Towards a continuous two-phase partitioning bioreactor for xenobiotic removal

Tomei, M. Concetta; Angelucci, Domenica Mosca; Daugulis, Andrew J.

doi:10.1016/j.jhazmat.2016.05.092

Cited by 23 publications

(4 citation statements)

References 40 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Angelucci et al [49], successfully tested a continuous two-phase-partitioning reactor in the treatment of tannery wastewater. Several other studies involving phase partitioning bioreactors are described [24,[45][46][47][48][49][50].…”

Section: Packed Bedmentioning

confidence: 99%

Microbial Bioremediation and Different Bioreactors Designs Applied

Tekere¹

2019

Biotechnology and Bioengineering

View full text Add to dashboard Cite

Microbial remediation of pollutants involves the use of microorganisms to degrade pollutants either completely to water and carbon dioxide (for organic pollutants) or into less toxic forms. In the case of nonbiodegradable inorganic compounds, bioremediation takes the form of bioaccumulation or conversion of one toxic species to a less toxic form for example Cr(VI) is converted to less toxic (III). Bioremediation is considered an environmentally friendly way for pollution cleanup. Microbial clean up can be applied in situ (in place of contamination) or ex situ (off the site of contamination). In situ remediation in the natural environment is deemed slow and often times difficult to control and optimize the different parameters affecting the bioremediation. To this end, use of engineered bioreactors is preferred. Engineered bioreactors providing for optimum conditions for microbial growth and biodegradation have been developed for use in bioremediation processes to achieve the different desired remediation goals. Bioreactors in use range in mode of operation from batch, continuous, and fed batch bioreactors and are designed to optimize microbial processes in relationship to contaminated media and nature of pollutant. Designed bioreactors for bioremediation range from packed, stirred tanks, airlift, slurry phase, and partitioning phase reactors amongst others.

show abstract

Section: Packed Bedmentioning

confidence: 99%

Microbial Bioremediation and Different Bioreactors Designs Applied

Tekere¹

2019

Biotechnology and Bioengineering

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Several studies have used various grades of the DuPont polymer Hytrel™ for the treatment of a variety of wastewater types including high salinity synthetic tannery wastewater or for the bioproduction of commodity chemicals . Other studies have demonstrated the effectiveness of Hytrel™ beads in sequestering a variety of xenobiotic compounds for biodegradation in solid–liquid two phase partitioning bioreactors (TPPBs) .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Characterization of transport through polymers for fracking fluid treatment and organic acid concentration in extractive membrane bioreactors

Mullins

2018

J of Chemical Tech & Biotech

View full text Add to dashboard Cite

BACKGROUND: The water-intensive practice of hydraulic fracturing produces wastewater containing a variable matrix of organic and inorganic compounds, including ions and ionizable organic compounds. Extractive membrane bioreactors (EMBs) operating with tailored polymer membranes can selectively sequester and/or transport these solutes for biological treatment. Four grades of Hytrel™ tubing were compared for their suitability in EMB systems, based on the polymers' thermodynamic affinity for solutes and their ability to transport or speciate ionic wastewater constituents. RESULTS:Of the four Hytrel™ grades compared, high water content types (30% and 54% equilibrated water content) facilitated the transport of ionic species through the tubing, with all monovalent species being transported through both high-water content grades, and lack of transport through the low-water content tubing (3% and 5%). Undissociated organic acids were transported through all tubing types and dissociated acids were able to permeate only high-water content grades. Using this differential ability to transport/not transport an organic acid depending on its dissociation state, a low-water content Hytrel™ grade of tubing was able to concentrate a dilute butyric acid solution by 220% after 48 h. CONCLUSION: The use of polymeric tubing for EMB applications for the treatment of hydraulic fracturing wastewater requires knowledge of both solute affinity and water content for complex waste streams, both of which affect the capability to transport organic and ionic species.

show abstract

“…Το πολυμερές μπορεί να είναι είτε στην κοκκώδη του μορφή 278 είτε σε οποιαδήποτε μορφή μπορεί να λάβει μέσω εκβολής (π.χ. υπό μορφή σωλήνα) 279 (Εικόνα 36). Η στερεή φάση διαχωρίζει τα τοξικά υποστρώματα με βάση την διατήρηση της θερμοδυναμικής ισορροπίας ανάμεσα στις δύο φάσεις.…”

