Кислородные фотогранулы

Кислородные фотогранулы (ОПГ) представляют собой тип биологического агрегата примерно сферической формы, обычно размером от миллиметра до сантиметра. Для ОПГ характерен тканевый слой фототрофных организмов, преимущественно нитчатых цианобактерий порядка Oscillatoriales . Производство кислорода этими фототрофами посредством фотосинтеза обычно сочетается с потреблением кислорода гетеротрофной биомассой с высвобождением CO ₂ , который предположительно используется в синтрофных отношениях автотрофными фототрофами.

Открытие/Контекст

В 2011 году Парк и Долан впервые наблюдали превращение активного ила в кислородсодержащие фотогранулы (ОПГ). ^[1] при инкубировании в неперемешиваемых и запечатанных флаконах на открытом воздухе в течение нескольких месяцев. С тех пор это статическое культивирование ОПГ наблюдалось с активным илом, поступающим из разных мест по всему миру. ^[2] в нескольких лабораториях ( ^[3], ^[4], ^[5], ^[6], ^[7] и т. д.).
ОПГ были обнаружены недавно и по счастливой случайности в лабораторных условиях, но очень похожие гранулы, называемые криоконитами , находят в ледниках. ^[8]

Формирование оксигенных фотогранул

Обычно предполагается, что образование анаэробных и аэробных гранул обусловлено гидродинамическим сдвигом и вымыванием. Кислородные фотогранулы действительно образуются при воздействии гидродинамического сдвига в реакторах периодического секвенирования; ^[9] однако они также формируются в статической партии ^[1]^&. ^[2] Они могут образовываться в течение нескольких недель из источника активного ила, подвергающегося воздействию света. Как формируются оксигенные фотогранулы, еще далеко не понятно, но нитчатые и подвижные цианобактерии, по-видимому, играют важную роль в их формировании. Цианобактерии обогащаются активным илом и образуют внешний слой фотогранул, который обеспечивает структурную целостность как фотогранул, образующихся в гидродинамических, так и в статических условиях. ^[2]
Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что первоначальное присутствие неорганического азота в инокуляте активированного ила способствует росту цианобактерий по сравнению с ростом микроводорослей, что приводит к получению успешных оксигенных фотогранул. ^[10]
Таким образом, образование кислородных фотогранул не обусловлено гидродинамическим сдвигом, и для образования кислородных фотогранул не требуется вымывание, хотя эти факторы могут играть важную роль при их применении. Нитчатые подвижные цианобактерии играют ключевую роль, но необходимо выяснить точные механизмы, чтобы иметь возможность контролировать образование и свойства кислородных фотогранул и применять их в биоинженерных процессах.

Кислородные фотогранулы для очистки сточных вод

Кислородные фотогранулы – новый тип биогранул, который еще не нашел применения в биоинженерных процессах. ^[11] но имеет многообещающий потенциал для применения в очистке сточных вод. OPG применялся в реакторах периодического действия с турбулентным перемешиванием SBR и в высокоскоростных водоемах с водорослями. ^[12] Кислородные фотогранулы обладают способностью сочетать выработку кислорода посредством фотосинтеза с преобразованием органического вещества в углекислый газ гетеротрофами. Следовательно, у них есть потенциал для очистки сточных вод без внешнего источника аэрации. ^[9] и для выработки энергии, когда это биоразлагаемое биосырье используется для анаэробного сбраживания. ^[12]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б WO2015112654A2 , Пак, Чул и ДОЛАН (умерли), Сона, «Гранулы водорослевого ила для очистки сточных вод и производства биоэнергетического сырья», выпущено 30 июля 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Милферстедт, Ким; Куо-Дахаб, В. Камилла; Батлер, Кейтлин С.; Гамельн, Жером; Абухенд, Ахмед С.; Стауч-Уайт, Кристи; Макнейр, Адам; Ватт, Кристофер; Карбахаль-Гонсалес, Бланка И.; Долан, Сона; Пак, Чул (20 декабря 2017 г.). «Важность нитчатых цианобактерий в развитии оксигенных фотогранул» . Научные отчеты . 7 (1): 17944. Бибкод : 2017НатСР...717944М . дои : 10.1038/s41598-017-16614-9 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5738420 . ПМИД 29263358 .
^ «Лаборатория экологической биотехнологии – Фотогранулы» . www6.montpellier.inra.fr . Архивировано из оригинала 19 марта 2018 г.
^ «Инженерия окружающей среды и водных ресурсов | Гражданская и экологическая инженерия | Массачусетский университет в Амхерсте» . Массачусетский университет в Амхерсте . Архивировано из оригинала 3 января 2019 г.
^ «Национальный научно-исследовательский институт промышленной экологии» . МХТК . Проверено 24 июня 2024 г.
^ «Херман Буитрон Мендес» . www.iingen.unam.mx . Архивировано из оригинала 27 февраля 2018 г.
^ «Ким Дон Хун» . www.researchgate.net .
^ Кристнер, Б.К., Квитко, Б.Х., Рив, Дж.Н., 2003. Молекулярная идентификация бактерий и эукариев, населяющих антарктическую криоконитовую дыру. Экстремофилы 7, 177–183. doi:10.1007/s00792-002-0309-0
^ Перейти обратно: ^а ^б Абухенд, Ахмед С.; Макнейр, Адам; Куо-Дахаб, Венье К.; Ватт, Кристофер; Батлер, Кейтлин С.; Милферстедт, Ким; Гамельн, Жером; Со, Чонми; Гиконьо, Гитау Дж.; Эль-Моселхи, Халид М.; Пак, Чул (20 марта 2018 г.). «Процесс кислородной фотогранулы для очистки сточных вод без аэрации» . Экологические науки и технологии . 52 (6): 3503–3511. Бибкод : 2018EnST...52.3503A . дои : 10.1021/acs.est.8b00403 . ISSN 0013-936X . ПМИД 29505719 .
^ Стауч-Уайт, К., Шринивасан, В.Н., Куо-Дахаб, В.К., Парк, К. и Батлер, К.С. Роль неорганического азота в успешном формировании гранулированных биопленок для очистки сточных вод, которые поддерживают цианобактерии и бактерии. АМБ Экспресс 7, 146 (2017). [1]
^ Милферстедт, Ким; Гамельн, Жером; Парк, Чул; Юнг, Джинён; Хван, Юхун; Чо, Си-Гён; Юнг, Кён Вон; Ким, Дон Хун (2017). «Биогранулы, применяемые в экологической инженерии» . Международный журнал водородной энергетики . 42 (45): 27801–27811. Бибкод : 2017IJHE...4227801M . doi : 10.1016/j.ijhydene.2017.07.176 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Арсила, Хуан С; Буитрон, Герман (2016). «Агрегаты микроводорослей и бактерий: влияние времени гидравлического удерживания на очистку городских сточных вод, осаждаемость биомассы и метановый потенциал: агрегаты микроводорослей и бактерий для очистки сточных вод» . Журнал химической технологии и биотехнологии . 91 (11): 2862–2870. дои : 10.1002/jctb.4901 .

