2002年--外文翻譯--在旋轉(zhuǎn)生物接觸器中形成的氧化亞鐵硫桿菌生物膜的性質(zhì)（譯文）

1、<p>　　中文3000字,1800單詞，9600英文字符</p><p>　　出處：Nikolov L, Karamanev D, Mamatarkova V, et al. Properties of the biofilm of Thiobacillus ferrooxidans, formed in rotating biological contactor[J]. Biochemical En

2、gineering Journal, 2002, 12(1):43-48.</p><p>　　在旋轉(zhuǎn)生物接觸器中形成的氧化亞鐵硫桿菌生物膜的性質(zhì) </p><p>　　L. Nikolova, D. Karamanevb,?, V. Mamatarkovaa,</p><p>　　D. Mehochev a, D. Dimitrov a</p>

3、<p>　　（a. 索菲亞大學(xué)生物系，8 Dr燦可夫大道，1421 So?a, Bulgaria b. 安大略大學(xué)化學(xué)工程與生物工程系，倫敦，安大略，加拿大，N6G 5B9）</p><p>　　2001年三月八日收到；2002年二月二十七日修訂后接受</p><p>　　摘要:本文在穩(wěn)態(tài)條件下對在旋轉(zhuǎn)生物接觸器表面上形成的氧化亞鐵硫桿菌生物膜的理化性質(zhì)進(jìn)行了研究。主要的獨立變

4、量是生物反應(yīng)器中培養(yǎng)基（鐵）的濃度。研究表明，生物膜的厚度越大，生物膜的密度就越小，當(dāng)輸入的亞鐵濃度為1和2.1克/升之間時，在生物膜中孔的比表面積最大。在培養(yǎng)基濃度在0.49和14.21克/升之間時，生物膜的體積幾乎是相同的，對應(yīng)的氧化率為0.35～8.6 g/m2 .h。</p><p>　　關(guān)鍵詞：生物膜；生物反應(yīng)器；動力學(xué)參數(shù)；氧化亞鐵硫桿菌；鐵氧化</p><p><b&g

5、t;　　1.前言</b></p><p>　　細(xì)菌氧化亞鐵硫桿菌（最近更名為氧化亞鐵硫桿菌）在固體表面形成生物膜載體的能力被認(rèn)為是高性能的生物反應(yīng)器的開發(fā)來處理金屬浸出技術(shù)、凈化氣體含硫化合物和酸性礦山廢水的需要。【1】生物膜本身一直是眾多研究的課題，包括化學(xué)、生物組成部分【2，3】和與固相載體的相互作用【4】。但是，這里缺少一個關(guān)于生物膜密度，水含量和孔隙度特性的理化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可能對生物反應(yīng)器設(shè)

6、計以及數(shù)學(xué)模型的建立很有幫助【5】。</p><p>　　這項工作的主要目的是揭示Ｔ氧化亞鐵硫桿菌生物膜的主要理化性質(zhì)和亞鐵氧化率，培養(yǎng)基中Fe2+和產(chǎn)物中Fe３+濃度的一個函數(shù)關(guān)系。</p><p><b>　?。玻牧虾头椒?lt;/b></p><p><b>　　2.1.生物反應(yīng)器</b></p><

7、p>　　一種實驗室型的旋轉(zhuǎn)生物接觸器已經(jīng)被使用。這種裝置在以前就被描述過【６】。它由相同的六個2.3L工作容積部分安裝在同一個軸上組成。這樣保證了有一個相同的轉(zhuǎn)速。每個部分包含七個塑料（PVC）盤，直徑0.2m，安裝在水平旋轉(zhuǎn)的不銹鋼軸上。所有實驗均在26轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。從鐵的氧化效率的角度上認(rèn)為這個速度是最優(yōu)的?！荆贰扛鞑糠知毩⒉僮髯鳛橐粋€單獨的生物反應(yīng)器（見表1）。輸入的亞鐵濃度（表1）被選為封面的紅細(xì)胞的應(yīng)用范圍。</

8、p><p>　　接種后，初始的生物膜的形成是在第一個20天內(nèi)反復(fù)進(jìn)行的。初始底物濃度，如表1所示。在第二步中，生物反應(yīng)器被切換到液體停留時間為400min的連續(xù)操作。（對應(yīng)的稀釋率為0.15h-1。在批處理操作期間，輸入的亞鐵濃度與起始的濃度相同。在恒溫槽中液體的溫度保持恒定在18.5℃；環(huán)境空氣溫度為20±2℃。進(jìn)料的pH值保持在2。生物反應(yīng)器中液體的pH要測量但不控制它的變化。通過測量發(fā)現(xiàn)所有的反應(yīng)器內(nèi)