Section: ➢ Phunclassified

“…Η επεξεργασία του DCP κατέστη δυνατή και με τη χρήση TPSLB που φέρει κομμάτια από χρησιμοποιημένα ελαστικά αυτοκινήτου ως στερεό προσροφητικό υλικό287 . Πρόσφατα (2016), οι Tomei et al279 ανέπτυξαν ένα νέο τύπο TPSLB στο οποίο το στερεό προσροφητικό πολυμερές μέσω εκβολής διαμορφώνεται σε δομή σωλήνα μέσω του οποίου διέρχεται το προς επεξεργασία απόβλητο. Με τη διάταξη αυτή ο TPSLB μπορεί να Pediococcus acidilactici Όπως φαίνεται στα πειραματικά αποτελέσματα, η απομάκρυνση εξαιρετικά υψηλών συγκεντρώσεων Cr(VI) της τάξεως των 1350 ppm κατέστη δυνατή με τη λειτουργία ενός TPSLB με στερεό προσροφητικό υλικό το Cloisite ® 30Β.…”

unclassified

Βιοτεχνολογική Αναγωγή Εξασθενούς Χρωμίου Από Απόβλητα

Lytras¹,

Λύτρας²

View full text Add to dashboard Cite

Το χρώμιο (Cr) αποτελεί μέταλλο με ευρεία βιομηχανική χρήση . Χρησιμοποιείται στη βιομηχανία των χρωστικών και των συντηρητικών ξύλου, τη βυρσοδεψεία, τις επιμεταλλώσεις και την παραγωγή ανοξείδωτου χάλυβα. Αυτή η ευρεία χρήση του χρωμίου οδηγεί σε απόβλητα με μεγάλες συγκεντρώσεις χρωμίου με αποτέλεσμα να αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους ρύπους του φυσικού περιβάλλοντος. ΄Το χρώμιο εμφανίζει πολλές οξειδωτικές καταστάσεις που κυμαίνονται από -2 έως και +6. Εντούτοις μόνο η τρισθενής [Cr(III)] και η εξασθενής [Cr(VI)] είναι σταθερές στο φυσικό περιβάλλον. Το χρώμιο που απορρίπτεται στο περιβάλλον από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες είναι κυρίως στην εξασθενή του μορφή του ενώ πρόσφατες έρευνες έχουν δείξει ότι Cr(VI) μπορεί να σχηματίζεται και φυσικά από την αποσάθρωση πετρωμάτων. Το Cr(VI) έχει αποδεδειγμένη κυτταροτοξική, μεταλλαξιγόνο και καρκινογόνο δράση ενώ είναι ευδιάλυτο στα φυσικά ύδατα και εμφανίζει μεγάλη κινητικότητα. Ακόμα και σε επίπεδα ppb θεωρείται επιβλαβές για το περιβάλλον και τα έμβια όντα. Αντίθετα, το Cr(III) είναι δυσδιάλυτο στα φυσικά ύδατα και ιζηματοποιείται εύκολα με τη μορφή Cr(OH)3. Το Cr(III) είναι χίλιες φορές λιγότερο μεταλλαξιγόνο και κυτταροτοξικό από το Cr(VI) και σε μικρές συγκεντρώσεις αποτελεί απαραίτητο ιχνοστοιχείο για τα έμβια όντα. Λόγω των επιβλαβών επιπτώσεων του Cr(VI) για το περιβάλλον και τα έμβια όντα έχει θεσπιστεί αυστηρή νομοθεσία για τα όρια του χρωμίου στα απόβλητα και στο νερό ανθρώπινης κατανάλωσης.Οι σύγχρονες μέθοδοι επεξεργασίας των επιβαρυμένων με Cr(VI) αποβλήτων και υδάτων χρησιμοποιούν βιολογικές διεργασίες. Η βιολογική απομάκρυνση του Cr(VI) κρίνεται πιο συμφέρουσα από τεχνοοικονομικής απόψεως έναντι των συμβατικών φυσικοχημικών μεθόδων που χρησιμοποιούνταν παραδοσιακά (χημική αναγωγή, ανταλλαγή ιόντων, διήθηση, ηλεκτροχημική επεξεργασία, προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα, αντίστροφη ώσμωση και μεμβράνες) καθώς παρουσιάζει μικρές ενεργειακές απαιτήσεις, χαμηλό πάγιο και λειτουργικό κόστος και μικρότερη παραγωγή ιλύος επιβαρυμένης με Cr(VI). Η βιολογική αναγωγή του Cr(VI) αποτελεί την πλέον σημαντική μέθοδο βιολογικής επεξεργασίας αποβλήτων με Cr(VI).Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η βιολογική απομάκρυνση του Cr(VI) από συνθετικά απόβλητα με ιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις Cr(VI) μέσω της λειτουργίας βιοαντιδραστήρων δύο φάσεων [Two phase portioning bioreactors (TPPBs)]. