowywane w lodówce przez wiele tygodni lub miesięcy przed ich wykorzystaniem.</li>
	<li>Pobierz dużą część próbki osadu (t.j. 1 lub 2 kg) i użyj odpowiedniego sita (0,2 cm), aby usunąć z osadów duże fragmenty materiału węglowego lub obecne w nich kamienie. 
	Uwaga: W tym przypadku użyto sita o średnicy oczek 0,20 cm (0,0767 in), jednak jego rozmiar może być inny w zależności od wielkości cząstek w próbce.
	<ol>
		<li>Po przesianiu osadu wymieszaj wybraną porcję, aby zapewnić jej homogeniczność.</li>
		<li>Pobierz oddzielne mniejsze próbki (t.j. 2 do 3 g), aby określić zawartość lotnych substancji zawieszonych (VSS), postępując zgodnie ze standardowymi metodami 11. 
		Uwaga: Kroki od 1.2 do 1.4 przedstawiono na Rysunku 2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 2" src="/files/ftp_upload/52956/52956fig2.jpg" /> 
Rysunek 2. Fotografie próbek osadu. (A) Próbki osadu bezpośrednio po pobraniu. (B) Próbka osadu po przejściu przez sito. (C) Próbka pobrana do ważenia przed oznaczeniem zawiesiny organicznej (VSS). Szalka Petriego nie wymaga sterylizacji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52956/52956fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
2. Konfiguracja bioreaktora
<ol>
	<li>Do niniejszej pracy należy wykorzystać szklany reaktor UASB o całkowitej objętości roboczej 3 L. Alternatywnie można zastosować szklany reaktor o objętości 1 lub 2 L.</li>
	<li>Na podstawie zawartości VSS w osadach należy obliczyć ilość osadu do wykorzystania jako inokulum, aby uzyskać 5 g VSS w 1 L.</li>
	<li>Należy wziąć pod uwagę, że jeżeli obliczona ilość osadu okaże się zbyt duża, osady powinny zamiast tego zajmować około 25% do 30% objętości bioreaktora.
	<ol>
		<li>Należy zapisać zawartość VSS, ponieważ ulegnie ona zmianie w miarę wzbogacania społeczności mikrobiologicznej w bioreaktorze. Zawartość VSS jest niezbędna do obliczeń aktywności redukcji siarczanów w bioreaktorze.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Należy upewnić się, że końcowe stężenie pożywki podstawowej i roztworu buforującego w bioreaktorze jest zbliżone do wartości zgłoszonych przez Guerrero-Barajas et al. (2014)12.
	<ol>
		<li>Należy dopilnować, aby końcowe objętości osadów, pożywki podstawowej, roztworu buforującego oraz lotnych kwasów tłuszczowych były równe końcowej objętości roboczej reaktora. Przepis na pożywkę podstawową12 zawiera odpowiednie stężenia roztworu metali śladowych i witamin.</li>
		<li>Należy przygotować roztwór zapasowy pożywki podstawowej i roztworu buforującego w stężeniu dostosowanym do objętości roboczej stosowanego reaktora (t.j. 2, 3 lub 4 krotnie bardziej stężone niż opisane w punkcie 2.4), aby po rozcieńczeniu uzyskać stężenie zgłoszone przez Guerrero-Barajas et al. (2014)12). 
		Uwaga: Roztwór zapasowy pożywki podstawowej jest zawsze niezbędny, natomiast roztwór buforujący jest potrzebny jedynie podczas rozruchu. Po tym czasie dodawanie roztworu buforującego nie jest konieczne.</li>
		<li>Należy przygotować roztwór zapasowy lotnych kwasów tłuszczowych: octanu, propionianu i maślanu w proporcji ChZT 2,5:1:1. W obliczeniach należy uwzględnić octan sodu zawarty w pożywce podstawowej. Końcowe stężenie ChZT w reaktorze musi wynosić 2,7 g/L. 
		Przestroga: Roztwór ten należy przygotowywać w dygestorium. Podczas przygotowywania roztworu należy stosować rękawice nitrylowe i okulary ochronne. Należy uwzględnić stechiometrię reakcji siarczanów z lotnymi kwasami tłuszczowymi przedstawioną na Rysunku 3.</li>
		<li>Należy przygotować roztwór zapasowy siarczanu sodu (Na2SO4) w stężeniu umożliwiającym dostarczenie do reaktora końcowego stężenia jonów siarczanowych (SO42-) wynoszącego 4 000 mg/L. Alternatywnie można zamiast dodawania z roztworu zapasowego uwzględnić wymaganą ilość siarczanów w pożywce podstawowej, o ile końcowe stężenie siarczanów (SO42-) będzie prawidłowe.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Osady należy umieścić w reaktorze, mieszając je z częścią pożywki podstawowej, aby upewnić się, że dotrą one do dna reaktora.
	<ol>
		<li>Należy dodać resztę pożywki podstawowej i roztworu buforującego zmieszanych z roztworem lotnych kwasów tłuszczowych oraz roztworem siarczanów. Należy upewnić się, że roztwór lotnych kwasów tłuszczowych jest wlewany do cieczy. Uwaga: Krok ten należy przeprowadzić w dygestorium.</li>
		<li>Należy podłączyć przyłącza i rurociągi reaktora do pompy recyrkulacyjnej. Przepływ recyrkulacyjny należy ustawić na 60 ml/min. Bioreaktor należy umieścić w komorze temperaturowej w temperaturze 34 °C. Należy regularnie sprawdzać, czy wahania temperatury są niewielkie (t.j. 34 ± 1,7 °C).</li>
		<li>Należy podłączyć układ do kolumny wyporowej gazu. 
		Uwaga: Kroki od 2.1 do 2.5 przedstawiono na Rysunku 4.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 3" src="/files/ftp_upload/52956/52956fig3highres.jpg" width="600" /> 
Rysunek 3. Stechiometria redukcji siarczanów z wykorzystaniem VFA (octanu, propionianu i maślanu). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52956/52956fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rycina 4" src="/files/ftp_upload/52956/52956fig4highres.jpg" width="400" /> 
Rycina 4. Reaktor UASB.&#160;(A) Czas początkowy. (B) Tryb ciągły po 300 dniach pracy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52956/52956fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
3. Obsługa reaktora w celu promowania sulfidogenezy i wzrostu mikroorganizmów
Uwaga: Należy pozwolić szczepionce na zużycie lotnych kwasów tłuszczowych i siarczanów. W tym celu należy odczekać jeden tydzień przed przeprowadzeniem pierwszej analizy zużycia siarczanów, siarczków oraz ChZT.
<ol>