9、液體的pH值在2.05和2.25之間。所有的結(jié)果報告在接種后的第三十五天和第三十八天期間獲得，這時鐵的氧化速率處于穩(wěn)態(tài)條件。生物膜樣品取自生物膜的不同徑向位置。</p><p>　　表1 在穩(wěn)態(tài)條件下輸入（初始）和輸出底物的濃度</p><p><b>　　2.2.菌株和介質(zhì)</b></p><p>　　所有的部分都已經(jīng)同100ml從保加利亞

10、中部一個銅礦礦山排水水域收集的含108細(xì)胞/毫升的T.氧化亞鐵硫桿菌菌株G-15（索菲亞大學(xué)生物系收集）接種。該菌株在西爾弗曼和倫德格倫的9K培養(yǎng)基【8】上培養(yǎng)。所有使用的化學(xué)品都被分析等級（默克公司，德國）。</p><p>　　2.3. 生物膜特性</p><p>　　在整個實驗過程中目測觀察生物膜的顏色。通過在110℃下干的生物膜和濕的生物膜重量的不同測量生物膜的含水量。用千分尺測量

11、生物膜的厚度。從生物膜的濕重測定生物膜的密度；采用比重瓶測定其體積。在經(jīng)過525或1000℃下烘干使生物膜至恒重后確定在生物膜中揮發(fā)的固體。通過自動孔徑測定儀測定生物膜的孔徑分布和內(nèi)孔表面(Micromeretics auto-pore 9200)。在其溶解在濃鹽酸中測定了生物膜中鐵總含量。使用sulfosalycilic作為指示劑，通過分光光度法測定得到的溶液中鐵的濃度。【9】</p><p><b>

12、;　　3.結(jié)果</b></p><p>　　在穩(wěn)態(tài)條件下生物膜的厚度（35–38天）作為輸入的鐵濃度的函數(shù)如圖1所示?？梢钥闯?，生物膜的厚度隨著輸入亞鐵濃度從0.49到2.13 g / L的增加而增加，相應(yīng)的鐵的氧化率0.067和0.27 g / L.H之間，并且在達(dá)到一個最大值后，高鐵的氧化率值下降。</p><p><b>　　輸</b></p&

13、gt;<p>　　圖1.鐵濃度與生物膜厚度的關(guān)系</p><p>　　圖2.鐵濃度和生物膜密度的關(guān)系</p><p>　　生物膜的密度(圖2)，當(dāng)輸入的Fe2+的濃度為2.13 g/L時，生物膜的密度下降到一個局部最低點。在鐵濃度的進(jìn)一步增加下生物膜的密度也增加。通過視覺觀察看出，隨著輸入底物濃度的增加，當(dāng)輸入底物濃度最低時生物反應(yīng)器中（生物反應(yīng)器# 1–3）的生物膜呈現(xiàn)淺黃

14、色，暗黃色（生物反應(yīng)器# 4），褐色（生化反應(yīng)器# 5）和紅棕色（生物反應(yīng)器# 6）。類似的生物膜性能在以前的實驗研究中也被發(fā)現(xiàn)，包括使用逆流流化床生物反應(yīng)器。在生物反應(yīng)器運(yùn)行過程的6個月中，每個反應(yīng)器的顏色保持不變?！?】黏液（可能是胞外多糖）的形成也可以通過視覺觀察到。只有在輸入亞鐵濃度為0.49和2.13 g / L之間的生物反應(yīng)器才觀察到有黏液的形成（生物反應(yīng)器# 1–3）。在#4生物反應(yīng)器中觀察到有少量的黏液形成，而在#5和#

15、6即輸入鐵濃度較高的生物反應(yīng)器內(nèi)顯然沒有檢查到黏液的形成。生物膜顏色的差異可以歸因于存在或不存在胞外多糖：在較低的鐵含量下，多糖的量較低，生物膜的顏色較淺。然而要得到更確切的結(jié)論需要有更深入的研究。</p><p>　　干的相對恒定的生物膜中鐵的含量與輸入的鐵的濃度函數(shù)關(guān)系（見圖3）。</p><p>　　在525和1000?C下測定的生物膜中的揮發(fā)性固體（見圖4）。在這兩種情況下，當(dāng)輸入

