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固定化微生物技術之生物強化技術
來源:拜爾生物 發布時間:2022年04月25日

美國DTG LLC進過多年的研究,在三個方向上取得突破性進展,最終使得固定化微生物技術脫離實驗室階段,進入實質性的應用階段,給相關的領域帶來了革命性的改變。
       DTG LLC的固化微生物載體的專利體系只要圍繞三個方面:一是載體的選擇與制備;二是生物強化和生物刺激所需要的微生物的儲備;三是微生物永久固定化的方法和激活的方法。
       固化微生物載體之所以有超越普通生物處理方法,關鍵之一在于DTG LLC在20多年的研究中優選、馴化和培育了7600多種高效的自然細菌和真菌,建立了自己的DTG Culture Collection,并積極加入USDA的ARS Culture Collection。針對不同的污染物,DTG LLC配制出具有針對性的微生物組合,高效得解決環境問題。

       生物強化是指通過添加細菌或古菌來提高生物降解速度的過程。源自受污染地區的生物可能已經能夠分解廢物,但可能效率低下、速度慢。因此,科學家通常需要研究本地物種特性,以確定是否有可能進行生物刺激。如果土著品種不具備進行補救的代謝能力,則引入具有復雜途徑的外源品種。向傳統的生物處理系統中引入具有特定功能的微生物,提高有效微生物的濃度,增強對難降解有機物的降解能力,提高其降解速率,并改善原有生物處理體系對難降解有機物的去除效能。

       生物強化技術在污水處理中的作用機理包括:

       1、高效降解菌直接作用。

       通過馴化、篩選、誘變和基因重組等一系列技術得到講解目標物質的微生物,然后在處理系統中定量的投入該菌種,實現對物質的去除。高效降解菌直接作用所使用的菌株,大多數是通過質粒育種和基因工程構建的方式得到的。所謂質粒育種,就是將兩種以上的微生物,通過細胞融合的方式,將供體菌的質粒轉移到受體菌內,從而培育出具有多種功能的新菌種。所謂基因工程構建,就是通過人工的手段將供體的DNA 提取出來,然后經過切割和充足,將重組體導入受體細胞中,從而實現遺傳物質的復制擴增和表達,經過篩選和鑒定,分理處外源基因的表達產物,使其能夠在污水處理中發揮出高效率的作用。

       美國DTG LLC的固化微生物載體中的微生物都是從自然界中篩選、馴化、定向培養的,在自然界中,特別是在受污染的地方都會或多或少的存在。美國IBC Inc公司致力于微生物安全,現階段都沒有采用質粒育種與基因編輯手段。

       美國DTG LLC的載體固化微生物都存入ARS Culture Colletion (NRRL),是由美國官方的USDA和CDC的安全認證,并取得NSF/ANSI Standard 40 認證。

       2、微生物的共代謝作用

      對于污水中的一些有害物質,由于微生物無法直接將其作為碳源生長,但是卻能夠在一定條件下實現降解的目的,改變其化學結構,從而降低有害物質的毒性,這就稱之為微生物的共代謝作用。微生物的共代謝作用主要包括三種不同的類型:一是菌株在新陳代謝的過程中,將二級基質共同氧化,也就是微生物將一級介質作為能源或碳源進行新陳代謝,產生出特定的酶,然后利用酶對二級基質進行降解,但是這種類型由于碳源種類單一,有時無法滿足微生物的代謝需要,因此有時需要進行碳源的補充;二是不同微生物之間的協同作用,在污水中的一些微生物需要依靠兩種以上的微生物共同完成,在一種微生物完成對污染物的降解之后產生的物質是氧化物,這時需要由另一種微生物降解這些氧化物,從而徹底的達到凈化污水的目的;三是休眠細胞對污染物的降解,在沒有一級介質的時候,微生物就處于休眠狀態,這些處于休眠狀態的微生物在污水中所產生的酶不同,這些酶在一定的條件下會互相作用,從而降解污水中的有機物。

生物強化技術的優勢
1、在惡劣條件下的適應能力較強
在生物處理系統的應用過程中,我們不難發現很多的微生物無法適應低溫的環境,從而使得生物活性降低,影響生物處理系統的處理效果。能夠適應低溫環境的微生物,由于長期的生活在低溫的環境下,在自然選擇的結果中生存了下來,為生物處理系統的時間創造了可能性。
例如在研究用尼古丁降解細菌在生物反應器處理煙草廢水的時候,研究結果表明,在未經生物強化系統中,DNA蛋白質和蛋白羰基的指數明顯上升,但是尚未在生物強化反應器中發現這一點,說明降低毒性的物質的含量可以提高在系統中的活性。

        美國IBC Inc的載體固化微生物可以在Ph5.8-8.4,鹽度低于60PPT(part per thousand,海水平均鹽度為35PPT),溫度3-60℃下高效運行,超過范圍載體會休眠,微生物CFU減少。
2、應用的范圍較廣
生物強化技術在處理污水中難以降解的物質或者是有毒性的物質的時候發揮了巨大的優勢,該項技術具有相當大的應用可能和發展前景。
       
        美國IBC Inc已經開發出了十多種典型場景下的高效微生物。
3、縮短處理系統的啟動時間
DTG LLC經過研究發現,如果在反應過程中加入硝化細菌就能夠增強整體的硝化活性,這樣就可以提高整體的微生物活性,促進他們在生物膜內的擴散與存活。在這個過程中誕生的硝化細菌其實與最初始的消化細菌的功能相一致。通過這樣的過程就能夠實現一般污染物的完全降解,而且還能夠縮短整體系統的啟動時間。

        在實際應用中,固化微生物載體系統一般3-7天就會啟動,特別是會快速去除臭味。

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