醌氧化还原介质对厌氧氨氧化生物活性的影响全解
厌氧氨氧化
厌氧氨氧化厌氧氨氧化作用即在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体,将氨氮氧化为氮气的生物反应过程。
这种反应通常对外界条件(pH 值、温度、溶解氧等)的要求比较苛刻,但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与,因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。
厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺,将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。
目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已经有成功的运用实例。
厌氧氨氧化是一个微生物反应,反应产物为氮气。
具有一些优点:由于氨直接作反硝化反应的电子供体,可免去外源有机物(甲醇),既可节约运行费用,也可防止二次污染;由于氧得到有效利用,供氧能耗下降;由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与厌氧氨氧化反应,产酸量下降,产碱量为零,这样可以减少中和所需的化学试剂,降低运行费用,也可以减轻二次污染。
厌氧氨氧化(Anammox)厌氧氨氧化的发现Broda 的预言1977年,奥地利理论化学家 Broda根据化学反应热力学,预言自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应,因为与以氧为氧化剂的氨氧化反应相比,它们释放出的自由能一点也不逊色。
序号电子受体化学反应Δ G/ ( KJ/mol)1 氧2NH4++3O22NO2-+2H2O+4H+ -2412 亚硝酸盐NH4++NO2- →N2+2H2O -3353 硝酸盐5NH4++3NO3- →4N2+9H2O+2H+ -278既然自然界存在自养型亚硝化细菌,能够催化反应1,那么理论上也应该存在另一种自养型细菌,能够催化反应2和反应3。
由于当时这种细菌还没有被发现,所以,Broda 认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌。
Mulder 的发现20世纪80年代末,荷兰Delft 工业大学开始研究三级生物处理系统。
在试运期间, Mulder 等人发现,生物脱氮流化床反应器除了进行人们所熟知的反硝化外,还进行着人们未知的某个反应使氨消失了。
进一步观察发现,除了氨不明去向外,硝酸盐和亚硝酸盐也有一半以上不明去向。
醌类的生物活性
第七节醌类的生物活性中药醌类化合物的结构中含有不饱和环二酮骨架,并多有羟基、羧基等官能团,使得其具有多种生物学活性。
比如:抗肿瘤作用、抗病毒作用、抗菌作用、治疗心血管疾病作用及其他作用。
一、抗肿瘤作用苯醌类中药的抗肿瘤作用报道相对较少,,其中从新疆紫草中分离得到的紫草醌乙素( armebinone B,图4 - 36)具有抗肺癌、前列腺癌、鼻咽癌的作用。
图4-36 紫草醌乙素萘醌类化合物的抗肿瘤活性报道较多(图4一37)胡桃醌(juglone)又叫5 -羟基一1 ,4 -茶醌,是从胡桃科植物胡桃及其同属黑核桃的未成熟外果皮(青皮)中提取出来的蔡醌类化合物,其可以通过抑制肿瘤细胞DNA的合成,对于S180实体瘤、小鼠腹水型肝癌和自发性胃癌有明显的抗癌活性图4--37 胡桃醌菲醌分为邻菲醌和对菲醌两种类型(图4 -38)。
从中药丹参根中分离得到的邻菲醌类化合物丹参酮IA和隐丹参酮二氢丹参酮I对多种肿瘤细胞均具有显著的抑制活性,其中丹参酮IA可以通过靶向VEGF/VEGFR2的蛋白激酶结构域来抑制血管生成,而隐丹参酮是信号传导及激活因子3(STAT3)的抑制剂,ICo为4. 6μM。
邻菲醌对菲醌丹参酮IIA隐丹参酮二氢丹参酮I图4-38 抗肿瘤活性菲醌类化合物蒽醌分为单蒽核类及双蒽核类(图439)。
大黄索类化合物大黄素、大黄酸和芦荟大黄素具有-定的抗肿瘤作用。
大黄素大黄酸芦荟大黄素图4-39抗肿瘤活性蒽醌类化合物二、抗病毒作用有一些醌类化合物在抗病毒方面也具有非常好的效果(图4-40)。
比如:金丝桃素在体外可以抑制多种逆转录病毒。
紫草素是中药紫草的主要成分,对肠道病毒71型(Entervius 71,EV71)、甲型流感病毒( HINI、HIV -1病毒新型冠状病毒(SARS - CoV2)有一定的抑制活性。
金丝桃素紫草素图4-40. 抗病毒作用的醌类化合物三、抗菌作用中药意配类化合物大黄素芦荟大黄索、大黄酸对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有品者的抗菌效果。
醌类化合物催化氧化性能的研究
醌类化合物催化氧化性能的研究在过去的几十年里,醌类化合物及其内含的活性中心在环境领域和生物化学研究中发挥了重要作用。
特别是,醌类化合物的活性中心对各种氧化反应具有良好的催化性能。
在最近的几十年里,很多研究表明,醌类物质通过不同的氧化动力学在环境空气中催化氧化有机污染物,是研究环境污染过程中污染物去除的最重要组成部分。
醌类化合物可以促进各种氧化反应,最常用的氧化反应是光解氧化,包括过氧化物氧化、活性自由基氧化和电子捕获氧化。
醌类物质的活性中心的氧化作用,主要是由醌类化合物的核心氧化中心来完成的。
通过调控活性中心的氧化性能,可以有效控制氧化反应的速率,并且由活性中心的种类和结构来影响反应的路径,从而影响氧化反应的效果,达到减少有毒有害物质的目的。
近年来,大量研究表明,引入各种官能团和多原子结构到醌类中心结构,可以显著改善醌类物质的氧化性能,有效提高氧化反应的速率和活性中心的稳定性,进而促进环境污染物的氧化。
同时,还有研究为醌类中心结构的超级电子捕获和氧化过程提供逼真的框架,以帮助理解氧化反应中极性物质和有机物在醌类配体中的变化作用机制,并优化结构以改善醌类物质的氧化性能。
此外,在有机污染物氧化过程中,电子转移也是很重要的因素,不同污染物的电子转移能力不同,因此研究机构也着眼于开发新的醌类物质,以促进有机污染物的电子传递。
通过开发新的醌类物质和结构,可以改善有机物的电子转移,提高有机物的氧化能力,以实现根本上的污染物的治理。
综上所述,醌类化合物的氧化性能极大地促进了环境污染物的氧化去除。
同时,研究人员们还在测试不同类型的醌类物质,以开发新的催化材料,以改善氧化性能,有助于污染物去除和减少有毒有害物质的排放,达到保护环境和人类健康的目的。
偶氮染料废水厌氧生物脱色强化
偶氮染料废水厌氧生物脱色强化魏亮;陈小光;黄波;唐丽娟;王玉【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2018(039)008【摘要】针对偶氮染料废水的生物降解难题,通过对比投加不同浓度的电子供体(葡萄糖)和氧化还原介体(RM)蒽醌-2,6-二磺酸钠盐和活性炭对偶氮染料的厌氧生物脱色果的影响,探究增强偶氮染料厌氧生物脱色的条件.结果表明:投加电子供体或RM 均可有效强化偶氮染料废水厌氧生物脱色;投加300 mg/L葡萄糖时脱色率可高达53.35%,投加200 mmol/L蒽醌-2,6-二磺酸钠盐时脱色率为34.59%,与投加0.6 g/L活性炭的脱色率(35.26%)相当;投加葡萄糖0~24 h的脱色速率最快为1.47%/h,36 h脱色率接近最大值为46.49%;投加蒽醌-2,6-二磺酸钠盐时0~12 h的脱色速率最快为1.03%/h,60 h脱色率接近最大值为33.30%;投加活性炭时0~30 h 的脱色速率最快为0.79%/h,60 h脱色率接近最大值为33.65%.【总页数】5页(P83-87)【作者】魏亮;陈小光;黄波;唐丽娟;王玉【作者单位】东华大学环境科学与工程学院, 上海 201620;东华大学国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心,上海 201620;东华大学环境科学与工程学院, 上海 201620;东华大学国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心,上海201620;四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室, 四川自贡643000;四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室, 四川自贡643000;东华大学环境科学与工程学院, 上海 201620;东华大学国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心,上海 201620;东华大学环境科学与工程学院, 上海201620;东华大学国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】X703【相关文献】1.厌氧光生物转盘-好氧生物膜久理偶氮染料废水 [J], 郑慧;王兴祖;孙德智2.固定化微生物厌氧移动床——好氧法处理偶氮染料废水 [J], 罗志腾;刘义3.生物强化-氧化还原介体联合强化高盐偶氮染料废水生物脱色的研究 [J], 谭靓;宁淑香;王颖4.高效脱色菌的特性及其在染化废水厌氧处理中的生物强化作用 [J], 徐向阳;张明洲;俞秀娥5.偶氮染料循环伏安行为和生物厌氧脱色相关性研究 [J], 郭建博;周集体;王栋;田存萍;葛君;王平;喻晖因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
厌氧氨氧化菌活性的快速恢复及运行
厌氧氨氧化菌活性的快速恢复及运行作者:杨开亮占志强王莹时继东廖德祥逯焕波许乐平来源:《上海海事大学学报》2017年第04期摘要:为研究厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidizing, ANAMMOX)菌的活性恢复,采用SBR工艺对长时间(100 d左右)停止运行的反应器中ANAMMOX菌进行活性培养。
经过22 d的恢复试验,ANAMMOX菌活性基本恢复,在第17 天,NH+4—N和NO-2—N的转化率均在90%以上,TN的去除率在80%以上。
在培养过程中,载体的颜色由白色逐渐变成淡黄色。
结果表明,在常温闲置较长时间的反应器中ANAMMOX菌的活性可恢复性强,恢复周期短,恢复后的脱氮性能良好;ANAMMOX反应器通过对生物膜载体的培养可以使ANAMMOX菌的活性快速恢复。