Внешние ссылки

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б WO2015112654A2 , Пак, Чул и ДОЛАН (умерли), Сона, «Гранулы водорослевого ила для очистки сточных вод и производства биоэнергетического сырья», выпущено 30 июля 2015 г.

[:2-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Милферстедт, Ким; Куо-Дахаб, В. Камилла; Батлер, Кейтлин С.; Гамельн, Жером; Абухенд, Ахмед С.; Стауч-Уайт, Кристи; Макнейр, Адам; Ватт, Кристофер; Карбахаль-Гонсалес, Бланка И.; Долан, Сона; Пак, Чул (20 декабря 2017 г.). «Важность нитчатых цианобактерий в развитии оксигенных фотогранул» . Научные отчеты . 7 (1): 17944. Бибкод : 2017НатСР...717944М . дои : 10.1038/s41598-017-16614-9 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5738420 . ПМИД 29263358 .

[3] «Лаборатория экологической биотехнологии – Фотогранулы» . www6.montpellier.inra.fr . Архивировано из оригинала 19 марта 2018 г.

[4] «Инженерия окружающей среды и водных ресурсов | Гражданская и экологическая инженерия | Массачусетский университет в Амхерсте» . Массачусетский университет в Амхерсте . Архивировано из оригинала 3 января 2019 г.

[5] «Национальный научно-исследовательский институт промышленной экологии» . МХТК . Проверено 24 июня 2024 г.

[6] «Херман Буитрон Мендес» . www.iingen.unam.mx . Архивировано из оригинала 27 февраля 2018 г.

[7] «Ким Дон Хун» . www.researchgate.net .

[:3-8] Кристнер, Б.К., Квитко, Б.Х., Рив, Дж.Н., 2003. Молекулярная идентификация бактерий и эукариев, населяющих антарктическую криоконитовую дыру. Экстремофилы 7, 177–183. doi:10.1007/s00792-002-0309-0

[auto1-9] Перейти обратно: ^а ^б Абухенд, Ахмед С.; Макнейр, Адам; Куо-Дахаб, Венье К.; Ватт, Кристофер; Батлер, Кейтлин С.; Милферстедт, Ким; Гамельн, Жером; Со, Чонми; Гиконьо, Гитау Дж.; Эль-Моселхи, Халид М.; Пак, Чул (20 марта 2018 г.). «Процесс кислородной фотогранулы для очистки сточных вод без аэрации» . Экологические науки и технологии . 52 (6): 3503–3511. Бибкод : 2018EnST...52.3503A . дои : 10.1021/acs.est.8b00403 . ISSN 0013-936X . ПМИД 29505719 .

[:5-10] Стауч-Уайт, К., Шринивасан, В.Н., Куо-Дахаб, В.К., Парк, К. и Батлер, К.С. Роль неорганического азота в успешном формировании гранулированных биопленок для очистки сточных вод, которые поддерживают цианобактерии и бактерии. АМБ Экспресс 7, 146 (2017). [1]

[11] Милферстедт, Ким; Гамельн, Жером; Парк, Чул; Юнг, Джинён; Хван, Юхун; Чо, Си-Гён; Юнг, Кён Вон; Ким, Дон Хун (2017). «Биогранулы, применяемые в экологической инженерии» . Международный журнал водородной энергетики . 42 (45): 27801–27811. Бибкод : 2017IJHE...4227801M . doi : 10.1016/j.ijhydene.2017.07.176 .

[auto-12] Перейти обратно: ^а ^б Арсила, Хуан С; Буитрон, Герман (2016). «Агрегаты микроводорослей и бактерий: влияние времени гидравлического удерживания на очистку городских сточных вод, осаждаемость биомассы и метановый потенциал: агрегаты микроводорослей и бактерий для очистки сточных вод» . Журнал химической технологии и биотехнологии . 91 (11): 2862–2870. дои : 10.1002/jctb.4901 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]