切向流过滤在环境科学中的最新应用案例
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来自英国班戈大学等的科学家们在2018年第634期的《Science of the Total Environment》杂志上发表了题为“Seasonal and spatial dynamics of enteric viruses in wastewater and in riverine and estuarine receiving waters”的文章。
文中，使用配有100kD mPES MiniKros中空纤维过滤组件的切向流过滤系统对地表水和废水进行浓缩，以进行病毒检测。系统先用MilliQ水冲洗，然后进行膜完整性测试，之后膜用磷酸盐缓冲液润洗。每次实验后，膜用Virkon溶液冲洗并消毒。一根膜专用于地表水样品，一根膜专用于废水样品。实验过程中，进样流速设置为1000-1680mL/min，压力5psi，滤出流速控制为200-300mL/min，浓缩直到进样容器中样品为约5mL。然后流速设置为680mL/min，不施加压力，并关闭滤出端，循环5min。为提高收率，膜用磷酸盐缓冲液从滤出端反向冲洗，之后泵入空气，顶出管路中的滞留液体。浓缩液的最终体积约为50mL。
摘要：肠病毒是一种全球性的公共卫生威胁，与多种食源性和水源性疾病的爆发有关。尽管如此，对其在环境中的命运和稳定性所知甚少。在本研究中，我们使用经仔细验证的方法，以监测从废水来源到海滩和贝类养殖场的肠病毒，即腺病毒（AdV）、JC多瘤病毒（JCV）、诺如病毒（NoV）、砂玻病毒（SaV）以及甲型和戊型肝炎病毒（HAV和HEV）。我们于一年中的每个月在英国北威尔士康威集水区采集污水、废水、地表水、沉积物及贝类样本。在大多数样品中发现了高浓度的AdV和JCV，且没有观察到季节性的变化。没有检测到HAV和HEV，在采样期间，该地区没有相关疾病的报导。在废水和地表水中也检测到了高浓度的NoV和SaV，其存在与当地春秋两季胃肠炎的爆发有关。在河口沉积物和捕捞供人类食用的贝类中发现了NoV。使用基于PCR的方法进行定量，并使用NoV衣壳完整性分析评估病毒感染性和降解。分析显示，相比进水，废水出水中病毒降解水平较低，而环境水体和沉积物中病毒的降解更为显著。结果表明，AdV和JCV可能是评估环境中废水污染空间分布的合适指标，且在报告暴发期间和之后，可对致病性病毒进行直接监测，以防止进一步的环境源性疾病。
原文：K.Farkas, D.M.Cooper, J.E.McDonald, et al., Seasonal and spatial dynamics of enteric viruses in wastewater and in riverine and estuarine receiving waters. Science of the Total Environment, 2018, 634:1174-1183.
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来自巴西圣玛利亚联邦大学等的科学家们在2016年11月的《Environmental Pollution》杂志上发表了题为“Radical change of Zn speciation in pig slurry amended soil: Key role of nano-sized sulfide particles”的文章。
文中，先后使用配有孔径0.2μm和10kD中空纤维过滤器组件的KrosFlo Research IIi TFF系统，对猪粪水中所含的颗粒进行粒径分馏。
摘要：将家畜粪便作为肥料用于农田施肥是一种普遍的做法，其是农业土壤中重金属输入的主要来源。由于锌（Zn）在粪便中的浓度很高，会对环境造成特别的影响，涉及植物毒性、地下水污染并进入食物链。所以，研究粪便来源的Zn进入土壤环境后的命运和行为，对于预测其对环境的影响是必需的。然而，评估Zn在有机废物基质以及施肥后土壤中的长期田间研究还不多。本研究旨在填充这一空白。使用SEMEDS和XAS分析，我们报导以下新结果：（i）ZnS占到猪废水中Zn物质的100%（这是迄今所观察到的ZnS在有机废液中占比最高的一例）；（ii）ZnS聚集体约1mm直径（目前报导的猪废水中最小的颗粒粒径）。此外，使用含有ZnS的猪粪水对土壤施肥11年，总计22次，然后分析改良土壤中的Zn物质。令人惊讶的是，ZnS，唯一造成改良土壤中Zn浓度增加近2倍的物质，没有在土壤中检测到。基于SEM-EDS和XAS观察结果，我们假设猪废水中的Zn由纳米粒径ZnS晶体进一步聚集而形成。ZnS纳米颗粒在含氧且复杂的环境中的低稳定性，如所研究的土壤，是长期改良后，猪粪水来源Zn物质发生根本性变化的关键原因。
原文：T.A.Formentini, S.Legros, C.V.S.Fernandes, Radical change of Zn speciation in pig slurry amended soil: Key role of nano-sized sulfide particles. Environmental Pollution, 2016, http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2016.11.056.
