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2022-08-31
普罗生物
3459
除硫菌十问
硫，作为生物必需的大量营养元素之一，参与了细胞的能量代谢与蛋白质、维生素和抗生素等物质代谢，硫元素生物地球化学循环是重要的元素循环之一。自然界中，硫以多种化学形态存在，包括单质硫、还原性硫化物、硫酸盐和含硫有机物。但在废水处理中，大量硫化物的累积则可能意味着毒性、腐蚀性、臭味及高COD。
硫元素循环图
需求催生市场，目前市面上去除硫化物的菌种绝大多数为硫氧化细菌，通常指非光合的硫细菌，例如贝氏硫细菌、发硫菌、硫小杆菌、硫化叶菌等。但实际上科学界对于硫氧化细菌研究最为深入的菌种，依次为绿色硫细菌、紫色硫细菌、紫色非硫细菌和无色硫细菌，前三者均为光合细菌。普罗生物倍活系列产品中的倍活?除硫菌就是紫色硫细菌及紫色非硫细菌的复合菌剂，本期让我们通过“除硫菌十问”来了解硫化物的生物降解及光合细菌硫氧化方面的强大功能。
Q1：什么是光合细菌？
光合细菌(Photosynthetic Bacteria，简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为电子供体/碳源进行光合作用的微生物。
光合细菌最大的特征就是细胞内只有一个光系统，即PSI，光合作用的原始电子供体不是水，而是硫化氢、氨或一些有机物，因此光合细菌进行光合作用的实质是氧化无机物，合成（CH2O）或降解部分BOD的过程。
Q2：什么是紫色硫细菌和紫色非硫细菌？
紫色细菌（purple bacteria）是一类含细菌叶绿素和类胡萝卜素的光合菌，显出紫、红、棕、黄等颜色的光合细菌，能在光照缺氧的环境中利用光能进行光合作用，同化二氧化碳或其他有机物，多栖息于含硫化氢的厌氧水域中。紫色细菌主要有两类菌，为紫色硫细菌(Purple sulfur bacteria，PSB)和紫色非硫细菌(Purple nonsulfur bacteria，PNSB)。
紫色硫细菌在厌氧条件下获得光能进行CO2的同化，以硫化氢、硫代硫酸盐或分子氢等无机物为主要电子供体生存。细胞内含硫粒，行除硫作用时以硫化物为电子供体进行光合成。PNSB的代表菌主要有Gammaproteobacteria纲Chromatiales目中的Chromatiaceae科和Ectothiorhodospiraceae科的菌株。这两个科的代谢中间物单质硫的贮存部位不同，前者在周质空间，后者在细胞外；而且，周质空间的单质硫存在蛋白包囊，但细胞外单质硫没有。
紫色非硫细菌光合内膜多样，理生化特征最为多样，系统发育最为复杂，最大的特点是具有灵活的代谢途径。曾被认为不能利用硫化物作为电子供体以还原CO2构成细胞，后发现在较低硫环境浓度下也能以硫化物作为电子供体，且能在好氧和微氧条件下进行硫氧化。紫色非硫细菌主要包括Alphaproteobacteri纲中的Rhodospirillaceae、Acetobacteraceae、Rhodobacteraceae、Bradyrhizobiaceae和Hyphomicrobiaceae等科的菌株和Betaproteobacteria纲(比如Rhodocyclus和Rhodoferax)的菌株。大多数PNSB硫化物氧化的终产物是SO42-，但是少数菌只反应到单质硫。虽然PNSB耐受硫化物能力有差异，但总体上PNSB耐受硫化物的浓度比PSB更低。相比PSB，PNSB的优势在于能够在好氧和微氧条件下进行硫氧化，因此PNSB的分布更广泛。
Q3：紫色细菌的主要代谢途径？
不同代谢途径及不同的电子供体对应不同的功能，但并非所有的途径都是起除硫作用的。以PNSB为例，具光合、固碳、降解大分子有机物、固氮、脱氮、硝化、反硝化、硫化物氧化等多种功能。
Q4：普罗生物的倍活?除硫菌中主要是什么菌？又是什么样的代谢方式？
倍活?除硫菌为复合菌剂产品，主要起到除硫作用的微生物为可以进行硫化物氧化的紫色硫细菌和紫色非硫细菌，进行除硫作用时的代谢方式主要有两种，一种是在光合厌氧下进行光合自养，一种是在黑暗好氧以及微好氧下进行化合自养。
Q5：倍活?除硫菌去除硫化物的流程是什么？
