LU600042B1 - Ein auf Computersoftware basierendes biologisches Abbaumverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser - Google Patents
Ein auf Computersoftware basierendes biologisches Abbaumverfahren von HPAM in KohleschlammwasserInfo
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Abstract
Die Erfindung offenbart ein biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware und betrifft insbesondere die Technologie zur Zersetzung von HPAM durch Pseudomonas denitrificans, die unter simulierten Bedingungen der Kohleaufbereitungsumgebung akklimatisiert wurden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: S1: Vorbereitung der Impfkultur, S2: Isolierung einzelner Kolonien, S3: Herstellung der Bakteriensuspension, S4: Abbauversuch, S5: Simulationsberechnung zur Untersuchung des Abbaumechanismus aus der Perspektive von Enzymen. Mit herkömmlichen Einzelfaktorversuchen werden die Zusammensetzung des Mediums und Umweltfaktoren (pH-Wert, Temperatur, Rührgeschwindigkeit, Abbauzeit usw.) hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den Abbau untersucht. Gleichzeitig wird durch den Einsatz von Versuchsplanungen mittels maschinellem Lernen die schnelle Ermittlung der optimalen Prozessformel unterstützt, um ideale Abbauergebnisse zu erzielen. Dies bildet die Grundlage für den effizienten Abbau von anionischem Polyacrylamid (HPAM), das im Kreislaufwasser der Kohleaufbereitung verbleibt. Der biologische Abbau von HPAM ist eine umweltfreundliche und sichere Methode, die keine sekundäre Umweltverschmutzung verursacht.
Description
Ein auf Computersoftware basierendes biologisches Abbaumverfahren von HPAM in LU600042
Kohleschlammwasser
Technischer Bereich
Die Erfindung betrifft den technischen Bereich der Aufbereitung von
Kohleaufbereitungsabwasser und bezieht sich konkret auf ein auf Computersoftware basierendes biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser.
Technologie im Hintergrund
Die Verwendung des anionischen Polyacrylamids (HPAM), eines häufig verwendeten
Flockungsmittels in der Kohleaufbereitung, nimmt von Jahr zu Jahr zu. Der übermäßige Einsatz von HPAM führt zu einer kontinuierlichen Akkumulation im Kreislauf der Kohleaufbereitung, wodurch die Adsorptionsfähigkeit der Flotationsreagenzien an Kohleschlamm verringert wird und sich nachteilig auf die anschließende Kohleflotation auswirkt. Eine Überdosierung von HPAM kann zu einer Trübung des Wassers führen und dessen Transparenz und Klarheit beeinträchtigen.
Darüber hinaus kann eine zu hohe HPAM-Zugabe eine übermäßige Flockung bewirken, wodurch große Flocken entstehen und die Rühr- und Trennungsprozesse in der nachfolgenden Behandlung erschwert werden. HPAM kann dazu fü hren, dass R ü ckstände von Reagenzien die
Umweltstandards für die Ableitung überschreiten und die Umwelt belasten.
In China ist die Menge an Abwasser, die behandelt werden muss, hoch, und aufgrund regionaler Unterschiede sind die Abwasserbehandlungslösungen schwer zu vereinheitlichen.
Daher können verschiedene Regionen Computertechnologie zur Überwachung des zu behandelnden Abwassers einsetzen und die Bedingungen entsprechend den Bestandteilen,
Konzentrationen und Einflussfaktoren der Schadstoffe optimieren. Methoden des maschinellen
Lernens werden zur Versuchsplanung eingesetzt, um schnell die optimalen Prozessbedingungen zu ermitteln. Auf der Grundlage einer kleinen Menge realer experimenteller Daten wird ein
Versuchsplan durch maschinelles Lernen generiert, um konkrete Experimente mit möglichst wenigen Testdurchläufen durchzuführen und ideale/wissenschaftliche Versuchsergebnisse zu erzielen. Ein Prognosemodell für die Abbaurate, das auf maschinellem Lernen basiert, wird verwendet, um die Genauigkeit der Versuchspläne zu überprüfen. Schließlich werden die experimentellen Ergebnisse in ein Max-Flow-Modell eingespeist, dessen Algorithmus auf Basis der vorhandenen experimentellen Daten iterativ optimiert wird, um die besten Versuchspunkte vorherzusagen. Der gesamte Prozess erfordert keine umfangreiche Datenerhebung, da lediglich zu
Beginn grundlegende Entwicklungsrahmendaten bereitgestellt werden müssen. Durch den Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens wird die optimale Prozessformel mit höchster
Geschwindigkeit gefunden, wodurch die Optimierungseffizienz deutlich höher ist als bei herkömmlichen Versuchsplanungsmethoden. Mit Unterst ü tzung der
Computersimulationstechnologie wird die tatsächliche Betriebseffizienz der Abwasserbehandlung erheblich gesteigert, und die Qualität der Abwasserbehandlung wird ebenfalls verbessert.