	<li>Po jednym tygodniu inkubacji pobrać próbkę 5 do 7 ml cieczy w celu przeprowadzenia analizy zawartości ChZT, siarczanów i siarczków oraz pomiaru pH zgodnie z metodami standardowymi 11, 13.
	<ol>
		<li>Oznaczyć zawartość siarczków w cieczy spektrofotometrycznie (przy długości fali (λ) 670 nm) metodą błękitu metylenowego 13.
		<ol>
			<li>Do kolby miarowej o pojemności 25 ml wlać 5 ml roztworu octanu cynku (2% m/m), a następnie szybko dodać 200 µl próbki do roztworu octanu cynku.</li>
			<li>Dodać 2,5 ml roztworu szczawianu N,N-dimetylo-p-fenylenediamine (DMP) (0,2% m/m w 20% H2SO4) oraz 125 µl roztworu siarczanu amonu żelaza(III) (10% m/m w 2% H2SO4) i uzupełnić kolbę miarową do 25 ml wodą destylowaną. Odczekać 30 min do zajścia reakcji, po tym czasie barwa niebieska ulega stabilizacji. 13. 
			Uwaga: Odczekać co najmniej 15 min, ale nie więcej niż 60 min przed badaniem próbek w spektrofotometrze. Odczytać wartość absorbancji końcowego niebieskiego roztworu w spektrofotometrze.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Oznaczyć zawartość siarczanów zgodnie z metodami standardowymi 11. W tym przypadku ilość siarczanów określić jako siarczan baru metodą turbidymetryczną.
		<ol>
			<li>Do kolby miarowej o pojemności 25 ml wlać 5 ml roztworu kondycjonującego (kwas solny HCl 1:1), dodać 1 ml uprzednio odwirowanej próbki (przy 11 320 × g), uzupełnić objętość kolby miarowej do 25 ml wodą destylowaną i dodać 1 g chlorku baru.</li>
			<li>Mieszać roztwór przez 1 min w wstrząsaniu typu vortex. Odczekać 4 min do utworzenia się siarczanu baru i odczytać wartość próbki w spektrofotometrze przy długości fali (λ) 420 nm 11.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Oznaczyć ChZT zgodnie z metodami standardowymi 11. Alternatywnie można zastosować zestaw do oznaczania ChZT.
		<ol>
			<li>Przed oznaczaniem ChZT dokładnie odwirować próbkę (przy 11 320 x g), aby usunąć pozostałe siarczki, które mogą zakłócać oznaczanie. W razie potrzeby odwirować dwukrotnie: pierwszy raz natychmiast po pobraniu próbki, a drugi raz po odczekaniu 6 lub 8 h, a następnie przeprowadzić analizę ChZT.</li>
			<li>Do fiolki reakcyjnej z zestawu do oznaczania ChZT dodać 2 ml próbki, zamknąć fiolkę i zhomogenizować mieszaninę poprzez delikatne potrząsanie. Przygotować próbę ślepą, dodając 2 ml wody destylowanej do drugiej fiolki reakcyjnej i zhomogenizować mieszaninę.</li>
			<li>Umieścić fiolki w reaktorze do mineralizacji w temperaturze 150 °C na 2 h. Wyjąć fiolki i pozostawić do ostygnięcia w ciemności. Odczytać wartości z fiolek w spektrofotometrze przy długości fali 620 nm.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Odczytać objętość gazu z kolumny wypierającej gaz.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Odczekać kolejne 5 do 7 dni do momentu zużycia siarczanów. Siarczany i ChZT muszą zostać zużyte w około 85% do 90% przed rozpoczęciem nowej partii w trybie fed-batch.</li>
	<li>Po zużyciu siarczanów (i ChZT) całkowicie powtórzyć krok 2.4. Dla każdej partii dostarczyć świeżą pożywkę i nowe składniki odżywcze.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 3.1 i 3.2. Na tym etapie każda partia powinna trwać od 7 do 10 dni.</li>
	<li>Po ukończeniu 3 do 4 partii powtórzyć krok 2.4, zwiększając stężenie ChZT do 4 g/L.</li>
	<li>Powtórzyć krok 3.1 oraz krok 3.2.
	<ol>
		<li>Powtórzyć krok 3.3, zwiększając stężenie ChZT do 6 g/L.</li>
		<li>Powtarzać kroki 3.6 i 3.6.1, stopniowo zwiększając stężenie ChZT aż do osiągnięcia 10 g/L. 
		Uwaga: Wykreślić wykres przedstawiający stężenie siarczanów (mg/L) w funkcji czasu (d).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Gdy zużycie siarczanów przekroczy 80% w czasie krótszym niż 24 h i stan ten utrzyma się przez ponad tydzień, przełączyć pracę reaktora na tryb ciągły. Dla trybu ciągłego ustawić hydrauliczny czas zatrzymania (HRT) na 24 h i utrzymać stężenie siarczanów na poziomie 4 g/L oraz ChZT na poziomie 10 g/L. 
	Uwaga: Z czasem zużycie siarczanów powinno być szybsze.</li>
</ol>
4. Test aktywności redukcji siarczanów
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem tego testu należy upewnić się, że bioreaktor pracujący w trybie ciągłym wykazuje wariancję pozostałego stężenia siarczanów poniżej 10%.</li>
	<li>W wybranym dniu należy zatrzymać reaktor po jednym cyklu HRT i przeprowadzić krok 2.4. W kroku 2.4.3 należy zastosować stężenie COD wynoszące 10 g/L.</li>
	<li>Po zasileniu bioreaktora należy pobierać próbki cieczy o objętości od 5 do 7 ml i co godzinę przeprowadzać analizę COD, siarczanów, siarczków (krok 3.1) oraz pH. Należy rejestrować objętość wytworzonego gazu.</li>
	<li>Aktywność redukcji siarczanów należy obliczyć zgodnie z literaturą 14. 
	&#160; 
	<img alt="Równanie 1" src="/files/ftp_upload/52956/52956eq1.jpg" /></li>
</ol>
SRA = aktywność redukcji siarczanów (mg COD-H2S)/gVSS*d
m H2S = stężenie siarczków wyrażone jako mg COD-H2S
VSS = stężenie lotnych zawiesin
t = czas (d lub hr)
<ol start="5">
	<li>Sporządź odpowiednie wykresy przedstawiające procent zużycia siarczanów w zależności od stężenia siarczków w czasie w mg/L. Wykonaj wykresy przedstawiające procent zużycia ChZT w czasie. Wykonaj wykresy przedstawiające zmiany pH w czasie.</li>
</ol>
5. Test redukcji trichloroetylenu (TCE)
<ol start="1">
	<li>Przed przystąpieniem do tego testu należy upewnić się, że bioreaktor pracuje w trybie ciągłym, a wariancja pozostałego stężenia siarczanów wynosi mniej niż 10%. Nie należy rozpoczynać testu, jeśli redukcja siarczanów w bioreaktorze jest mniejsza niż 90%.</li>
