接种物对磷酸盐的厌氧转化作用

磷酸盐转化成磷化氢是一个具有重要潜在价值的生物反应.将猪粪与两种厌氧污泥按质量比3∶1∶1混合作为接种物,试验了纤维素、葡萄糖和乙酸作为磷酸盐还原反应电子供体的可行性.结果证明,葡萄糖是磷酸盐还原反应适宜的电子供体.以葡萄糖作为电子供体,比较了磷酸盐和次亚磷酸盐的还原情况.在等量的电子供体下,理论上次亚磷酸盐去除率应为磷酸盐去除率的2倍,实测结果与理论值相吻合.理论上所需的水合葡萄糖与磷酸二氢钾之比(质量比)约为1:2,实际适宜的水合葡萄糖与磷酸二氢钾之比为1:1.检测发现,磷去除率与碱液吸收磷浓度变化具有较好的相关性,与硫酸盐还原菌数量也有一定的相关性,但与发酵菌的数量没有明显的相关性.

污泥中蛋白类物质厌氧转化影响因素及其促进策略研究进展

蛋白类物质是剩余污泥中的主要有机组分(占有机质的50%~60%),是污泥厌氧消化产沼气的主要底物,其降解率的提升将对剩余污泥厌氧转化效率的提升和脱水性能的强化起到决定性作用。本文首先重点归纳了蛋白质的厌氧转化机制,蛋白质的厌氧降解主要包括蛋白质水解与氨基酸代谢两个重要的步骤,蛋白质的结构与氨基酸组分差异将决定其厌氧转化性能。其次总结了污泥中蛋白类物质厌氧转化的影响因素,包括蛋白质来源、污泥中其他有机物如多糖、无机物如微细砂(二氧化硅)和金属离子、代谢产物如氨氮等。在此基础上归纳了污泥中的蛋白类物质厌氧转化的促进研究,破坏蛋白质的构象、二级结构与氢键网络等将有效强化其厌氧转化性能,其中高温热水解技术能够发挥有效的作用并得到了广泛应用。最后,系统性总结了污泥中蛋白类物质的前沿解析方法包括氨基酸测定方法、荧光光谱法和宏蛋白组学。明晰污泥中蛋白类物质的厌氧转化机制和限制性因素,不仅可以从源头上强化剩余污泥的厌氧转化效率,完善污泥厌氧消化过程中的氮循环理论,还可能从减少亲水性物质的角度改善其后续的脱水性能。

典型药物与个人护理品(PPCPs)的厌氧降解转化研究进展

药物与个人护理品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)的污染和环境归趋问题备受关注。其中厌氧降解转化作为疏水性PPCPs在自然环境介质中的主要消解方式尤为重要。本文以典型PPCPs为例,分析了城市污水处理厌氧工艺对PPCPs的去除情况,主要包括污泥吸附和厌氧生物转化;总结了化学结构、微生物、碳源和氧化还原电位等多种因素对PPCPs厌氧降解转化效率的影响,其中氧化还原电位发挥重要作用,因其与氧化还原酶密切相关;同时,重点归纳了磺胺甲噁唑、苯并三唑和三氯生等3种典型PPCPs在不同氧化还原电位下的厌氧降解转化途径,并对PPCPs厌氧微生物降解的未来研究重点和发展方向进行展望:(1)强化PPCPs的有机质-厌氧微生物共代谢降解机制研究;(2)聚焦PPCPs厌氧降解菌群筛选及其功能研究;(3)深入开展厌氧降解菌群培养体系构建和原位厌氧降解研究。本研究相关结果有望为PPCPs的污染防治提供科学依据。

一种新型固定化介体催化强化硝基苯的厌氧生物转化

首次使用电化学聚合-掺杂技术制备了固定化氧化还原介体,用以提高硝基苯的厌氧转化效率。以典型氧化还原介体蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)为掺杂剂,以吡咯为载体,以活性炭毡(ACF)为电极基体材料制备了聚吡咯(PPy)复合材料,ACF/PPy/AQDS,并使用元素分析对其进行了表征。通过间歇厌氧生物实验考察了ACF/PPy/AQDS作为一种新型固定化氧化还原介体催化硝基苯厌氧生物转化的可行性。结果表明,ACF/PPy/AQDS不仅具有较强的催化活性,而且具有良好的催化稳定性。