Chemische und physikalische Behandlungsmethoden können zwar gute Ergebnisse erzielen, führen jedoch bei unsachgemäßer Anwendung leicht zu Sekundärverschmutzungen. Das biologische Abbauverfahren hingegen ist aufgrund seiner ausgereiften Technologie, der
Vermeidung von Sekundärverschmutzungen, der niedrigen Betriebskosten und der
Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungen eine effiziente Methode zur Behandlung von
HPAM. In verwandten Studien wurde festgestellt, dass sulfatreduzierende Bakterien, Bacillus subtilis, Bacillus cereus und Phanerochaete chrysosporium HPAM abbauen können. Pseudomonas denitrificans, ein fakultativ aerobes, gramnegatives, photosynthetisches Purpurbakterium, wurde jedoch bisher nicht für den Abbau von HPAM verwendet. Diese Bakterien sind kugelfôrmilV600042 besitzen peritriche Geilleln und eine rote Flüssigkeitsfarbe und wachsen bevorzugt in neutralem
Wasser und Erde bei Raumtemperatur. Frühere Studien haben gezeigt, dass Pseudomonas denitrificans HPAM als einzige Stickstoffquelle abbauen kann, ohne dabei eine
Sekundärverschmutzung der Umwelt zu verursachen. Es ist bekannt, dass Bakterien der Gattung
Rhodopseudomonas extrazelluläre Amidase sezernieren, die am Abbau von HPAM beteiligt ist.
Daher werden Abbauversuche in Kombination mit Computersimulationstechnologien eingesetzt, um den Enzymabbau von HPAM auf molekularer Ebene aus der Perspektive der
Enzymumwandlung zu erforschen.
Inhalt der Erfindung
Um die Mängel der bestehenden Technik zu beheben, bietet die Erfindung ein biologisches
Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware, das die im
Stand der Technik aufgezeigten Probleme lôst.
Zur Erreichung des oben genannten Ziels wird die Erfindung durch folgende technische
Lösung umgesetzt: Fin biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf
Basis von Computersoftware, das die folgenden Schritte umfasst:
S1: Vorbereitung der Impfkultur - Eine Schlaufe aus Pseudomonas denitrificans wird aus einem im Kühlschrank aufbewahrten Reagenzglas entnommen, aktiviert und in einem erweiterten
Maßstab kultiviert. Anschließend wird die Kultur zu 2 % Volumenanteil in ein
Anreicherungsmedium eingebracht, um die Impfkultur zu erhalten und zu akklimatisieren.
S2: Isolierung einzelner Kolonien - Die akklimatisierte Kultur aus Schritt S1 wird auf ein festes Basismedium aufgetragen, das 100 mg/l HPAM enthält, und bei 30 ° C für 72 Stunden inkubiert. Die gewachsenen Einzelkolonien werden auf dem festen Medium durch Ausstreichen gereinigt.
S3: Herstellung der Bakteriensuspension - Die gereinigten Kolonien aus Schritt S2 werden in Anreicherungsmedium inokuliert und kultiviert. Anschließend wird die Kultur bei 3000 U/min für 10 Minuten zentrifugiert. Der Uberstand wird dekantiert, und die am Boden verbleibenden
Bakterien werden mit steriler physiologischer Kochsalzlôsung gewaschen und im Kühlschrank bei 4 ° C aufbewahrt.
S4: Abbauversuch - Die in Schritt S3 gewonnene Bakteriensuspension wird zu 1 bis 5 %
Volumenanteil in ein Basismedium eingebracht und bei einer Temperatur von 25 bis 40 ° C, einem Anfangs-pH-Wert von 5 bis 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 100 bis 140 U/min für 5 bis 8 Tage kultiviert. Zur Prozessoptimierung wird ein orthogonaler Design-Workflow unter
Verwendung von Molekularsimulation und der künstlichen Intelligenz-Plattform Max-flow schnell aufgebaut. Zudem wird das DOE&ML-Modul der Plattform zur iterativen Optimierung und Vorhersage der Abbaueffekte eingesetzt.
