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2022-08-31
普羅生物
3329
除硫菌十問
硫，作為生物必需的大量營養(yǎng)元素之一，參與了細(xì)胞的能量代謝與蛋白質(zhì)、維生素和抗生素等物質(zhì)代謝，硫元素生物地球化學(xué)循環(huán)是重要的元素循環(huán)之一。自然界中，硫以多種化學(xué)形態(tài)存在，包括單質(zhì)硫、還原性硫化物、硫酸鹽和含硫有機物。但在廢水處理中，大量硫化物的累積則可能意味著毒性、腐蝕性、臭味及高COD。
硫元素循環(huán)圖
需求催生市場，目前市面上去除硫化物的菌種絕大多數(shù)為硫氧化細(xì)菌，通常指非光合的硫細(xì)菌，例如貝氏硫細(xì)菌、發(fā)硫菌、硫小桿菌、硫化葉菌等。但實際上科學(xué)界對于硫氧化細(xì)菌研究最為深入的菌種，依次為綠色硫細(xì)菌、紫色硫細(xì)菌、紫色非硫細(xì)菌和無色硫細(xì)菌，前三者均為光合細(xì)菌。普羅生物倍活系列產(chǎn)品中的倍活?除硫菌就是紫色硫細(xì)菌及紫色非硫細(xì)菌的復(fù)合菌劑，本期讓我們通過“除硫菌十問”來了解硫化物的生物降解及光合細(xì)菌硫氧化方面的強大功能。
Q1：什么是光合細(xì)菌？
光合細(xì)菌(Photosynthetic Bacteria，簡稱PSB)是地球上出現(xiàn)最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成體系的原核生物，是在厭氧條件下進行不放氧光合作用的細(xì)菌的總稱，是一類沒有形成芽孢能力的革蘭氏陰性菌，是一類以光作為能源、能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界中的有機物、硫化物、氨等作為電子供體/碳源進行光合作用的微生物。
光合細(xì)菌最大的特征就是細(xì)胞內(nèi)只有一個光系統(tǒng)，即PSI，光合作用的原始電子供體不是水，而是硫化氫、氨或一些有機物，因此光合細(xì)菌進行光合作用的實質(zhì)是氧化無機物，合成（CH2O）或降解部分BOD的過程。
Q2：什么是紫色硫細(xì)菌和紫色非硫細(xì)菌？
紫色細(xì)菌（purple bacteria）是一類含細(xì)菌葉綠素和類胡蘿卜素的光合菌，顯出紫、紅、棕、黃等顏色的光合細(xì)菌，能在光照缺氧的環(huán)境中利用光能進行光合作用，同化二氧化碳或其他有機物，多棲息于含硫化氫的厭氧水域中。紫色細(xì)菌主要有兩類菌，為紫色硫細(xì)菌(Purple sulfur bacteria，PSB)和紫色非硫細(xì)菌(Purple nonsulfur bacteria，PNSB)。
紫色硫細(xì)菌在厭氧條件下獲得光能進行CO2的同化，以硫化氫、硫代硫酸鹽或分子氫等無機物為主要電子供體生存。細(xì)胞內(nèi)含硫粒，行除硫作用時以硫化物為電子供體進行光合成。PNSB的代表菌主要有Gammaproteobacteria綱Chromatiales目中的Chromatiaceae科和Ectothiorhodospiraceae科的菌株。這兩個科的代謝中間物單質(zhì)硫的貯存部位不同，前者在周質(zhì)空間，后者在細(xì)胞外；而且，周質(zhì)空間的單質(zhì)硫存在蛋白包囊，但細(xì)胞外單質(zhì)硫沒有。
