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    行業知識

    環保微生物技術基礎簡述

    編輯:湖北康諾達生物科技有限公司時間:2020-06-08

    寫在前面:

    環保是涉及多行業、多學科的綜合性非常強的一個產業。環保生物技術作為一個交叉性、專業性的學科,發展迅速、前景廣闊。我們希望就自己的了解和理解,結合KONODO公司的研究工作和業務推廣,做些概述性的提煉和小結,與同行進行交流和探討。

    環保微生物涉及的內容廣泛,目前的研究也比較多。相對而言,與歷史更悠久的傳統研究方向,如醫學微生物學、農業微生物學和工業微生物學等相比,系統性、深入性等諸多方面,都還有巨大的進步空間?,F從微生物種間、種內關系,微生物與厭氧、兼氧、微氧和好氧,微生態系統等方面進行簡述一二,拋磚引玉。因新興學科尚處于發展中,難免涉及一些學理和學術觀念方面的不同,暫不爭論。

    1981年,歐州生物技術聯盟首次設立了環境生物技術專門機構,并將控制污染的生物技術稱為環境生物技術(EnvironmentalBiotechnology)。環境生物技術也稱為環境生物工程(EnvironmentalBioengineering),是近幾十年來發展起來的,由現代生物技術與環

    境工程相結合的新興交叉應用學科,涉及生物技術、工程學、環境學和生態學等學科領域的融合。

    一、微生物種內、種間關系:

    微生物所生存的特定場所中,對微生物的生長、發育、死亡等生命過程具有直接或間接作用的環境要素被稱為 生態因子。與微生物相關的所有生態因子就構成了微生物的生態環境。具體的微生物個體和群體的生態環境稱為 生境。微生態系統中的生態因子有以下幾個重要特性:不可替代性;等同重要性;具有限制性和主導性;作用具有綜臺性。在環境微生物系統,生物降解過程中微生物種群之間存在復雜的相互作用關系,如共生、互生、協同、拮抗、競爭、捕食、寄生關系等。其中,互生、共生、競爭是環境微生物之間的主要關系。

    共生關系在物理水平的協作上。如各種細菌在微生物絮體內的不同區域上共同生活。如,好氧顆粒、生物膜等,同時存在硝化與反硝化作用。在其表層,由硝化菌群利用氧的存在而進行氨的氧化反應,從外向里溶解氧濃度逐漸下降,內層因缺氧而由反硝化菌群進行反硝化反應。

    互生關系主要表現在生化水平的協作上。表現為微生物之間相互提供生長因子、代謝刺激物或降解對方的代謝抑制物,維持適當的氧化還原電位或消除中間產物的積累,平衡pH值。寄生關系由寄生和寄主物兩類微生物種群構成,是一種有機體依賴另一種有機體而發育的關系。微生物之間寄生很少,僅有某些霉菌和噬菌體。

    拮抗關系和協同關系,相互作用的微生物群體,一種微生物抑制另一種微生物的生長或功能,稱為拮抗關系。相互促進生長、增強作用則是協同關系。

    種間競爭是兩種或多個物種因競爭同一營養因子而對自己種群的數量變動、存活、生長起不利的影響作用。通過競爭作用可以導致種群的分離、種群的消失或種群的共存。競爭可以發生在任何生長限制因子上,如碳源、氮源、磷酸鹽、氧、生長因子等。

    二、微生物與厭氧、兼氧、微氧及好氧

    生物降解過程中微生物生態關系主要包括各種好氧微生物之間,厭氧微生物之間,好氧、兼氧及厭氧微生物相互之間的生態關系。

    溶氧量DO實際生產中,生化工藝或者生化處理系統,常常利用微生物對于氧氣的需求而建立,利于實現、便于控制。

    硝化反應溶解氧濃度一般不低于2mg/L。反硝化反應過程中溶解氧濃度宜控制在0.5mg/L以下。介于好氧與厭氧條件之間,人們構建了多種生化處理工藝,以在同一體系中實現硝化、反硝化等生物脫氮功能。