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε εγκλιματισμός αναερόβιας μικτής καλλιέργειας ως προς την απομάκρυνση Cr(VI). Η εγκλιματισμένη βιομάζα χρησιμοποιήθηκε ως εμβόλιο για τη λειτουργία των TPPBs. Αρχικά επιχειρήθηκε η κατασκευή και λειτουργία ενός βιοαντιδραστήρα δύο υγρών φάσεων [Two Phase Liquid- Liquid Bioreactor (TPLLB)]. Προς αυτή την κατεύθυνση ελέγχθηκαν διαφορετικοί οργανικοί διαλύτες (Εξάνιο, Επτάνιο, Κηροζίνη, Χλωροφόρμιο και ethyl acetate) σε συνδυασμό με διαφορετικά συμπλοκοποιητικά μέσα (Aliquat® 336, TOPO και TBP) ως προς την ικανότητα απομάκρυνσης του Cr(VI) από υδατικό διάλυμα. Ο συνδυασμός του Aliquat 336 με οποιοδήποτε οργανικό διαλύτη έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα ως προς την απομάκρυνση των χρωμικών ιόντων από υδατικό διάλυμα 1000 ppm Cr(VI). Εντούτοις το Aliquat 336 αποδείχθηκε ιδιαίτερα τοξικό ως προς την εγκλιματισμένη βιομάζα με αποτέλεσμα την αδυναμία υλοποίησης ενός TPLLB για την απομάκρυνση του Cr(VI) από υδατικά απόβλητα. Στη συνέχεια, επιχειρήθηκε η κατασκευή και η λειτουργία βιοαντιδραστήρα δύο φάσεων στερεού-υγρού [Two Phase Solid Liquid Bioreactors (TPSLB). Προς αυτή την κατεύθυνση ελέγχθηκαν διαφορετικά φυσικά και τεχνητά προσροφητικά υλικά ως προς την ικανότητα αντιστρεπτής προσρόφησης των ιόντων Cr(VI) από υδατικό διάλυμα. Το Cloisite® 30Β, ένας φυσικός μοντμοριλλονίτης, τροποποιημένος με ένα τετραδραστικό άλας αμμωνίου, επιλέχθηκε ως το κατάλληλο στερεό προσροφητικό υλικό καθώς προσροφούσε αντιστρεπτά τα ιόντα Cr(VI), ενώ παράλληλα ήταν μη τοξικό για την εγκλιματισμένη βιομάζα. Με την λειτουργία του TPSLB με το Cloisite® 30B και την εγκλιματισμένη βιομάζα επετεύχθη έως και 100% απομάκρυνση του Cr(VI) από συνθετικό απόβλητο 1350ppm Cr(VI) με υδραυλικό χρόνο παραμονής 116 ωρών. Στη συνέχεια ο αντιδραστήρας λειτούργησε ως αντιδραστήρας μίας υγρής φάσης με χρόνο παραμονής 116 ωρών. Η ποσοστιαία απομάκρυνση του Cr(VI) από το συνθετικό απόβλητο των 1350ppm παρέμεινε σταθερή και ίση με του TPSLB. Μέσω της λειτουργίας του αντιδραστήρα μίας υγρής φάσης με υδραυλικό χρόνο παραμονής 83 ωρών επετεύχθη 100% απομάκρυνση του Cr(VI) από συνθετικό απόβλητο επιβαρυμένο με 950 ppm Cr(VI).Τέλος, μελετήθηκε ο μηχανισμός της βιολογικής απομάκρυνσης του Cr(VI) από τον TPSLB. Με μεθόδους μοριακής βιολογίας ταυτοποιήθηκε το είδος του μικροοργανισμού που είχε επικρατήσει στο TPSLB. Με ακρίβεια 99% τα βακτήρια που επικράτησαν στον TPSLB ανήκαν στο είδος Pediococcus acidilactici. Τα βακτήρια αυτού του είδους επιτελούν ομογαλακτική ζύμωση παράγοντας γαλακτικό οξύ. Δείχθηκε ότι το παραχθέν από τον μικροβιακό μεταβολισμό γαλακτικό οξύ είναι αυτό που λειτουργεί ως αναγωγικός παράγοντας για την αναγωγή του Cr(VI). Τέλος, η λειτουργία του βιοαντιδραστήρα μίας υγρής φάσης μοντελοποιήθηκε με το λογισμικό Aquasim 2.0, θεωρώντας κινητική Monod για την κυτταρική ανάπτυξη.

show abstract

Towards a continuous two-phase partitioning bioreactor for xenobiotic removal

Cited by 23 publications

References 40 publications

Microbial Bioremediation and Different Bioreactors Designs Applied

Microbial Bioremediation and Different Bioreactors Designs Applied

Characterization of transport through polymers for fracking fluid treatment and organic acid concentration in extractive membrane bioreactors

Βιοτεχνολογική Αναγωγή Εξασθενούς Χρωμίου Από Απόβλητα

Contact Info

Product

Resources

About