紫色非硫細(xì)菌光合內(nèi)膜多樣，理生化特征最為多樣，系統(tǒng)發(fā)育最為復(fù)雜，最大的特點是具有靈活的代謝途徑。曾被認(rèn)為不能利用硫化物作為電子供體以還原CO2構(gòu)成細(xì)胞，后發(fā)現(xiàn)在較低硫環(huán)境濃度下也能以硫化物作為電子供體，且能在好氧和微氧條件下進行硫氧化。紫色非硫細(xì)菌主要包括Alphaproteobacteri綱中的Rhodospirillaceae、Acetobacteraceae、Rhodobacteraceae、Bradyrhizobiaceae和Hyphomicrobiaceae等科的菌株和Betaproteobacteria綱(比如Rhodocyclus和Rhodoferax)的菌株。大多數(shù)PNSB硫化物氧化的終產(chǎn)物是SO42-，但是少數(shù)菌只反應(yīng)到單質(zhì)硫。雖然PNSB耐受硫化物能力有差異，但總體上PNSB耐受硫化物的濃度比PSB更低。相比PSB，PNSB的優(yōu)勢在于能夠在好氧和微氧條件下進行硫氧化，因此PNSB的分布更廣泛。
Q3：紫色細(xì)菌的主要代謝途徑？
不同代謝途徑及不同的電子供體對應(yīng)不同的功能，但并非所有的途徑都是起除硫作用的。以PNSB為例，具光合、固碳、降解大分子有機物、固氮、脫氮、硝化、反硝化、硫化物氧化等多種功能。
Q4：普羅生物的倍活?除硫菌中主要是什么菌？又是什么樣的代謝方式？
倍活?除硫菌為復(fù)合菌劑產(chǎn)品，主要起到除硫作用的微生物為可以進行硫化物氧化的紫色硫細(xì)菌和紫色非硫細(xì)菌，進行除硫作用時的代謝方式主要有兩種，一種是在光合厭氧下進行光合自養(yǎng)，一種是在黑暗好氧以及微好氧下進行化合自養(yǎng)。
Q5：倍活?除硫菌去除硫化物的流程是什么？
（1）以硫化氫為電子供體，二氧化碳為電子受體，將硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。
（2）以硫化氫為電子供體，氧氣為電子受體，將硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。
倍活?除硫菌在污水運輸系統(tǒng)和常見處理系統(tǒng)中，可以在厭氧、缺氧、微好氧甚至好氧條件下，將硫化物轉(zhuǎn)化為水不溶性的單質(zhì)硫。硫元素以不溶物的形式可以包裹在細(xì)菌細(xì)胞中，也可以作為不溶性的顆粒積聚。在這兩種情況下，最初產(chǎn)生惡臭的硫化物均可以被去除，并從通常發(fā)生的硫循環(huán)中脫出，使臭味減弱，氣相毒性降低。
倍活?除硫菌將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)的半程硫氧化反應(yīng)的優(yōu)點突出，可以降低繼續(xù)氧化生成硫酸鹽可能會造成的腐蝕性、重新被還原為硫化氫等危害。這歸功于普羅生物從自然中仔細(xì)篩選的紫色細(xì)菌的代謝特性及復(fù)配的酶制劑對于該反應(yīng)的支持與控制。
Q6：倍活?除硫菌如何使用？激活劑的作用機理是什么？
普羅生物的倍活?除硫菌需要與特定的激活劑配合使用，激活劑是在除硫菌投加之前使用，取適量（0.1%~0.5%）與菌種混合6~24h，然后直接進行菌種投加。
激活劑為一種特定培養(yǎng)基，是為非單一型的紫色非硫細(xì)菌準(zhǔn)備的異養(yǎng)型代謝底物，可以為其補齊特定營養(yǎng)，創(chuàng)造更適宜進行除硫作用的紫色非硫細(xì)菌的生存條件，促進其增殖，提高對于硫化物及有機物的去除能力。
Q7：倍活?除硫菌在去除廢水中硫化物的同時還有什么作用？
