含有較高濃度氨氮和COD的沼液處理是生物燃氣產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸難題。沼液利用和處理方式主要有作為肥料還田利用和當作廢水達標處理排放。作為肥料還田利用，需要大量的土地用于種植，且受氣候影響較大，最為重要的是，由于我國種養(yǎng)不平衡，生物燃氣工程周邊土地有限，很難完全消納沼液，此時很容易造成二次污染。為了避免二次污染，將沼液當作廢水進行生物脫氮處理達標排放這種方式不得不作為一種選擇。目前，傳統(tǒng)生物脫氮技術主要是硝化反硝化，近幾年又發(fā)展了短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等新型生物脫單技術。然而，這些技術均是將氨氮轉化為氮氣排入大氣中。實際上，氨氮是一種經(jīng)過自然界生物固氮得到的寶貴氮資源，通過生物脫氮技術將其轉化為氮氣是一種資源的浪費，造成氮的無用循環(huán)。
為了實現(xiàn)沼液氨氮的高值生物轉化利用，中國科學院成都生物研究所李東博士提出氨氮生產單細胞蛋白（SCP）的利用途徑。與植物源蛋白飼料相比，微生物蛋白具有較快的合成速率，無需日照和大量土地。在李東博士指導下，聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生竇俊偉從大豆根際土壤、魚塘廢水、沼液中分離到兩株具有自養(yǎng)、異養(yǎng)和混合營養(yǎng)產SCP能力的氫氧化細菌，分別為脫氮副球菌Paracoccus. denitrificans Y5和善變副球菌Paracoccus. versutus D6。這兩株氫氧化細菌具有獨特的代謝特點，能夠以葡萄糖等有機碳源和氨氮異養(yǎng)合成SCP，同時，在提供還原力H2的條件下能夠以CO2為無機碳源和氨氮自養(yǎng)合成SCP。菌株Y5和D6的單細胞蛋白含量為細胞干重的67.34%~73.73%，遠遠高于大豆的蛋白含量，且Y5的蛋白具有比大豆蛋白更豐富的氨基酸組成。該研究為沼液的高值化利用提供更多選擇，當沼液中COD濃度較高時，可進行異養(yǎng)培養(yǎng)利用氨氮生產SCP；當沼液中COD濃度較低時，可進行自養(yǎng)培養(yǎng)利用沼氣利用尾氣CO2和氨氮生產SCP。
本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目 (2018YFD0501405), 中國科學院青年創(chuàng)新促進會人才項目（2017423）, 中國科學院國際合作局對外合作重點項目(182344KYSB20170009), 中科院STS項目，中國科學院環(huán)境與應用微生物重點實驗室-環(huán)境微生物四川省重點實驗室開放基金(KLCAS-2017-9)等的支持。相關結果發(fā)表在Appl Biochem Biotechnol.
氨氮生產單細胞蛋白（SCP）的利用途徑