关键词:厌氧氨氧化(ANAMMOX);活性恢复; SBR;脱氮中图分类号: X703.1 文献标志码: AAbstract: To study the activity recovery of anaerobic ammonium oxidizing (ANAMMOX)bacteria, the SBR process is used to carry out the activity cultivation of ANAMMOX bacteria in the reactor that has stopped running for a long time (about 100 d). After 22 d recovery test, the activity of ANAMMOX bacteria is almost recovered. At 17th day, the conversion rates of NH+4—N and NO-2—N are above 90%, and the removal rate of TN is above 80%. In the process of culture, the color of the carrier changes from white to light yellow. The results show that:ANAMMOX bacteria in SBR with a long idle time at the normal atmospheric temperature can be easily recovered, the recovery period is short, and the nitrogen removal performance is good after the recovery; through the cultivation of the biofilm carrier, ANAMMOX reactor can make the activity of ANAMMOX bacteria recover quickly.Key words: anaerobic ammonium oxidizing ( ANAMMOX); activity recovery; SBR;nitrogen removal引言厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidizing, ANAMMOX)工艺无需外加有机碳源作为电子供体,可在节约成本的同时,防止投加碳源产生的二次污染,不会像传统硝化-反硝化工艺那样产生温室气体,同时ANAMMOX反应器占地空间也很小[1-3]。
醌氧化还原介质对厌氧氨氧化生物活性的影响模板
醌氧化还原介质对厌氧氨氧化生物活性的影响锦集RMS 通过厌氧氨氧化生物抑制TN的去除性能RMs 可以显著提高厌氧氨氧化菌关键酶的活性RMs是推断发挥作用的Q/QH2在厌氧氨氧化过程作为主要的原因,可能会阻止ladderane RMs 和关键酶之间的联系文章信息1.文章历史2013年9月修订2013年10月31日修订编版2013年11月1日被接受2013年11月10日在网上发布2.关键词厌氧氨氧化氧化还原介质肼脱氢酶亚硝酸盐还原酶硝酸还原酶3.摘要本研究首先探讨厌氧氨氧化生物/关键酶和醌的氧化还原介质之间的活动关系,其中蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS),2-羟基-1,4- napthoqui-无(LAW)和蒽醌-2-羧酸(AQC)。
实验结果表明,总脱氮性能随三种氧化还原介质(RMS)用量的增加而呈下降趋势。
例如,当AQC增加到0.8毫米,TN的去除率急剧减少到17.2mg-N/gVSS/h,只能控制大约20%。
这种现象可能是微生物中毒与细胞外的RM增加而引起的。
然而,粗肼脱氢酶,亚硝酸盐还原酶,和硝酸还原酶的活性增强比没有RMS的对照实验约0.6-3倍。
RMS被推断在厌氧氨氧化过程中发挥辅酶/泛醌(Q/QH2)作用。
此外,具体ladderane 膜结构可以阻隔RMS和厌氧氨氧化膜内的关键酶。
主要原因可能是RMS 对厌氧氨氧化生物和关键酶的反向影响。
1.简介厌氧氨氧化(ANAMMOX)现在被确认为是一种新颖的重要的生物脱氮工艺。
它可以在厌氧条件下将NH4与NO2直接转化成N2(Strouset等人,1999)。
与传统工艺相比(硝化反硝化生物),厌氧氨氧化过程提供了显著的优点,如对氧气和有机碳,低污泥产量和减少CO2和NO2的排放(Opden Campet等人,2006)。
近日,唐等人(2010)报告了一个高达74.3-76.7 kg-N/m3/d的脱氮率在一个实验室规模的厌氧氨氧化UASB反应器,在废水生物脱氮的厌氧氨氧化工艺的高电位。
纳米材料对厌氧氨氧化菌的影响
纳米材料对厌氧氨氧化菌的影响纳米材料由于其独特的性质已被广泛使用,其应用过程中的副产品之一就是纳米颗粒,纳米颗粒粒径通常在40~100nm之间,其中40~60nm的纳米颗粒占比达到了46.1%。
在制造、运输和应用的过程中,纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)不可避免地会被释放到环境中,最终在污水中被无害化处理。
现阶段,在许多污水中都能检测到纳米颗粒的存在,例如在纺织废水中,纳米氧化锌累积浓度可达到150μg/L。
而市政污水中纳米银的浓度范围主要在0.1~0.2μg/L之间,同时在市政污水中检测到纳米二氧化钛的浓度为181~1233μg/L,这是由于纳米二氧化钛在医药、表面涂料和化妆品中被广泛使用。
尽管目前污水中部分纳米颗粒的浓度还未达到较高水平,但是随着纳米科技的快速发展,含纳米材料的消费品将呈显著上升趋势,纳米颗粒在环境中的浓度将不断增加,其对污水处理的潜在影响不能被忽视。
厌氧氨氧化(AnaerobicAmmoniumOxidation,Anammox)作为一种新型的自养脱氮工艺,被认为是最高效、最具经济效益的污水脱氮技术之一。
然而,厌氧氨氧化菌很容易受到进水水质波动的影响,污水中的纳米颗粒会对其产生正面或负面的影响。
到目前为止,许多试验研究结果表明纳米材料对细菌、藻类和哺乳动物都具有一定的毒性,但是不同类型的纳米材料之间的毒性效果并不一致。
为此,笔者从厌氧氨氧化工艺的角度出发,结合现有研究文献,从长期和短期影响、毒性机理、微生物的抗毒机制等角度综述纳米颗粒对厌氧氨氧化过程的影响,同时还提出今后的发展趋势和研究方向。
1、纳米材料对厌氧氨氧化菌活性的影响根据最近的纳米技术与材料消费品目录,金属和金属氧化物纳米材料是使用最广泛的两种纳米材料,占全球纳米产品总量的37%。
不同纳米材料的理化性质随着尺寸、形状、化学成分和表面结构而变化,因此,上述这些材料对厌氧氨氧化菌所造成的影响也不尽相同。
醌类氧化还原介体
醌类氧化还原介体醌类化合物作为一类重要的氧化还原介体,在化学领域中起着极为重要的作用。
它们具有独特的结构和性质,可以广泛应用于催化、药物合成、染料和材料科学等多个领域。
首先,让我们来了解一下醌类化合物的结构特点。
醌类化合物的分子结构由两个氧原子和苯环组成,其中一个氧原子与苯环上的碳原子相连,另一个氧原子与苯环上的氢原子相连。
这种结构使其具有良好的氧化还原性质,可在化学反应中充当氧化剂或还原剂。
醌类化合物的氧化还原性质使其在催化领域中有着广泛的应用。
例如,它们可以作为催化剂参与氧化反应,如醌类氧化剂可以将有机化合物氧化为其对应的醇或醛。
同时,它们也可以作为还原剂参与反应,如醌类还原剂可以将有机化合物还原为醌类化合物或醇。
通过调节醌类化合物的结构和反应条件,我们可以精确控制氧化还原反应的发生,从而实现有机合成中的选择性合成。
此外,醌类化合物在药物合成中也发挥着重要的作用。
以维生素K 为例,它是一种醌类化合物,参与了人体中凝血机制的调节。
通过维生素K的氧化还原循环,可以确保血液凝块的正常形成和溶解,进而预防血栓症等疾病的发生。
因此,对醌类化合物的深入研究不仅有助于药物的合成和疾病治疗,同时也有助于理解人体生理过程的机理。
另外,醌类化合物在染料和材料科学中的应用也非常广泛。
由于其独特的结构和性质,醌类化合物可以作为染料分子或光敏化合物应用于染料敏化太阳能电池和光伏材料中。
醌类化合物灵活的氧化还原性质可以实现光能的捕获和转换,提高能量转化效率。
此外,在材料科学中,醌类化合物还可以作为纳米材料的合成前体,用于制备具有特殊形貌和性能的纳米材料。
总之,醌类化合物作为一类重要的氧化还原介体,在化学领域中具有丰富的应用前景。
通过进一步深入研究醌类化合物的结构和性质,我们可以开发出更多的氧化还原催化剂,加速药物的合成和疾病治疗,同时也有助于开发新型染料和材料。
对于广大化学科研工作者来说,我们应该深入理解醌类化合物的氧化还原性质,并将其应用于实际的研究和创新中,为人类的发展做出更大的贡献。
厌氧氨氧化反应影响因素研究进展
厌氧氨氧化反应影响因素研究进展陈重军;冯宇;汪瑶琪;喻徐良;王建芳【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2016(025)002【摘要】厌氧氨氧化(Anammox)反应是指在厌氧或者缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以 NO2--N 为电子受体,氧化 NH4+-N为氮气的生物过程。
厌氧氨氧化反应是自养型生物脱氮反应,该过程无需外加有机碳源,在高氨氮低碳源废水处理方面具有重要应用价值。
然而Anammox菌生长缓慢,最大生长率0.0027 h-1,倍增时间长达10~12 d,对生长环境要求近乎苛刻,成为 Anammox 工艺工程化应用的最大瓶颈。
因此,Anammox 反应的影响因素一直是该领域的研究热点。
文章系统总结了Anammox过程的主要影响因素,其中包括反应器类型、污泥性质、填料等反应器条件,温度、pH值、氧气、电磁场等环境因子,以及有机物、氮素、磷酸盐、盐度、金属离子等基质条件对Anammox启动和运行的最新研究进展,认为pH值接近中性、温度30~35℃、避光、严格厌氧等环境条件下,以反应器、填料和颗粒污泥相结合,降低污泥流失,并给予合适的基质和必要元素,可促进Anammox的快速增长。
该文为Anammox工艺的基础研究和工程化应用提供了参考,并认为今后在各影响因素的联系、功能基因改性及极端环境驯化等方面仍需要加强研究。
【总页数】7页(P346-352)【作者】陈重军;冯宇;汪瑶琪;喻徐良;王建芳【作者单位】苏州科技学院环境科学与工程学院,江苏苏州 215009; 江苏省水处理技术与材料协同创新中心,江苏苏州 215009;北京市环境保护科学研究院固废污染防治研究所,北京 100037;苏州科技学院环境科学与工程学院,江苏苏州215009;苏州科技学院环境科学与工程学院,江苏苏州 215009;苏州科技学院环境科学与工程学院,江苏苏州 215009; 江苏省水处理技术与材料协同创新中心,江苏苏州 215009【正文语种】中文【中图分类】X52;X1-1【相关文献】1.DO在厌氧序批式生物膜反应器中对厌氧氨氧化反应启动的影响 [J], 李祥;黄勇;袁怡2.接种厌氧絮状污泥的厌氧氨氧化反应器的快速启动 [J], 赖玮毅;龚逸;赵旭飞;王一渌;周伟丽3.反硝化-厌氧氨氧化掺杂培养的厌氧氨氧化菌影响因素研究 [J], 王思慧;宋圆圆;刘云曼;郭延凯;廉静;郭建博4.厌氧氨氧化反应器启动过程的影响因素及微生物群落变化研究进展 [J], 任婧; 徐爱玲; 宋志文5.厌氧氨氧化耦合反硝化技术反应机理及其影响因素研究进展 [J], 王振毅;李欣宇;赵大密;廉静因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
