固定化實驗設計流程

圖3.5 固定化實驗裝置圖，(I)為固定化方向(down flow)，(II)為流洗 過氧化氫滅菌，染料適應期，正式進料上流向(up flow)

將珊瑚以去離子水洗淨至水體澄清(如：水體以 OD_600nm測量以接 近檢測極限為佳)，烘乾至恆重後秤取約 630 g (±3 %)之珊瑚，滅菌後 置於反應管柱中，並以上流方式(圖 3.5 步驟(II))通入 3 %之過氧化氫 溶液，以快速全迴流(50 ml min^-1) 進行 24 hr 模擬廢水廠現場滅菌，

而後將過氧化氫溶液漏淨後，通入滅菌蒸餾水進行快速全迴流 24 hr，並反覆此洗淨步驟二次以確保無過氧化氫溶液殘留於管柱中(經平 板塗抹確認為無菌狀態)。

於LB 瓊脂平板中勾取標準菌株之單一菌落於 50 ml LB 培養液中 進行前培養12 hr，前培養完成後取 1 %(v/v)菌液殖種於 600 ml LB 已

滅菌之新鮮培養基中，以30℃, 125 rpm 方式培養 24 hr，以確保菌株 完全活化達同步進入對數生長。將培養完成之菌液以下流方式(圖 3.5(I))通入已滅菌之反應槽中迴流(60 ml min^-1)，進行為期約兩星期之 固定化吸附及增生，並每三天更換新鮮300 ml LB 培養液，維持管柱 中養分不致耗盡，以確保菌體之微生物代謝生長活性及固定化所需能 量基質。

固定化完成後，則進入為期兩星期之染料適應期(圖 3.5(II))，目 的為讓菌體在接近穩態操作條件下，染料濃度逐步改變而適應含染料 之環境，以避免在實際操作下環境遽變使菌體漸次喪失容忍力而流失 應有之穩定生物活性。再者，本研究中並以含MgSO4 0.1 g L^-1,甘油 10 ml L^-1,並以不同濃度之各種染料以階梯循環方式入料(見圖 3.6)，流 率則視各實驗所需進行調整。

Time (h)

0 200 400 600 800 1000

Dyein (mg L-1)

0 500 1000 1500 2000

2500 Phase I Phase II

圖3.6 固定化循環進料示意圖，操作第一相位(Phase I)為染料適應 期；操作第二相位(Phase II)為正式階梯式進料期

於ICSs 固定化馴養期及操作程式(如圖 3.6 所示)，首先進料染料 濃度之改變將以24 hr 為單位，每隔 24 hr 更換進料之染料濃度(即 100 mg L^-1 day^-1變化量)，並於染料適應期(Phase I)中採循環之方式改變進 料染料濃度。注意於染料適應期結束後，ICSs 分別以固定濃度基質(含 MgSO4 0.1 g L^-1、甘油 10ml L^-1之0.1-0.5X LB(依各實驗所需調整)) 進入正式階梯式進料(Phase II)。本研究以階梯式濃度逐次上升之策略 (每天上升 100 mg L^-1)進行，其中假設在此濃度緩慢上升過程視為近 似穩態操作(Quasi-Steady State)，而表現生物行為於近似適應操作下 所表現出穩定生物活性(Chen, 2007)。並於不同時間取出流水水樣監 測分析菌體及染料濃度。而為求最適化之固定化處理效率，本研究亦 會同時探討於何種流速下可具有最佳之處理效率，以及於各種基質濃 度下所得之最大處理處理容量，並於固定流速下，決定於不同染料及 固定基質濃度之生物刺激下，各種不同染料脫色之最大極限處理濃度 為何？因此本研究分別以30, 45, 60 ml hr^-1三種流速下以染料(RR141) 比較進行最佳化流速實驗，為求顯著之處理效果呈現，因此於以0.5X LB 基質濃度下進行最佳化流速實驗，並分別以 0.1-0.5X LB 之基質濃 度於固定染料種類及流速之條件下推論各基質濃度之最大極限處理 濃度，並比較在各種染料於固定流速(60 ml hr^-1)及基質濃度(0.2X LB) 刺激下，其最大極限處理濃度是否與懸浮式系統具相平行之結果，以

瞭解菌體於懸浮式及固定化系統中其脫色活性是否有所差異，並試圖 推測可能之反應機構及影響操作阻抑條件。

3.7 以不同培養液、碳源濃度及染料/芳香胺中間物之條件下菌體產生