SS: Simulation zur Untersuchung des Enzymabbaumechanismus - Die strukturellen
Merkmale von HPAM werden analysiert, und mit der Computersoftware ChemiDraw wird ein
Strukturmodell entworfen und gezeichnet. Die dreidimensionale Struktur der Amidase von
Pseudomonas denitrificans wird mit der Software Pymol dargestellt. SchlieBlich wird die molekulare Docking-Analyse der Interaktion zwischen Amidase und Substrat mit dem
CDOCKER-Modul der Molekularsimulationssoftware Discovery Studio 2020 durchgeführt.
Bevorzugt erfolgt die Kultivierung der Bakterienstämme in Schritt S1 unter Bedingungen von 30 ° C, einem Anfangs-pH-Wert von 6 und einer Rührgeschwindigkeit von 130 U/min für 36
Stunden.
Bevorzugt wird in Schritt S2 die Reinigung der Einzelkolonien durch zweifachks/600042
Ausstreichen auf festem Medium durchgeführt. Vor dem zweiten Ausstreichen wird die Impfôse durch Flammensterilisation behandelt, um alle Mikroorganismen darauf abzutôten.
Bevorzugt erfolgt die Kultivierung des Anreicherungsmediums in Schritt S3 bei 30 ° C, einem Anfangs-pH-Wert von 6 und einer Rührgeschwindigkeit von 130 U/min für 48 Stunden.
Bevorzugt wird in Schritt S1 zur Aktivierung des Bakterienstamms 0,3 - 0,4 ml der
Pseudomonas denitrificans-Kultur mit einer sterilen Pipette entnommen und auf ein Schrägagar-
Medium überf ü hrt. Die Kultur wird in einem Biochemie-Inkubator unter konstanten
Temperaturbedingungen rotierend inkubiert. Nach mehrmaliger Passage erlangt der Stamm normales Wachstum.
Bevorzugt erfolgt die Vermehrung des Bakterienstamms in Schritt SI, indem
Anreicherungsmedium in einen 250-ml-Erlenmeyerkolben gegeben und bei 120 - 130 ° C sterilisiert wird. Eine definierte Menge reiner Pseudomonas denitrificans-Kultur wird inokuliert, und die Kultur wird bei 28 ° C und 120 U/min in einem Rotationsschüttler unter aeroben
Bedingungen für 24 Stunden kultiviert.
Bevorzugt wird während der Vermehrung der Bakterienstämme in Schritt S1 der
Kulturkolben tags ü ber in einen Inkubator gestellt. Nachts, wenn die Lichtverhältnisse unzureichend sind, wird der Kolben für eine bestimmte Zeit im Schüttler geschüttelt, um den für das Wachstum von Pseudomonas denitrificans erforderlichen Sauerstoff zu ergänzen. Nach 24
Stunden wird die Kultur ohne Färbung direkt beobachtet. Es sind viele aktive Bakterien sichtbar, die kugelförmig sind und in langen Reihen oder als Kugeln angeordnet sind. Einzelne Bakterien bewegen sich spiralförmig, intensiv und unregelmäßig.
Bevorzugt erfolgt die Akklimatisierung der Impfkultur nach folgendem Verfahren:
A: Die in den obigen Schritten hergestellte Impfkultur wird zu 1 - 5% Volumenanteil in ein
Akklimatisierungsmedium eingebracht, das 40 - 80 ml Anreicherungsmedium und 10 - 30 ml
HPAM-haltiges Kohleschlammwasser enthält. Die Kultur wird bei einer Temperatur von 25 - 40 °
C, einem Anfangs-pH-Wert von 5 - 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 100 - 140 U/min für 54 - 72 Stunden kultiviert. Anschließend werden 10 - 30 ml Uberstand dekantiert und durch 10 - ml frisches HPAM-haltiges Kohleschlammwasser ersetzt, um die Kultur für weitere 4 - 7 Tage 30 fortzusetzen.
B: Die im ersten Akklimatisierungsschritt gewonnene Kultur wird zu 1 - 5 % Volumenanteil in ein Akklimatisierungsmedium U berf ü hrt, das 100 - 150 ml HPAM-haltiges
Kohleschlammwasser und 30 - 50 ml Anreicherungsmedium enthält. Die Kultur wird bei einer
Temperatur von 25 - 40 ° C, einem Anfangs-pH-Wert von 5 - 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 100 - 140 U/min für 54 - 72 Stunden kultiviert. Danach werden 30 - 50 ml Überstand dekantiert und durch 30 - 50 ml frisches HPAM-haltiges Kohleschlammwasser ersetzt, um die
Kultur für weitere 7 - 10 Tage fortzusetzen.
