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南开团队实现富氧水环境中低浓度BOD的快速检测
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2023-03-25 12:14

  南开新闻网讯(通讯员 卢会霞)生化需氧量(BOD)是衡量水中生物可降解污染物含量的关键指标,对监测污水处理效果、保障水源水质安全具有重要价值。然而目前测量BOD的国标方法需要5天才能获取数值,使该参数无法在水质监测领域发挥效力。尤其针对富氧水环境(湖泊、河流、水库等)中低浓度BOD的快速测试技术目前尚在探索中,亟待新原理的突破。

  近日,南开大学环境科学与工程学院“微生物电+”课题组提出了一种利用兼养细菌的电自养-异养两种代谢途径竞争切换,实现BOD快速测量的新策略。课题组历时5年,从自养电活性生物膜中分离得到了一株兼具电自养和异养呼吸能力的威尼斯不动杆菌(Acinetobacter venetianus RAG-1)。研究发现,该菌在没有可降解有机碳源时,可将极化的石墨电极为电子供体进行自养呼吸,产生的电流可作为传感器基线。当水中存在可降解污染物时,RAG-1则迅速切换为异养呼吸,表现为电流下降,电流的降低值与有机污染物浓度呈线性关系。基于此,课题组构建了一种新型的生物阴极BOD传感器,发现其对有机酸、糖类、蛋白质、腐殖酸等常见污染物以及低浓度生活污水、湖泊沉积物等混合物均有线性响应,实现了对富氧低BOD水体的灵敏监测,测试时间小于3小时。该研究进一步解释了兼性电养菌代谢途径的切换机制和对受污染环境的适应性和恢复能力。基于这一新的原理,课题组未来将探索更多的电自养-异养微生物作为传感元件,以支撑多种复杂环境场景下的BOD快速监测。该技术有望在水产养殖水质控制、再生水水质监测等方面实现拓展应用。相关研究工作以“Switchover of Electrotrophic and Heterotrophic Respirations Enables the Biomonitoring of Low Concentration of BOD in Oxygen-rich Environment”为题发表在水处理领域顶级期刊《水研究》(Water Research)上。

图1 论文报道的兼性电养菌响应BOD变化示意图

  南开大学环境科学与工程学院2022级博士研究生韩沂琏为第一作者,助理研究员廖承美和王鑫教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、天津市杰出青年科学基金等项目资助。

  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119897

编辑:郝静秋

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