16、鐵濃度為1和2.13個/L之間時觀測到最低值。</p><p>　　圖5所示為生物膜中的含水量。表明其含水量隨著輸入底物濃度的增加而減少，直到達(dá)到了一個平穩(wěn)值為60%（W / W）。</p><p>　　生物膜孔比表面也被測定，它與輸入底物濃度的函數(shù)關(guān)系（見圖6）。在2.13 g / L的觀察到最大的表面，此濃度為最佳值。在底物濃度為3.9 g / L或更高濃度時，處于平穩(wěn)時期。</

17、p><p>　　圖3.鐵濃度與生物膜中鐵含量的關(guān)系</p><p>　　圖4.鐵濃度與生物膜中揮發(fā)性固體的關(guān)系</p><p>　　圖5.鐵的濃度與生物膜中含水量的函數(shù)關(guān)系</p><p>　　圖6.鐵的濃度與生物膜孔的比表面積的函數(shù)關(guān)系</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p>

18、;<p>　　通過幾個有趣的觀察，可以得到一個分析的結(jié)果。眾所周知，T.氧化亞鐵硫桿菌的生物膜主要是黃鉀鐵礬，它是一個多孔的無機(jī)物質(zhì)，它的化學(xué)通式為AFe3(SO4)2(OH)6，其中A可以是K+,Na+,NH4+ 或 H3O+。黃鉀鐵礬數(shù)量與鐵的氧化量（鐵的氧化率）成比例這一假設(shè)應(yīng)該是合乎邏輯的。然而，在鐵的氧化率近25倍的增加（從0.0675到1.64個/ L .和），對應(yīng)于輸入的鐵濃度為0.49和14.2g/L之間時

19、，結(jié)果是生物膜厚度幾乎相同，具有幾乎恒定的密度（圖1和2）。T.桿菌細(xì)胞貼附在黃鉀鐵礬孔隙表面。如果假定一個恒定的細(xì)胞底物產(chǎn)率系數(shù)，那么細(xì)胞的數(shù)量應(yīng)該與鐵的氧化速率處于一個成比例的穩(wěn)態(tài)。然而，當(dāng)氧化率從0.0675增加到1.64 g / L.h時，無論是生物膜的厚度（圖1）還是孔的表面（圖6）都是同一量級的。因此，生物反應(yīng)器#1和#6總孔表面相似。它表明，T.氧化亞鐵硫桿菌在孔隙表面形式單層【5】，預(yù)計總的固定化細(xì)胞在這些生物反應(yīng)器是幾

20、乎恒定的。這可能會導(dǎo)致一個可能的結(jié)論，# 1生物反應(yīng)器產(chǎn)量系數(shù)比# 6高出25倍。然而，很可能有第二個解釋：這項工作的結(jié)果報告可以由先前提出的一種特</p><p>　　本研究的第二個有趣的結(jié)果是大多數(shù)研究的參數(shù)值（生物膜厚度，密度，孔隙比表面）作為鐵的氧化率的一個函數(shù)的一個最佳的存在（無論是最小或最大）。在所有的情況下，在2.1 g / L的相同的輸入的底物濃度時觀察到這個最佳值，對應(yīng)于一個底物氧化率為0.27

21、 g / L.h。在這種情況下，生物膜厚度最大，密度最小，孔的表面最大（圖1–3）。這時，我們無法解釋這一效應(yīng)。這可能與微生物和黃鉀鐵礬的相互作用有關(guān)。</p><p><b>　　致謝：</b></p><p>　　這項工作是由北約（批準(zhǔn)號：環(huán)境。crg974643），索菲亞大學(xué)和加拿大自然科學(xué)和工程研究委員會支持。</p><p><

22、b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] L.N. Nikolov, Properties and applications of Thiobacillus ferrooxidans bio?lms, in: L.F. Melo et al. (Eds.), Bio?lms: Science and Technology, Vol. 223, Kluwer Academic Publ

23、ishers, Dodrecht, 1992, pp. 511–521.</p><p>　　[2] M. Nemati, C. Webb, J. Chem. Technol. Biotechnol. 74 (1999) 562.</p><p>　　[3] S.I. Grishin, O.H. Tuovinen, Appl. Microbiol. Biotechnol. 31 (1989

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