荷蘭比利時(shí)科學(xué)家探索下水道到餐桌的創(chuàng)新氮循環(huán)技術(shù)
【純水設(shè)備http://www.seoarticles.cn】2015年5月，比利時(shí)根特大學(xué)(university of Ghent)名譽(yù)教授威利·弗斯特雷特(Willy Verstraete)和他的學(xué)生西爾維奧·馬塔薩(Silvio Matassa)在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》(Environmental Sciene & Technology)上發(fā)表了一篇文章，首次提出了“power-to-protein”(PtP)的概念。
“新”概念的背后是污水處理的反硝化過(guò)程，直接將氨氮轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，繞過(guò)氮轉(zhuǎn)化步驟，創(chuàng)造了一個(gè)氮循環(huán)升級(jí)的捷徑模型。從理論上講，這似乎是一種更環(huán)保的生產(chǎn)蛋白質(zhì)的方法，比傳統(tǒng)方法消耗更少的能量純水設(shè)備，并將“廢物”轉(zhuǎn)化為更高價(jià)值的產(chǎn)品。
四年過(guò)去了，項(xiàng)目進(jìn)展如何?請(qǐng)看本周四的《學(xué)術(shù)》雜志。
介紹了一種新型的廢水脫氮工藝
反硝化過(guò)程的原理是將污水中的氨氮吹脫成硫酸銨。在后續(xù)的生物反應(yīng)器中，硫酸銨通過(guò)生物合成直接轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白(single-cell protein, SCP)。
促進(jìn)細(xì)菌生物合成的微生物是一組稱(chēng)為氫氧化物(氫氧化細(xì)菌)的微生物，它是一種好氧兼性細(xì)菌，具有無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物(巖石營(yíng)養(yǎng)物)的能力。它可以利用氫和氧作為電子供體和受體，快速固定二氧化碳，并通過(guò)1,5 -二磷酸核酮糖(RuBP)或三羧酸反循環(huán)進(jìn)行細(xì)胞合成。重要的是吉布斯自由能的計(jì)算也支持這個(gè)自發(fā)反應(yīng)，它產(chǎn)生很多能量，產(chǎn)生ATP。
除氨外，還原性氫氧化物細(xì)菌還利用二氧化碳作為碳源，氫作為能量源，氧作為電子受體。這些不都是污水處理廠的原料嗎?這引起了以Verstraete教授為代表的污水回收專(zhuān)家的興趣!
科學(xué)家們從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究這種細(xì)菌，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為它可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品，包括合成微生物單細(xì)胞蛋白(SCP)。這種細(xì)菌因其代謝的靈活性和多樣性而備受期待——它可以很容易地在異養(yǎng)和自養(yǎng)模式之間切換去離子水設(shè)備，但也可以間歇性或連續(xù)地切換。
項(xiàng)目進(jìn)展2016年初，他們開(kāi)展可行性研究，地點(diǎn)選在荷蘭的阿姆斯特丹西區(qū)污水廠。目標(biāo)是分析Power-to-Protein的項(xiàng)目跟當(dāng)?shù)啬男撛谫Y源需求相匹配，確定其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，確立最終的研究方向。
初步分析結(jié)果顯示，污水中蘊(yùn)含的SCP潛力可觀——阿姆斯特丹西區(qū)污水廠一年產(chǎn)生的污泥消化液可轉(zhuǎn)化出6300噸SCP，這相當(dāng)于能滿足阿姆斯特丹36%的凈蛋白需求。另外他們還對(duì)蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、可消化性、變應(yīng)原性以及公眾接受度進(jìn)行了初步評(píng)估純水設(shè)備，以求確定高效的氨提取方法。
基于可研結(jié)果，他們通過(guò)TKI水技術(shù)項(xiàng)目申請(qǐng)資助，并和阿姆斯特丹水委會(huì)Waternet、垃圾發(fā)電公司AEB、水循環(huán)研究所KWR等機(jī)構(gòu)合作，籌集了在阿姆斯特丹繼續(xù)中試實(shí)驗(yàn)的資金。
中試工廠有兩個(gè)地點(diǎn)，一個(gè)在阿姆斯特丹西邊的Horstermeer污水廠，一個(gè)為荷蘭東部的Enschede污水廠。設(shè)計(jì)的反應(yīng)器體積為400L，產(chǎn)能為1kg蛋白質(zhì)/天。他們通過(guò)用氣相轉(zhuǎn)移氨來(lái)確保微生物產(chǎn)品的安全性，通過(guò)綜合測(cè)量來(lái)確定氮?dú)饣厥章剩锓磻?yīng)器的表現(xiàn)和產(chǎn)品的微生物可靠性。
到了2019年，我們等來(lái)了中試進(jìn)展報(bào)告。結(jié)果顯示，當(dāng)前工藝的安全性得到進(jìn)一步確認(rèn)——源自污水處理的硫酸銨病原體可以忽略不計(jì)。遺憾的是，中試的產(chǎn)能并不理想，反應(yīng)器每天平均只能生產(chǎn)0.5kg/m3的SCP，遠(yuǎn)低于預(yù)期的1.7kg/m3的水平。這說(shuō)明目前的生物轉(zhuǎn)化效率還有待提高，設(shè)計(jì)理念需要進(jìn)一步優(yōu)化。
未來(lái)計(jì)劃
盡管聽(tīng)上去進(jìn)展有所受挫，合作方似乎還沒(méi)有放棄，今年年初他們?cè)俅瓮ㄟ^(guò)TKI啟動(dòng)了后續(xù)項(xiàng)目：他們總結(jié)中試的教訓(xùn)去離子水設(shè)備，將回過(guò)頭研究生物反應(yīng)器的氫轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)進(jìn)程，希望通過(guò)加深對(duì)原理的認(rèn)識(shí)來(lái)改進(jìn)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。畢竟，在安全的前提下，他們還需要顯著提高優(yōu)質(zhì)蛋白的產(chǎn)量才能使這個(gè)美好概念變成經(jīng)濟(jì)可行的商品。
如果這個(gè)9月你剛好路過(guò)荷蘭，可以考慮去一趟阿姆斯特丹的NEMO科學(xué)博物館。館里最近有個(gè)"未來(lái)食品"(FUTURE FOOD)展，你在那里將體驗(yàn)一段高科技的未來(lái)食品之旅，你會(huì)看到各種昆蟲(chóng)美食、試管牛肉以及各種新的育種方法純水設(shè)備。展館給“POWER to PROTEIN”也安排了展出的空間。10月6日之前大家如果恰好經(jīng)過(guò)，都還來(lái)得及去看個(gè)熱鬧。蘇州皙全皙全純水設(shè)備公司可根據(jù)客戶要求制作各種流量的純水設(shè)備，超純水設(shè)備及純水設(shè)備，水處理設(shè)備和去離子水設(shè)備。