嗜热厌氧细菌Clostridium sp.EVA4菌株直接转化纤维素产乙醇的研究

用分离获得的嗜热厌氧纤维素降解细菌 Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ ． Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株进行了直接转化纤维素产生乙醇的动力学、发酵最适条件及其影响因子的研究．结果表明， Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株在ｐ Ｈ６ ．２ ～８ ．９ ，θ４５ ℃～６０ ℃的范围内能直接转化纤维素滤纸产生乙醇，最适ｐ Ｈ 为７ ．５ ～８ ．０ ，最适θ为５５ ～６０ ℃． Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株能利用纤维素滤纸，纤维素粉 Ｗｈａｔｍａｎ Ｃ Ｆ Ｉ Ｉ，微晶纤维素，纤维素粉 Ｍ Ｎ３００ 和未经处理的玉米秆芯，甘蔗渣，水稻秸秆产生乙醇．乙醇浓度 ，纤维素降解率和培养基还原糖浓度均随培养时间延长而增大．不同的纤维素材料、ｐ Ｈ、θ、底物浓度、酵母粉含量、振荡、培养气相、外加 Ｏ２ 和乙醇等条件均能影响 Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株转化纤维素为乙醇的能力．最适条件下 Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株利用１ ％ 纤维素滤纸培养１２０ ｈ 产乙醇浓度为１ １２３ ｍｇ／ Ｌ，纤维素降解率为５９ ％

岸滤系统中磺胺甲恶唑、咖啡因和卡马西平的厌氧转化模拟研究

为了探究药品和个人护理用品(PPCPs)在岸滤系统中的转化过程及其影响因素,采集了不同类型的河床岸滤土壤,模拟岸滤系统中的反硝化和硫还原过程,探究该过程中磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)及两种共存PPCPs(咖啡因、卡马西平)的转化过程及中间产物的生成.批次培养实验结果显示,至培养周期第87 d时SMX的生物降解率达到100%,反硝化过程中SMX自第5 d开始转化为两种衍生物—D-SMX及4-nitro-SMX,反硝化反应结束两种衍生物再次还原为SMX.SMX的转化率因有机质的不同而产生差异,添加乙酸钠有机质时SMX的转化率整体高于添加富里酸有机质的转化率;硫还原条件下SMX则完全降解;咖啡因(Caffeine,CFE)的生物降解率高于50%,不同河床土壤的理化性质差异及微生物的分布差异造成CFE的吸附及降解效果有很大差异,投加潮白河沉积物样品中CFE生物降解率高于投加密云水库沉积物样品;卡马西平(Carbamazepine,CMZ)的降解率范围在20%~35%,CMZ在岸滤系统中不易发生降解.

Pseudomonas sp.HS-2厌氧转化双酚F及疏水性蒽醌类化合物的促进作用

为揭示双酚F的厌氧归趋及提高双酚F的厌氧生物转化速率,本文以硝酸盐为电子受体,研究了Pseudomonas sp.HS-2厌氧转化双酚F的特性,并外加4种疏水性蒽醌类化合物(蒽醌、1-氨基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌)来促进双酚F的厌氧转化.结果表明,菌株HS-2能够将双酚F厌氧转化为4,4-二羟基二苯基甲酮.最适培养条件为:硝酸盐5 mmol·L^-1、pH=7和温度35℃.在最适条件下,4种疏水性蒽醌类化合物均能促进双酚F厌氧转化,且2-氨基蒽醌的促进作用最明显.当2-氨基蒽醌浓度为20 mg·L^-1时,准一级反应速率常数为2.9×10^-2 h^-1,较不加2-氨基蒽醌体系提高了37.1%.在无硝酸盐存在时,2-氨基蒽醌不能使菌株HS-2厌氧转化双酚F.但当硝酸盐存在时,外加2-氨基蒽醌则能够促进双酚F的厌氧转化.

