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2022-08-31
普羅生物
3320
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循環(huán)是重要的元素循環(huán)之一。自然界中，硫以多種化學形態(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)為硫氧化細菌，通常指非光合的硫細菌，例如貝氏硫細菌、發(fā)硫菌、硫小桿菌、硫化葉菌等。但實際上科學界對于硫氧化細菌研究最為深入的菌種，依次為綠色硫細菌、紫色硫細菌、紫色非硫細菌和無色硫細菌，前三者均為光合細菌。普羅生物倍活系列產(chǎn)品中的倍活?除硫菌就是紫色硫細菌及紫色非硫細菌的復合菌劑，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菌硫氧化方面的強大功能。
Q1：什么是光合細菌？
光合細菌(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。
光合細菌最大的特征就是細胞內(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。
Q2：什么是紫色硫細菌和紫色非硫細菌？
紫色細菌（purple bacteria）是一類含細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。紫色細菌主要有兩類菌，為紫色硫細菌(Purple sulfur bacteria，PSB)和紫色非硫細菌(Purple nonsulfur bacteria，PNSB)。
紫色硫細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，后者在細胞外；而且，周質(zhì)空間的單質(zhì)硫存在蛋白包囊，但細胞外單質(zhì)硫沒有。
紫色非硫細菌光合內(nèi)膜多樣，理生化特征最為多樣，系統(tǒng)發(fā)育最為復雜，最大的特點是具有靈活的代謝途徑。曾被認為不能利用硫化物作為電子供體以還原CO2構成細胞，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：紫色細菌的主要代謝途徑？
不同代謝途徑及不同的電子供體對應不同的功能，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菌和紫色非硫細菌，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菌細胞中，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篩選的紫色細菌的代謝特性及復配的酶制劑對于該反應的支持與控制。
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菌準備的異養(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。例如紫色非硫細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?除硫菌作為復合菌劑，其生長情況與廢水水質(zhì)息息相關。
Q9：倍活?除硫菌在有氧且有光照的環(huán)境中，哪個反應占優(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是定義光合菌的標準，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菌相關的變形菌，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)細菌(AAnPB)。
仔細閱讀到這里的朋友們一定對于紫色細菌的硫氧化過程以及普羅生物的倍活?除硫菌特征及應用有了較為深入的了解。在當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損失及人員傷害，硫化物的治理刻不容緩。在這其中，應用場景廣泛、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物安全的以紫色細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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