倍活?除硫菌中的紫色非硫細(xì)菌對于一些無毒的富含碳、氮、硫等有機化合物的利用率很高，能耐受高有機負(fù)荷、低溫和高鹽分環(huán)境，將有機物迅速分解，可以用于處理高濃度有機廢水，能顯著降低其COD、BOD、NH3-N和色度，提高DO值，且生成污泥量少。具體效果可以根據(jù)不同水質(zhì)進行現(xiàn)場小試驗證。
Q8：紫色細(xì)菌對于生存環(huán)境有什么要求？哪些因素會影響其正常生長？世代周期大概多長？
紫色細(xì)菌的生存環(huán)境多樣，廣泛分布于自然界的土壤、水田、沼澤、湖泊、江海等處，主要分布于水生環(huán)境中光線能透射到的缺氧區(qū)。其適宜的水溫為15~40℃，最適水溫為28~36℃；適宜的光照條件為450~550nm波長光；適宜的DO條件寬泛，微好氧、缺氧或者厭氧條件均可生長，最適DO約為0.5mg/L；適宜的pH為中性，最適pH為6.0~8.0。
由于紫色細(xì)菌的種類繁多，鹽度、氧化還原電位、CO2等因子都會產(chǎn)生一定影響，適宜的范圍則與菌屬息息相關(guān)。例如紫色非硫細(xì)菌中部分種類會受到氯化鈉和游離氨的抑制。
世代周期根據(jù)紫色細(xì)菌的種屬及營養(yǎng)條件不同有一定的差異，一般的世代周期為48~72h。倍活?除硫菌作為復(fù)合菌劑，其生長情況與廢水水質(zhì)息息相關(guān)。
Q9：倍活?除硫菌在有氧且有光照的環(huán)境中，哪個反應(yīng)占優(yōu)？在氧氣充足的環(huán)境中，產(chǎn)物會發(fā)生變化嗎？
倍活?除硫菌的主要功能菌是以除硫作用為主的紫色細(xì)菌，在激活劑的作用下，有氧且有光照的環(huán)境中，總體上還是除硫作用占優(yōu)的，其次就是去除COD及脫氮的作用。
在氧氣充足的環(huán)境中，倍活?除硫菌憑借其特殊挑選的菌種及激活劑的作用，只反應(yīng)到硫單質(zhì)。但硫酸鹽自然存在于幾乎所有廢水中(濃度從10mg/L以下到數(shù)百mg/L不等)，可以通過各種工業(yè)過程增加，且廢水系統(tǒng)中存在的本土除硫菌有可能繼續(xù)氧化硫單質(zhì)，造成硫酸鹽的產(chǎn)生，不過氧氣充足的環(huán)境中不利于硫還原，因此減少了硫化氫的危害。
Q10：為什么紫色非硫細(xì)菌是光合菌卻能化能自養(yǎng)和化能異養(yǎng)？是否能在好氧黑暗條件下進行光合作用？
擁有PSI是定義光合菌的標(biāo)準(zhǔn)，但含有PSI的光合菌不一定只能利用光能，這是由菌的特性決定的。當(dāng)然用是否含有PSI來分類的一大類菌中，有些確實只能利用光能，并非所有都能利用化學(xué)能。
部分種類可以在好氧黑暗條件下進行光合作用。比如倍活?除硫菌中有一種紫色細(xì)菌相關(guān)的變形菌，能夠產(chǎn)生菌綠素a，但不依賴光能而只將其作為輔助能量來源，生活在有氧環(huán)境中的好氧不產(chǎn)氧光養(yǎng)細(xì)菌(AAnPB)。
仔細(xì)閱讀到這里的朋友們一定對于紫色細(xì)菌的硫氧化過程以及普羅生物的倍活?除硫菌特征及應(yīng)用有了較為深入的了解。在當(dāng)前硫化物污染對于廢水廢氣的處理形成一定阻礙的情況下，為了避免造成進一步的財務(wù)損失及人員傷害，硫化物的治理刻不容緩。在這其中，應(yīng)用場景廣泛、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物安全的以紫色細(xì)菌為主的除硫菌劑的重要性不言而喻，也許會給環(huán)保行業(yè)帶來長足的進步。
END
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