2019-9 荷蘭比利時科學家探索下水道到餐桌的創(chuàng)新氮循環(huán)技術
【南通純水設備http://m.shenzhoujiankang.cn】2015年5月，比利時根特大學(university of Ghent)名譽教授威利·弗斯特雷特(Willy Verstraete)和他的學生西爾維奧·馬塔薩(Silvio Matassa)在《環(huán)境科學與技術》(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程，直接將氨氮轉化為微生物蛋白，繞過氮轉化步驟，創(chuàng)造了一個氮循環(huán)升級的捷徑模型。從理論上講南通純水設備，這似乎是一種更環(huán)保的生產蛋白質的方法，比傳統(tǒng)方法消耗更少的能量南通水處理設備，并將“廢物”轉化為更高價值的產品。
四年過去了，項目進展如何?請看本周四的《學術》雜志。
介紹了一種新型的廢水脫氮工藝
反硝化過程的原理是將污水中的氨氮吹脫成硫酸銨。在后續(xù)的生物反應器中，硫酸銨通過生物合成直接轉化為單細胞蛋白(single-cell protein, SCP)。
促進細菌生物合成的微生物是一組稱為氫氧化物(氫氧化細菌)的微生物，它是一種好氧兼性細菌，具有無機營養(yǎng)物(巖石營養(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1,5 -二磷酸核酮糖(RuBP)或三羧酸反循環(huán)進行細胞合成。重要的是吉布斯自由能的計算也支持這個自發(fā)反應，它產生很多能量，產生ATP。
除氨外，還原性氫氧化物細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家的興趣!
科學家們從20世紀70年代開始研究這種細菌南通純水設備，當時人們認為它可以生產多種產品，包括合成微生物單細胞蛋白(SCP)。這種細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，但也可以間歇性或連續(xù)地切換。
項目進展2016年初，他們開展可行性研究南通水處理設備，地點選在荷蘭的阿姆斯特丹西區(qū)污水廠。目標是分析Power-to-Protein的項目跟當地哪些潛在資源需求相匹配，確定其技術和經濟可行性，確立最終的研究方向。
初步分析結果顯示，污水中蘊含的SCP潛力可觀——阿姆斯特丹西區(qū)污水廠一年產生的污泥消化液可轉化出6300噸SCP，這相當于能滿足阿姆斯特丹36%的凈蛋白需求。另外他們還對蛋白的營養(yǎng)價值、可消化性、變應原性以及公眾接受度進行了初步評估，以求確定高效的氨提取方法。
基于可研結果，他們通過TKI水技術項目申請資助，并和阿姆斯特丹水委會Waternet、垃圾發(fā)電公司AEB、水循環(huán)研究所KWR等機構合作，籌集了在阿姆斯特丹繼續(xù)中試實驗的資金。
中試工廠有兩個地點，一個在阿姆斯特丹西邊的Horstermeer污水廠，一個為荷蘭東部的Enschede污水廠。設計的反應器體積為400L，產能為1kg蛋白質/天。他們通過用氣相轉移氨來確保微生物產品的安全性，通過綜合測量來確定氮氣回收率，生物反應器的表現和產品的微生物可靠性。
到了2019年，我們等來了中試進展報告。結果顯示，當前工藝的安全性得到進一步確認——源自污水處理的硫酸銨病原體可以忽略不計。遺憾的是，中試的產能并不理想，反應器每天平均只能生產0.5kg/m3的SCP，遠低于預期的1.7kg/m3的水平南通純水設備。這說明目前的生物轉化效率還有待提高，設計理念需要進一步優(yōu)化。
未來計劃
盡管聽上去進展有所受挫，合作方似乎還沒有放棄，今年年初他們再次通過TKI啟動了后續(xù)項目：他們總結中試的教訓，將回過頭研究生物反應器的氫轉移的基礎進程，希望通過加深對原理的認識來改進反應器的設計南通水處理設備。畢竟，在安全的前提下，他們還需要顯著提高優(yōu)質蛋白的產量才能使這個美好概念變成經濟可行的商品。
如果這個9月你剛好路過荷蘭，可以考慮去一趟阿姆斯特丹的NEMO科學博物館。館里最近有個"未來食品"(FUTURE FOOD)展，你在那里將體驗一段高科技的未來食品之旅，你會看到各種昆蟲美食、試管牛肉以及各種新的育種方法。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過，都還來得及去看個熱鬧。南通純水設備，南通水處理設備，去離子水設備。
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