城市生活垃圾厌氧生物转化工艺研究

采用厌氧生物转化技术对城市有机生活垃圾制备沼气进行了研究。结果表明，在温度为（35±1）℃、城市生活垃圾用量为194．5g、原料与沼泥比例为1.7的条件下，4d内产气量达到2108mL，日均比产气速率为11．3mL·（g TS·d）^-1，甲烷含量为68.4％。厌氧生物转化过程每隔4～6d采用分批补料方式，有利于连续产气。

甘氨酸厌氧消化的甲烷转化率

为探究氨基酸厌氧消化的甲烷转化率,以甘氨酸为发酵原料,在中温30℃条件下进行沼气发酵实验.发酵历时26d,5g甘氨酸累计沼气产量为1 516mL,其中甲烷产量为785mL.根据修正的Buswell方程计算,甘氨酸厌氧消化的甲烷转化率为70.09%.

海洋毒素软骨藻酸厌氧生物转化研究

软骨藻酸(domoicacid,DA)是由拟菱形藻有害藻华产生的一种强烈的海洋神经毒素,严重威胁人类健康和生态安全.DA通常随着海洋雪快速沉降到底栖厌氧环境,但目前关于DA厌氧生物转化行为知之甚少.考察了海洋富集菌群BH1对DA的厌氧共代谢生物转化.结果表明,菌群BH1对1mg/LDA厌氧生物转化率可达80%,降解符合准一级动力学反应,DA生物转化速率常数为0.0992d^(-1).通过高效液相色谱串联高分辨质谱法(HPLC-HRMS/MS)鉴定DA产物,并推测了DA厌氧生物转化途径,包括生物异构化、脯氨酸环脱氢以及脱羧途径,表明厌氧生物转化是DA的重要脱毒过程.16SrRNA扩增子测序分析结果表明,DA的加入导致微生物菌群物种组成发生明显变化.优势菌属瘤胃解蛋白质菌属和脱硫弧菌属对DA具有良好的耐受性,可能是潜在的DA厌氧降解菌.研究可为全面了解DA在厌氧环境中的行为和归趋提供理论依据.

谷氨酸棒状杆菌厌氧产丁二酸的发酵条件

考察谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh厌氧产丁二酸的发酵条件。结果发现:补加NaHCO3的效果最好,并且考察了NaHCO3浓度对葡萄糖转化速率及丁二酸生成速率的影响。运用代谢流分析方法分析了乳酸脱氢酶基因敲除对谷氨酸棒状杆菌厌氧代谢的影响,发现乳酸脱氢酶基因敲除导致磷酸烯醇式丙酮酸生成丁二酸的流量提高了214.3%,流向乳酸的流量变为0;分批厌氧转化36 h生成41.2 g/L丁二酸,产率45.0%。

新型介体催化难降解污染物厌氧生物还原

生物法处理有毒难降解污染物是目前最为经济环保的方法之一,但厌氧生物转化速率缓慢是生物法处理的限制因素。研究发现,一些醌类化合物可以作为氧化还原介体加速电子的传递,促进污染物的厌氧生物转化。为避免直接应用这些醌类化合物而造成的运行费用增高和二次污染等问题,近年来,人们发现各种碳材料、醌改性载体和微生物分泌的核黄素等新型介体具有良好的催化性能。根据这些新型介体的来源,该文分别综述了它们的特性,并比较了其加速有毒难降解污染物厌氧还原转化的能力,以促进新型介体在实际难降解废水处理中的应用。

硫酸盐还原条件下河岸渗滤过程中苯胺的转化

采集渭河河床沉积物及沿岸地下水含水层介质,装置土柱进行动态实验,研究了硫酸盐还原条件下,苯胺在河岸渗滤过程中的转化特征。结果表明(:1)在硫酸盐还原条件下,土著微生物经驯化后,可使绝大部分的苯胺在河岸渗滤过程中发生降解,甚至矿化(;2)基于微生物生长动力学特征,利用保守物质弥散理论及类比方法的研究发现,土著微生物对苯胺降解具有较长的适应期;(3)硫酸盐还原条件下的苯胺降解,必须经过脱氨作用,同时还可能会产生对微生物生命活动不利的中间产物。本次实验研究中,淋滤液苯胺浓度为33.50mg·L-1,渗出液中最低稳定在2mg·L-1左右,其平均去除率为93.16%,矿化率大致为62.13%,中间产物中以H2S对微生物的影响最为显著,土著微生物的适应期约为14d。