	<li>Przygotować roztwór zapasowy trichloroetylenu (TCE), uwzględniając, że końcowe stężenie tego związku w fazie ciekłej bioreaktora musi wynosić 300 &#956;M. Należy uwzględnić rozdział związku do przestrzeni nad cieczą, korzystając z bezwymiarowej stałej prawa Henry'ego (H´) dla TCE w temperaturze 34°C. &#176;C. H´at 34 &#176;Wartość C dla TCE wynosi 0,4722. 
	<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/52956/52956eq2.jpg" /> 
	Uwaga: Roztwór należy przygotować w dygestorium, używając rękawic i okularów ochronnych.
	<ol>
		<li>Na przykład dla 5 000 &#956;roztwór stokowy M, obliczyć w następujący sposób: 
		<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/52956/52956eq3.jpg" /> 
		Stężenie TCE w fazie gazowej = (0,4722) * (5 000) = 2 361 &#956;M. Należy uwzględnić to stężenie podczas przygotowywania roztworu zapasu, ponieważ taka ilość TCE znajdzie się w przestrzeni nad cieczą. 
		Wówczas w cieczy (wodzie) roztworu zapasowego rzeczywiste stężenie TCE wyniesie: 5 000 + 2 139 = 7 139 &#956;Gęstość M. TCE = 1,43 g/ml. Przelicz 7139 &#956;Przelicz M na mg, a następnie, korzystając z gęstości TCE, oblicz objętość TCE potrzebną do przygotowania roztworu zapasu. 
		Uwaga: Stężenie roztworu zapasu TCE może być niższe niż 5 000 &#956;M, t. j., 3000 lub 1000 &#956;M, zależy to od tego, jaka objętość tego roztworu może zostać dostarczona do bioreaktora w stosunku do objętości jego fazy ciekłej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotować krzywe wzorcowe w chromatografie gazowym dla TCE, cis-1,2-dichloroetylen, Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.-1,2-dichloroetylen, chlorek winylu i eten. Przygotuj cis-1,2-dichloroetylen i Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.Krzywe wzorcowe dla 1,2-dichloroetylenu z roztworu zapasowego tych związków, zgodnie z procedurą opisaną w punkcie 5.2 dla roztworu zapasowego TCE. Przygotować krzywe wzorcowe dla chlorku winylu i etenu poprzez rozcieńczenie stężenia każdego gazu z wzorców (butli gazowych).
	<ol>
		<li>Przygotować krzywe wzorcowe tych związków w zakresie od 20 do 300 &#956;M. Zastosować metodę opisaną przez Guerrero-Barajasa i wsp.. (2011)15 do analizy tych związków w chromatografie gazowym. 
		Uwaga: Roztwory wzorcowe należy przygotować w dygestorium, używając rękawic i okularów ochronnych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W dowolnym dniu należy zatrzymać reaktor po jednym cyklu HRT i przeprowadzić krok 2.4. W kroku 2.4.3 należy zastosować stężenie ChZT wynoszące 10 g/L.</li>
	<li>Po zasileniu bioreaktora należy dodać TCE bezpośrednio do cieczy w bioreaktorze z roztworu zapasowego przygotowanego w punkcie 5.2; końcowe stężenie TCE w fazie ciekłej bioreaktora musi wynosić 300 &#956;M. Ustaw HRT na 12 h.
	<ol>
		<li>Po zakończeniu jednego cyklu HRT pobierz próbki cieczy (od 500 do 1 000 &#956;l) i przeprowadzić analizę ChZT, siarczanów i siarczków (kroki 3.1.1, 3.1.2 i 3.1.3). Pobrać próbki przestrzeni nad cieczą (od 100 do 250 &#956;l) i przeprowadzić analizę w kierunku TCE, cis-1,2-dichloroetylen, Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.-1,2-dichloroetylen, chlorek winylu i eten w chromatografie gazowym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powtórz krok 2.4. W kroku 2.4.3 zastosuj stężenie ChZT wynoszące 10 g/L.</li>
	<li>Nie należy powtarzać żadnego testu redukcji TCE do czasu, aż w bioreaktorze wystąpi ponad 90% redukcji siarczanów oraz wariancja mniejsza niż 10% zarówno dla redukcji siarczanów, jak i zawartości pozostałych w bioreaktorze siarczanów.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 5.4, 5.5 i 5.6 jeszcze dwa lub trzy razy.</li>
	<li>Pobierz próbki osadu (0,5 g) w celu przeprowadzenia identyfikacji mikroorganizmów bezpośrednio po zakończeniu testu redukcji TCE. Czynność tę należy wykonać po 2 lub 3 testach redukcji TCE.</li>
</ol>
6. Test aktywności redukcji siarczanów po eksperymencie redukcji TCE
<ol start="1">
	<li>Powtórz w całości krok 4.</li>
</ol>
7. Identyfikacja mikroorganizmów
<ol>
	<li>Pobrać próbki osadu o masie około 0,5 g każda i przeprowadzić całkowitą ekstrakcję RNA zgodnie ze standardową metodą 12.</li>
	<li>Przeprowadzić amplifikację genu 16S rRNA z odwrotną transkrypcją i wykonać jednoetapową reakcję łańcuchową polimerazy (RT-PCR) 12.</li>
	<li>Zaprojektować startery do amplifikacji lub w ramach podejścia wstępnego wykorzystać te sugerowane w literaturze 11. Postępować zgodnie z procedurą amplifikacji opisaną w literaturze 12.</li>
	<li> skonstruować biblioteki 16S rRNA. Amplikony PCR można sklonować przy użyciu zestawu do klonowania 11. Zazwyczaj klonuje się 10 kolonii z każdej płytki (każda kolonia reprezentuje jeden produkt PCR). Przygotować plazmidowe DNA do sekwencjonowania zgodnie z procedurą sugerowaną w literaturze 12.</li>
	<li>Przeprowadzić sekwencjonowanie fragmentów. Ponownie amplifikować około 1 400 bp zewnętrznych produktów PCR zgodnie z wcześniej opisanym protokołem amplifikacji PCR (krok 7.4) i sklonować zgodnie z procedurą sugerowaną w literaturze 12. Wyizolować rekombinowany plazmid z kolonii E. coli zgodnie z sugestiami w literaturze 12. Wykonać częściową procedurę sekwencjonowania z użyciem uniwersalnych starterów M13 12.</li>
	<li>Przeprowadzić analizę sekwencji. Wyrównać sekwencje nukleotydowe za pomocą programu Clustal X i skorygować je ręcznie w edytorze tekstu. Wykonać wyszukiwania BLAST w bazie danych NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/Blast.cgi) 12.</li>
	<li>Uzyskać numery akcesyjne sekwencji nukleotydowych. Zdeponować sekwencje nukleotydowe zidentyfikowanych klonów w bazie danych sekwencji nukleotydowych EMBL (Gen-Bank/EMBL/DDBJ) pod odpowiadającymi im numerami akcesyjnymi (np. JQ713915eJQ713925 dla sekwencji z amplikonów) 12.</li>
</ol>

