Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การขจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยไนเทรตรีดิวซ์ซิงและซัลไฟด์ออกซิไดซิงแบคทีเรียในถังปฎิกรณ์ชีวภาพไร้ออกซิเจน
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
Warawut Chulalaksananukul
Second Advisor
Eldon Rene
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Biotechnology
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.53
Abstract
The strain MAL 1HM19, a nitrate reducing and sulfur oxidizing bacteria (NR-SOB) was successfully isolated from Mae Um Long Luang hot spring from Mae Hong Son province (Thailand) using hydrogen sulfide (H2S) and nitrate (NO3-) as an electron donor and acceptor, respectively. Among the isolates of NR-SOB from different sources, the strain MAL 1HM19 was the most promising novel strain of NR-SOB because of its ability to yield ~100% H2S removal, under anoxic conditions, within 5.5 h at an initial H2S concentration of 650 ppmv. The identification of strain MAL 1HM19 based on the 16S rDNA nucleotide sequence suggests that this strain is closely related to Paracoccus versutus and is the member of Alphaproteobateria with 99.93% sequence similarity. The P. versutus strain MAL 1HM19 was also able to grow at various NaCl concentrations (0.03-7%), in a pH range of 7.0-9.0 and at temperatures of 20-50°C. The ability of H2S removal by the P. versutus strain MAL 1HM19 under the influence of different initial NO3--N concentrations (60, 120 and 240 mg NO3--N/L), at 35°C, was investigated for 96 h. The results showed that 100% of H2S oxidation was attained within 10 h, irrespective of the different initial NO3--N concentrations. The final end product [sulfate (SO42-) or elemental sulfur (S°)] depended on the concentrations of NO3--N. In the long-term experiments, i.e. in a biotrickling filter (BTF), biological H2S removal was investigated by inoculating the pure cultures of P. versutus strain MAL 1HM19 in anoxic BTF for 188 d. The BTF was packed with polyurethane foams (PUFs) cubes and the reactor was operated under anoxic conditions in both fed-batch and continuous modes. The H2S inlet concentrations were varied between 100 and 500 ppmv during steady-state experiments, while during H2S shock load tests, the concentrations were increased to 1000, 2000, 3000 and 4000 ppmv, respectively. The removal efficiency (RE) of H2S varied between 17 and 100% depending on operational mode of the BTF and the addition of the C source. The maximum elimination capacity (ECmax) was achieved at 121.83 ± 0.1 g S/m3 h (RE - 96.5 %) during H2S shock load experiments at 4000 ppmv. The results from this study demonstrated that both free and immobilized cells of P. versutus strain MAL 1HM19 can be efficiently used in industrial situations to remove H2S and NO3- under a wide range of operating conditions.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
ไนเตรทรีดิวซ์ซิงและซัลไฟด์ออกซิไดซิงแบคทีเรีย สายพันธุ์ MAL 1HM19 เป็นแบคทีเรียที่ได้รับการคัดแยกจากบ่อน้ำพุร้อน แม่อุมลองหลวง จังหวัดแม่ฮ่องสอน ประเทศไทย ซึ่งสามารถใช้ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ เป็นตัวให้อิเล็กตรอน และใช้ไนเตรทเป็นตัวรับอิเล็กตรอน พบว่าแบคทีเรียสายพันธุ์ MAL 1HM19 มีประสิทธิภาพในการขจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้ถึงร้อยละ 100 โดยสามารถขจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 650 ppmv หมดภายใน 5.5 ชั่วโมง ภายใต้ภาวะไร้ออกซิเจน ซึ่งเป็นระยะเวลาที่สั้นที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับไอโซเลตอื่นๆ ผลของการจำแนกชนิดของแบคทีเรียด้วยการเปรียบเทียบลำดับเบสของ 16S rDNA กับฐานข้อมูล NCBI พบว่ามีความใกล้เคียงกับแบคทีเรีย Paracoccus versutus ถึงร้อยละ 99.93 โดยแบคทีเรีย P. versutus สายพันธุ์ MAL 1HM19 สามารถเจริญเติบโตได้ในโซเดียมคลอไรด์ความเข้มข้นร้อยละ 0.03 ถึง 7, อุณหภูมิ 20 ถึง 50 องศาเซลเซียส และพีเอช 7.0 ถึง 9.0 และจากการทดลองแบบกะ พบว่าแบคทีเรียสายพันธุ์นี้สามารถขจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้หมดภายใต้ภาวะความเข้มข้นที่แตกต่างกันของไนเตรท (60, 120 และ 240 มิลลิกรัมไนเตรท-ไนโตรเจนต่อลิตร) ที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส ภายใน 10 ชั่วโมง โดยมีซัลเฟตหรือซัลเฟอร์เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการขจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไนเตรทเริ่มต้นที่ใช้ นอกจากนี้เมื่อใช้แบคทีเรียสายพันธุ์ MAL 1HM19 เป็นหัวเชื้อ และตรึงในวัสดุกรองประเภทโพลียูรีเทนโฟม ในถังปฎิกรณ์ชีวภาพไร้ออกซิเจนชนิดไบโอทริคคลิ่งฟิลเตอร์ เป็นเวลา 188 วัน ในระบบกะป้อนและระบบต่อเนื่อง โดยพบว่าความเข้มข้นเริ่มต้นของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ใช้อยู่ระหว่าง 100 ถึง 500 ppmv ในภาวะคงตัว และ 1000, 2000, 3000 และ 4000 ppmv ในภาวะ shock loads มีค่าประสิทธิภาพในการลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์อยู่ระหว่างร้อยละ 17 ถึง 100 ซึ่งขึ้นอยู่กับแหล่งคาร์บอน และระบบที่ใช้ในการทดลอง นอกจากนี้ค่าความสามารถสูงสุดในการบำบัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่พบในระบบนี้คือ 121.83 ± 0.1 กรัม ซัลไฟด์ต่อชั่วโมงต่อลูกบาศก์เมตร ร้อยละ 96.5 ของประสิทธิภาพในการลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์) ที่ความเข้มข้นเริ่มต้นของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ 4000 ppmv จากงานยังพบอีกว่าไนเตรทรีดิวซ์ซิงและซัลไฟด์ออกซิไดซิงแบคทีเรีย P. versutus สายพันธุ์ MAL 1HM19 มีประสิทธิภาพในการลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ทั้งในรูปเชื้ออิสระและเซลล์ตรึงรูป และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมที่มีการปนเปื้อนของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์และไนเตรทได้ในหลากหลายภาวะ
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Watsuntorn, Wannapawn, "Hydrogen sulfide removal by nitrate reducing and sulfide oxidizing bacteria in anoxic bioreactors" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 543.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/543