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荷兰比利时科学家探索下水道到餐桌的创新氮循环技术

来源:纯水设备      2019/9/2 10:03:07      点击:

纯水设备http://www.tjxqcs.com】2015年5月,比利时根特大学(university of Ghent)名誉教授威利·弗斯特雷特(Willy Verstraete)和他的学生西尔维奥·马塔萨(Silvio Matassa)在《环境科学与技术》(Environmental Sciene & Technology)上发表了一篇文章,首次提出了“power-to-protein”(PtP)的概念。

“新”概念的背后是污水处理的反硝化过程,直接将氨氮转化为微生物蛋白,绕过氮转化步骤,创造了一个氮循环升级的捷径模型。从理论上讲,这似乎是一种更环保的生产蛋白质的方法,比传统方法消耗更少的能量纯水设备,并将“废物”转化为更高价值的产品。

四年过去了,项目进展如何?请看本周四的《学术》杂志。

介绍了一种新型的废水脱氮工艺

反硝化过程的原理是将污水中的氨氮吹脱成硫酸铵。在后续的生物反应器中,硫酸铵通过生物合成直接转化为单细胞蛋白(single-cell protein, SCP)。

促进细菌生物合成的微生物是一组称为氢氧化物(氢氧化细菌)的微生物,它是一种好氧兼性细菌,具有无机营养物(岩石营养物)的能力。它可以利用氢和氧作为电子供体和受体,快速固定二氧化碳,并通过1,5 -二磷酸核酮糖(RuBP)或三羧酸反循环进行细胞合成。重要的是吉布斯自由能的计算也支持这个自发反应,它产生很多能量,产生ATP。

除氨外,还原性氢氧化物细菌还利用二氧化碳作为碳源,氢作为能量源,氧作为电子受体。这些不都是污水处理厂的原料吗?这引起了以Verstraete教授为代表的污水回收专家的兴趣!

科学家们从20世纪70年代开始研究这种细菌,当时人们认为它可以生产多种产品,包括合成微生物单细胞蛋白(SCP)。这种细菌因其代谢的灵活性和多样性而备受期待——它可以很容易地在异养和自养模式之间切换去离子水设备,但也可以间歇性或连续地切换。

项目进展2016年初,他们开展可行性研究,地点选在荷兰的阿姆斯特丹西区污水厂。目标是分析Power-to-Protein的项目跟当地哪些潜在资源需求相匹配,确定其技术和经济可行性,确立最终的研究方向。

初步分析结果显示,污水中蕴含的SCP潜力可观——阿姆斯特丹西区污水厂一年产生的污泥消化液可转化出6300吨SCP,这相当于能满足阿姆斯特丹36%的净蛋白需求。另外他们还对蛋白的营养价值、可消化性、变应原性以及公众接受度进行了初步评估纯水设备,以求确定高效的氨提取方法。

基于可研结果,他们通过TKI水技术项目申请资助,并和阿姆斯特丹水委会Waternet、垃圾发电公司AEB、水循环研究所KWR等机构合作,筹集了在阿姆斯特丹继续中试实验的资金。

中试工厂有两个地点,一个在阿姆斯特丹西边的Horstermeer污水厂,一个为荷兰东部的Enschede污水厂。设计的反应器体积为400L,产能为1kg蛋白质/天。他们通过用气相转移氨来确保微生物产品的安全性,通过综合测量来确定氮气回收率,生物反应器的表现和产品的微生物可靠性。

到了2019年,我们等来了中试进展报告。结果显示,当前工艺的安全性得到进一步确认——源自污水处理的硫酸铵病原体可以忽略不计。遗憾的是,中试的产能并不理想,反应器每天平均只能生产0.5kg/m3的SCP,远低于预期的1.7kg/m3的水平。这说明目前的生物转化效率还有待提高,设计理念需要进一步优化。

未来计划

尽管听上去进展有所受挫,合作方似乎还没有放弃,今年年初他们再次通过TKI启动了后续项目:他们总结中试的教训去离子水设备,将回过头研究生物反应器的氢转移的基础进程,希望通过加深对原理的认识来改进反应器的设计。毕竟,在安全的前提下,他们还需要显著提高优质蛋白的产量才能使这个美好概念变成经济可行的商品。

如果这个9月你刚好路过荷兰,可以考虑去一趟阿姆斯特丹的NEMO科学博物馆。馆里最近有个"未来食品"(FUTURE FOOD)展,你在那里将体验一段高科技的未来食品之旅,你会看到各种昆虫美食、试管牛肉以及各种新的育种方法纯水设备。展馆给“POWER to PROTEIN”也安排了展出的空间。10月6日之前大家如果恰好经过,都还来得及去看个热闹。苏州皙全皙全纯水设备公司可根据客户要求制作各种流量的纯水设备,超纯水设备及纯水设备水处理设备去离子水设备