反硝化条件下河岸渗滤过程中苯胺的降解

通过河岸渗滤作用(riverbankfiltration,RBF)诱发河水的补给,增大地下水的允许开采量可以满足更多居民生活饮用水需求.受人类活动的影响,河流等地表水体遭受苯胺污染,可能通过RBF进入地下水,以致饮用该地下水存在健康风险.为研究反硝化条件下,苯胺在RBF中的转化,采集渭河河床沉积物及沿岸地下水含水层的含水介质,装置土柱,进行土柱动态模拟实验.经过153d的实验研究发现,利用苯胺对RBF中土著反硝化微生物进行驯化,大约经过37d菌种完全适应.具有该菌种的RBF系统,对苯胺具有巨大降解能力,在NO3--N约为23.0mg/L的条件下,RBF系统可使40、80甚至400mg/L浓度的苯胺100%降解,矿化率分别达97.99%、91.39%与75.30%.反硝化条件下,苯胺在RBF中的降解仅有少部分经过脱氨作用,绝大部分与腐殖质以共价键形式形成耦合物,该耦合物更易为微生物降解,且降解过程中不产生对研究环境微生物有毒的中间产物,可实现反硝化条件下RBF中苯胺的连续降解.

多氯联苯的生物处理技术进展

综述了多氯联苯生物降解的研究进展,介绍了多氯联苯代谢的两种途径:厌氧过程和需氧过程。降解的途径取决于多氯联苯同源物的复杂程度、微生物的种类及微生物间的相互作用。

生物除硫理论与技术研究进展

现今含硫废水、废气的处理并没有得到应有的重视,使得技术发展缓慢。以往通常采用物化方法,这种处理方式不仅投资量大,而且对含硫有害物质的去除并不彻底,而生物方法与物化方法相比,在投资和环保效益方面都有相当积极的作用。文章从硫的生物循环入手,分别介绍了生物除硫的机理和影响因素;描述了下水道中的生物硫循环,提出抑制其中H2S气体释放的经验模型及具体措施。在对厌氧消化系统中硫酸盐还原菌的研究中发现:ρ(COD)/ρ(SO42-)比、碳源、pH值等各影响因素相互作用,共同决定厌氧消化系统中硫酸盐还原菌、产甲烷菌和产酸菌三者之间的抑制及共生关系;无论三者之间的关系如何变化,只要底物中含有一定量的硫酸根,它们必然共同存在于厌氧系统中,并产生硫化氢气体,造成污染。在反硫化细菌的研究中得出:当污水中同时含有硫化物和硝酸根,缺氧条件下,必然产生反硝化除硫的生物代谢过程。利用这一过程,不但能够在无需碳源的条件下有效去除硝酸根,节约的碳源可以用于消化产能;而且能够减少游离硫化氢的排放,或直接以含硫化氢的废气作为硫源。而抑制下水道中硫化氢气体释放的主要手段包括:降低水的紊流程度,增加入流污水的碱度,向下水道内充氧,改善通风环境。文章最后结合理论,介绍了部分用于含硫污水、尾气的生物除硫工艺,并提出了日后的研究方向。

产丁二酸谷氨酸棒状杆菌基因缺失代谢工程菌株的构建

【目的】提高谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032厌氧条件下的丁二酸产量,并降低发酵产物中副产物的含量。【方法】以谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032为出发菌,首先敲除乳酸形成的关键酶乳酸脱氢酶基因(ldh),构建ldh缺失株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh;然后以缺失株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh为出发菌,敲除该菌的丙酮酸脱氢酶系的E1p酶基因(aceE),构建一株双缺失突变菌株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032ΔldhΔaceE。【结果】与供试菌比较,谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh的丁二酸产量和转化率分别提高了94.9%和32%,并且主要的副产物乳酸产量由出发菌产量的63.5 g/L降低到很微量的程度。丙酮酸脱氢酶的失活并不能完全消除副产物乙酸的形成,但乙酸的产量较ATCC13032Δldh降低了37.9%,丁二酸的产量略有提高。【结论】该重组菌具有较强的丁二酸生产工业化潜力,并且该研究方法为微生物代谢育种提供参考。