एक Upflow अवायवीय कीचड़ कंबल रिएक्टर में समुद्री तलछट और ट्राइक्लोरोथिलीन कमी से Sulfidogenic कीचड़ का विकास
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
पर्यावरण जैव प्रौद्योगिकी के लिए सबसे महत्वपूर्ण योगदान में से एक (inoculum) का इस्तेमाल किया कीचड़ सल्फेट को कम करने की शर्तों के तहत प्रदर्शन करने में सक्षम था जिसमें बायोरिएक्टर का डिजाइन किया गया। सल्फेट कमी (एसआर) कॉड, भारी धातुओं और जैविक प्रदूषण, एसआर कीचड़ 1 के एक वांछनीय विशेषता में आता है कि एक तथ्य के एक साथ हटाने के अलावा सल्फेट के उच्च सांद्रता होते हैं कि अपशिष्ट जल धाराओं के उपचार की अनुमति देता है। सल्फेट के साथ दूषित कचरे के कुछ उदाहरणों का कारख़ाना, कागज, दवा और रासायनिक विनिर्माण उद्योगों 1 से आते हैं। हालांकि, साहित्य का सबसे methanogenic बारीक कीचड़ sulfidogenesis 2 के लिए अनुकूलित किया गया है जब कीचड़ sulfidogenic को दर्शाता है। यह अनुकूलन सामान्यतः कॉड / बायोरिएक्टर में ऐसा 4 2- अनुपात जोड़ तोड़ और कीचड़ 2,3 में methanogens को बाधित करने के लिए रसायनों जोड़कर उपलब्ध हो जाता है। मी है कि लंबे समय के अलावाप्र sulfidogenic कणिकाओं के गठन की आवश्यकता होती है, methanogens और सल्फेट reducers और सल्फाइड की उच्च सांद्रता के लिए कीचड़ की सहिष्णुता के बीच प्रतियोगिता बायोरिएक्टर में इस्तेमाल sulfidogenic कीचड़ के अनुकूलन से प्राप्त होता है, तो पैदा हो सकता है कि मुख्य समस्याओं में से कुछ कर रहे हैं मुख्य रूप से methanogenic कीचड़ की स्थिति को कम करने सल्फेट। इस काम में, हम एक upflow अवायवीय कीचड़ कंबल रिएक्टर (UASB) में जल उष्मा अवसादों (पंटा मीता, Nayarit, मेक्सिको) से एक मुख्य रूप से sulfidogenic कीचड़ प्राप्त करने के लिए प्रक्रिया का वर्णन है, तो हम समय के साथ गतिविधि को कम करने में अपनी सल्फेट का मूल्यांकन करने और एक प्रयोग किया reductive dechlorination पर अपने आवेदन का मूल्यांकन करने के लिए। यह उस साइट में कारण है कि विशेष जगह 4 में रहने माइक्रोबियल समुदाय द्वारा प्रदर्शित सल्फेट को कम गतिविधि के लिए सल्फाइड का गठन है बताया गया है कि क्योंकि अवसादों का स्थान चुना गया था।
तोड़ रहे हैंsulfidogenesis को methanogenic बारीक कीचड़ अनुकूल ढालने के ऊपर अवसादों से इस sulfidogenic कीचड़ प्राप्त करने में अल लाभ। इन फायदों में से कुछ हैं: (1) यह (3) है कीचड़ अनुकूलित methanogenic कीचड़ के साथ काम करते हैं कि दूसरों UASB की तुलना में सल्फाइड के अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता बर्दाश्त (2), बायोरिएक्टर संचालित करने के लिए कणिकाओं के रूप में करने के लिए आवश्यक नहीं है, और एसीटेट कीचड़ के गठन को बढ़ावा देने के लिए संस्कृति के माध्यम में शामिल है जो अस्थिर फैटी एसिड के मिश्रण में प्रयोग किया जाता है, भले ही methanogens साथ सब्सट्रेट के लिए कोई प्रतिस्पर्धा नहीं है।