（1）以硫化氢为电子供体，二氧化碳为电子受体，将硫化物转化为单质硫。
（2）以硫化氢为电子供体，氧气为电子受体，将硫化物转化为单质硫。
倍活?除硫菌在污水运输系统和常见处理系统中，可以在厌氧、缺氧、微好氧甚至好氧条件下，将硫化物转化为水不溶性的单质硫。硫元素以不溶物的形式可以包裹在细菌细胞中，也可以作为不溶性的颗粒积聚。在这两种情况下，最初产生恶臭的硫化物均可以被去除，并从通常发生的硫循环中脱出，使臭味减弱，气相毒性降低。
倍活?除硫菌将硫化氢转化为硫单质的半程硫氧化反应的优点突出，可以降低继续氧化生成硫酸盐可能会造成的腐蚀性、重新被还原为硫化氢等危害。这归功于普罗生物从自然中仔细筛选的紫色细菌的代谢特性及复配的酶制剂对于该反应的支持与控制。
Q6：倍活?除硫菌如何使用？激活剂的作用机理是什么？
普罗生物的倍活?除硫菌需要与特定的激活剂配合使用，激活剂是在除硫菌投加之前使用，取适量（0.1%~0.5%）与菌种混合6~24h，然后直接进行菌种投加。
激活剂为一种特定培养基，是为非单一型的紫色非硫细菌准备的异养型代谢底物，可以为其补齐特定营养，创造更适宜进行除硫作用的紫色非硫细菌的生存条件，促进其增殖，提高对于硫化物及有机物的去除能力。
Q7：倍活?除硫菌在去除废水中硫化物的同时还有什么作用？
倍活?除硫菌中的紫色非硫细菌对于一些无毒的富含碳、氮、硫等有机化合物的利用率很高，能耐受高有机负荷、低温和高盐分环境，将有机物迅速分解，可以用于处理高浓度有机废水，能显著降低其COD、BOD、NH3-N和色度，提高DO值，且生成污泥量少。具体效果可以根据不同水质进行现场小试验证。
Q8：紫色细菌对于生存环境有什么要求？哪些因素会影响其正常生长？世代周期大概多长？
紫色细菌的生存环境多样，广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。其适宜的水温为15~40℃，最适水温为28~36℃；适宜的光照条件为450~550nm波长光；适宜的DO条件宽泛，微好氧、缺氧或者厌氧条件均可生长，最适DO约为0.5mg/L；适宜的pH为中性，最适pH为6.0~8.0。
由于紫色细菌的种类繁多，盐度、氧化还原电位、CO2等因子都会产生一定影响，适宜的范围则与菌属息息相关。例如紫色非硫细菌中部分种类会受到氯化钠和游离氨的抑制。
世代周期根据紫色细菌的种属及营养条件不同有一定的差异，一般的世代周期为48~72h。倍活?除硫菌作为复合菌剂，其生长情况与废水水质息息相关。
Q9：倍活?除硫菌在有氧且有光照的环境中，哪个反应占优？在氧气充足的环境中，产物会发生变化吗？
倍活?除硫菌的主要功能菌是以除硫作用为主的紫色细菌，在激活剂的作用下，有氧且有光照的环境中，总体上还是除硫作用占优的，其次就是去除COD及脱氮的作用。
在氧气充足的环境中，倍活?除硫菌凭借其特殊挑选的菌种及激活剂的作用，只反应到硫单质。但硫酸盐自然存在于几乎所有废水中(浓度从10mg/L以下到数百mg/L不等)，可以通过各种工业过程增加，且废水系统中存在的本土除硫菌有可能继续氧化硫单质，造成硫酸盐的产生，不过氧气充足的环境中不利于硫还原，因此减少了硫化氢的危害。
Q10：为什么紫色非硫细菌是光合菌却能化能自养和化能异养？是否能在好氧黑暗条件下进行光合作用？
拥有PSI是定义光合菌的标准，但含有PSI的光合菌不一定只能利用光能，这是由菌的特性决定的。当然用是否含有PSI来分类的一大类菌中，有些确实只能利用光能，并非所有都能利用化学能。
部分种类可以在好氧黑暗条件下进行光合作用。比如倍活?除硫菌中有一种紫色细菌相关的变形菌，能够产生菌绿素a，但不依赖光能而只将其作为辅助能量来源，生活在有氧环境中的好氧不产氧光养细菌(AAnPB)。
仔细阅读到这里的朋友们一定对于紫色细菌的硫氧化过程以及普罗生物的倍活?除硫菌特征及应用有了较为深入的了解。在当前硫化物污染对于废水废气的处理形成一定阻碍的情况下，为了避免造成进一步的财务损失及人员伤害，硫化物的治理刻不容缓。在这其中，应用场景广泛、转化产物安全的以紫色细菌为主的除硫菌剂的重要性不言而喻，也许会给环保行业带来长足的进步。
END
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