Water Research | 宏基因组学和生理、热力学研究联合揭示了剩余污泥碱性发酵液中链脂肪酸产生的机理(国人作品)
推荐:江舜尧
编译:Frank
编辑:小菌菌
文章摘要
随着废水处理过程产生大量剩余污泥(WAS),利用生物能源生产进行有效的污泥处理越来越引起人们的关注。本文研究了通过链延长(CE)将WAS碱性发酵液(WASAFL)转化为有价值、易分离的中链脂肪酸(MCFA)的新生物技术工艺,这可能为污泥处理提供新的见解。在此过程中,乙醇作为电子供体(ED),WASAFL是主要的电子受体(EA)。在三种不同的ED与EA比率(即1:2、1:1和2:1)下研究了MCFA的产量。
结果表明,随着ED与EA比例的增加,MCFA的产量从2.88±0.01增加到5.28±0.18 g COD/L。但是,当ED与EA的比例为1:1时,最高的MCFA选择性达72.9%。在高ED:EA比率下,选择性的降低主要归因于高级醇(即正丁醇和正己醇)的产生。
热力学分析证实,从WASAFL生产MCFA的所有CE过程都是放热反应,反应的自发性和能量释放随乙醇水平的增加而增加。
微生物群落分析表明:梭状芽胞杆菌属、颤杆菌克属、纤绳菌属和Exilispira与MCFAs产量呈正相关。宏基因组学分析表明,反向β-氧化途径和脂肪酸生物合成途径均对所研究系统的CE过程有贡献。功能酶主要与梭状芽胞杆菌相关,克氏梭菌、肉毒梭菌和大梭菌可能是CE过程中的关键物种。
文中重要图片说明:
图1 | 使用乙醇作为ED和WAS碱性发酵液作为EA的三组CE实验中,SCFA(乙酸、丙酸、丁酸和戊酸),MCFA(正己酸、正庚酸和正辛酸)和醇(乙醇、正丁醇和正己醇)的浓度。a-b,ED与EA的比例为1:2;c-d,ED与EA的比例为1:1;e-f,ED与EA的比例为2:1。
图2 | 在以乙醇为ED和WAS碱性发酵液为EA的三组CE实验中,最终产物的比例。a,ED与EA的比例为1:2;b,ED与EA的比例为1:1;c,ED与EA的比例为2:1;d,三种ED与EA比率下血清瓶顶部空间中H2的百分比。
图3 |随着体系中乙醇浓度的变化,不同CE过程的每个反应(Re)中转化的吉布斯自由能Δ'rGT与电子转移数的比率变化。
图4 |初始接种污泥(R0)和三个CE污泥样品(R1、R2和R3)微生物群落纲水平(a)和属水平(b)的相对丰度。
图5 | 以乙醇为ED和以WASAFL为EA的潜在代谢链延长途径。绿色实心圆圈表示酰基载体蛋白,橙色实心圆圈表示辅酶A。
图6 | 在乙醇与WASAFL碳摩尔比为1:1的反向β-氧化途径(a)和脂肪酸生物合成途径(b)中检测到的关键酶的分类学。
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