Bevorzugt besteht das in Schritt S1 verwendete Anreicherungsmedium aus folgenden
Rohstoffen: 1 g NH4CI, 0,2 g K2HPO4, 0,5 g NaCl, 1 g NaHCO3, 2 g CH3COONa, 1 g
Hefeextrakt, 0,3 g MnCl2 * 4H20, 5 ml Spurenelementlôsung, 20 g Agar und 1000 ml deionisiertem Wasser.
Die Erfindung bietet ein biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware mit den folgenden Vorteilen:
Das biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von
Computersoftware stellt eine umweltfreundliche und kostengünstige Methode zum biologischen
Abbau des anionischen Polyacrylamids (HPAM) dar, das in der Kohleaufbereitung verwendet wit 600042
Insbesondere wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Pseudomonas denitrificans, die unter simulierten Bedingungen von HPAM-haltigem Kohleschlammwasser akklimatisiert wurden, zur
Zersetzung von HPAM eingesetzt werden. Durch Einzelfaktorversuche werden die
Zusammensetzung des Mediums und Umweltfaktoren (pH-Wert, Temperatur, R ü hrgeschwindigkeit, Abbauzeit usw.) zunächst optimiert. Anschließend werden die Komponenten der Max-flow-Plattform für orthogonales Design und das DOE&ML-Modul für maschinelles
Lernen zur iterativen Prozessoptimierung und Vorhersage der Abbauwirkung verwendet, um optimale Abbaubedingungen zu ermitteln. Dieses Verfahren legt die Grundlage für den effizienten
Abbau von HPAM-Rückständen in Kohleschlammwasser. Der biologische Abbau von HPAM ist eine umweltfreundliche und sichere Methode, die keine sekundäre Umweltverschmutzung verursacht.
Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Bild 1 zeigt das Flussdiagramm der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden die technischen Lösungen der in den Ausführungsbeispielen der
Erfindung beschriebenen Verfahren anhand der beigefügten Bilder klar und vollständig erläutert.
Es ist offensichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur einen Teil der Erfindung darstellen und nicht alle Ausführungsformen abdecken. Alle weiteren Ausführungsbeispiele, die auf der Grundlage der in dieser Erfindung beschriebenen Beispiele von Fachleuten auf diesem
Gebiet ohne erfinderische Tätigkeit entwickelt werden, fallen ebenfalls in den Schutzbereich der
Erfindung.
Ausführungsbeispiel 1:
Ein biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von
Computersoftware, das die folgenden Schritte umfasst:
S1: Vorbereitung der Impfkultur - Eine Schlaufe von Pseudomonas denitrificans wird aus einem im Kühlschrank aufbewahrten Reagenzglas entnommen, aktiviert und in einem erweiterten
Maßstab kultiviert. Anschließend wird die Kultur zu 2 % Volumenanteil in ein
Anreicherungsmedium eingebracht, um die Impfkultur zu erhalten und zu akklimatisieren.
S2: Isolierung einzelner Kolonien - Die akklimatisierte Kultur aus Schritt S1 wird auf ein festes Basismedium aufgetragen, das 100 mg/l HPAM enthält, und bei 30 ° C für 72 Stunden inkubiert. Die gewachsenen Einzelkolonien werden auf dem festen Medium durch zweifaches
Ausstreichen gereinigt.
S3: Herstellung der Bakteriensuspension - Die gereinigten Kolonien aus Schritt S2 werden in Anreicherungsmedium inokuliert und kultiviert. Anschließend wird die Kultur bei 3000 U/min für 10 Minuten zentrifugiert. Der Überstand wird dekantiert, und die am Boden verbleibenden
Bakterien werden mit steriler physiologischer Kochsalzlösung gewaschen und im Kühlschrank bei 4 ° C aufbewahrt.
S4: Abbauversuch - Die in Schritt S3 gewonnene Bakteriensuspension wird zu 1 bis 5 %
Volumenanteil in ein Basismedium eingebracht und bei einer Temperatur von 25 ° C, einem
Anfangs-pH-Wert von 5 und einer Rührgeschwindigkeit von 100 U/min für 5 Tage kultiviert. Zur
Prozessoptimierung wird ein orthogonaler Design-Workflow unter Verwendung von
Molekularsimulation und der künstlichen Intelligenz-Plattform Max-flow schnell aufgebaut.
