Трендсеттінг як ключовий фактор управління інноваційними ризиками індустрії моди

Індустрія моди нового тисячоріччя перетворилася в багатомільйонний сектор економіки, у котрому інноваційна діяльність грає ключову роль. Інновації в дизайні сучасного костюма з інструмента вдосконалювання характеристик об’єкта перетворюються в одну з основних його характеристик, тому фешн-проекти є інноваційними за своєю природою [2]

Stimulated reductive dechlorination of trichloroethene in the subsoil: a research into the rate limiting steps in the reactive transport

Gechloreerde ethenen zoals trichlooretheen (TRI) werden in het verleden frequent gebruikt als solvent in de metaalindustrie en bij droogkuis. Door onzorgvuldig gebruik zijn die solventen op verschillende plaatsen in bodem en grondwater terecht gekomen. Bij aanzienlijke verontreinigingen is TRI in het grondwater aanwezig als vrije fase, een zogenoemde DNAPL (Eng: Dense Non Aqueous Phase Liquid). De sanering van de bronzone van dergelijke verontreinigen is complex, duur en tijdrovend. Onder anaerobe condities kan TRI biologisch afgebroken worden door reductieve dechlorinatie tot cis-dichlooretheen (cis-DCE), vinylchloride (VC) en uiteindelijk tot het schadeloze etheen. Bioremediatie van een TRI bronzone is een traag proces maar het kan een goede aanvulling zijn na meer ingrijpende fysisch/chemische technieken. De snelheid van bioremediatie in de bronzone is vermoedelijk beperkt door de toxiciteit van TRI op de biologische afbraak (zelf-inhibitie) en door het aantal dechlorerende micro-organismen in de bronzone. Deze hypothese werd echter nog niet kwantitatief onderbouwd en vereist een modelmatig onderzoek van het reactief transport in een TRI bronzone.De algemene doelstelling van deze thesis is het identificeren van de snelheidsbepalende processen die het reactief transport van TRI in een TRI bronzone bepalen. Hiervoor werden een aantal TRI afbraakstudies uitgevoerd onder anaerobe omstandigheden in systemen met een toenemende complexiteit. Er werd een reactief transportmodel ontworpen, gecalibreerd en gevalideerd. De werkhypothese stelt dat de cel-specifieke activiteit niet verschilt tussen goed gemengde vloeibare media en een poreus medium op voorwaarde dat alle abiotische condities zoals pH, redoxpotentiaal, temperatuur en nutriëntenconcentraties gelijk en constant zijn. Deze werkhypothese komt overeen met de hypothese dat de concentraties van het substraat in het poriewater de beschikbaarheid bepalen, een hypothese die vaak stilzwijgend in modellering wordt gemaakt. De quantitative real-time PCR (qPCR) techniek staat centraal in dit onderzoek bij de bepaling van het aantal dechlorerende micro-organismen in al de systemen.Een experiment werd uitgevoerd in een vloeibaar medium met de KB-1 cultuur en initiële TRI concentraties tussen 0.04 mM en saturatie (8.4 mM). De zelf-inhibitie van TRI was significant boven 1 mM en een volledige zelf-inhibitie werd vastgesteld bij 4 mM en meer. De microbiële data toonden aan dat cis-DCE werd afgebroken door Dehalococcoides en dat Geobacter TRI degradeerde in de KB-1 cultuur. De cel-specifieke dechlorinatie werd beschreven door een uitgebreide Monod kinetiek waarbij de zelf-inhibitie benaderd werd met een dosis-respons relatie. De bekomen vergelijkingen voor groei en afbraak geven aan dat de cel-specifieke activiteiten gereduceerd worden met een factor 2 bij ongeveer 1 mM TRI, resp. cis-DCE. Het model toont aan dat de zelf-inhibitie op de afbraaksnelheid van gechloreerde ethenen in een microbiële gemeenschap afhankelijk is van de celaantallen van de respectievelijke dechloreerders.Vervolgens werden de fysieke en microbiële factoren onderzocht die het reactief transport van TRI bepalen in een 1D kolom experiment. Kolommen van 30 cm lengte en voorzien van staalnamepoorten werden gepakt met een grof zand (d50 = 260 µm) dat geïnoculeerd werd met de KB-1TM cultuur. Gedurende 247 dagen stroomde een gedefinieerd mineraal medium (1 mM TRI en een overmaat electrondonor) door de kolommen met 3 verschillende poriewatersnelheden (3 9 12 cm d-1). De lag-fase van de dechlorinatie reactie nam toe met een toenemende poriewatersnelheid en dit werd verklaard door een hogere uitspoeling van de dechloreerders bij een hogere stroomsnelheid. Na de reïnoculatie werd TRI afgebroken bij alle stroomsnelheden en de totale concentratie dochterproducten in het effluent was groter naarmate de stroomsnelheid lager was, een duidelijk gevolg van de langere residentietijd van de mobiele fase in de kolommen. De afbraaksnelheden van TRI in het kolomexperiment waren 6 tot 26 maal hoger dan in vergelijkbare batch experimenten met vloeibaar of poreus medium. Deze verschillen werden deels verklaard door verschillen in aantallen van Geobacter en Dehalococcoides. Het aantal microbiële cellen verklaarde ook de gradiënten in afbraaksnelheden van