    如:好氧生物顆粒、同步硝化反硝化等。

    缺氧條件下,可以實現水解與反硝化的同步;

    厭氧條件下,實現氨氧化與反硝化的同步;

    氧化溝工藝,好氧條件和缺氧條件的分段存在,實現硝化反硝化在同一體系中完成;

    微氧曝氣技術,硝化反硝化等過程在同一體系中實現等。

    三、微生態系統

    好氧顆粒、厭氧顆粒、微生物膜等都屬于功能性微生態系統。微生態系統內部小生境類型越多,微生物種類越豐富,微生態系統調節功能越強,微生態系統也越復雜和穩定。多樣性的微生物生態系統,一方面使得其具備完整的降解酶系或基因組分:另一方面多樣

    性微生物為基因信息的交換和重組提供了適宜的條件和可能,產生新的降解途徑。在難降解化合物的生物降解微生態系統中,由于多樣性的微生物之間可能發生基因交換與基因重組,從而獲得該化合物的降解能力。

    微生態系統的代謝是通過不同微生物種群協作完成的。多樣性的微生物能夠對有機物進行獨立降解、共代謝、協同代謝等,其中協同代謝能力是單個微生物所不具有的。協同代謝在降解有機質方面可以表現為分解不完全的降解物,分解共代謝產物以及有毒產物。微生態系統中,多樣性的微生物之間的協同作用主要表現為,在微生物之間提供生長因子、轉移中間代謝產物、改善生長參數、協同代謝、提供電子受體、共代謝等方面,通過上述關系使微生態系統的生物降解更

    具廣譜性和高效性。

    微生態系統平衡是依靠微生態系統的結構與功能之間的關系,來實現微生態系統的相對平衡。生態系統中普遍存在的交流系統、反饋系統及適應系統。微生態系統的生態平衡與失調,涉及到各種微生物群體內部、微生物群體之間以及微生物群體與環境之間的關系,是微生態系統研究的核心問題。

    當外界干預因素影響超過了微生態系統的自身調節能力或其代謝功能的生態閾限值時,則會引起微生態系統的結構與功能失調,即微生態平衡破壞或失調。比如,污水處理中的高負荷壓力與沖擊、異質性污染物沖擊等。

    從外部壓力或沖擊對微生態系統的作用來說,破壞作用表現為兩個方面:一是損壞微生態系統的結構,導致系統的功能降低;另一方

    面是引起系統功能的衰退,導致系統結構的解體。微生態系統平衡失調時,微生態系統的物質循環和能量流動受阻,對環境的調節功能下降,最終導致微生態系統被破壞。

    聯系到專業的概念,就是前面提到的生態因子。生物降解微生態系統中,特定環境條件下起重要作用的生態因子,直接影響微生態系統的演替和生物降解的過程。生態因子發生變化將導致微生物的物質循環、微生物的能量循環、微生物機體的適應性、微生物鏈的變動,從而使微生態系統發生動態變化。所以,在生物降解過程中,微生物系統的菌群結構也是不斷演替的,實現的是一種結構和功能的動態平衡,微生態系統的平衡主要在于生態系統的反饋功能。

    即使對某些特定類型的污染物質具有降解功能的微生物,其活性也隨著該特定類型的污染物的濃度而變化,其機制很可能是由于活性酶的基因誘導作用。

    通過選擇壓力,促使微生物的定向演化或發生基因組合,形成新的微生態系統,可以構建新的生物代謝途徑,這些也是合成微生物體系的重要研究方法。

    近年來,合成微生物體系的研究和理論也在不斷的發展中,合成微生物體系在環境生物技術的應用中,也將發揮越來越重要的作用。

    我們相信,這些技術的發展也會推動生物強化技術的不斷進步和應用,此前的“技術瓶頸”也會在技術發展中一個個被打破。希望我們KONODO公司,立足功能菌劑、合成微生物體系等環保生物技術的開發和應用,能夠為更多的客戶提供高質量的服務。



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