Zudem wird das DOE&ML-Modul der Plattform zur iterativen Optimierung und Vorhersage der
Abbaueffekte eingesetzt.
SS: Simulation zur Untersuchung des Enzymabbaumechanismus - Die strukturel1&/600042
Merkmale von HPAM werden analysiert, und mit der Computersoftware ChemiDraw wird ein
Strukturmodell entworfen und gezeichnet. Die dreidimensionale Struktur der Amidase von
Pseudomonas denitrificans wird mit der Software Pymol dargestellt. SchlieBlich wird die 5 molekulare Docking-Analyse der Interaktion zwischen Amidase und Substrat mit dem
CDOCKER-Modul der Molekularsimulationssoftware Discovery Studio 2020 durchgeführt.
Die Kultivierungsbedingungen der Bakterienstimme in Schritt S1 betragen 30 ° C, ein
Anfangs-pH-Wert von 6 und eine Rührgeschwindigkeit von 130 U/min für 36 Stunden. In Schritt
S2 wird die Reinigung der Einzelkolonien durch zweifaches Ausstreichen auf festem Medium durchgeführt. Vor dem zweiten Ausstreichen wird die Impfôse durch Flammensterilisation behandelt, um alle Mikroorganismen darauf abzutôten. Die Kultivierungsbedingungen des
Anreicherungsmediums in Schritt S3 betragen 30 ° C, ein Anfangs-pH-Wert von 6 und eine Ri hrgeschwindigkeit von 130 U/min fiir 48 Stunden.Zur Aktivierung des Bakterienstamms in Schritt
S1 wird 0,3 ml der Pseudomonas denitrificans-Kultur mit einer sterilen Pipette entnommen und auf ein Schrägagar-Medium überführt. Die Kultur wird in einem Biochemie-Inkubator unter konstanten Temperaturbedingungen rotierend inkubiert. Nach mehrmaliger Passage erlangt der
Stamm normales Wachstum. Zur Vermehrung des Bakterienstamms in Schritt S1 wird
Anreicherungsmedium in einen 250-ml-Erlenmeyerkolben gegeben und bei 120 ° C sterilisiert.
Eine definierte Menge reiner Pseudomonas denitrificans-Kultur wird inokuliert, und die Kultur wird bei 28 ° C und 120 U/min in einem Rotationsschiittler unter aeroben Bedingungen für 24
Stunden kultiviert.
Ausführungsbeispiel 2:
Ein biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von
Computersoftware, das die folgenden Schritte umfasst:
S1: Vorbereitung der Impfkultur - Eine Schlaufe von Pseudomonas denitrificans wird aus einem im Kühlschrank aufbewahrten Reagenzglas entnommen, aktiviert und in einem erweiterten
Maßstab kultiviert. Anschließend wird die Kultur zu 2 % Volumenanteil in ein
Anreicherungsmedium eingebracht, um die Impfkultur zu erhalten und zu akklimatisieren.
S2: Isolierung einzelner Kolonien - Die akklimatisierte Kultur aus Schritt S1 wird auf ein festes Basismedium aufgetragen, das 100 mg/l HPAM enthält, und bei 30 ° C für 72 Stunden inkubiert. Die gewachsenen Einzelkolonien werden auf dem festen Medium durch zweifaches
Ausstreichen gereinigt.
S3: Herstellung der Bakteriensuspension - Die gereinigten Kolonien aus Schritt S2 werden in Anreicherungsmedium inokuliert und kultiviert. Anschließend wird die Kultur bei 3000 U/min für 10 Minuten zentrifugiert. Der Überstand wird dekantiert, und die am Boden verbleibenden
Bakterien werden mit steriler physiologischer Kochsalzlôsung gewaschen und im Kühlschrank bei 4 ° C aufbewahrt.
S4: Abbauversuch - Die in Schritt S3 gewonnene Bakteriensuspension wird zu 1 bis 5 %
Volumenanteil in ein Basismedium eingebracht und bei einer Temperatur von 40 ° C, einem
Anfangs-pH-Wert von 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 140 U/min für 8 Tage kultiviert. Zur
Prozessoptimierung wird ein orthogonaler Design-Workflow unter Verwendung von
Molekularsimulation und der künstlichen Intelligenz-Plattform Max-flow schnell aufgebaut.
Zudem wird das DOE&ML-Modul der Plattform zur iterativen Optimierung und Vorhersage der
Abbaueffekte eingesetzt.