211171524_非生物改性对厌氧微生物产物光化学活性影响
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 4 期非生物改性对厌氧微生物产物光化学活性影响范思涵,于国熙,来超超,何欢,黄斌,潘学军(昆明理工大学环境科学与工程学院,云南 昆明 650500)摘要:厌氧溶解性微生物产物(soluble microbial products ,SMP )广泛存在于天然深层水体,经水体扰动可迁移至表层水域。
在此过程中厌氧SMP 将受到一系列非生物转化过程的影响,如自然光及氧化还原介质,进而导致其理化性质发生改变,最终影响其光化学活性。
本研究分别从厌氧微生物菌群(anaerobic microorganisms ,An )和希瓦氏菌(Shewanella oneidensis ,S )中提取了An-SMP 和S-SMP ,在模拟自然光和氧化还原的条件下改性48h ,并评估非生物改性对厌氧SMP 光化学活性的影响。
结果表明:原始An-SMP 的芳香度、腐殖化程度和分子量均高于S-SMP 。
自然光改性后,两种SMP 的紫外吸光度和芳香度降低,芳香C ==C 结构被破坏,腐殖化程度降低,生成了更多的亲水性含氧官能团。
氧化还原改性后,两种SMP 吸光度出现增色效应,腐殖化程度升高,更多的蛋白类物质向腐殖质类物质转化,使氧化还原改性对SMP 光化学性质的影响更为显著。
SMP 对17α-乙炔基雌二醇(EE2)光转化起促进作用,且经氧化还原改性后的SMP 对EE2光解的介导作用明显优于经光改性的SMP 。
其中对EE2光解过程起主要作用的活性氧物质包括激发三线态SMP (3SMP *)和羟基自由基(·OH )。
本研究为明确自然水体中SMP 介导有机污染物光转化的影响提供了理论研究基础。
关键词:厌氧溶解性微生物产物;光改性;氧化还原改性;光化学;活性氧物质中图分类号:X131.2 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2023)04-2180-10Effect of abiotic modification on photochemical activity of anaerobicmicrobial productsFAN Sihan ,YU Guoxi ,LAI Chaochao ,HE Huan ,HUANG Bin ,PAN Xuejun(Faculty of Environmental Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500, Yunnan, China)Abstract: Anaerobic soluble microbial products (SMP) are widespread in the deep-water environment and could migrate to the upper water by water disturbance processes. The physicochemical properties of anaerobic SMP would be altered during migration by various abiotic transformation processes, such as photo irradiation and redox processes, which would further change its photochemical activity. Herein, anaerobic SMP extracted from anaerobic microorganisms (An-SMP) and that from Shewanella oneidensis (S-SMP) were modified by photo irradiation and redox processes for 48h to evaluate the effects of these abiotic modifications on the photochemical activity of anaerobic SMP. The results of the characterization showed that the aromaticity, humification degree, and molecular weight of the original An-SMP werehigher than those of S-SMP. The UV absorbance, aromaticity, degree of humification, and aromatic C ==C研究开发DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1180收稿日期:2022-06-24;修改稿日期:2022-09-19。
醌氧化还原酶(NQO1)基因与肺癌易感关联的系统评价
醌氧化还原酶(NQO1)基因与肺癌易感关联的系统评价张伶;闫涵;王思雨;洪建茂;王旭东;刘思成;黎仲恩;张宇;曹邦伟【期刊名称】《临床与病理杂志》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】目的:探讨依赖还原型辅酶I(II)醌氧化还原酶1[NAD(P)H:quinine oxidoreductase 1,NQO1]基因多态性与肺癌易感性的关系。
方法:在CNKI、重庆维普数据库、万方数据库、Medline、Pub Med、Embase、Sc ience Onl ine等数据库搜索关于NQ O1基因c DNA609位点多态性与肺癌易感关联的病例对照研究。
对纳入的文献逐篇进行质量评估。
用Meta分析软件Review Manager 5.0对各项研究结果进行系统性评价。
结果:最终共有26篇文献纳入Meta分析。
Meta分析结果显示TT基因型和CT+TT基因型的分布在病例组和对照组间差异无统计学意义(OR=1.02,95%CI:0.91~1.15,P=0.68;OR=0.98,95%CI:0.89~1.08,P=0.65)。
在不同种族和不同病理分型的亚组分析中,两组差异亦无统计学意义(P均≥0.05)。
结论:尚不能确定NQO1基因c DNA609位点多态性与肺癌易感性有关。
【总页数】12页(P701-712)【作者】张伶;闫涵;王思雨;洪建茂;王旭东;刘思成;黎仲恩;张宇;曹邦伟【作者单位】首都医科大学附属北京友谊医院肿瘤科【正文语种】中文【中图分类】R734.2【相关文献】1.醌氧化还原酶(NQO1)基因与肺癌易感关联的系统评价 [J], 张伶;闫涵;王思雨;洪建茂;王旭东;刘思成;黎仲恩;张宇;曹邦伟2.肾素-血管紧张素系统基因多态性与儿童青少年高血压易感关联的系统评价和Meta分析 [J], 叶冰冰;苏丹艳;刘冬立;覃素元;劳金泉;庞玉生3.醌氧化还原酶1基因多态性与恶性淋巴瘤发病及临床特性关联的研究 [J], 刁兰萍;魏广川;李峥;高海祥;高玉环4.MICB基因多态性与肺癌的易感关联性研究 [J], 李瑜;陈纯静;王芙艳;林琳;陈恩;余平5.ARID5B基因rsl0821936多态位点与儿童急性淋巴细胞白血病易感关联的系统评价和meta分析 [J], 陈先睿; 温红; 黄建琪; 郭碧赟; 白海涛; 吴谨准因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
厌氧氨氧化在水污染控制中研究进展
厌氧氨氧化在水污染控制中研究进展王慧;郑洪领【摘要】厌氧氨氧化是一种新型的污水处理技术,能够利用氨氮和亚硝酸盐进行生物反应,最终将氨氯转化为氮气的过程.其相对传统的生物脱氮技术能够降低能耗,无二次污染等优势进行了深入的研究,被研究者认为是最具有应用前景的一种微生物脱氮技术.本文针对厌氧氨氧化细菌的影响因素以及在污水处理应用性能进行的研究讨论.【期刊名称】《资源节约与环保》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】2页(P79,83)【关键词】厌氧氨氧化;脱氮;水污染【作者】王慧;郑洪领【作者单位】中国城市建设研究院有限公司山东分院山东济南250101;中国城市建设研究院有限公司山东分院山东济南250101【正文语种】中文氮素是水污染控制中的重要指标之一,其对水体及水生生物的危害十分严重,进而影响人类的生存发展,富营养化、赤潮、水华都是由于水体中氮素的增加而导致的。
传统的生物脱氮技术主要是利用好氧微生物的硝化作用和厌氧微生物的反硝化来实现的,但其处理成本高、能源利用效率低,而且还存在二次污染现象,因此,新型的生物脱氮技术成为研究者追求的目标。
厌氧氨氧化技术(Anaerobicammoniumoxidation,Anammox)是一种新型的生物脱氮技术,得到了大量的关注。
它是在20世纪90年代被研究者发现的,与传统的生物脱氮技术相比,缩短了氨氮降解的途径,无需另加碱度,而且反应过程中无需有机碳源,是一种具有经济效应的新型脱氮技术,对其进行深入的研究对水污染控制有着重要的意义[1]。
2.1 环境因素温度是微生物生长及代谢的主要影响因素之一。
微生物所处环境的温度较低时,细胞的物质运输会受到抑制,生长较为缓慢;温度升高后,细胞中物质运输加快,生化反应速率提高,生长速度加快。
温度太高或者太低都会导致微生物生长的抑制,因此,研究微生物适宜的生长环境十分重要。
研究者对厌氧氨氧化菌的研究表明,其适应生长的温度范围30℃~43℃。
醌呼吸影响厌氧消化产CO_2_CH_4及转化有毒物质的研究