gechloreerde ethenen binnen eenzelfde kolom en tussen kolommen met een verschillende poriewatersnelheid. Het stopzetten van de doorstroom toonde geen significante massatransportlimitaties aan voor de dechlorinatiereactie. Het reactief transport model beschreef dechlorinatie in de kolommen binnen een factor 1,2 gebruik makende van enkel de gemeten specifieke celaantallen in de kolommen en de cel-specifieke karakteristieken uit een onafhankelijk experiment in vloeibaar medium. De onzekerheid over de kwantificatie van de specifieke celaantallen aan de ingang van de kolom kon de afwijking tussen gemeten en berekende dechlorinatie laten toenemen tot een factor 1,7. De goede voorspelling suggereert dat potentiële massatransportlimitaties in biofilms in de kolommen of verschillen in de microbiële ecologie tussen kolommen en een vloeibaar medium slechts een kleine invloed uitoefenden op de dechlorinatiesnelheid. Een uitgebreid Monod model werd geïmplementeerd in het reactief transport om de groei en dechlorinatie in het kolomexperiment te kunnen voorspellen met parameters die bepaald werden in een experiment met vloeibaar medium. Dit reactief transport model overschatte de dechlorinatie in de kolommen tenzij microbieel transport in rekening gebracht werd om het aantal microbiële cellen correct te beschrijven. Het uitgebreide reactief transport model kon de mate van dechlorinatie in de kolommen voorspellen binnen een factor 1,2 en het aantal microbiële cellen binnen een factor 4 nauwkeurig. De numerieke analyse valideerde de extrapolatie van parameters bepaald in een experiment met vloeibaar medium, voor de beschrijving van dechlorinatie in een kolomexperiment, indien het aantal microbiële cellen nauwkeurig voorspeld kan worden. Een gevoeligheidsanalyse toonde aan dat het reactief transport van TRI in een poreus medium vooral bepaald wordt door de parameters die TRI degradatie beschrijven, inclusief de microbiële aangroei, gevolgd door de residentietijd.Tenslotte werd een 2D box experiment opgezet met een TRI DNAPL op de bodem. De mobiele fase had een gemiddelde verblijftijd van vier dagen in het poreus medium (zand) boven de DNAPL. Viermaal meer TRI loste op uit de DNAPL poel in de biotische dan in de abiotische box doorheen het experiment. Aangezien het effluent van de biotische boxen slechts voor 19% tot 55% uit TRI afbraakproducten bestond, lag een niet reproduceerdbare opstelling waarschijnlijk aan de basis van dit verschil. Indien de versnelde oplossing van TRI uit de DNAPL in de biotisch box berekend werd op basis van de gemeten afbraakproducten, werd een maximale factor 1,3 tot 2,2 bekomen voor het versneld oplossen van TRI uit de DNAPL. De korte residentietijd, trage afbraaksnelheid en het uitspoelen van dechloreerders verhinderden dechlorinatie van cis-DCE in de biotische box. Het reactief transport model met inbegrip van microbieel transport en het uitgebreide Monod model kon dechlorinatie in de 2D matrix goed beschrijven, hoewel er geen VC afbraak voorspeld werd terwijl dit wel werd vastgesteld. Deze onderschatting van de mate van dechlorinatie kon te wijten zijn aan heterogeniteiten of verschillen in de microbiële ecologie tussen een vloeibaar medium en de poreuze matrix. Het gecalibreerde reactief transport model voorspelt een versnelde oplossing van TRI door dechlorinatie in een homogeen stromingsveld met een factor 1,1. Dit betekent dat bioremediatie van een TRI bronzone in deze opstelling de levensduur van de bronzone niet aanzienlijk kan verkorten. De gevoeligheidsanalyse toonde aan dat de oplossing van de DNAPL slechts kan versneld worden met een factor groter dan 2 indien de zelf-inhibitie drastisch gereduceerd wordt (tolerante micro-organismen), de poriewatersnelheid klein is (langere residentietijd), de transversale dispersie groot is (verdunning) of indien de DNAPL oplossingssnelheid verkleint (kleiner specifiek DNAPL oppervlak). Deze parameters moeten nauwkeurig bepaald worden indien men het reactief transport in de buurt van een TRI DNAPL wil voorspellen.De experimentele studies bij toenemende schaalgrootte in combinatie met de transportmodellen, tonen kwantitatief aan dat biodegradatie van TRI in een bronzone geïnhibeerd wordt door de zelf-inhibitie van TRI op afbraak, en de daaruitvolgende inhibitie op de aangroei van de dechloreerders. Deze studie toonde eveneens aan dat qPCR van nut kan zijn voor de beschrijving van het reactief transport omdat het een brug kan vormen tussen experimenten in vloeibare media en studies in een poreus medium. Het modelleren met een cel-specifieke Monod kinetiek is echter experimenteel en numerisch veeleisend. De biodegradatie van TCE in modelsystemen met inert kwartszand en onder goed gedefinieerde condities kon beschreven worden vanuit de concentraties in het poriewater met een afbraakkinetiek bepaald in een vloeibaar medium.status: publishe