SS: Simulation zur Untersuchung des Enzymabbaumechanismus - Die strukturellen
Merkmale von HPAM werden analysiert, und mit der Computersoftware ChemiDraw wird eh/600042
Strukturmodell entworfen und gezeichnet. Die dreidimensionale Struktur der Amidase von
Pseudomonas denitrificans wird mit der Software Pymol dargestellt. Schließlich wird die molekulare Docking-Analyse der Interaktion zwischen Amidase und Substrat mit dem
CDOCKER-Modul der Molekularsimulationssoftware Discovery Studio 2020 durchgeführt.
Die Kultivierungsbedingungen der Bakterienstimme in Schritt S1 betragen 30 ° C, ein
Anfangs-pH-Wert von 6 und eine Rührgeschwindigkeit von 130 U/min für 36 Stunden. In Schritt
S2 wird die Reinigung der Einzelkolonien durch zweifaches Ausstreichen auf festem Medium durchgeführt. Vor dem zweiten Ausstreichen wird die Impfôse durch Flammensterilisation behandelt, um alle Mikroorganismen darauf abzutôten.Die Kultivierungsbedingungen des
Anreicherungsmediums in Schritt S3 betragen 30 ° C, ein Anfangs-pH-Wert von 6 und eine Ri hrgeschwindigkeit von 130 U/min fiir 48 Stunden.Zur Aktivierung des Bakterienstamms in Schritt
S1 wird 0,4 ml der Pseudomonas denitrificans-Kultur mit einer sterilen Pipette entnommen und auf ein Schrägagar-Medium überführt. Die Kultur wird in einem Biochemie-Inkubator unter konstanten Temperaturbedingungen rotierend inkubiert. Nach mehrmaliger Passage erlangt der
Stamm normales Wachstum. Zur Vermehrung des Bakterienstamms in Schritt S1 wird
Anreicherungsmedium in einen 250-ml-Erlenmeyerkolben gegeben und bei 130 C sterilisiert.
Eine definierte Menge reiner Pseudomonas denitrificans-Kultur wird inokuliert, und die Kultur wird bei 28 ° C und 120 U/min in einem Rotationsschiittler unter aeroben Bedingungen für 24
Stunden kultiviert.
Ausführungsbeispiel 3:
Das Verfahren zur Akklimatisierung der Impfkultur umfasst:
A: Die in den obigen Schritten hergestellte Impfkultur wird zu 5 % Volumenanteil in ein
Akklimatisierungsmedium eingebracht, das 80 ml Anreicherungsmedium und 30 ml HPAM- haltiges Kohleschlammwasser enthält. Die Kultur wird bei einer Temperatur von 40 ° C, einem
Anfangs-pH-Wert von 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 140 U/min für 72 Stunden kultiviert.
AnschlieBend werden 30 ml Uberstand dekantiert und durch 30 ml frisches HPAM-haltiges
Kohleschlammwasser ersetzt, um die Kultur für weitere 7 Tage fortzusetzen.
B: Die im ersten Akklimatisierungsschritt gewonnene Kultur wird zu 5 % Volumenanteil in ein Akklimatisierungsmedium überführt, das 150 ml HPAM-haltiges Kohleschlammwasser und 50 ml Anreicherungsmedium enthält. Die Kultur wird bei einer Temperatur von 40 ° C, einem
Anfangs-pH-Wert von 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 140 U/min für 72 Stunden kultiviert.
Danach werden 50 ml Uberstand dekantiert und durch 50 ml frisches HPAM-haltiges
Kohleschlammwasser ersetzt, um die Kultur für weitere 10 Tage fortzusetzen.
Das in Schritt S1 verwendete Anreicherungsmedium besteht aus den folgenden Rohstoffen: 1 g NH4CI, 0,2 g K2HPO4, 0,5 g NaCl, 1 g NaHCO3, 2 g CH3COONa, 1 g Hefeextrakt, 0,3 g
MnCl2 * 4H20, 5 ml Spurenelementlôsung, 20 g Agar und 1000 ml deionisiertem Wasser.
Das biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von
Computersoftware stellt eine umweltfreundliche und kostengünstige Methode zum biologischen
Abbau des anionischen Polyacrylamids (HPAM) dar, das in der Kohleaufbereitung verwendet wird.
