Biodegradation

Trong quá trình phục hồi sinh học đối với đất ô nhiễm polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH), sự tích lũy của các chuyển hóa phân cực do hoạt động sinh học có thể xảy ra. Do các chuyển hóa phân cực này tiềm ẩn độc tính cao hơn so với các sản phẩm gốc, nên cần có sự hiểu biết tốt hơn về các quá trình liên quan đến việc sản xuất và số phận của những sản phẩm oxi hóa này trong đất. Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi mô tả thiết kế và lắp đặt một hệ thống vi sinh vật tĩnh và một quy trình phân tích để phát hiện PAHs cùng với các sản phẩm oxi hóa của chúng trong đất. Khi áp dụng cho một mẫu đất bị ô nhiễm phenanthrene, là một PAH mẫu, và 1-hydroxy-2-naphthoic acid, diphenic acid và phthalic acid như là các chuyển hóa khả dĩ, các quy trình chiết xuất và phân đoạn đã thu hồi được lần lượt là 93%, 89%, 100% và 89%. Việc ứng dụng hệ thống tiêu chuẩn hóa để nghiên cứu sự phân hủy sinh học của phenanthrene trong đất nông nghiệp có và không có sự cấy giống của chủng vi khuẩn phân hủy PAH trọng lượng phân tử cao Mycobacterium sp. AP1, cho thấy tính thích hợp của nó trong việc xác định số phận môi trường của PAHs trong đất ô nhiễm và đánh giá ảnh hưởng của các biện pháp phục hồi sinh học. Trong các vi sinh vật được cấy giống, 35% phenanthrene được bổ sung đã bị tiêu hao, trong đó 19% được hồi phục dưới dạng CO2 và 3% dưới dạng diphenic acid. Chất sau, cùng với hai chuyển hóa không xác định khác, đã tích lũy trong đất.

The addition of methyl tert-butyl ether (MTBE) to gasoline has resulted in public uncertainty regarding the continued reliance on biological processes for gasoline remediation. Despite this concern, researchers have shown that MTBE can be effectively degraded in the laboratory under aerobic conditions using pure and mixed cultures with half-lives ranging from 0.04 to 29 days. Ex-situ aerobic fixed-film and aerobic suspended growth bioreactor studies have demonstrated decreases in MTBE concentrations of 83% and 96% with hydraulic residence times of 0.3 hrs and 3 days, respectively. In microcosm and field studies, aerobic biodegradation half-lives range from 2 to 693 days. These half-lives have been shown to decrease with increasing dissolved oxygen concentrations and, in some cases, with the addition of exogenous MTBE-degraders. MTBE concentrations have also been observed to decrease under anaerobic conditions; however, these rates are not as well defined. Several detailed field case studies describing the use of ex-situ reactors, natural attenuation, and bioaugmentation are presented in this paper and demonstrate the potential for successful remediation of MTBE-contaminated aquifers. In conclusion, a substantial amount of literature is available which demonstratesthat the in-situ biodegradation of MTBE is contingent on achieving aerobic conditions in the contaminated aquifer.

Nghiên cứu về Fourier transform-infrared (FT-IR), nhiệt độ phân tích (TG), phân tích nhiệt độ vi sai (DTA) và phân tích nhiệt độ vi sai trọng lực (DTG) đối với hỗn hợp chất thải thực vật, bụi gỗ, lá cây và phân bò cho hoạt động vi sinh vật (nguyên liệu) và phân compost của chúng đã được thực hiện trong ba mùa khác nhau, tức là mùa đông, mùa xuân và mùa hè. Mối tương quan giữa các phân tích quang phổ và thành phần phân compost cung cấp thông tin về độ ổn định và mức độ trưởng thành trong quá trình ủ phân. Quang phổ FT-IR đã được sử dụng để xác định các nhóm chức năng và cường độ của chúng, trong khi TG, DTG và DTA được áp dụng để phân tích sự mất trọng lượng, tỷ lệ mất trọng lượng và biến thiên enthalpy trong phân compost. Sự giảm trọng lượng ở nguyên liệu thô và phân compost tại hai nhiệt độ khác nhau 250–350 và 350–500°C được ghi nhận là 38,06, 28,15% cho khu vực đầu vào và 14,08, 25,67% cho khu vực đầu ra vào mùa hè, trong khi số liệu này cho khu vực đầu vào là 50,59, 29,76% và 18,08, 25,67% cho khu vực đầu ra trong mùa xuân, cao hơn (5–10%) so với mùa đông. Nhiệt độ tương ứng trong DTA trong các mẫu từ khu vực đầu vào đến khu vực đầu ra là; endoterm (100–200°C) do sự mất nước, exoterm (300–320°C) do mất cấu trúc peptide, và exoterm (449–474°C) do mất cấu trúc aromatic đa hạch, mà cao hơn 4°C và 10–20°C và tỷ lệ mất trọng lượng cao hơn 5–10% trong mùa xuân và mùa hè so với quá trình ủ mùa đông, được báo cáo mà không phụ thuộc vào độ tuổi trưởng thành của phân compost. Cường độ tương đối của các exoterm (300–320/449–474°C) đã cung cấp các phân đoạn hợp chất hữu cơ ổn định hơn về mặt nhiệt. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng quá trình ủ compost bằng trống quay đối với các nguyên liệu hữu cơ vào mùa xuân và mùa hè mang lại độ phức tạp và độ ổn định phân tử cao hơn so với mùa đông.