Tetrachloroethene conversion to ethene by a Dehalococcoides-containing enrichment culture from Bitterfeld

A Dehalococcoides-dominated culture coupling reductive dechlorination of tetrachloroethene (PCE) to ethene to growth was enriched from a European field site for the first time. Microcosms were set up using groundwater from a chlorinated ethene-contaminated anaerobic aquifer in Bitterfeld (Germany). Active, lactate-amended microcosms capable of PCE dechlorination to ethene without the accumulation of intermediates were used for further enrichment. After three transfers on lactate as an electron donor and PCE as an electron acceptor, the enrichment was transferred to parallel cultures with one of the chlorinated ethenes as an electron acceptor and acetate and hydrogen as the carbon and energy source, respectively. After three more transfers, a highly purified culture was derived that was capable of dechlorinating PCE with hydrogen and acetate as the electron donor and carbon source, respectively. PCR, followed by denaturing gradient gel electrophoresis, cloning and sequencing revealed that this culture was dominated by a Dehalococcoides sp. belonging to the Pinellas group. Investigation of substrate specificity in the parallel cultures suggested the presence of a novel Dehalococcoides that can couple all dechlorination steps, from PCE to ethene, to energy conservation. Quantitative real-time PCR confirmed growth with PCE, cis-dichloroethene, 1,1-dichloroethene or vinyl chloride as electron acceptors. The culture was designated BTF08 due to its origin in Bitterfeld

The reactive transport of trichloroethene is influenced by residence time and microbial numbers

The dechlorination rate in a flow-through porous matrix can be described by the species specific dechlorination rate observed in a liquid batch unless mass transport limitations prevail. This hypothesis was examined by comparing dechlorination rates in liquid batch with that in column experiments at various flow rates (3-9-12cmday(-1)). Columns were loaded with an inoculated sand and eluted with a medium containing 1mM trichloroethene (TCE) for 247days. Dechlorination in the column treatments increased with decreasing flow rate, illustrating the effect of the longer residence time. Zeroth order TCE or cis-DCE degradation rates were 4-7 folds larger in columns than in corresponding batch systems which could be explained by the higher measured Geobacter and Dehalococcoides numbers per unit pore volume in the columns. The microbial numbers also explained the variability in dechlorination rate among flow rate treatments marked by a large elution of the dechlorinating species' yield as flow increased. Stop flow events did not reveal mass transport limitations for dechlorination. We conclude that flow rate effects on reactive transport of TCE in this coarse sand are explained by residence time and by microbial transport and that mass transport limitations in this porous matrix are limited.status: publishe

Catalyzed reporter deposition-fluorescent-in situ hybridization (CARD-FISH) detection of Dehalococcoides

Members of the genus Dehalococcoides are well-known for their capacity to reductively dechlorinate chlorinated organic pollutants. The availability of quantitative and sensitive detection methods is of major interest for research on the ecology of those environmentally important micro-organisms. In this paper we describe the development of a Catalyzed Reporter Deposition-Fluorescent In Situ Hybridization (CARD-FISH) for detection of Dehalococcoides cells in enrichment cultures using two oligonucleotide sequences which target two different lineages of Dehalococcoides as probes. Both sequences were previously applied in conventional FISH as probes. Conjugation of the probe to horseradish peroxidase (HRP) did not change the specificity of the probes and bright fluorescent signals were obtained. Despite the use of higher concentrations of probe and the application of longer exposure times in the conventional FISH procedure, CARD-FISH resulted in more intense signals. The CARD-FISH method was applied to a vinyl chloride (VC)-reductively-dechlorinating enrichment culture. Only the probe targeting the CBDB1 lineage of Dehalococcoides reacted with the sample which was in agreement with previous nucleic acid based analysis. The culture consisted of 51%+/-8% of Dehalococcoides cells. Furthermore, the CARD-FISH probes for detecting Dehalococcoides were combined with FISH probes for simultaneous detection of either Bacteria or Archaea which should allow rapid insight into the relative dynamics of the different members of dechlorinating communities as a response to environmental changes. Overall, CARD-FISH proved to be a rapid, reliable and convenient method to detect and quantify Dehalococcoides cells.status: publishe