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固定化微生物技术之生物强化技术
来源:拜尔生物 发布时间:2022年04月25日

美国DTG LLC进过多年的研究,在三个方向上取得突破性进展,最终使得固定化微生物技术脱离实验室阶段,进入实质性的应用阶段,给相关的领域带来了革命性的改变。
       DTG LLC的固化微生物载体的专利体系只要围绕三个方面:一是载体的选择与制备;二是生物强化和生物刺激所需要的微生物的储备;三是微生物永久固定化的方法和激活的方法。
       固化微生物载体之所以有超越普通生物处理方法,关键之一在于DTG LLC在20多年的研究中优选、驯化和培育了7600多种高效的自然细菌和真菌,建立了自己的DTG Culture Collection,并积极加入USDA的ARS Culture Collection。针对不同的污染物,DTG LLC配制出具有针对性的微生物组合,高效得解决环境问题。

       生物强化是指通过添加细菌或古菌来提高生物降解速度的过程。源自受污染地区的生物可能已经能够分解废物,但可能效率低下、速度慢。因此,科学家通常需要研究本地物种特性,以确定是否有可能进行生物刺激。如果土著品种不具备进行补救的代谢能力,则引入具有复杂途径的外源品种。向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物,提高有效微生物的浓度,增强对难降解有机物的降解能力,提高其降解速率,并改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能。

       生物强化技术在污水处理中的作用机理包括:

       1、高效降解菌直接作用。

       通过驯化、筛选、诱变和基因重组等一系列技术得到讲解目标物质的微生物,然后在处理系统中定量的投入该菌种,实现对物质的去除。高效降解菌直接作用所使用的菌株,大多数是通过质粒育种和基因工程构建的方式得到的。所谓质粒育种,就是将两种以上的微生物,通过细胞融合的方式,将供体菌的质粒转移到受体菌内,从而培育出具有多种功能的新菌种。所谓基因工程构建,就是通过人工的手段将供体的DNA 提取出来,然后经过切割和充足,将重组体导入受体细胞中,从而实现遗传物质的复制扩增和表达,经过筛选和鉴定,分理处外源基因的表达产物,使其能够在污水处理中发挥出高效率的作用。

       美国DTG LLC的固化微生物载体中的微生物都是从自然界中筛选、驯化、定向培养的,在自然界中,特别是在受污染的地方都会或多或少的存在。美国IBC Inc公司致力于微生物安全,现阶段都没有采用质粒育种与基因编辑手段。

       美国DTG LLC的载体固化微生物都存入ARS Culture Colletion (NRRL),是由美国官方的USDA和CDC的安全认证,并取得NSF/ANSI Standard 40 认证。

       2、微生物的共代谢作用

      对于污水中的一些有害物质,由于微生物无法直接将其作为碳源生长,但是却能够在一定条件下实现降解的目的,改变其化学结构,从而降低有害物质的毒性,这就称之为微生物的共代谢作用。微生物的共代谢作用主要包括三种不同的类型:一是菌株在新陈代谢的过程中,将二级基质共同氧化,也就是微生物将一级介质作为能源或碳源进行新陈代谢,产生出特定的酶,然后利用酶对二级基质进行降解,但是这种类型由于碳源种类单一,有时无法满足微生物的代谢需要,因此有时需要进行碳源的补充;二是不同微生物之间的协同作用,在污水中的一些微生物需要依靠两种以上的微生物共同完成,在一种微生物完成对污染物的降解之后产生的物质是氧化物,这时需要由另一种微生物降解这些氧化物,从而彻底的达到净化污水的目的;三是休眠细胞对污染物的降解,在没有一级介质的时候,微生物就处于休眠状态,这些处于休眠状态的微生物在污水中所产生的酶不同,这些酶在一定的条件下会互相作用,从而降解污水中的有机物。

生物强化技术的优势
1、在恶劣条件下的适应能力较强
在生物处理系统的应用过程中,我们不难发现很多的微生物无法适应低温的环境,从而使得生物活性降低,影响生物处理系统的处理效果。能够适应低温环境的微生物,由于长期的生活在低温的环境下,在自然选择的结果中生存了下来,为生物处理系统的时间创造了可能性。
例如在研究用尼古丁降解细菌在生物反应器处理烟草废水的时候,研究结果表明,在未经生物强化系统中,DNA蛋白质和蛋白羰基的指数明显上升,但是尚未在生物强化反应器中发现这一点,说明降低毒性的物质的含量可以提高在系统中的活性。

        美国IBC Inc的载体固化微生物可以在Ph5.8-8.4,盐度低于60PPT(part per thousand,海水平均盐度为35PPT),温度3-60℃下高效运行,超过范围载体会休眠,微生物CFU减少。
2、应用的范围较广
生物强化技术在处理污水中难以降解的物质或者是有毒性的物质的时候发挥了巨大的优势,该项技术具有相当大的应用可能和发展前景。
       
        美国IBC Inc已经开发出了十多种典型场景下的高效微生物。
3、缩短处理系统的启动时间
DTG LLC经过研究发现,如果在反应过程中加入硝化细菌就能够增强整体的硝化活性,这样就可以提高整体的微生物活性,促进他们在生物膜内的扩散与存活。在这个过程中诞生的硝化细菌其实与最初始的消化细菌的功能相一致。通过这样的过程就能够实现一般污染物的完全降解,而且还能够缩短整体系统的启动时间。

        在实际应用中,固化微生物载体系统一般3-7天就会启动,特别是会快速去除臭味。

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