醌呼吸影响厌氧消化产CO2/CH4 及转化有毒物质的研究宋佳秀1*,任南琪2,钱东旭1,陆一凡1,徐怡1 (1.上海师范大学生命与环境科学学院,环境科学与工程系,上海200234;2.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:利用蒽醌-2,6,-双磺酸(AQDS)为模式物在厌氧消化过程中富集醌呼吸微生物,考察了富集产物厌氧消化同步醌呼吸的产气特性和对有毒物质的转化.结果发现,富集产物具有较强的腐殖质还原能力,CO2:CH4 为1.7,高于未富集污泥;不同来源的腐殖质因其具有不同的分子结构和醌功能基团数量,对污泥的醌呼吸的促进作用有所差别,而可从还原性腐殖质接受电子的Fe(III)可显著加强醌呼吸速率;醌呼吸微生物在pH4.5~6 条件下获得较高活性,说明此时醌呼吸对厌氧消化贡献较大;富集产物以乙酸为电子供体时可快速转化苯和三氯乙烯, 27h 的转化率分为85.9%和82.2%,并可以苯为电子供体以三氯乙烯为电子受体同时降解苯和还原三氯乙烯,30h 内的转化率分别为81.7%和68.8%.关键词:腐殖质还原;蒽醌-2,6-双磺酸;醌呼吸文章编号:1000-6923(2014)05-1236-06中图分类号:X703.1 文献标识码:AThe effect of quinone respiration on CO2/CH4 production and transformation of toxic substances in anaerobic digestion. SONG Jia-xiu1*, REN Nan-qi2, QAN Dong-xu1, LU Y i-fan1, XU Y i1(1.College of Life and Environment Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China;2.School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China). China Environmental Science, 2014(5):1236~1241 Abstract:In this study, anthraquinone -2 ,6 , - disulfonic acid (AQDS) was employed as a model substance to enrich the quinone respiration bacteria in the process of anaerobic digestion. The characteristics of gas production were investigated as well as the toxic substance conversion in sludge by enriched quinone respiration bacteria . A high humus reducing capacity for enriched anaerobic sludge was verified with a high ratio of CO2: CH4 = 1.7. The quinone respiration rate was found to vary while adding different sources of humus which can be attributed to different molecular structures and numbers for quinone functional groups. Fe (III), which is able to accept electron from a reductive humus, can significantly enhance quinone respiration rate. Quinone respiration in pH (4.5 ~ 6) showed the results of higher activity which indicated that at this pH, quinone respiration is likely to contribute more to anaerobic digestion. Enriched sludge can rapidly convert benzene and richlorethylene into CO2 with acetate as an electron donor. For example, the conversion rates were up to 85.9% and 82.2% in 27h which can also oxidize benzene as an electron donor and deoxidize trichlorethylene as electron acceptor simultaneously, whose conversion rates were about 81.7% and 68.8% within 30h.Key words:humus reduction;anthraquinone 2,6 - disulfonic acid;quinone respiration近年来,消除天然(土壤、水体等)和人工(污水厂、剩余污泥等)生态中环境有毒物质的研究受到人们的重视.其中腐殖质(HS)是一种具有羰基结构的高分子芳香族聚合物,普遍存在于环境中, 在生物地球化学循环过程中担任重电子受体,参与细菌的呼吸代谢过程.随后,陆续在陆地有机物含量丰富的沉积物、污染的土壤以及废水处理厂的活性污泥中发现多种细菌可以进行这种呼吸作用.其原理为HS 在厌氧条件下收稿日期:2013-10-08基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(51208302);教育部博士点新教师基金(20123127120008);上海市教育委员会科研创新项目(12YZ083)* 责任作者, 讲师,*******************.cn等[1 ] 在1996 年最早发现要角色.Lo v le y Geobactermetallireducens 和Shewanella alga 在厌氧条件下能够以腐殖质模式物蒽醌-2,6-双磺酸(anthraquinone-2,6-disulfonate,AQDS)为唯一5 期宋佳秀等:醌呼吸影响厌氧消化产CO2/CH4 及转化有毒物质的研究1237作为电子受体接受来自菌体细胞膜电子传递链上的电子,HS 接受电子被还原,而电子在细胞膜传递过程中,形成跨膜的质子浓度电势梯度,偶联能量的形成来支持菌体的生长,因HS 中的醌类基团是主要的电子接受位点[2],因此这种呼吸作用称为醌呼吸.在醌呼吸中,HS 不仅可在厌氧环境中充当有机物矿化的电子受体,而且可在腐殖质还原菌和可还原态物质(硝酸盐、重金属、有机污染物、染料等)之间充当氧化还原介体(电子穿梭体),促进这些物质的还原[3-9],在环境修复中起到重要作用.因此这一新型代谢途径自发现以来,逐渐受到国内外学者的瞩目[10-13],是近期环境微生物领域研究的一个热点.目前,醌呼吸微生物在环境中的作用研究基于自然生态环境,针对活性污泥的腐殖质还原作用的研究不多.已发现的进行醌呼吸的微生物包括地杆菌(Geobacter spp.)、希瓦氏菌(Shewanella spp.)、脱亚硫酸菌(Desulfitobacterium spp.)、嗜置于30℃恒温培养箱内培养,测量发酵瓶顶部空间的CH4 和CO2 含量,直至CH4 含量超过40%, AQDS 的还原速率达到12h 还原70%以上则驯化结束.1.2 实验方法在厌氧手套箱内,利用去离子水将污泥稀释,采用均质器将污泥均质化,测定污泥初始pH 值为6.32.利用定量移液器将10mL 污泥混合物分装于30mL 血清瓶内,利用灰色聚乙烯胶塞加铝制金属圈利用卷缩器压紧密封.采用无菌针,氮气保护下分别进行各种物质的添加.实验分为3 组, 分别为电子介导载体影响实验、pH 值影响实验和2 种有毒有机物(苯和三氯乙烯,二者分别在醌呼吸中充当电子供体和电子受体)的影响实验. 实验方法如下,第1 组:添加不同类型电子介导载体, 包括AQDS( 蒽醌-2,6,-双磺酸,1mmol/L 、10mmol/L)、FeCl3(氯化铁,10mmol/L)和AQDS (10mmol/L) 、Fe2(SO4)3 ( 硫酸铁,10mmol/L) 和AQDS(10mmol/L)、Peat humic (泥炭腐殖质,10g/L) 、Soil humic( 土壤腐殖质,10g/L) 和Leonardite humic (风化褐煤腐殖质,10g/L),对照样未添加以上物质. 第 2 组: 利用0.5mol/L Homopipes (pH4.5)、1mol/L MES(2-(N-吗啡啉) 乙磺酸,pH4.5,5.6,6,6.5)及1mol/L CHES (2-(环己基氨基)乙磺酸,pH9.5,12.5)缓冲液调节pH 值,每个血清瓶内的添加量为500μL,测得实际pH 值分别为4.56,5.01,5.58,5.66,6.91,6.4,7.45,8.02.第3 组: 分别添加苯,AQDS+ 苯, 三氯乙烯, 三氯乙烯+AQDS, 三氯乙烯+ 乙酸+AQDS, 苯+ 三氯乙烯+AQDS, 以未添加AQDS 的样品为对照, 其中AQDS 浓度为1mmol/L, 苯和三氯乙烯浓度均200μmol/L,乙酸浓度为1mmol/L.每个条件均为3组平行样,结果取平均值.所有血清瓶按上述方法添加后,置于恒温箱30℃培养.氮气保护下,抽取顶部空间气体利用气相色谱检测,利用无菌注射器抽取液体样品,利用针头过滤器进行过滤,注入胶塞密封的无氧小瓶内,再利用色谱针抽取检测液相中的苯和三氯乙烯,加标回收率分别为97.8%和96.5%.采用Cervantes 等[19]描述的方法于450nm热菌(Thermophilic bacteria)等[17].Straub 等[14]的研究证实,活性污泥中普遍存在醌呼吸作用,Wu 等[15]在污水厂污泥中分离到了多株腐殖质还原菌.Cervantes 等[16]以AQDS 作为最终电子受体, 对混合微生物进行加富培养,实现了醌呼吸微生物的富集,这些微生物在将HS 还原的同时偶联有毒有机物的降解.因此研究活性污泥中的醌呼吸作用具有重要的现实意义,本研究通过富集厌氧活性污泥中的醌呼吸微生物,考察了消化过程的醌呼吸作用及其影响因素,并对 2 种有毒物质的醌呼吸转化进行了初探和分析,为探讨该类菌在厌氧消化过程中贡献及对有毒物质的降解提供理论基础.1 材料与方法1.1 污泥驯化取自污水厂污泥浓缩池的活性污泥经14d 的密闭搁置后,移至 2 个500mL 密闭的发酵瓶内,1# 进行常规厌氧消化培养,以有机污水(来自某污水厂,BOD5 为181~232mg/L)为碳源,定期更换培养液;2#除添加相同碳源外,另添加腐殖质模式物AQDS(1mmol/L)以强化污泥的醌呼吸作用,中 国 环 境 科 学 34 卷1238 波长处用采用 UNICO 1200 型分光光度计测定 其还原态 AH 2QDS 的吸光度.利用无菌针头,氮 气保护下抽取血清瓶顶部空间气体,采用 SRI 8610C 型气相色谱、氢火焰离子化(FID)检测器 以及 SRI 310C 、热导检测器 TCD 检测 CO 2、 CH 4 含量;抽取液相样品经过滤后采用 HP5890 Ⅱ型色谱仪,电子捕获检测器(ECD)检测三氯乙 烯含量;采用 Agilent 6890 气相色谱仪,氢火焰离 子化(FID)检测器检测苯含量.厌氧手套箱型号 为 14500COY 型. 1.3 主要试剂AQDS(anthraquinone -2, 6-disulfonate) 为分 析纯,购于 Sigma 公司.P -HA 、L -HA 、S -HA 来 乏醌呼吸微生物的电子受体,因此醌呼吸的活性 较低. 2.5 2.01.5 1.0 0.50 10时间(h)30自 于 IHSS(International Humic Substance Society).FeCl 3、Fe 2(SO 4)3 为分析纯,购于 Promega Corporation, 其余药品均 为分析纯 , 分别购于 Fisher Scientific 和 Promega Corporation. 