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来自法国巴黎地球物理研究所的科学家们在2018年4月的《Geochimica et Cosmochimica Acta》杂志上发表了题为“Iron uptake and magnetite biomineralization in the magnetotactic bacterium Magnetospirillum magneticum strain AMB-1: An iron isotope study”的文章。
文中，使用自动化的KrosFlo Research IIi 切向流过滤系统对培养的细菌料液进行汇集浓缩。
摘要：磁致细菌（MTB）通过一种遗传控制方式生产胞内、膜结合的磁铁矿[Fe(II)Fe(III)2O4]晶体。它们在水体环境中非常常见，且被认为是地球上最古老的生物矿化生物。尽管对于MTB中磁铁矿形成的限制机制已经有了较大的发展，精确的生物矿化途径仍有争议。为进一步限制MTB中的Fe摄入和磁铁矿沉淀过程，使用在生长培养基中，与Fe(III)、Fe(II)或混合Fe(III)/Fe(II)培养的磁致菌株AMB-1，进行了Fe稳定同位素检测。检测了AMB-1培养前/后生长培养基、细菌裂解液（即去除磁铁矿的细胞）和磁铁矿样品的Fe同位素组成。相对于起始Fe源，AMB-1培养后的单价Fe(III)或Fe(II)生长培养基显示重Fe剥夺~0.2-1.5‰（d56Fe）。相反，在补充混合Fe(III)/Fe(II)源的生长培养基中，重Fe同位素积聚富集达~0.25‰。这些结果证明，在Fe(III)和Fe(II)均为生物可用时，优先细菌摄入Fe(II)。细菌裂解液含有至少50%的总细胞Fe；所以在本研究的实验条件下，磁铁矿并不是AMB-1的主要Fe储集器。在所有的培养中，细菌裂解液d56Fe比起始Fe源高~0.4-0.8‰，而磁铁矿d56Fe低~1.2-2.5‰。这种磁铁矿的重Fe同位素损耗可部分解释为细胞内Fe(III)还原为Fe(II)，以及后续的磁铁矿沉淀。数据也显示了奇（57Fe）同位素中的质量依赖性分馏，而在偶（54Fe、56Fe、58Fe）同位素中没有，主要表现在磁铁矿晶体，证实对于57Fe的磁同位素效应。细菌Fe摄入和MIF模式证实，Fe(II)物质可在细胞内和外部介质中自由置换。基于这些观察，可提出AMB-1中的一个对于Fe摄入、细胞运送和磁铁矿沉淀的综合性生物地理化学模型。
原文：M.Amor, V.Busigny, P.Louvat, et al., Iron uptake and magnetite biomineralization in the magnetotactic bacterium Magnetospirillum magneticum strain AMB-1: An iron isotope study. Geochimica etCosmochimica Acta, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.04.020.
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来自德国卡尔斯鲁厄理工学院的科学家们在2018年第17期的《Microbial Cell Factories》杂志上发表了题为“Development of a production chain from vegetable biowaste to platform chemicals”的文章。文中，在生物电化学系统步骤之后，系统出液离心并以0.2μm或1kD mPES MidiKros中空纤维组件结合KR2i 系统进行错流过滤。使用1kD组件替代0.2μm组件，可去除深棕色的色素，而不影响丙酸盐的浓度。过滤后的料液再以纳滤膜技术处理，以浓缩丙酸盐。
摘要：背景：未来的生物经济依赖于将废物转化为有价值化合物的技术的发展。这里，我们尝试设计一种生物技术级联方法，以将蔬菜废物转化为乙偶姻和电能。
结果：将主要含有醋酸盐、丁酸盐和丙酸盐的蔬菜废物暗发酵液在生物电化学系统中进行氧化。在对应标准氢电极的0mV恒定阳极电势获得的平均电流为177.5±52.5 μA/cm2。在此步骤中，醋酸盐和丁酸盐从液体中被去除，而丙酸盐成为总有机碳含量的主要残留成分，平均为75.6%。使用扩增子测序和宏转录组学分析，可显示在碳氧化和电极还原中起关键作用的因素。使用纳滤法，可浓缩废液中的丙酸盐。结果表明，废液是生物技术生产菌株的一种合适的培养基。为验证原理，将生物电化学系统出液中的丙酸盐转化为平台化学物质乙偶姻，碳回收率为86%。
结论：据我们所知，这是关于从蔬菜废料到单个有价值平台化学品的完整生物技术生产链的首次报导，其整合了碳消除步骤，从而生产有价值的副产品电能。
原文：A.Schmidt, G.Sturm, C.J.Lapp, et al., Development of a production chain from vegetable biowaste to platform chemicals. Microbial Cell Factories, 2018, 17:90.
文章摘要为编者翻译，由于水平有限，如有不当之处，敬请谅解，详细内容，请参考原文。