Insbesondere wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Pseudomonas denitrificans, die unter simulierten Bedingungen von HPAM-haltigem Kohleschlammwasser akklimatisiert wurden, zur
Zersetzung von HPAM eingesetzt werden. Durch Einzelfaktorversuche werden die
Zusammensetzung des Mediums und Umweltfaktoren (pH-Wert, Temperatur, R ü hrgeschwindigkeit, Abbauzeit usw.) zunächst optimiert. Anschließend werden die Komponenten
; der Max-flow-Plattform für orthogonales Design und das DOE&ML-Modul für maschinell&$600042
Lernen zur iterativen Prozessoptimierung und Vorhersage der Abbauwirkung verwendet, um optimale Abbaubedingungen zu ermitteln.Dieses Verfahren bildet die Grundlage für den effizienten Abbau von HPAM-Rückständen in Kohleschlammwasser. Der biologische Abbau von
HPAM ist eine umweltfreundliche und sichere Methode, die keine sekundäre
Umweltverschmutzung verursacht.
Die oben dargestellten und beschriebenen Grundsätze, Hauptmerkmale und Vorteile der
Erfindung zeigen, dass die Erfindung nicht auf die oben genannten beispielhaften Ausf ü hrungsformen beschränkt ist. Fachleuten auf diesem Gebiet ist offensichtlich, dass die Erfindung in anderen spezifischen Formen umgesetzt werden kann, ohne den Geist oder die grundlegenden
Merkmale der Erfindung zu verlassen. In jeder Hinsicht sollten die Ausführungsbeispiele als illustrativ und nicht als einschränkend angesehen werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehenden Beschreibungen definiert.
Daher sollen alle Änderungen, die unter den Sinn und den Schutzbereich der Ansprüche fallen, in die Erfindung einbezogen werden.
Darüber hinaus ist zu verstehen, dass die Beschreibung dieses Handbuchs nach Ausfü hrungsformen erfolgt, jedoch nicht bedeutet, dass jede Ausführungsform nur eine unabhängige technische Lösung enthält. Diese Darstellungsweise dient lediglich der Klarheit. Fachleute auf diesem Gebiet sollten das Handbuch als Ganzes betrachten, und die technischen Lösungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele können nach angemessener Kombination andere Ausfü hrungsformen ergeben, die für Fachleute verständlich sind.
Claims (9)
1. Ein biologisches Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: S1: Vorbereitung der Impfkultur - Eine Schlaufe von Pseudomonas denitrificans wird aus einem im Kühlschrank aufbewahrten Reagenzglas entnommen, aktiviert und in einem erweiterten Maßstab kultiviert. Anschließend wird die Kultur zu 2 % Volumenanteil in ein Anreicherungsmedium eingebracht, um die Impfkultur zu erhalten und zu akklimatisieren. S2: Isolierung einzelner Kolonien - Die akklimatisierte Kultur aus Schritt S1 wird auf ein festes Basismedium aufgetragen, das 100 mg/l HPAM enthält, und bei 30 ° C für 72 Stunden inkubiert. Die gewachsenen Einzelkolonien werden auf dem festen Medium durch zweifaches Ausstreichen gereinigt. S3: Herstellung der Bakteriensuspension - Die gereinigten Kolonien aus Schritt S2 werden in Anreicherungsmedium inokuliert und kultiviert. Anschließend wird die Kultur bei 3000 U/min für 10 Minuten zentrifugiert. Der Überstand wird dekantiert, und die am Boden verbleibenden Bakterien werden mit steriler physiologischer Kochsalzlösung gewaschen und im Kühlschrank bei 4 ° C aufbewahrt. S4: Abbauversuch - Die in Schritt S3 gewonnene Bakteriensuspension wird zu 1 bis 5 % Volumenanteil in ein Basismedium eingebracht und bei einer Temperatur von 25 bis 40 ° C, einem Anfangs-pH-Wert von 5 bis 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 100 bis 140 U/min für 5 bis 8 Tage kultiviert. Zur Prozessoptimierung wird ein orthogonaler Design-Workflow unter Verwendung von Molekularsimulation und der künstlichen Intelligenz-Plattform Max-flow schnell aufgebaut. Zudem wird das DOE&ML-Modul der Plattform zur iterativen Optimierung und Vorhersage der Abbaueffekte eingesetzt. SS: Simulationsberechnung zur Untersuchung des Enzymabbaumechanismus - Die strukturellen Merkmale von HPAM werden analysiert, und mit der Computersoftware ChemiDraw wird ein Strukturmodell entworfen und gezeichnet. Die dreidimensionale Struktur der Amidase von Pseudomonas denitrificans wird mit der Software Pymol dargestellt. Schließlich wird mit dem CDOCKER-Modul der Molekularsimulationssoftware Discovery Studio 2020 ein Komplexmodell erstellt, um die Wechselwirkungen zwischen Amidase und Substrat zu untersuchen.