未驯化污泥(1#)和驯化污泥(2#)的消化特性 The digestion characteristics of sludge with 图 1 Fig.1 acclimation (1#) and sludge without acclimationsludge (2#)2 结果与讨论# # CO 2:CH 4# CO 2:CH 42 cAQDS# CO 2:CH 4(无 AQDS)1# cAQDS2.1 醌呼吸微生物的富集及对厌氧消化的影响考察未驯化污泥(1#)和驯化污泥(2#)的消化特性,见图 1,其中 cAQDS 代表还原的 AQDS.可 见,经驯化后的污泥(2#)具有较强的 AQDS 还原 能力,20h 可将 90%的 AQDS 还原,而未经驯化的 污泥(1#)经 48h 后达到 60%,之后的还原则十分有 限.厌氧消化过程中,污泥中的一部分有机物可缓 慢演化成为腐殖质,因此未经驯化的污泥可能存 在少量醌呼吸微生物并进行十分有限的腐殖质 还原,大部分有机质被甲烷化,同时生成 CO 2.醌 呼吸微生物通常以有机物为电子供体,将电子传 递给腐殖质,最终转化为 CO 2,这与有机物的甲烷 化同时发生,其结果表现为 CO 2 产量的提高.通常, 厌氧消化产生的 CO 2 与甲烷的比例接近 1,本实 验中,经驯化的污泥获得了较高的 CO 2:CH 4 值, 60d 的 CO 2:CH 4 值为 1.7 左右,未经驯化的污泥 60d 获得的 CO 2:CH 4 值为 1.3 左右,这是由于醌呼 吸微生物与产甲烷微生物争夺电子供体并将其 转化为 CO 2 所致.对于未添加 AQDS 的实验组, 经驯化的污泥的 CO 2:CH 4 值也高于未经驯化的 1# CO 2:CH 4(无 AQDS)2.2 电子介导载体的影响考察了电子介导载体的影响,包括不同来源 的腐殖质以及金属离子,其中 S -HA 、L -HA 、P -HA 分别提取自土壤、风化褐煤和沼泽,其碳系 数分别为 0.54、0.58、0.65.腐殖质和金属离子在这一生化反应中充当电子中间体,将电子传递给 电子受体.如图 2 所示,不同类型电子载体 7d 的 CO 2:CH 4 呈现一定的差异,这在一定程度上反映 了醌呼吸作用的差异.醌呼吸通过腐殖质内的醌 基团的电子传递作用得以进行,不同类型的腐殖 质接受电子能力存在差异是重要的原因之一,同 时与腐殖质的结构特性有关.在醌呼吸过程中,腐 殖质作为中间电子传递体,胞外接受醌呼吸微生 物传递的电子,起到电子传递作用的是分子中的 醌基团[10],醌基团接受 H 转化为氢醌.而天然腐 殖质分子结构极为复杂,官能团的数量结构迥异, 因此接受电子和转移电子的能力因受到数量、结 构和生化活性等因素的影响而产生差别.尽管很 C O 2:C H 4c A Q D S (O D )5 期宋佳秀等:醌呼吸影响厌氧消化产CO2/CH4 及转化有毒物质的研究1239 义,可作为研究和应用的参考.同时,在有其他电子介导载体(FeCl3 和Fe2(SO4)3) 存在的情况下,CO2/CH4 的比率较单独添加AQDS(10mmol/L)分别增加了0.26 和0.34.Fe(III)对醌呼吸的促进作用在研究中多次得到证实[1,21],在Fe(III)存在的情况下,被还原的腐殖质将被重新氧化并可继续接受电子,起到电子穿梭中间体的作用,在本实验中,Fe(III)的存在显著增强了醌呼吸速率.还原平衡存在差异,厌氧消化中亦同时存在多种氧化还原平衡,并与pH 值交互作用,因此有必要开展更深入的研究.3.53.082.562.0 4 5 6 7 8 9pH 值图3 pH 值对CO2 和CH4 产量的影响Fig.3 The effect of pH on the yield of CO2 and CH41.51.00.50 2.4 有毒有机物的影响考察了驯化污泥对苯和三氯乙烯(TCE)的降解特性(27h),结果如图4.可见,无AQDS 时,苯和TCE 的降解十分有限.在AQDS 存在的情况下,苯的降解得到大幅度强化,转化率为85.9%,而TCE 的降解十分有限.TCE 在厌氧条件下应是通过还原脱氯而得到降解, 所以当电子供体缺乏时,TCE 无法降解.而当乙酸存在时,TCE 的转化率为82.2%,乙酸此时作为电子供体,通过醌呼吸微生物将电子传递给AQDS,继而将电子传递给TCE 实现还原脱氯进而转化,或经由其他脱氯细菌进行还原脱氯,本系统中起主导作用的应是醌呼吸微生物.当系统中仅存在苯和TCE 时,27h 转化率分别达到81.7%和68.8%,这说明醌呼吸微生物可以苯为电子供体以TCE 为电子受体同时实现这2 种有机物的降解.在土壤培养物中,苯的厌氧降解偶联AQDS 的还原已经得到证实[16],而同时降解苯和三氯乙烯的实验研究不多,因此这一结果对于污泥或污水的脱毒具有重要意义.厌氧环境中,在多种微生物的作用下,苯和三氯乙烯降解化学反应式如下:C6H6+15AQDS+12H2O→6CO2+15AH2QDS (1) 图2Fig.2不同电子介导载体对CO2/CH4 生成比的影响The effect of electron donor on the CO2:CH4 ratio2.3 pH 值的影响实验中考察了pH4.5~7.5 范围内驯化污泥的产气情况.结果如图 3 所示,随pH 值的升高,CO2:CH4逐渐降低,由1.8 降低至1.3,可见在低pH值(pH4.5~5.5)时醌呼吸对消化过程的贡献较大.这一结果与Jason 等[20]对土壤消化作用的研究相符.Sachs 等[21]在对腐殖质的氧化还原作用及对重金属的还原反应研究发现,pH 值低至 3 时,腐殖质对Fe(III)的异化还原能力最高.这些研究似乎表明腐殖质呼吸作用倾向于在较低pH 值下进行.理论上,随着pH 值的增加,HA 的还原电位逐渐减小,这是由腐殖质中功能基团醌的氧化还原特性决定的[22].因此pH 值是影响腐殖质呼吸作用的重要因素,而环境中醌呼吸速率受很多因素影响,包括腐殖质类型以及氧化还原环境,不同- +CO2:CH4空白L-Ha1mmol/LAQDSS-HA1mmol/LAQDSFeCl+AQDSP-HAFe2(SO4)3+AQDS产气量(mmol/L)中 国 环 境 科 学 34 卷1240 -C 2HCl 3 + 1.5AH 2QDS →C 2H 4+ 3Cl +1.5AQDS(3)式(2)是在一些脱氯菌(如 Dehalococcoides )的 作用下,TCE 的还原脱氯,这一过程在本系统中应 较难发生,因为实验污泥并未富集此类微生物.本 研究中起 主导作用 的是醌呼 吸微生物 ( 如 Geobacter ),并存在 AQDS,因此三氯乙烯的降解 反应应如式(3)所示.图 5 为厌氧消化同步醌呼吸 过程的电子流动和微生物群分析,其中虚线代表 醌呼吸的电子传递方向,醌呼吸微生物与产甲烷 菌竞争电子供体,包括有毒有机物,将其转化为20406080CO ,并藉电子的传递还原转化环境有毒物质.2 3 结论3.1 驯化的剩余污泥富含醌呼吸微生物,具有 还原腐殖质的能力,醌呼吸微生物与产甲烷微生 物在厌氧消化过程中共同争夺氢供体,其结果表 现为 CO 2:CH 4 值升高. 3.2 不同类型的腐殖质由于其分子结构及醌基 团数量的差异,具有不同的还原能力,而 Fe(III)可 以显著增强醌呼吸速率.3.3 在厌氧消化过程中,醌呼吸作用在 pH 值4.5~6 范围内表现出优势,在消化过程中贡献较大. 3.4 驯化污泥可快速转化苯和三氯乙烯(乙酸 为电子供体),27h 的转化率分为 85.9%和 82.2%. 醌呼吸微生物可以苯为电子供体以三氯乙烯为 电子受体同时实现这两种有机物的转化,无其他 电子供体时,27h 的转化分别达到 81.7%和 68.8%.2040时间(h)6080图 4 苯和三氯乙烯的降解Fig.4 The degradation of benzene and trichlorethylene参考文献:[1] Lovley D R, Coates J, Blunt -Harris E L, et al. Humic substancesas electron acceptors f or microbial respiration [J]. Nature,1996,382:445-448.Lu X Q, Johnson W D, Hook J. Reaction of vanadate with aquatichumic substances: an ESR and 51V NMR study [J].Environmental Science and Technology, 1998,32(15):2257-2263. Cervantes F J, Vander Velde S, Lettinga G, et al. Competitionbetween methanogenesis and quinone respiration f or ecologicallyimportant substrates in anaerobic consortia [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2000,34(2):161-167.Lovley D R, FragaH L, Coates J D, et al. Humics as an electron图 5 厌氧消化同步醌呼吸电子流动分析 Fig.5 Electron flow analysis in anaerobic digestionsynchronization with quinone respirationHydrolysis f erment ation bacteria:水解发酵菌;Hydrogen production bacteria:产氢菌;Methanobacteriales :产甲烷菌;Geobact er :地杆菌; Dehalococcoides :脱氯球菌;TCE:三氯乙烯;cis-DCE:顺式二氯乙烯; C 2H 2:乙烯[2] [3] 当有 AQDS 和电子供体的情况下,三氯乙烯 T C E 含量(μm o l /L )苯含量(μm o l /L )5 期宋佳秀等:醌呼吸影响厌氧消化产 CO 2/CH 4 及转化有毒物质的研究1241Journal of Environment al Management, 2012,(95):S104-S109.[14] Straub K L, Kappler A, Schink B. Enrichment and isolation offerri c -iron -and humic -acid -reducing bacteria [J]. Methods in Enzymology, 2005,397:58-77.[15] Wu C Y , Li F B, Zhou S G. Humus respiration and its ecological signif icance [J]. Acta Ecologica Sinica, 2009,29(3):1535-1542. [16] Cervantes F J, Mancilla A R, E. Toro E R, et al. Anaerobic degradation of benzene by enriched consortia with humic acids a s terminal electron acceptors [J]. 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Inf luence of organicmatter transf ormations on the bioavailability of heavy metals [J].作者简介:宋佳秀(1979-),女,黑龙江哈尔滨人,讲师,博士,主要从事污水厌氧生物处理技术.发表论文 20 余篇.《中国环境科学》获评“百种中国杰出学术期刊”《中国环境科学》2012 年被中国科学技术信息研究所评为“2011 年度百种中国杰出学术期刊”.“百种中国 杰出学术期刊”是根据中国科技学术期刊综合评价指标体系进行评定的,包含总被引频次、影响因子、基金论文比、 他引总引比等多个文献计量学指标.《中国环境科学》编辑部。