<ol><li>Lens, P., Esposito, M. V. G., Zandvoort, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspectives+of+sulfate+reducing+bioreactors+in+environmental+biotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22ReViews+Environmental+Science+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Perspectives of sulfate reducing bioreactors in environmental biotechnology.</a> ReViews Environmental Science and Biotechnology. 1 (4), 311-325 (2002).</li>
<li>Omil, F., Lens, P., Hulshoff, P., Lettinga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+biomass+from+a+sulfidogenic%2C+volatile+fatty+acid-degrading+granular+sludge+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Enzyme+and+MicrobialTechnology%22%5BJournal%5D)">Characterization of biomass from a sulfidogenic, volatile fatty acid-degrading granular sludge reactor.</a> Enzyme and MicrobialTechnology. 20, 229-236 (1997).</li>
<li>Lopes, S. I. C., Wang, X., Capela, M. I., Lens, P. N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfate+reduction+during+the+acidification+of+sucrose+at+pH+5+under+thermophilic+%2855+%C2%B0C%29+conditions.II%3A+Effect+of+sulfide+and+COD%2FSO4-2+ratio%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Sulfate reduction during the acidification of sucrose at pH 5 under thermophilic (55 °C) conditions.II: Effect of sulfide and COD/SO4-2 ratio.</a> Bioresource Technology. 101, 4278-4284 (2010).</li>
<li>Alfonso, P., Prol-Ledesma, R. M., Canet, C., Melgarejo, J. C., Fallick, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfur+isotope+geochemistry+of+the+submarine+hydrothermal+coastal+vents+of+Punta+Mita%2C+Mexico%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geochemical+Exploration%22%5BJournal%5D)">Sulfur isotope geochemistry of the submarine hydrothermal coastal vents of Punta Mita, Mexico.</a> Journal of Geochemical Exploration. 78-79, 301-304 (2003).</li>
<li>Valdemarsen, T., Kristensen, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Degradation+of+dissolved+organic+monomers+and+short+chain+fatty+acids+in+sandy+marine+sediment+by+fermentation+and+sulfate+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22Geochimica+et+Cosmochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Degradation of dissolved organic monomers and short chain fatty acids in sandy marine sediment by fermentation and sulfate reduction.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 74, 1593-1605 (2010).</li>
<li>Quistad, S. D., Valentine, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+propane+oxidation+in+marine+hydrocarbon+seep+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Geochimica+et+Cosmochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Anaerobic propane oxidation in marine hydrocarbon seep sediments.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 75, 2159-2169 (2011).</li>
<li>Futagami, T., Morono, Y., Terada, T., Kaksonen, A. H., Inagaki, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dehalogenation+activities+and+distribution+of+reductive+dehalogenase+homologous+genes+in+marine+subsurface+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Dehalogenation activities and distribution of reductive dehalogenase homologous genes in marine subsurface sediments.</a> Applied and Environmental Microbiology. 75 (21), 6905-6909 (2009).</li>
<li>U.S. Environmental Protection Agency. List of priority pollutants. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Clean+Water+Methods%22">Clean Water Methods</a>. , (2014).</li>
<li>Ozdemir, C., Dursun, S., Karatas, M., Sen, N., Sahinkaya, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+trichloroethylene+%28TCE%29+in+upFlow+anaerobic+sludge+blanket+reactors+%28UASB%29%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Biotechnological+Equipment%22%5BJournal%5D)">Removal of trichloroethylene (TCE) in upFlow anaerobic sludge blanket reactors (UASB).</a> Biotechnology and Biotechnological Equipment. 21 (1), 107-112 (2007).</li>
<li>Zhang, Y., Wang, X., Hu, M., Li, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+hydraulic+retention+time+%28HRT%29+on+the+biodegradation+of+trichloroethylene+wastewater+and+anaerobic+bacterial+community+in+the+UASB+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Effect of hydraulic retention time (HRT) on the biodegradation of trichloroethylene wastewater and anaerobic bacterial community in the UASB reactor.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 99, 1977-1987 (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Methods+for+the+Examination+of+Water+and+Wastewater%22">Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater</a>. , 20th Edn., American Public Health Association. Washington, DC. (1998).</li>
<li>Guerrero-Barajas, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+sulfate+reduction+and+trichloroethylene+%28TCE%29+biodegradation+in+a+UASB+reactor+operated+with+sludge+developed+from+hydrothermal+vents+sediments%3A+process+and+microbial+ecology%5BTitle%5D)+AND+%22International+Biodeterioration+and+Biodegradation%22%5BJournal%5D)">Enhanced sulfate reduction and trichloroethylene (TCE) biodegradation in a UASB reactor operated with sludge developed from hydrothermal vents sediments: process and microbial ecology.</a> International Biodeterioration and Biodegradation. 94, 182-191 (2014).</li>
<li>Trüper, H. G., Schlegel, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulphur+metabolism+in+Thiorhodaceae+I.+Quantitative+measurements+on+growing+cells+of+Chromatium+okenii%5BTitle%5D)+AND+%22Antoine+van+Leeuwenhoek%22%5BJournal%5D)">Sulphur metabolism in Thiorhodaceae I. Quantitative measurements on growing cells of Chromatium okenii.</a> Antoine van Leeuwenhoek. 30, 225-238 (1964).</li>
<li>Gallegos-García, M. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Biological+processes+of+sulfate+reduction+in+biofilms+for+metals+precipitation+%5BPh+D+%5D%22">Biological processes of sulfate reduction in biofilms for metals precipitation [Ph D thesis]</a>. , Intituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica. San Luis potosí, Mexico. (2009).</li>
<li>Guerrero-Barajas, C., Garibay-Orijel, C., Rosas-Rocha, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfate+reduction+and+trichloroethylene+biodegradation+by+a+marine+microbial+community+from+hydrothermal+vents+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22International+Biodeterioration+and+Biodegradation%22%5BJournal%5D)">Sulfate reduction and trichloroethylene biodegradation by a marine microbial community from hydrothermal vents sediments.</a> International Biodeterioration and Biodegradation. 65, 116-123 (2011).</li>
</ol>