Continuous culture experiments with identical experimental designs were run with a mixed microbial community of activated sludge origin and an axenic bacterial culture derived from it. Each culture received 2-chlorophenol (2-CP) at a concentration of 160 mg/L as COD and L-lysine at a concentration of 65 mg/L as COD. A factorial experimental design was employed with dilution rate and media composition as the two controlled variables. Three dilution rates were studied: 0.015, 0.0325, and 0.05 h−1. Media composition was changed by adding four biogenic compounds (butyric acid, thymine, glutamic acid and lactose) in equal COD proportions at total concentrations of 0, 34, 225, and 1462 mg/L as COD. The measured variables were the effluent concentrations of 2-CP as measured by the 4-aminoantipyrene test and lysine as measured by the o-diacetylbenzene procedure. The results suggest that community structure and substrate composition play important roles in the response of a microbial community to mixed substrates. The addition of more biogenic substrates to the axenic culture had a deleterious effect on the removal of both lysine and 2-CP, although the effect was much larger on lysine removal. In contrast, additional substrates had a positive effect on the removal of 2-CP by the mixed community and much less of a negative effect on the removal of lysine. The dilution rate at which the cultures were growing had relatively little impact on the responses to the additional substrates.

The enzymatic pathways of elemental sulfur and thiosulfate disproportionation were investigated using cell-free extract of Desulfocapsa sulfoexigens. Sulfite was observed to be an intermediate in the metabolism of both compounds. Two distinct pathways for the oxidation of sulfite have been identified. One pathway involves APS reductase and ATP sulfurylase and can be described as the reversion of the initial steps of the dissimilatory sulfate reduction pathway. The second pathway is the direct oxidation of sulfite to sulfate by sulfite oxidoreductase. This enzyme has not been reported from sulfate reducers before. Thiosulfate reductase, which cleaves thiosulfate into sulfite and sulfide, was only present in cell-free extract from thiosulfate disproportionating cultures. We propose that this enzyme catalyzes the first step in thiosulfate disproportionation. The initial step in sulfur disproportionation was not identified. Dissimilatory sulfite reductase was present in sulfur and thiosulfate disproportionating cultures. The metabolic function of this enzyme in relation to elemental sulfur or thiosulfate disproportionation was not identified. The presence of the uncouplers HQNO and CCCP in growing cultures had negative effects on both thiosulfate and sulfur disproportionation. CCCP totally inhibited sulfur disproportionation and reduced thiosulfate disproportionation by 80% compared to an unamended control. HQNO reduced thiosulfate disproportionation by 80% and sulfur disproportionation by 90%.

Organisations such as the Marine Control Pollution Unit of the Department of Transport are at present testing the suitability of burial and landfarming of oily residues in sandy coastal environments as an alternative to landfill sites. The tendency for oil related compounds to sorb to sediments has been extensively investigated, but this has not permitted the 'observation' or measurement of advection/diffusion processes or the breakdown of these compounds within sediments. MRI, which is a multidimensional technique allowing the position of nuclei (most commonly protons) to be charted within a volume, provides a means of monitoring advection and diffusion of oil within sediments, thus offering a method of assessing the harming potential of oils in near-shore environments. A three dimensional MRI analysis of the movement of oil in an organic substrate and in three related estuarine sediments show that, using appropriate parameters, movement of the oil can be both observed and quantified. The results presented in terms of the % change of oil distribution within each sediment sample, show the great potential of MRI in studying protonated contaminants in these materials.

Kinetics of simultaneous iron and polychlorophenol (CP) oxidation by groundwater enriched cultures were studied in laboratory and during actual remediation in orderto reveal the fate and effects of iron on aerobic on-site bioremediation of boreal groundwater. 2,4,6-tri- (TCP), 2,3,4,6-tetra- (TeCP) and pentachlorophenol (PCP)were degraded in fluidized-bed bioreactor (FBR) by over 99%, over 99%, and over96%, respectively. The oxygen consumption rate for CP-biodegradation was 1.31μmol DO L-1 min-1 and 0.29 μmol DO L-1 min-1 for iron oxidation, i.e. approximately 12% of the oxygen was consumed by iron oxidation during normal FBR operation. Mineralization of CPs was confirmed by DOC removal and chloride release of 158% and 78%, respectively. Excess DOC removal was due to partial degradation of the natural organic matter (NOM) (1.1 mg L-1 or 24% DOC removal) in the groundwater. Removal of NOM consumed 0.91 μmol DO L-1min-1. Iron oxidation in the FBR was over 94% of which chemical Fe(II) oxidation accounted for up to 10%. Fe(III) partially accumulated (58 to 69%) in the system. The TCP- and CP-biodegradation consumed DO at two times higher rates than the Fe(II)-oxidation in both, laboratory and full-scale, respectively. The batch assays atvarious TCP and Fe(II) ratios and DO concentrations showed simultaneous oxygenconsumption by TCP and Fe-oxidizers and that increased Fe concentrations do notoutcompete the bioremediation of CP's for available oxygen. Abbreviations: DAPI: 4',6'-Diamidino-phenylindole; DO:Dissolved oxygen; DOC: Dissolved organic carbon; FBR: Fluidized-bed bioreactor;HRT: Hydraulic retention time; NOM: Natural organic matter; PCP: Pentachlorophenol; SEM: Scanning-electron microscopy, TeCP: 2,3,4,6-Tetrachlorophenol; TCP: 2,4,6-Trichlorophenol