碳源对厌氧氨氧化菌活性影响的研究进展
碳源对厌氧氨氧化菌活性影响的研究进展魏凡凯;王昕竹;吴鹏;宋吟玲;陈亚【摘要】使厌氧氨氧化系统适应碳源成分复杂的环境对推动其应用发展具有重要意义.在深入分析无机碳源、有机碳源对厌氧氨氧化影响的基础上,充分讨论了混合营养型厌氧氨氧化的可行性及影响因素.分析表明,低浓度的小分子有机酸可以刺激厌氧氨氧化菌的有机营养特性,低碳氮比进水诱导可实现混合营养型厌氧氨氧化.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2019(039)006【总页数】6页(P7-12)【关键词】厌氧氨氧化;无机碳源;有机碳源;混合营养型【作者】魏凡凯;王昕竹;吴鹏;宋吟玲;陈亚【作者单位】苏州科技大学环境科学与工程学院,江苏苏州215009;苏州科技大学环境科学与工程学院,江苏苏州215009;苏州科技大学环境科学与工程学院,江苏苏州215009;城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室,江苏苏州215009;江苏省水处理技术与材料协同创新中心,江苏苏州215009;苏州科技大学环境科学与工程学院,江苏苏州215009;城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室,江苏苏州215009;江苏省水处理技术与材料协同创新中心,江苏苏州215009;苏州科技大学环境科学与工程学院,江苏苏州215009【正文语种】中文【中图分类】X703厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,Anammox)因具有无需曝气、处理性能良好、环境友好的优点成为近年来污水脱氮领域研究的热点。
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由于一般的高氮废水中都含有一定的有机碳(organic carbon,OC)和无机碳(inorganic carbon,IC),探究如何使厌氧氨氧化工艺在碳源组成更为复杂的高氮废水中稳定高效运行成为厌氧氨氧化技术广泛应用于废水处理的关键。
此外,传统的厌氧氨氧化反应过程会产生一定量的硝酸盐,这使得厌氧氨氧化反应的氮去除率受到一定程度的影响〔1〕。
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厌氧氨氧化菌在堆肥中的群落变化及影响因素的综述洪鸿加;陈琛;欧英娟;吴彦瑜【摘要】堆肥被认为是处理有机垃圾的一种有效手段,其过程是利用微生物活性和相互作用而达到有机物降解.堆肥中包含的厌氧环境和氮元素的循环过程会产生厌氧氨氧化反应,这是一个导致堆肥过程中氮素流失的反应.尽管如此,关于堆肥过程中厌氧氨氧化所起的作用以及影响因素所知甚少.本文综述了堆肥中影响厌氧氨氧化的因素,包括温度、pH、溶解氧、基质及底物、有机物等,并探讨了堆肥中厌氧氨氧化菌的群落变化以及与其他功能菌之间的关系.为削弱厌氧氨氧化在堆肥中的作用,需在堆肥前期削弱厌氧条件,为保存堆肥中的氮源、更好地处理有机垃圾提供可能性.【期刊名称】《环境与可持续发展》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】5页(P66-70)【关键词】厌氧氨氧化;堆肥;群落结构;影响因素【作者】洪鸿加;陈琛;欧英娟;吴彦瑜【作者单位】环境保护部华南环境科学研究所,广东广州 510535;环境保护部华南环境科学研究所,广东广州 510535;环境保护部华南环境科学研究所,广东广州510535;环境保护部华南环境科学研究所,广东广州 510535【正文语种】中文【中图分类】X21随着我国社会经济的迅速发展、人民生活水平的不断提高,由此带来的垃圾问题也越来越突出。
有机垃圾的生物堆肥被认为是将有机类垃圾资源化的一个很重要的体系[1,2]。
堆肥工艺技术是指在微生物作用下通过人为控制环境条件使有机物快速矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程[3,4]。
在微生物分解有机物的过程中,不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物,而且又合成新的高分子有机物一腐殖质,是构成土壤肥力的重要活性物质,同时堆肥过程中的高温发酵条件使垃圾中的致病菌、寄生虫卵基本被杀死,有效抑制有害病菌的传播。
堆肥工艺技术已被证实可以广泛应用于畜禽粪便、剩余污泥、农作物等废弃物的资源化回收利用[5,6]。
醌还原菌群的富集及其生长特性研究
醌还原菌群的富集及其生长特性研究1方连峰,王竞,周集体大连理工大学环境与生命学院,辽宁大连(116023)E-mail:fanglianfeng2000@摘要:实验以淡水河底泥、厌氧活性污泥混合物为种源,采用一次性投加高浓度化合物的驯化方法,富集得到了具有还原醌优势的菌群,并采用RISA指纹技术对该过程中种群结构变化进行了分析。
该菌群以AQDS (2,6-二磺酸蒽醌)作为氧化还原介质可强化多种偶氮染料的生物脱色。
考察其生长特性,结果发现染料KE-3B及AQDS浓度的增加对对数生长期菌群的生长有一定的促进作用。
由此推测厌氧偶氮还原过程可能是一种厌氧呼吸过程,菌群可能在这一过程中获得生长所需的能量。
适合菌群生长的pH=5~8,初始pH值在5.8~6.4之间和7.0~7.4之间醌还原效果较好,且稳定;葡萄糖浓度在0~2g/L之间,随着葡萄糖浓度的增加菌群的生长量增加,但过高的葡萄糖浓度会使醌还原菌与其他菌群的生长之间出现竞争,影响醌还原菌的醌还原活性。
关键词:醌还原菌群;氧化还原介质;偶氮染料;强化;脱色中图分类号:x1721. 引言由于具有稳定、易于合成、品种多样的特点,偶氮染料被广泛应用于印刷、造纸、化妆品以及纺织印染等行业。
偶氮染料结构复杂、难降解、呈现长期残留性和高度性等特点。
厌氧-好氧工艺是处理偶氮染料废水的最有效方法之一[1],醌氧化还原介质可以作为电子穿梭体,不断的把胞内的还原力带到胞外还原偶氮复合物,加速偶氮染料厌氧生物的降解速度,缩短降解时间,醌浓度和醌还原菌群的活性是该过程的关键因素[2]。
基于此,本文从富集高效醌还原菌群入手,对菌群的生长特性、还原能力、脱色效果等做了系统地研究。
2. 实验2.1 实验材料OO SO3HHO3SN NOHHN NHClN NOHHNClSO3NaNaO3SSO3NaNaO3SNHSO3NaSO3Na 2,6-二磺酸蒽醌活性艳红KE-3B2.2菌群的富集及培养菌群以大连市西山水库黑色底泥、大连石油七厂废水处理二沉池厌氧污泥、黑狮啤酒厂废水处理厌氧池污泥,以及大连环境工程设计研究所3R反应器厌氧段污泥的混合物为种源,以葡萄糖为电子供体,以2,6-二磺酸蒽醌为电子受体,采用一次性投加高浓度AQDS的方法富集高效的醌还原菌群,液体培养基采用基础无机盐培养基[3]。
醌类 厌氧消化
醌类厌氧消化一、醌类化合物简介醌类化合物是一类具有醌式结构的有机化合物,广泛存在于自然界中,特别是在许多植物中。
它们具有多种生物活性,包括抗氧化、抗炎、抗菌等,因此受到了广泛的关注。
醌类化合物的结构和性质多样,这使得它们在环境和生物体系中具有多种行为和归宿。
二、厌氧消化简介厌氧消化是一种在缺氧条件下,由厌氧微生物主导的有机物质分解过程。
这个过程广泛存在于自然界的许多环境中,如土壤、水体沉积物、动物肠道等。
在厌氧消化过程中,微生物通过一系列复杂的生化反应,将有机物质分解为更简单的物质,同时产生能量供自身使用。
三、醌类化合物在厌氧消化中的行为醌类化合物在厌氧消化中的行为是一个复杂且值得研究的问题。
由于醌类化合物的结构和性质多样,它们在厌氧消化过程中的行为也各不相同。
一些醌类化合物可能被厌氧微生物作为能源物质利用,通过厌氧呼吸或发酵等方式被分解。
另一些醌类化合物可能由于其特殊的结构和性质,对厌氧微生物产生抑制或毒性效应,从而影响厌氧消化的过程和效率。
四、醌类化合物对厌氧消化的影响醌类化合物对厌氧消化的影响可能表现在多个方面。
首先,它们可能会影响厌氧微生物的群落结构和多样性,进而影响厌氧消化的过程和产物。
其次,一些醌类化合物可能作为电子受体参与厌氧呼吸链,从而影响厌氧呼吸的效率和能量产生。
此外,一些具有抗氧化活性的醌类化合物可能会清除厌氧环境中的氧化应激物质,从而影响厌氧微生物的生存和活动。
五、研究展望尽管我们已经对醌类化合物和厌氧消化有了一些了解,但关于这两者之间的相互作用和影响,我们仍然知之甚少。
未来,我们需要更深入地研究醌类化合物在厌氧消化过程中的行为和归宿,以及它们对厌氧消化过程和产物的影响。
同时,我们也需要探索如何利用这些了解,来优化厌氧消化过程,提高其效率和产物质量,从而更好地利用这一自然过程来处理有机废物,实现资源的循环利用。
总结起来,醌类化合物与厌氧消化之间的关系是一个复杂且有趣的领域,它涉及到有机化学、微生物学、环境科学等多个学科。
厌氧氨氧化菌的研究进展
厌氧氨氧化菌的研究进展
贾振杰;杨清香;刘如铟
【期刊名称】《微生物学杂志》
【年(卷),期】2006(26)6
【摘要】近年来,有关厌氧氨氧化过程这一特殊的生化机制以及微生物类群的研究引起了人们的极大关注,尤其是这类微生物的生态生境可能比人们预想的范围更加广泛,因而在自然界N循环中可能具有重要意义.对这类菌结构特征、系统发育地位以及厌氧氨氧化小体和厌氧氨氧化机制的更深入认识将大大促进它们在污水处理工程中的应用.综述了近年来有关厌氧氨氧化菌的生理特性、生化机制、结构特点、生态生境以及工程应用等方面的最新进展.