Autorzy: Selene Montserrat García-Solares, Claudio Garibay-Orijel i Claudia Guerrero Barajas złożyli (jako wynalazcy) w 2012 r. wniosek o uzyskanie patentu pt.: "Proces beztlenowego oczyszczania ścieków przemysłowych o wysokiej zawartości siarczanów i związków chlorowanych". To zgłoszenie zostało zatwierdzone do etapu formatowania. Właścicielem praw do zgłoszenia jest Instituto Politécnico Nacional.

Istnieje kilka zastosowań sulfidogenezy w biotechnologii środowiskowej, jednym z najczęściej stosowanych zastosowań metabolizmu bakterii redukujących siarczany w konsorcjach z bakteriami fermentującymi jest oczyszczanie ścieków. Reaktory UASB są jednym z głównych podejść inżynieryjnych do oczyszczania ścieków przemysłowych o wysokich stężeniach siarczanów. W niniejszej pracy przedstawiono protokół otrzymywania osadu sulfidogennego z osadów morskich w reaktorze UASB. Kluczowymi etapami w protokole w celu uzyskania osadu s...

Jednym z najważniejszych wkładów w biotechnologię środowiskową było zaprojektowanie bioreaktorów, w których użyty osad (inokulum) był w stanie działać w warunkach redukcji siarczanów. Redukcja siarczanów (SR) umożliwia oczyszczanie strumieni ścieków, które zawierają wysokie stężenia siarczanów, a także jednoczesne usuwanie ChZT, metali ciężkich i zanieczyszczeń organicznych, co sprawia, że SR jest pożądaną cechą osadu 1. Niektóre przykłady ścieków zanieczyszczonych siarczanami pochodzą z przemysłu garbarskiego, papierniczego, farmaceutycznego i chemicznego 1. Jednak większość literatury odnosi się do osadu sulfidogennego, gdy metanogenny osad granulowany został przystosowany do sulfidogenezy 2. Adaptację tę zwykle osiąga się poprzez manipulowanie stosunkiem ChZT/SO42- w bioreaktorze i dodawanie substancji chemicznych w celu zahamowania metanogenów w osadzie 2,3. Oprócz długiego czasu, który może wymagać tworzenia granulek sulfidogennych, konkurencja między metanogenami a reduktorami siarczanów oraz tolerancja osadu na wysokie stężenia siarczków to tylko niektóre z głównych problemów, które mogą wystąpić, jeśli osad sulfidogenny stosowany w bioreaktorze jest uzyskiwany w wyniku adaptacji osadu z przewagą metanogennego do warunków redukcji siarczanów. W niniejszej pracy opisano procedurę otrzymywania osadu z przewagą sulfidogennego z osadów kominów hydrotermalnych (Punta Mita, Nayarit, Meksyk) w reaktorze z przepływem beztlenowym osadu (UASB), a następnie oceniamy jego aktywność redukującą siarczany w czasie i przeprowadzamy eksperyment w celu oceny jego zastosowania w odchlorowaniu redukcyjnym. Lokalizacja osadów została wybrana, ponieważ doniesiono, że w tym miejscu dochodzi do powstawania siarczków w wyniku aktywności redukującej siarczany, wykazywanej przez społeczność mikrobiologiczną zamieszkującą to konkretne miejsce4.
Istnieje kilka zalet w pozyskiwaniu tego osadu sulfidogennego z osadów w porównaniu z adaptacją metanogennego osadu granulowanego do sulfidogenezy. Niektóre z tych zalet to: (1) nie jest konieczne tworzenie granulek do działania bioreaktora, (2) osad toleruje stosunkowo wysokie stężenia siarczków w porównaniu z innymi UASB, które działają z przystosowanym osadem metanogennym, oraz (3) nie ma konkurencji o substrat z metanogenami, nawet jeśli octan jest stosowany w mieszaninie lotnych kwasów tłuszczowych zawartych w pożywce hodowlanej w celu sprzyjania tworzeniu się osadu.
Ta procedura została przeprowadzona w celu promowania sulfidogenezy, ponieważ osady morskie są naturalną pulą szerokiej gamy mikroorganizmów, takich jak bakterie redukujące siarczany, bakterie fermentujące i bakterie dehalogenujące, żeby wymienić tylko kilka 5,6. Rodzaj konsorcjum opracowanego z osadów morskich przy użyciu tego protokołu może wykazywać skuteczność w redukcji siarczanów, a tym samym wysoką aktywność redukującą siarczany w czasie i wyższą tolerancję na siarczki w stężeniach wyższych niż zgłaszane jako toksyczne dla metanogenów i bakterii redukujących siarczany. Z drugiej strony, jest prawdopodobne, że zdolność do dehalogenacji jest również wykazywana w osadach zgodnie z proponowanym tutaj protokołem, ale może to zależeć od pierwotnej społeczności mikrobiologicznej. Założenie to opiera się na fakcie, że redukcyjne odchlorowanie może zachodzić zarówno w wyniku oddychania, jak i kometabolizmu, czyli warunków, które mogą być promowane w społeczności mikroorganizmów morskich 7. Uprawę osadów w celu uzyskania osadu przeprowadzono przy użyciu mieszaniny octanu, propionianu i maślanu jako substratu, ponieważ te lotne kwasy tłuszczowe są wykorzystywane przez kilka szczepów bakterii redukujących siarczany. Kwasy te są również rodzajem związków węgla często występujących w osadach morskich, zgodnie z kilkoma doniesieniami w literaturze na temat materiału węglowego w osadach morskich5,6.
Na koniec, jednymi z najbardziej toksycznych związków występujących w wodach gruntowych i innych zbiornikach wodnych na całym świecie są rozpuszczalniki chlorowane, takie jak trichloroetylen (TCE) czy perchloroetylen (PCE). Związki te są toksyczne nie tylko dla człowieka, ale także dla mikroorganizmów, w szczególności TCE, który jest nadal uważany za zanieczyszczenie priorytetowe przez Agencję Ochrony Środowiska w USA8. W niniejszej pracy zaproponowano doświadczenie, w którym osad sulfidogenny jest badany pod kątem jego zdolności do redukcji TCE przy stężeniach mieszczących się w zakresie zgłaszanym dla biodegradacji związków chlorowanych w warunkach metanogennych9,10. Warto nadmienić, że większość badań nad biodegradacją związków chlorowanych prowadzona jest w warunkach metanogennych 9,10. Uważamy, że eksperyment z TCE zaproponowany w tym protokole jest dobrym przykładem potencjalnych zastosowań osadu. Celem tego eksperymentu była ocena tolerancji osadu na TCE oraz wpływu TCE na aktywność redukującą siarczany. Biorąc pod uwagę, że większość badań nad biodegradacją związków chlorowanych prowadzona jest w warunkach metanogennych, protokół ten sugeruje, że tworzenie osadu może być wykorzystywane do równocześnie: (1) usuwania siarczanu, (2) usuwania ChZT i (3) usuwania związków chlorowanych. Kolejnym krokiem może być ocena osadu przy jednoczesnym usuwaniu TCE i metali ciężkich (oprócz siarczanów i ChZT), dwóch warunków, których nie można ocenić w warunkach metanogennych.

<table><tbody><tr><td>trichloroetylen&nbsp;</td><td>sigma Aldrich</td><td>251402</td><td></td></tr><tr><td>cis-1,2-dichlorotehylene</td><td>sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>trans-1,2-dichloroetylen</td><td>sigma</td><td>Aldrich D-62209</td><td></td></tr><tr><td>chlorek winylu Scotty Standard</td><td>Supelco</td><td></td><td>1,000 ppm v/v w azocie</td></tr><tr><td>Ethene Scotty Standard</td><td>Supelco</td><td></td><td>99% czystości</td></tr><tr><td>pompa</td><td>Masterflex</td><td></td><td>Model 7553-75</td></tr><tr><td>spektrofotometr</td><td>dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>mikrowirówka</td><td>dowolne</td><td></td><td></td></tr><tr><td>gazoszczelne strzykawki&nbsp;</td><td>dowolny</td><td></td> szklany reaktor UASB o <td>pojemności 100 i 200 mikrolitrów</td></tr>, dowolny <tr><td></td><td></td><td></td> chromatograf gazowy <td>w trakcie projektowania</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>dowolny</td><td></td><td>detektor FID</td></tr><tr><td>kolumna kapilarna SPB-624</td><td>supelco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pH-metr</td><td></td><td></td><td></td></tr> dowolny <tr><td>rurka vitonowa</td> odczynniki podłoża podstawowego <td>Masterflex</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>wszelkie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>odczynniki metali śladowych</td><td>dowolne</td><td></td><td></td>odczynniki</tr> roztworu <tr><td>witamin</td><td>dowolne</td><td></td><td></td></tr><tr><td>siarczan sodu</td><td>wszelkie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>lotne kwasy tłuszczowe</td><td>dowolny</td><td></td><td></td></tr><tr><td>zestaw do oznaczania ChZT</td> zakres <td>HACH</td><td></td><td>0-15 000 mg/l</td></tr><tr><td>Zestaw do klonowania TOPO-TA, pCR&reg; 4.0&nbsp;</td><td>Invitrogen, US</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S.N.A.P. TM Zestaw do miniprzygotowania&nbsp;</td><td>Invitrogen, Wielka Brytania</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pure link TM Szybki zestaw do miniprzygotowania plazmidu</td><td>Invitrogen</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym

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

Znaczenie redukcji mikrobiologicznych siarczanów zależy od różnych zastosowań, które oferuje w biotechnologii środowiskowej. Inżynierska redukcja siarczanów jest stosowana w oczyszczaniu ścieków przemysłowych w celu usunięcia dużych stężeń siarczanów wraz z chemicznym zapotrzebowaniem na tlen (ChZT) i metalami ciężkimi. Najpowszechniejszym podejściem do tego procesu są bioreaktory beztlenowe, w których osad sulfidogenny uzyskuje się poprzez adaptację metanogennego osadu granulowanego do sulfidogenezy. Proces ten może trwać długo i nie zawsze eliminuje konkurencję o substrat ze względu na obecność metanogenów w osadzie. W niniejszej pracy proponujemy nowatorskie podejście do otrzymywania osadów sulfidogennych, w których pierwotnym źródłem mikroorganizmów są osady kominów hydrotermalnych. Społeczność drobnoustrojów rozwinięta w obecności siarczanów i lotnych kwasów tłuszczowych jest wystarczająco szeroka, aby utrzymać redukcję siarczanów przez długi czas bez wykazywania zahamowania przez siarczek. 
Ten protokół opisuje procedurę generowania szlamu z osadów w reaktorze typu UASB (ang. upflow anaerobic sludge blanket). Ponadto w protokole przedstawiono procedurę mającą na celu wykazanie zdolności osadu do usuwania za pomocą redukcyjnego odchlorowania modelu wysoce toksycznego zanieczyszczenia organicznego, takiego jak trichloroetylen (TCE). Protokół jest podzielony na trzy etapy: (1) tworzenie się osadu i określenie jego aktywności redukującej siarczany w UASB, (2) eksperyment mający na celu usunięcie TCE przez osad oraz (3) identyfikacja mikroorganizmów w osadzie po redukcji TCE. Chociaż w tym przypadku osady zostały pobrane z miejsca znajdującego się w Meksyku, wytwarzanie osadu sulfidogennego przy użyciu tej procedury może zadziałać, jeśli weźmie się inne źródło osadów, ponieważ osady morskie są naturalną pulą mikroorganizmów, które mogą być wzbogacone w bakterie redukujące siarczany.

Typowy przebieg redukcji siarczanów w bioreaktorze przedstawiono na Rysunku 5. Należy zauważyć, że w pierwszych tygodniach pracy redukcja siarczanów przebiega powolnie. Mimo to, zużycie ponad 90% siarczanów w czasie wskazuje, że inokulum rozwija społeczność drobnoustrojów zdolnych do redukcji siarczanów, a tym samym jest wzbogacone w bakterie redukujące siarczany. Różne okresy zaznaczone na rysunku wskazują, że tempo redukcji siarczanów wzrastało z biegiem czasu. Na początku redukcja siarczanów w trybie ...

Mikrobiologiczna redukcja siarczanów jest procesem o wielkim znaczeniu w biotechnologii środowiskowej. Powodzenie reaktorów sulfidogennych zależy m.in. od składu mikrobiologicznego osadu. W tym miejscu przedstawiamy protokół zagospodarowania osadu sulfidogennego z osadów kominów hydrotermalnych w reaktorze UASB do celów odchlorowania redukcyjnego.

Opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym

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

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest opracowanie osadu generującego siarczki z osadów morskich w reaktorze A-U-A-S-B oraz ocena jego wydajności w redukcji TRICHLOROETHYLENE lub TCE. Cel ten osiąga się poprzez pobranie osadów morskich w celu uzyskania populacji bardzo różnorodnych mikroorganizmów, które ulegają wzbogaceniu w bakterie redukujące siarczany w środowisku zawierającym odpowiednie minerały, witaminy w pożywce oraz lotne kwasy tłuszczowe służące jako donory elektronów. W drugim kroku osady morskie są wykorzystywane jako inokulum w reaktorze A-U-A-S-B, który jest ustawiany i utrzymywany w warunkach redukcji siarczanów przez kilka tygodni, aż do osiągnięcia stabilnej aktywności redukcji siarczanów.Następnie ocenia się zdolność konsorcjum w bioreaktorze UASB do redukcji TCE, aby sprawdzić potencjał osadu do przekształcania zanieczyszczeń organicznych przy jednoczesnej aktywnej sulfogenezie. Wyniki wykazują, że w bioreaktorze ustanowiła się sulfogeneza, a analiza społeczności mikrobowej potwierdziła, że osad był w stanie redukować TCE w warunkach redukcji siarczanów, co sugeruje, że redukcja TCE była przeprowadzana przez konsorcjum utworzone przez bakterie redukujące siarczany oraz bakterie fermentacyjne. Główną zaletą tej procedury w stosunku do istniejących metod, takich jak adaptacja osadów metanogennych do TCE, jest to, że uzyskany osad wykazuje tolerancję na wyższe stężenia siarczanów i nie występuje w nim konkurencja o substrat z metanogenami.Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą napotykają trudności, ponieważ spodziewają się natychmiastowego powstania szczeliny. Mogą one mieć tendencję do dodawania składników odżywczych i siarczków do bioreaktora rzadziej lub częściej, niż jest to wymagane. Takie podejścia doprowadzą jedynie do zachwiania równowagi systemu.Wygodne jest przeprowadzanie okresowych analiz ChZT, siarczanów i siarczanów, aby monitorować przebieg reakcji i wyznaczyć odpowiedni czas na kolejny etap. Pomysł na tę metodę pojawił się, ponieważ dążyliśmy do stworzenia wysoce aktywnego osadu sulfogenicznego, który łączyłby usuwanie materii organicznej, siarczanów i zanieczyszczeń – co nie jest możliwe do osiągnięcia w warunkach metagenicznych, szczególnie gdy część zanieczyszczeń jest zmieszana z metalami ciężkimi. Do identyfikacji bakterii w konsorcjum zastosowaliśmy ogólną metodę z wykorzystaniem wysokiej klasy sprzętu.Celem analizy był region genu 16 S-R-R-N-A, w którym zidentyfikowano interesujący ogólny skład bakterii. Aby rozpocząć tę procedurę, należy pobrać próbki morskie zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Po dostarczeniu do laboratorium należy pobrać znaczną część próbki osadu i użyć odpowiedniego sita, aby usunąć z osadów duże fragmenty materiału węglowego.Po przeciskaniu osadu przez sito, wymieszaj wybraną porcję, aby zapewnić jego jednorodność. Na potrzeby niniejszej pracy zastosuj szklany reaktor z upływowym anaerobowym złożem osadu o całkowitej objętości roboczej trzech litrów. Upewnij się, że końcowe objętości pożywki podstawowej dla osadów oraz lotnych kwasów tłuszczowych są równe końcowej objętości roboczej reaktora.Przygotować roztwór zapasowy pożywki podstawowej zawierającej chlorek fosforanu azotu, sole magnezu, mikroelementy oraz witaminy z roztworem buforu wodorowęglanowego, uwzględniając objętość roboczą reaktora. Następnie przygotować roztwór zapasowy lotnych kwasów tłuszczowych składający się z octanu, propionianu i maślanu. W proporcji chemicznego zapotrzebowania na tlen lub COD wynoszącej od 2,5 do 1:1, końcowe stężenie COD w reaktorze musi wynosić 2,7 g/L.Na koniec przygotuj roztwór zapasowy siarczanu sodu o odpowiednim stężeniu, aby dostarczyć do reaktora końcowe stężenie jonu siarczanowego wynoszące 4 000 mg/L. Po przygotowaniu roztworów umieść osady w reaktorze, mieszając je z częścią pożywki podstawowej, aby upewnić się, że dotrą one do dna reaktora. Pozostałą część pożywki podstawowej oraz roztwór buforowy zmieszaj z roztworem lotnych kwasów tłuszczowych i roztworem siarczanu.Należy upewnić się, że roztwór lotnych kwasów tłuszczowych został wlany do cieczy. Następnie należy dodać połączone roztwory do reaktora. Połączyć przyłącza i rurociągi reaktora z pompą recyrkulacyjną.Następnie ustaw prędkość przepływu recyrkulacyjnego na 60 milliliters per minute. Regularnie ustaw temperaturę w komorze termostatycznej bioreaktora na 34 degrees Celsius. Sprawdź, czy wahania temperatury są niewielkie.Na koniec wykonaj połączenia z kolumną do wypierania gazu. Po tygodniu inkubacji pobierz próbkę od pięciu do siedmiu mililitrów cieczy w celu przeprowadzenia analizy zawartości ChZT, siarczanów i siarczków oraz pomiaru pH. Zgodnie ze standardowymi metodami, przeanalizuj zawartość siarczków w cieczy, stosując metodę błękitu metylenowego.Najpierw wlej 5 ml roztworu octanu cynku do kolby miarowej o pojemności 25 ml. Następnie szybko dodaj 200 µL próbki do roztworu octanu cynku. Po tym dodaj 2,5 ml roztworu DMP oraz 125 µL roztworu wodorosiarczanu amonu żelaza(III).Dopełnić kolbę miarową do objętości 25 ml wodą destylowaną. Odczekać 30 minut do zajścia reakcji, aby kolor niebieski uległ stabilizacji. Po zakończeniu reakcji odczekać co najmniej 15 minut, lecz nie więcej niż 60 minut.Aby przetestować próbki w spektrofotometrze, dokonaj odczytu końcowego niebieskiego roztworu przy długości fali 670 nanometrów. Ilość siarczanów wyznacz jako siarczan baru, stosując metodę turbidymetryczną. W pierwszej kolejności wlej pięć mililitrów roztworu kondycjonującego do kolby miarowej o pojemności 25 mililitrów.Następnie dodaj jeden mililitr próbki, która została wcześniej odwirowana przy 11 320 ×g. Uzupełnij kolbę miarową o pojemności 25 mililitrów wodą destylowaną i dodaj jeden gram chlorku baru. Mieszaj roztwór przez jedną minutę w wortexie. Odczekaj cztery minuty do utworzenia się siarczanu baru, a następnie odczytaj próbkę w spektrofotometrze przy długości fali 420 nanometrów.Aby przygotować próbkę do oznaczenia ChZT, należy ją dokładnie odwirować, aby usunąć pozostałe siarczki, które mogą zakłócać proces pomiaru ChZT. Po wirowaniu należy dodać dwa mililitry próbki do fiolki reakcyjnej z zestawu do oznaczania ChZT. Zamknąć szczelnie fiolkę i zhomogenizować mieszaninę poprzez delikatne wstrząśnięcie.Przygotuj próbę ślepą, dodając dwa mililitry wody destylowanej do innej fiolki reakcyjnej, a następnie zhomogenizuj mieszaninę. Umieść fiolki w reaktorze do mineralizacji w temperaturze 150 °C na dwie godziny. Następnie wyjmij fiolki i pozostaw je do ochłonięcia w ciemności.Odczytaj wartości z probówek w spektrofotometrze przy długości fali 620 nanometrów. Następnie określ objętość gazu za pomocą kolumny do wypierania gazu. Po zużyciu siarczanów uzupełnij świeżą pożywkę i nowe składniki odżywcze dla każdej partii.Analogicznie jak wcześniej, gdy zużycie siarczanów przekracza 80% w czasie krótszym niż 24 godziny i stan ten utrzymuje się przez ponad tydzień, należy przełączyć pracę reaktora na tryb ciągły. Ustawić hydrauliczny czas zatrzymania (HRT) na 24 godziny poprzez regulację przepływu pompy, utrzymując stężenie siarczanów na poziomie 4 g/L oraz ChZT na poziomie 10 g/L w każdym dniu. Zatrzymać pracę reaktora po jednym cyklu HRT, a następnie dostarczyć świeże podłoże i nowe składniki odżywcze dla każdej partii, zgodnie z wcześniejszą procedurą, stosując stężenie ChZT wynoszące 10 g/L.Po zasileniu bioreaktora należy pobierać próbki cieczy o objętości od pięciu do siedmiu mililitrów i co godzinę przeprowadzać analizę ChZT, zawartości siarczanów, siarczków oraz pH. Należy również rejestrować objętość wytworzonego gazu dla testu TCE. Przygotować roztwór zapasowy TCE, biorąc pod uwagę, że końcowe stężenie tego związku w fazie ciekłej bioreaktora musi wynosić 300 micromolar.Należy uwzględnić rozdział związku do przestrzeni nad cieczą, wykorzystując bezwymiarową stałą Henry'ego dla TCE w temperaturze 34 °C. Następnie, w dowolnym dniu, należy przygotować na chromatografie gazowym krzywe wzorcowe dla każdego z analizowanych związków, stosując metody opisane w protokole tekstowym. Reaktor należy zatrzymać po jednym cyklu HRT, a następnie dostarczyć świeże pożywkę i nowe składniki odżywcze dla każdej partii, tak jak wcześniej, stosując stężenie COD wynoszące 10 g/L.Po zasileniu bioreaktora należy dodać TCE bezpośrednio do cieczy w bioreaktorze z roztworu zapasowego. Końcowe stężenie TCE w fazie ciekłej bioreaktora musi wynosić 300 micromolar. Po zakończeniu jednego cyklu HRT należy ustawić HRT na 12 hours.Pobrać próbki cieczy i przeprowadzić analizę w celu oznaczenia ChZT, siarczanów oraz siarczków. Należy również pobrać próbki fazy gazowej i przeprowadzić analizę za pomocą chromatografu gazowego. Przedstawiono tutaj typowy przebieg redukcji siarczanów w bioreaktorze.Ważne jest, aby zauważyć, że w pierwszych tygodniach pracy redukcja siarczanów będzie przebiegać powolnie. Różne okresy wskazują, że tempo redukcji siarczanów zwiększało się z czasem, aż 4 000 mg/L siarczanów było zużywanych w czasie krótszym niż 24 h. Następnie reaktor pracował w trybie ciągłym.Rozwój osadu przedstawiono na reprezentatywnych wynikach z reaktora dotyczących redukcji siarczanów. Przedstawiono tutaj zmiany stężenia siarczków, zużycia ChZT oraz pH w czasie. Wyniki te uzyskano w doświadczeniach przeprowadzonych po tym, jak bioreaktor pracował w trybie ciągłym przez kilka tygodni.W eksperymencie, w którym badano zdolność osadu do redukcji TCE, uzyskano wyniki przedstawione poniżej. Odnotowana aktywność redukcji siarczanów była nieco niższa niż ta uzyskana przed dodaniem TCE. Chromatograf gazowy wykazał, że około 80% TCE zostało zredukowane do siarczanu etanu; w osadzie opracowanym zgodnie z tym protokołem zidentyfikowano bakterie redukujące, bakterie fermentacyjne oraz bakterie dehalogenujące.Rodzaje bakterii, takie jak sulfa vibrio de sulfa, microbial des sulfide bacterium, clostridium deha backer oraz SUL fossum, zostały powiązane z redukcją siarczanów i biodegradacją związków chlorowanych. Po opanowaniu techniki tę można zastosować w podobny sposób w odniesieniu do różnych osadów morskich, pod warunkiem prawidłowego wykonania procedury. Czas potrzebny na rozwój tego układu może zależeć od źródła pochodzenia osadów. Podczas przeprowadzania tej procedury należy pamiętać, że kluczowe jest okresowe sprawdzanie bilansu masy w odniesieniu do COD, siarczanów oraz siarczanów.Im bardziej aktywny otrzymany osad, tym większa możliwość wykorzystania go do redukcji TCE oraz w dalszej kolejności do degradacji wszelkich innych związków toksycznych, które mogą ulegać degradacji w warunkach redukcji siarczanów. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat tego, jak opracować osad geniczny z osadów morskich w reaktorze USB oraz jak ocenić jego wydajność w redukcji TC. Powinni Państwo zrozumieć, jak zaszczepić reaktor, jak monitorować reakcję redukcji w czasie oraz jak przeprowadzić test redukcji TCE zgodnie z tą procedurą.W celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania, takie jak ogólna liczba bakterii lub sposób, w jaki konsorcjum degraduje TCE w środowisku fotogenicznym, można zastosować inne metody, takie jak sekwencjonowanie okresowe lub inne analizy genów.

