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固定化微生物技術(shù)之生物強(qiáng)化技術(shù)

來源：拜爾生物發(fā)布時間：2022年04月25日

美國DTG LLC進(jìn)過多年的研究，在三個方向上取得突破性進(jìn)展，最終使得固定化微生物技術(shù)脫離實驗室階段，進(jìn)入實質(zhì)性的應(yīng)用階段，給相關(guān)的領(lǐng)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(qiáng)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(guān)鍵之一在于DTG LLC在20多年的研究中優(yōu)選、馴化和培育了7600多種高效的自然細(xì)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(huán)境問題。

生物強(qiáng)化是指通過添加細(xì)菌或古菌來提高生物降解速度的過程。源自受污染地區(qū)的生物可能已經(jīng)能夠分解廢物，但可能效率低下、速度慢。因此，科學(xué)家通常需要研究本地物種特性，以確定是否有可能進(jìn)行生物刺激。如果土著品種不具備進(jìn)行補(bǔ)救的代謝能力，則引入具有復(fù)雜途徑的外源品種。向傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)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(qiáng)對難降解有機(jī)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(jī)物的去除效能。

生物強(qiáng)化技術(shù)在污水處理中的作用機(jī)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(shù)得到講解目標(biāo)物質(zhì)的微生物，然后在處理系統(tǒng)中定量的投入該菌種，實現(xiàn)對物質(zhì)的去除。高效降解菌直接作用所使用的菌株，大多數(shù)是通過質(zhì)粒育種和基因工程構(gòu)建的方式得到的。所謂質(zhì)粒育種，就是將兩種以上的微生物，通過細(xì)胞融合的方式，將供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，從而培育出具有多種功能的新菌種。所謂基因工程構(gòu)建，就是通過人工的手段將供體的DNA 提取出來，然后經(jīng)過切割和充足，將重組體導(dǎo)入受體細(xì)胞中，從而實現(xiàn)遺傳物質(zhì)的復(fù)制擴(kuò)增和表達(dá)，經(jīng)過篩選和鑒定，分理處外源基因的表達(dá)產(chǎn)物，使其能夠在污水處理中發(fā)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(yǎng)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(xiàn)階段都沒有采用質(zhì)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(rèn)證，并取得NSF/ANSI Standard 40 認(rèn)證。

2、微生物的共代謝作用

對于污水中的一些有害物質(zhì)，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(xiàn)降解的目的，改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而降低有害物質(zhì)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(zhì)共同氧化，也就是微生物將一級介質(zhì)作為能源或碳源進(jìn)行新陳代謝，產(chǎn)生出特定的酶，然后利用酶對二級基質(zhì)進(jìn)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(jìn)行碳源的補(bǔ)充；二是不同微生物之間的協(xié)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(chǎn)生的物質(zhì)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(dá)到凈化污水的目的；三是休眠細(xì)胞對污染物的降解，在沒有一級介質(zhì)的時候，微生物就處于休眠狀態(tài)，這些處于休眠狀態(tài)的微生物在污水中所產(chǎn)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(jī)物。

生物強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)勢

1、在惡劣條件下的適應(yīng)能力較強(qiáng)

在生物處理系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)很多的微生物無法適應(yīng)低溫的環(huán)境，從而使得生物活性降低，影響生物處理系統(tǒng)的處理效果。能夠適應(yīng)低溫環(huán)境的微生物，由于長期的生活在低溫的環(huán)境下，在自然選擇的結(jié)果中生存了下來，為生物處理系統(tǒng)的時間創(chuàng)造了可能性。

例如在研究用尼古丁降解細(xì)菌在生物反應(yīng)器處理煙草廢水的時候，研究結(jié)果表明，在未經(jīng)生物強(qiáng)化系統(tǒng)中，DNA蛋白質(zhì)和蛋白羰基的指數(shù)明顯上升，但是尚未在生物強(qiáng)化反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，說明降低毒性的物質(zhì)的含量可以提高在系統(tǒng)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(yùn)行，超過范圍載體會休眠，微生物CFU減少。

2、應(yīng)用的范圍較廣

生物強(qiáng)化技術(shù)在處理污水中難以降解的物質(zhì)或者是有毒性的物質(zhì)的時候發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，該項技術(shù)具有相當(dāng)大的應(yīng)用可能和發(fā)展前景。

美國IBC Inc已經(jīng)開發(fā)出了十多種典型場景下的高效微生物。

3、縮短處理系統(tǒng)的啟動時間

DTG LLC經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，如果在反應(yīng)過程中加入硝化細(xì)菌就能夠增強(qiáng)整體的硝化活性，這樣就可以提高整體的微生物活性，促進(jìn)他們在生物膜內(nèi)的擴(kuò)散與存活。在這個過程中誕生的硝化細(xì)菌其實與最初始的消化細(xì)菌的功能相一致。通過這樣的過程就能夠?qū)崿F(xiàn)一般污染物的完全降解，而且還能夠縮短整體系統(tǒng)的啟動時間。

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

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