【总页数】6页(P74-79)
【作者】贾振杰;杨清香;刘如铟
【作者单位】河南师范大学生命科学学院,河南省环境污染控制重点实验室,河南,新乡,453007;河南师范大学生命科学学院,河南省环境污染控制重点实验室,河南,新乡,453007;河南师范大学生命科学学院,河南省环境污染控制重点实验室,河南,新乡,453007
【正文语种】中文
【中图分类】Q939.97
【相关文献】
1.有机物作用的厌氧氨氧化菌代谢特性研究进展 [J], 孙佳晶;张蕾;张超;陈晓波
2.反硝化-厌氧氨氧化掺杂培养的厌氧氨氧化菌影响因素研究 [J], 王思慧;宋圆圆;刘云曼;郭延凯;廉静;郭建博
3.限氧系统中厌氧氨氧化菌的富集与脱氮效能 [J], 吕永涛;王磊;王旭东;姜毅;王志盈
4.碳源对厌氧氨氧化菌活性影响的研究进展 [J], 魏凡凯;王昕竹;吴鹏;宋吟玲;陈亚
5.厌氧氨氧化菌与脱氮菌关系研究进展 [J], 陈瑞
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醌氧化还原介质对厌氧氨氧化生物活性的影响锦集RMS 通过厌氧氨氧化生物抑制TN的去除性能RMs 可以显著提高厌氧氨氧化菌关键酶的活性RMs是推断发挥作用的Q/QH2在厌氧氨氧化过程作为主要的原因,可能会阻止ladderane RMs 和关键酶之间的联系文章信息1.文章历史2013年9月修订2013年10月31日修订编版2013年11月1日被接受2013年11月10日在网上发布2.关键词厌氧氨氧化氧化还原介质肼脱氢酶亚硝酸盐还原酶硝酸还原酶3.摘要本研究首先探讨厌氧氨氧化生物/关键酶和醌的氧化还原介质之间的活动关系,其中蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS),2-羟基-1,4- napthoqui-无(LAW)和蒽醌-2-羧酸(AQC)。
实验结果表明,总脱氮性能随三种氧化还原介质(RMS)用量的增加而呈下降趋势。
例如,当AQC增加到0.8毫米,TN的去除率急剧减少到17.2mg-N/gVSS/h,只能控制大约20%。
这种现象可能是微生物中毒与细胞外的RM增加而引起的。
然而,粗肼脱氢酶,亚硝酸盐还原酶,和硝酸还原酶的活性增强比没有RMS的对照实验约0.6-3倍。
RMS被推断在厌氧氨氧化过程中发挥辅酶/泛醌(Q/QH2)作用。
此外,具体ladderane 膜结构可以阻隔RMS和厌氧氨氧化膜内的关键酶。
主要原因可能是RMS 对厌氧氨氧化生物和关键酶的反向影响。
1.简介厌氧氨氧化(ANAMMOX)现在被确认为是一种新颖的重要的生物脱氮工艺。
它可以在厌氧条件下将NH4与NO2直接转化成N2(Strouset等人,1999)。
与传统工艺相比(硝化反硝化生物),厌氧氨氧化过程提供了显著的优点,如对氧气和有机碳,低污泥产量和减少CO2和NO2的排放(Opden Campet等人,2006)。
近日,唐等人(2010)报告了一个高达74.3-76.7 kg-N/m3/d的脱氮率在一个实验室规模的厌氧氨氧化UASB反应器,在废水生物脱氮的厌氧氨氧化工艺的高电位。
然而,如此高的脱氮率(NRR)是通过连续添加厌氧氨氧化污泥到目标反应器,其中生物量浓度的增加高达42-57.7VSS/L(唐等人,2010)。
此外,厌氧氨氧化菌相对长的培养时间为也会导致较长的启动时间,通过降低厌氧氨氧化菌的丰度使厌氧氨氧化系统更加脆弱。
因此,提高生物质厌氧氨氧化菌活性,并进一步缩短厌氧氨氧反应器的启动是很趣味性和挑战性的课题。
研究人员已经进行了大量的努力,通过外场能量(磁场力,低强度超声)或添加几种微量营养元素增加厌氧氨氧化菌的活性。
例如,刘等。
(2008)施加的磁场成功地提高厌氧氨氧化菌的活性,在60T的磁化率下,最大脱氮率提高了30%。
类似地,段等,(2011)表明,总氮(TN)厌氧氨氧化菌的去除率提高25.5%,通过施加0.3W/cm2超声强度与4分钟的最佳照射时间,这个效果可以持续6天左右。
除了外部领域的应用,乔等(2012)表明Mno2粉末的加入也可以使厌氧氨氧化菌的脱氮率为无二氧化锰粉的2倍。
近日,氧化还原介质(RMS)被发现在有机和无机污染物的厌氧生物转化中起着重要的作用(范德齐和塞万提斯,2009)。
有一些研究集中在氧化还原介质的反硝酸化脱氮工艺中的作用。
阿兰达泰马瑞等人(2007)通过反硝化生物,包括蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS),1,2-萘醌-4-磺酸酯e(NQS).2,6-disulfonate(AQDS), 2-羟基-1,4-萘醌,研究了同时转换硫化物和硝酸盐不同醌的氧化还原介质的影响。
他们证明,NQS必须使用硫化氢作为电子供体的最高硝酸盐还原率(荷兰达泰马瑞等人,2007)。
Guoet等人(2010)探讨了氧化还原介质催化脱氮工艺与蒽醌(AQ)由海藻酸钙固定。
他们还发现,加入500个蒽醌固定化珠会加速脱氮约两倍。
刘等(2012)证明,固定到功能聚合生物载体2-磺酸蒽醌(00.4mmol/L),可以提高脱氮率约1.5倍。
直到现在还没有关于RMS对厌氧氨氧化生物有影响的报告。
反硝化生物量最关键酶位于细胞膜或细胞膜外介质。
因此,RMS 可以接触这些酶和加快硝酸盐或亚硝酸盐的生物降解速率。
然而,厌氧氨氧化菌的关键酶是位于厌氧氨氧化菌膜内,并在其膜引起质子动力势和随后的由膜结合ATP酶合成ATP(图1中示出)。
从厌氧氨氧化菌外面进入厌氧氨氧化膜,RMS必须穿过细胞壁,细胞质膜,卵胞浆内膜和厌氧氨氧化膜以便与关键酶接触。
厌氧氨氧化菌膜结构由C18和C20脂肪酸组成,包括3个或5个线性级链环丁烷(sinningheet 等人,2002)。
它们被脂结合到甘油骨架或醚结合的烷基链(sinningheet等人,2005)。
因此,ladderane可能会阻止RMS和厌氧氨氧化膜内部的关键酶之间的接触。
本研究的目的是讨调查三种RMS对厌氧氨氧化生物活性的影响。
厌氧氨氧化菌的关键酶(肼脱氢酶硝酸还原酶、亚硝酸还原酶)上RMS的影响也进行了研究。
还讨论了在两个厌氧氨氧化生物和关键酶上的效果的可能机制。
所测试的RMS包括蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS),2-羟基-1,4-萘醌(法)和蒽醌-2-羧酸(AQC)。
2.方法2.1. 微生物与资料媒体厌氧氨氧化污泥用于接种源自形反应器的厌氧氨氧化实验规模的实验室。
反应器的内径和高度分别为8和45厘米。
这种反应器在670天的操作的总脱氮(TN)率为8.0 kg-N/m3/d 。
KSU-1株(AB057453.1)的厌氧氨氧化菌约占种子的总生物量的70–75%。
在实验中使用的介质主要是由在(NH4)2SO4和亚硝酸钠中的铵和亚硝酸盐的形式。
该微量矿物质培养基的组成如范德格拉夫等人描述(1996)。
2.2 批量测试为了确定不同的RMS浓度对特殊厌氧氨氧化活性的影响,制定了七组是RMS从0到0.8毫米不同浓度的实验。
该实验是在七个120毫升含100毫升培养基瓶的血清瓶,每个包含厌氧氨氧化的生物质具有不同的RMS(MLVSS浓度2000 mg/L)。
生物样品取自反应器并在矿物质中洗涤三次,以除去残留的氮气。
将pH值调整至7.5,将温度保持在35± 1 °C左右的水域摇床。
摇动转速设定为150转的转速,保持生物量和媒体之间的充分接触。
血清瓶内容物与二氮的气体被洗清以除去溶解的氧。
初始NH4 -N和NO2 -N浓度都设定在50毫克/升。
特别厌氧氨氧化活性,随着时间流逝由在瓶里的氨和亚硝酸的浓度每单位生物量降低浓度曲线峰值改变。
使用无菌注射器每小时收集一次样品,并通过0.45lm孔径的膜吹扫来分析NH4 -N,NO2- N,NO3- N,和RMS浓度。
2.3分析方法Concentrations of nitrite and nitrate were determined by using on-exchange chromatography (ICS-1100, DIONEX, AR, USA) with an Ion Pac AS18 anion column after ltration with 0.22 lm poresize membranes. NH4-N, MLSS and MLVSS concentrations were measured according to the Standard Methods (APHA, 1995).硝酸盐和亚硝酸盐的浓度通过使用离子交换色谱测定法(ics-1100,Dionex,AR,USA)与0.22ml 孔径膜过滤PAC AS18阴离子柱。
NH4-N,MLSS和MLVSS浓度按标准方法测定(APHA,1995)。
pH值的测量是通过使用一个数字pH计(phs-25,雷磁公司,中国),而DO使用数字DO做计进行测量(YSI,模型55,美国)。
使用分光AQDS,AQC和规律浓度均在其最大吸光度采用分光光度法测量(k = 328,336,452 nm)用分光光度计(v-560uv /VIS分光光度计,日本)根据哈藤巴赫等人。
(2008)和劳等人。
(2002)2.4生物质提取物的制备及酶活性的测定从我们的实验室规模的反应器中量取5克(湿重)厌氧氨氧化生物质。
生物样品离心8000 rpm离心转,在4°C进行20 分钟,随后用磷酸钠缓冲溶液洗涤两次(20毫米,pH 7.0)。
洗涤后的沉淀在20毫升缓冲液溶解再沉淀后超声(225 W,4°C 30分钟,超声波处理器CPX 750,美国)。
细胞团通过离心(22000转)分离,在4°C进行30分钟。
将上清液储存在4°C作为蛋白质和酶活性测定细胞提取物。
蛋白质浓度的测量根据布拉德福德(布拉德福德法,1976),以牛血清白蛋白为标准。
据岛村等人描述的肼脱氢酶酶活性方法测定(2007),并且反应用分光光度计描绘为在550 纳米处增加在标注混合物中细胞色素C的吸光度(v-560紫外可见分光光度计,雅有限公司,日本)。
该混合物由100毫米磷酸钾缓冲液(pH 7.0),50lm马心脏细胞色素C(氧化型),酶解液适量,和25lm肼。
肼脱氢酶(HDH)活性表示为细胞色素减少/毫克蛋白/分钟。
硝酸还原酶(NAR)的活性测定Meincke等人(1992)通过测定亚硝酸盐消耗方法。
氯酸钠作为电子受体。
测定含有22 mm NaClO3和11毫米50毫米亚硝酸钠钾磷酸盐缓冲液,pH值7。
反应通过加入酶开始。
一个单位的酶活性被denedaslmol亚硝酸盐还原酶(NIR)的活性作为赛义德在Hira等人描述的方法的基础上(2012)以减少甲基紫(MV)作为电子供体。
反应混合物含有100 毫米磷酸钾缓冲液(pH7.0),MV(3毫米),亚硝酸钠(6毫米)和0.1毫升的生物质提取物在塞紧的4毫升试管内制备。
反应是由连二亚硫酸钠的注射开始(12毫米)。
酶活性被作为亚硝酸盐的还原。
所有的测定混合物要在35± 1°C进行。
2.5系统分析所有在本文中提出的数据是一式三份,实验的数据的平均值。
通过使用单因素方差分析每与邓肯的多范围检验(SPSS 19),和每次形成统计分析的P<0.05值被认为是统计学显著性。
英语原文Effects of quinoid redox mediators on the activity of anammox biomasshighlightsRMs addition depressed TN removal performance by anammox biomass. RMs could markedly enhance the key enzymes activities of anammox bacteria.RMs was inferred to play the role as Q/QH2 during anammox process. Ladderane as the main reason might block the contact between RMs and key enzymes.Article infoArticle history:Received 19 September 2013Received in revised form 31 October 2013Accepted 1 November 2013Available online 10 November 2013Keywords:AnammoxRedox mediatorHydrazine dehydrogenaseNitrite reductaseNitrate reductaseabstractThis study rst explored the relationship between the activity of anammox biomass/key enzymes and quinoid redox mediators, which were anthraquinone-2,6- disulfonate (AQDS),2-hydroxy-1,4-napthoqui-none (LAW) and anthraquinone-2-carboxylic acid (AQC). Experimental results demonstrated that the total nitrogen removal performance showed a downward trend with all three redox mediators (RMs) dosage increasing. For instance, when the AQC addition increased to 0.8 mM, the TN removal rate sharply reduced to 17.2 mg-N/gVSS/h, only about 20% of the control. This phenomenon might be caused by microbial poisoning with the extracellular RMs additions. Nevertheless, the crude hydrazine dehydroge-nase, nitrite reductase, and nitrate reductase activities were enhanced with RMs addition, about 0.6–3folds compared to the control experiments without RMs addition. The RMs was inferred to play the role as ubiquinol/ubiquinone (Q/QH2) during the anammox process. Furthermore, the specic ladderane membrane structure could block the contacting between RMs and the key enzymes inside anammox-some. This might be the mainreason for the contrary effects of RMs on anammox biomass and the key enzymes.1. IntroductionAnaerobic ammonium oxidation (anammox) process is now recognized as a novel and important process in biological nitrogen removal, which can directly convert NO 2 to N2 gas with NH4 under anaerobic conditions (Strous et al., 1999). Compared with the conventional biological processes (nitrication–denitrication),anammox process offers signicant advantages such as no demand for oxygen and organic carbon, low sludge production and reduced CO2 or N2O emissions (Opden Campet al., 2006).Recently, Tang et al. (2010) reported a very high nitrogen removal rate of 74.3–76.7 kg-N/m3/d in a lab-scale anammox UASB reactor, which demonstrated high potential of anammox process in biological nitrogen removal from wastewaters. However, such a high nitrogen removalrate (NRR) was achieved through the continuous addition of anammox seed sludge into the targeted reactor, in which the biomass concentration increased as high as 42.0–57.7 g-VSS/L (Tanget al.,2010). Furthermore, the relative long doubling time of anammox bacteria will also cause a longerstartup period and make the anammox system more vulnerable with low anammox bacteria abundance. Consequently, enhancing the bacterial activity of anammox biomass and further shortening the start-up period of anammox reactors are subjects of great interest and challenge.Researchers have made numerous efforts to increase the activity of anammox biomass by utilizing external eld energy (mag-netic eld, low intensity ultrasound) or adding some kinds of micronutrient. For instance, Liu et al. (2008) applied magnetic eld successfully to enhance the activity of anammox bacteria whereby the maximum nitrogen removal rate increased by 30% at magnetic value of 60.0 mT in long term. Similarly, Duan et al. (2011) demon-strated that total nitrogen (TN) removal rate of anammox bacteria increased by 25.5% by applying ultrasound intensity of 0.3 W/cm2 with the optimal irradiation time of 4 min, and this effect could last for about 6 days. Besides the application of external eld, Qiaoet al. (2012) demonstrated that the addition of MnO2 powder could also increase the nitrogen removal rate ofanammox biomass about 2 times as high as that without MnO2 powder addition.Recently, redox mediators (RMs) were found to play an important role in the anaerobic transformation of organic and inorganic contaminants (Van der Zee and Cervantes, 2009).There were a few studies focused on the role of redox mediators on nitrogen removal by denitrication process. Aranda-Tamaura et al.