development-sulfidogenic-sludge-from-marine-sediments

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Laboratoryjne bioreaktory do fermentacji beztlenowej umożliwiają naukowcom badanie nowych metod optymalizacji istniejących zastosowań biotechnologii beztlenowej oraz ocenę potencjału produkcji metanu z różnych odpadów organicznych. Niniejszy artykuł przedstawia uogólniony model konstrukcji, zaszczepiania, eksploatacji i monitorowania laboratoryjnego bioreaktora beztlenowego z ciągłym mieszaniem.

Reaktor beztlenowego trawienia z ciągłym mieszaniem do konwersji odpadów organicznych w biogaz: konfiguracja systemu i podstawowa eksploatacja

Zacznij od beztlenowej komory fermentacyjnej, szczelnego, beztlenowego reaktora wysianego syntetycznym szlamem, który naśladuje osiadłe ciała stałe ze ścieków.Osad zawiera mezofilne mikroorganizmy beztlenowe, mieszaną zbiorowisko mikroorganizmów.Mikroorganizmy te rozwijają się w umiarkowanych temperaturach i napędzają trawienie materii organicznej osadu.Stale mieszaj osad, aby podtrzymać aktywność bakterii i wspomóc trawienie.Później dodaj do szlamu bioplastiki, które są polimerami...

Fermentacja beztlenowa biotworzyw do produkcji biogazu

Nowatorski reaktor beztlenowy z przepływem stałym (UASS) został wykorzystany do produkcji biogazu z włóknistego surowca. Poferment z reaktora UASS został hydrotermalnie zwęglony do biowęgla HTC w ciśnieniowym reaktorze wsadowym. W tym badaniu zastosowano integrację dwóch koncepcji bioenergii w celu zwiększenia ogólnej produkcji bioenergii.

Ocena zintegrowanej fermentacji beztlenowej i karbonizacji hydrotermalnej w produkcji bioenergii

Nowatorski projekt reaktora, nazwany bioreaktorem o wysokiej gęstości (HDBR), jest prezentowany do hodowli i badania społeczności drobnoustrojów o dużej gęstości. W tym przypadku HDBR jest z powodzeniem stosowany w konfiguracji fotobioreaktora (PBR) do badania metabolizmu azotu przez mieszaną społeczność glonów o dużej gęstości.

Nowatorski bioreaktor do hodowli o dużej gęstości różnych zbiorowisk mikroorganizmów

Opisano protokół wykorzystania dwutlenku węgla z gazów spalinowych elektrowni na gaz ziemny do hodowli mikroalg w otwartych stawach torowych. Wtryskiwanie spalin jest kontrolowane za pomocą czujnika pH, a wzrost mikroalg jest monitorowany za pomocą pomiarów gęstości optycznej w czasie rzeczywistym.

Sprzężenie wychwytywania dwutlenku węgla z elektrowni z półautomatycznymi otwartymi stawami torowymi do uprawy mikroalg

Zanieczyszczenie powietrza wpływa na jakość życia wszystkich organizmów. W tym miejscu opisujemy zastosowanie biotechnologii mikroalg do oczyszczania biogazu (jednoczesne usuwanie dwutlenku węgla i siarkowodoru) oraz produkcji biometanu poprzez półprzemysłowe otwarte stawy glonów o wysokiej szybkości, a następnie analizę skuteczności oczyszczania, pH, rozpuszczonego tlenu i wzrostu mikroalg.

Oczyszczanie biogazu poprzez zastosowanie systemu mikroalgo-bakteryjnego w półprzemysłowych stawach z glonami o wysokiej zawartości

Ten protokół opisuje najlepszą praktykę określania produkcji metanu i parametrów kinetycznych mikroorganizmów za pomocą respirometrii dla mikrobioty beztlenowej, współtrawienia odpadów spożywczych i osadu aktywowanego odpadami.

Pomiar potencjału biometanowego odpadów spożywczych beztlenowo współtrawionych z osadem aktywowanym odpadami za pomocą respirometrii

Ten protokół szczegółowo opisuje montaż układów mini-bioreaktorów, które mają być wykorzystane do hodowli złożonego przepływu złożonych zbiorowisk kałowych w warunkach beztlenowych. Omówiono również metody montażu, inokulacji i pobierania próbek z reaktorów do dalszej analizy.

Montaż bioreaktora do ciągłej hodowli złożonych zbiorowisk kałowych

Podczas remediacji wód gruntowych powstaje wiele ważnych minerałów reaktywnych; jednak konwencjonalne metody oparte na rdzeniach wiertniczych często stanowią wyzwanie w pozyskiwaniu tych minerałów. W tym artykule przedstawiono techniki wykorzystania Min-Trap, innowacyjnego pasywnego urządzenia do pobierania próbek, aby skutecznie zbierać i mierzyć minerały reaktywne z konwencjonalnych studni monitorujących.

Rozmieszczenie i odzyskiwanie próbek minerałów

Eutrofizacja jezior jest problemem jakości wody na całym świecie, co sprawia, że potrzeba identyfikacji i kontroli źródeł składników odżywczych jest krytyczna. Laboratoryjne określenie szybkości uwalniania fosforu z rdzeni osadów jest cennym podejściem do określania roli wewnętrznego obciążenia fosforem i kierowania decyzjami zarządczymi.

Wyznaczony laboratoryjnie strumień fosforu z osadów jeziornych jako miara wewnętrznego obciążenia fosforem

Poznaj metodę opracowania osadu sulfidogennego z osadów morskich w reaktorze UASB do redukcji trichloroetylenu. Technika ta wykorzystuje zróżnicowane mikroorganizmy morskie do bioremediacji zanieczyszczeń organicznych.

Opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym (Wideo) | JoVE Journal

Opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym

Przeglądaj więcej filmów