2. Das in Anspruch 1 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kultivierungsbedingungen der Bakterienstämme in Schritt S1 bei 30 ° C, einem Anfangs-pH- Wert von 6 und einer Rührgeschwindigkeit von 130 U/min für 36 Stunden erfolgen.
3. Das in Anspruch 1 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der Einzelkolonien in Schritt S2 durch zweifaches Ausstreichen auf festem Medium erfolgt. Vor dem zweiten Ausstreichen wird die Impföse durch Flammensterilisation behandelt, um alle Mikroorganismen darauf abzutöten.
4. Das in Anspruch 1 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kultivierungsbedingungen des Anreicherungsmediums in Schritt S3 bei 30 ° C, einem Anfangs- pH-Wert von 6 und einer Rührgeschwindigkeit von 130 U/min für 48 Stunden erfolgen.
5. Das in Anspruch 1 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in
Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass zh+600042 Aktivierung des Bakterienstamms in Schritt S1 0,3 bis 0,4 ml der Pseudomonas denitrificans- Kultur mit einer sterilen Pipette entnommen und auf ein Schrägagar-Medium überführt werden. Die Kultur wird in einem Biochemie-Inkubator unter konstanten Temperaturbedingungen rotierend inkubiert. Nach mehrmaliger Passage erlangt der Stamm normales Wachstum.
6. Das in Anspruch 1 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermehrung des Bakterienstamms in Schritt S1 Anreicherungsmedium in einen 250-ml- Erlenmeyerkolben gegeben und bei 120 bis 130 ° C sterilisiert wird. Eine definierte Menge reiner Pseudomonas denitrificans -Kultur wird inokuliert, und die Kultur wird bei 28 ° Cund 120 U/min in einem Rotationsschüttler unter aeroben Bedingungen für 24 Stunden kultiviert.
7. Das in Anspruch 6 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass der Erlenmeyerkolben mit der Bakterienkultur tagsüber in einen Inkubator gestellt wird. Nachts wird die Kultur zur Ergänzung des für das Wachstum von Pseudomonas denitrificans benötigten Sauerstoffs für eine gewisse Zeit in einem Schüttler geschüttelt. Nach 24 Stunden wird die Kultur ohne Färbung direkt beobachtet, wobei viele aktive, kugelfôrmige Bakterien zu sehen sind. Die Bakterien überlappen sich und bilden längliche oder kugelfôrmige Strukturen. Einzelne Bakterien bewegen sich intensiv, spiralfôrmig und unregelmäßig.
8. Das in Anspruch 1 genannte biologische Abbauverfahren von HPAM in Kohleschlammwasser auf Basis von Computersoftware ist dadurch gekennzeichnet, dass das Akklimatisierungsverfahren der Impfkultur die folgenden Schritte umfasst: A: Die in den obigen Schritten hergestellte Impfkultur wird zu 1 bis 5 % Volumenanteil in ein Akklimatisierungsmedium eingebracht, das 40 bis 80 ml Anreicherungsmedium und 10 bis 30 ml HPAM-haltiges Kohleschlammwasser enthält. Die Kultur wird bei 25 bis 40 ° C, einem Anfangs-pH-Wert von 5 bis 7 und einer Rührgeschwindigkeit von 100 bis 140 U/min für 54 bis 72 Stunden kultiviert. AnschlieBend werden 10 bis 30 ml Überstand dekantiert und durch 10 bis ml frisches HPAM-haltiges Kohleschlammwasser ersetzt. Die Kultur wird für 4 bis 7 Tage fortgesetzt. 30 B: Die Kultur aus der ersten Akklimatisierungsphase wird zu 1 bis 5 % Volumenanteil in 100 bis 150 ml HPAM-haltiges Kohleschlammwasser und 30 bis 50 ml Anreicherungsmedium eingebracht und unter den gleichen Bedingungen für weitere 7 bis 10 Tage kultiviert.
9. Das in Anspruch 1 genannte Anreicherungsmedium in Schritt S1 besteht aus NH4CI 1 g, K2HPO4 0,2 g, NaCl 0,5 g, NaHCO3 1 g, CH3COONa 2 g, Hefeextrakt 1 g, MnCI2 * 4H20 0,3 8, 5 ml Spurenelementlôsung, 20 g Agar und 1000 ml deionisiertem Wasser.
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