समुद्री तलछट ऐसे सल्फेट, जीवाणु बैक्टीरिया को कम करने fermenting और बैक्टीरिया सिर्फ कुछ 5,6 उल्लेख करने के लिए dehalogenating के रूप में सूक्ष्मजीवों की एक विस्तृत विविधता का एक स्वाभाविक पूल रहे हैं, क्योंकि यह प्रक्रिया sulfidogenesis बढ़ावा देने के लिए किया गया। इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके समुद्री तलछट से विकसित संघ के प्रकार सल्फेट कमी है और इसलिए, उच्च एस में दक्षता प्रदर्शन कर सकते हैं ulfate methanogens और सल्फेट बैक्टीरिया को कम करने के लिए विषाक्त के रूप में रिपोर्ट की तुलना में उच्च सांद्रता में सल्फाइड करने के लिए समय के साथ गतिविधि और उच्च सहिष्णुता को कम करने। दूसरी ओर, यह dehalogenating क्षमता भी प्रोटोकॉल यहाँ प्रस्तावित लेकिन यह मूल माइक्रोबियल समुदाय पर निर्भर हो सकता है का पालन करते हुए अवसादों में दिखाया गया है कि संभावना है। यह धारणा reductive dechlorination श्वसन या cometabolism द्वारा या तो हो सकता है कि इस तथ्य के आधार पर किया जाता है, समुद्री माइक्रोबियल समुदाय 7 में पदोन्नत किया जा सकता है कि दोनों की स्थिति। कीचड़ प्राप्त करने के लिए तलछट की खेती इन अस्थिर फैटी एसिड सल्फेट बैक्टीरिया को कम करने के कई उपभेदों द्वारा उपयोग किया जाता है, क्योंकि सब्सट्रेट के रूप में एसीटेट, propionate और butyrate के मिश्रण का प्रयोग द्वारा आयोजित किया गया। ये एसिड समुद्र अवसादों 5,6 में कारबोनकेयस सामग्री पर साहित्य में कई रिपोर्टों के अनुसार, यह भी अक्सर समुद्री तलछट में पाया कार्बन यौगिकों के प्रकार हैं।
सामग्री "> अंत में, दुनिया भर में भूजल और अन्य जल निकायों में पाए जाते हैं कि सबसे जहरीले यौगिकों के कुछ ऐसे ट्राइक्लोरोईथिलीन (टीसीई) या perchlorethylene (PCE) के रूप में क्लोरीनयुक्त सॉल्वैंट्स हैं। इन यौगिकों विषाक्त कर रहे हैं न केवल इंसान के लिए है लेकिन यह भी सूक्ष्मजीवों के लिए, अभी भी अमेरिका में पर्यावरण संरक्षण एजेंसी द्वारा एक प्राथमिकता प्रदूषक माना जाता है जो विशेष रूप से टीसीई, 8। इस काम में हम में हैं कि sulfidogenic कीचड़ सांद्रता में टीसीई को कम करने की अपनी क्षमता पर परीक्षण किया गया है, जिसमें एक प्रयोग प्रस्तावित methanogenic शर्तों 9,10 तहत क्लोरीनयुक्त यौगिकों बायो़डीग्रेडेशन के लिए सूचना दी सीमा होती है। यह क्लोरीनयुक्त यौगिकों के बायो़डीग्रेडेशन पर अनुसंधान के सबसे methanogenic शर्तों 9,10 के तहत आयोजित किया गया है कि उल्लेख के लायक है। हम इस प्रोटोकॉल में प्रस्तावित टीसीई के साथ प्रयोग एक है कि विचार कीचड़ के संभावित अनुप्रयोगों का अच्छा उदाहरण है। इस प्रयोग का उद्देश्य ई के लिए थाटीसीई को कीचड़ और गतिविधि को कम करने सल्फेट पर टीसीई प्रभाव की सहिष्णुता valuate। (1) (2) कॉड हटाने और (3) को हटाने, सल्फेट निकालें: क्लोरीनयुक्त यौगिकों के बायो़डीग्रेडेशन पर अनुसंधान के सबसे methanogenic की शर्तों के तहत किया जाता है कि खाते में ले रहा है, इस प्रोटोकॉल एक कीचड़ के गठन के लिए एक साथ करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है पता चलता है क्लोरीनयुक्त यौगिकों। एक कदम और आगे, (अलावा सल्फेट और सीओडी के लिए) methanogenic की शर्तों के तहत मूल्यांकन नहीं किया जा सकता है कि दो शर्तों टीसीई और भारी धातुओं के एक साथ हटाने पर कीचड़ का मूल्यांकन करने के लिए हो सकता है।Protocol
Representative Results
Discussion
पर्यावरण जैव प्रौद्योगिकी में sulfidogenesis के कई अनुप्रयोगों, बैक्टीरिया fermenting अपशिष्ट उपचार में है के साथ भागीदारी में सल्फेट बैक्टीरिया को कम करने के चयापचय के सबसे अधिक इस्तेमाल किया अनुप्रयोगों में से ए?…
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
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