(2007) investi-gated the impacts of different quinoid redox mediators on the simultaneous conversion of sulphide and nitrate by denitrifying biomass, including anthraquinone-2,6- disulfonate (AQDS), 2-hy-droxy-1,4-naphthoquinone and 1,2-naphthoquinone-4-sulphonate(NQS).They demonstrated that NQS had the highest nitrate reduc- tion rate using sulphide as electron donor (Aranda- Tamaura et al.2007). Guo et al. (2010) explored the possibility of redox mediator catalyzing denitrication process with anthraquinone (AQ) immo-bilized by calcium alginate. They also found that addition of 500 anthraquinone immobilization beads would accelerate the denitri-fying rate about 2 times. Liu et al. (2012) demonstrated that anthraquinone-2-sulfonate (0.04mmol/L) immobilized into the functional electropolymerization biocarriers could increase the denitrication rate about 1.5 folds. Until now there was no report on the effects of RMs on anammox biomass. Most key enzymes of denitrifying biomass are located on the cell membrane or the cell membrane periplasma. Thus, RMs could contact these enzymes and accelerate the biodegradation rate of nitrate or nitrite. However, all the key enzymes of anammox bac-teria are located inside anammoxosome, and on its membrane giving rise to a proton-motive-force and subsequent ATP synthesis by Membrane-bound ATPases (shown in Fig.1). From the outside of anammox bacteria into anammoxosome, RMs must cross cell wall,cytoplasmic membrane, intracytoplasmic membrane and anammox some membrane in order to contact with the key enzymes.The ladderane of the anammoxosome membrane consist of C18 and C20 fatty acids including either 3 or 5 linearly concatenated cyclobutane rings (Sinninghe et al., 2002). They are ester bound to a glycerol backbone or ether bound as alkyl chains (Sinninghe et al., 2005). Therefore, theladderane might block the contacting between RMs and the key enzymes inside anammoxosome.The objective of this study was to investigate the effects of three kinds of RMs on the activity of anammox biomass. The effects of RMs on the key enzymes (hydrazine dehydrogenase nitrate reductase and nitrite reductase) of anammox bacteria were also studied.The possible mechanisms of effects on both anammox biomass and the key enzymes were also discussed. The tested RMs included anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS), 2-hydroxy-1,4-naphtho-quinone (LAW) and anthraquinone-2-carboxylic acid (AQC).2. Methods2.1. Microorganisms and feed mediaThe anammox sludge used for inoculation originated from a laboratory-scale anammox upow column reactor in our lab. The inner diameter and height of the column-type reactor were 8 and 45 cm, respectively. The working volume of this reactor was 2 Land continuously operated under 35 ±1 °C. The total nitrogen(TN) removal rate of this reactor reached 8.0 kg-N/m3/d during 670 days’operation.Anammox bacteria of KSU-1 strain(AB057453.1) accounted for about 70–75% of the total biomass in seed biomass. The media used in the experiments mainly consisted of ammonium and nitrite in the form of (NH4)2SO4 and NaNO2. The composition of the trace mineral medium was as described by vander Graaf et al. (1996).2.2. Batch experimentsIn order to ascertain the effects of different RMs concentrations on specic anammox activity, seven sets of batch experiments were conducted with the RM concentration from 0 to 0.8 mM.The tests were carried out in seven 120 ml serum vials containing 100 ml medium, each containing anammox biomass (MLVSS con-centration of 2000 mg/L) with varied RMs additions. Biomass sam-ples were taken from the reactors and washed three times with mineral medium to remove residual nitrogen. The pH was adjusted to 7.5 and the temperature was maintained at 35 ± 1 °C in a water bath shaker. The shaking speed was set at 150 rpm to keep the full contact between biomass and media. The serum bottle contents were purged with dinitrogen gas to remove dissolved oxygen. Ini-tial NH 4 -N and NO2 -N concentrations were set at 50 mg-N/L. Spe-cic anammox activity was estimated from the peak of the curve indicated by the decrease of ammonium and nitrite concentrations per unit biomass concentration in the vials as time lapsed. The samples were collected every hour using a sterile syringe and purged through 0.45 lm pore size membranes to analyze the NH4 -N, NO2 -N, NO3 -N and RMs concentrations.2.3. Analytical methodsConcentrations of nitrite and nitrate were determined by using ion-exchange chromatography (ICS-1100, DIONEX, AR, USA) with an IonPac AS18 anion column after ltration with 0.22lm pore size membranes. NH4-N, MLSS and MLVSS concentrations were measured according to the Standard Methods (APHA, 1995). pH measurement was done using a digital pH meter (PHS-25, Leici Company, China), while DO was measured using a digital DO meter(YSI, Model 55, USA). The concentrations of AQDS, AQC and LAW were measured spectrophotometrically at their absorbance maxi-mum (k = 328, 336 and 452 nm, respectively) using a spectropho- tometer(V-560UV/VIS Spectrophotometer,Jasco,Japan) according to Hartenbach et al. (2008) and Rau et al. (2002).2.4. Preparation of biomass extracts and determination of enzyme activity5 g (wet weight) anammox biomass was taken from our lab-scale reactor. The biomass samples were centrifuged at 8000 rpm at 4 掳C for 20 min followed by washing twice with sodium phos-phate buffer solution (20 mM, pH 7.0). The washed pellets were then resuspended in 20 ml of the same buffer and lysed by freezing and thawing followed by sonication (225 W, at 4 掳C for 30 min,Ultrasonic processor CPX 750, USA). Cell mass was separated by centrifugation (22 000 rpm), at 4 掳C for 30 min. The supernatant was stored at 4 掳C and used as cell extract in the determination of protein and enzyme activity. Protein concentration was measured according to the Bradford procedure (Bradford, 1976), using BSA as a standard. Enzyme activity of hydrazine dehydrogenase was according to the methods described by Shimamuraet al. (2007), and the reactions were depicted as an increase in the absorbance of cytochrome c at 550 nm in the standard mixture using a spectrophotometer (V-560 UV/VIS Spectrophotometer, Jas-co, Japan). The mixture consisted of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0),50lM horse heart cytochrome c (oxidized form),an appropriate amount of enzyme solution, and 25 lM hydrazine.The hydrazine dehydrogenase (HDH) activity was expressed as lmol of cytochrome c reduced/mg protein/min. Nitrate reductase (Nar) activity was assayed in accordance with the methods re-corded by Meincke et al. (1992) by measuring the nitrite consump-tion. NaClO3 was used as electron acceptor. Assays contained 22 mM NaClO3 and 11 mM NaNO2 in 50 mM potassium phosphate buffer, pH 7.0. The reaction was started by the addition of the en-zyme. One unit of enzyme activity was dened as lmol of nitrite oxidized/mg protein/min. Nitrite reductase (Nir) activity was as-sayed on the basis of the methods described by Hira et al. (2012)using reduced methyl viologen (MV) as electron donors. The reac-tion mixture containing 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), MV (3 mM), sodium nitrite (6 mM) and 0.1 ml biomass extracts was anaerobically prepared in a stoppered 4.0 ml cuvette. The reac-tion was started by the injection of sodium dithionite (12 mM). Aunit of enzyme activity was dened as lmol of nitrite reduced/mg protein/min. All the assay mixtures were incubated at 35 卤 1 掳 C 2.5. Statistical analysisAll the data presented in this paper were the mean values of data from triplicate experiments. Statistical analysis was per-formed by using one-way ANOVA with the Duncan’s multiple range test (SPSS 19.0) and values of p < 0.05 were considered to be statistically signicant.。