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关键词:硫酸还原菌 特性及运用
硫酸盐还原菌(SRB)是一类形态各异、营养类型多样、能利用硫酸盐或者其他氧化态硫化物作为电子受体来异化有机物质的严格厌养菌。常见属有脱硫弧菌属,脱硫肠状菌属.因其参与自然界中的多种反应,所以愈来愈得到人们的关注。
1 SRB的生活环境和条件
1.1 SRB在环境中的分布
自然界中最常见的SRB是嗜温的革兰氏阴性、不产芽孢的类型.在淡水及其他含盐量较低的环境中,易分离到革兰氏阳性、产芽孢的菌株。此外,在自然界中存在的还有革兰氏阴性嗜热真细菌、革兰氏阴性古细菌。SRB是严格的厌氧菌。但是它分布广泛,SRB可以存在于土壤、水稻田、海水、盐水、自来水、温泉水、地热地区,油井和天然气井,含硫沉积物,河底污泥、污水,绵羊瘤胃、动物肠道等。还可以从一些受污染的环境中检测到它
的存在,如厌氧的污水处理厂废物,被污染的食品中。
1.2 基本环境因子
SRB可以在-5~75℃条件下生存,并能很快适应新的温度环境,。某些种可以在-5℃以下生长,具有芽孢的种可以耐受80℃的高温;在pH为5~9.5的范围内生存,最适pH值为7.0~7.8。盐分:在一些高盐的生态环境中,也能检测到它们的存在,如盐湖、死海等。在实验室中分离到的嗜盐菌多数是轻度嗜盐菌(适宜盐度范围为1%~4%),分离到中度嗜盐菌的报道不多,最适盐度为10%左右。Eh:其生长要求Eh低于-150mV。
1.3 SRB生长所需的碳源、氮源
碳源:SRB的不同菌属生长所利用的碳源是不同的,最普遍的是利用C3、C4脂肪酸,如乳酸盐、丙酮酸、苹果酸;此外还可以利用一些挥发性脂肪酸,如乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐;醇类,如乙醇,丙醇等;氮源:铵盐是大多SRB生长所需的氮源。据一些报道,某些SRB还能够固氮。一些菌种能够利用氨基酸中的氮作为氮源,少数菌种能通过异化还原硝酸盐和亚硝酸盐提供氮。
2.1 SRB还原硫酸盐的过程及所涉及的酶系
SRB还原硫酸盐主要有以下3个过程:①因为SO42-/SO32-对的氧化还原电位太低而使硫酸不能直接接受电子。在硫酸腺苷转移酶的作用下,以ATP为代价将硫酸激活。所产生的磷酸腺苷硫酸(APS2-)是一个适合得多的氧化剂,因为APS2-/AMP2-+SO32-对的氧化还原电位比SO42-/SO32-对的高出约420mV。此反应的第二个产物焦磷酸经水解生成二分子正磷酸,全部反应消耗二分子正磷酸(ATP+ SO32-APS2--+PPi)。②腺苷酰硫酸还原酶(APS还原酶)催化APS2-还原为亚硫酸, APS酶是一种寡聚铁硫黄素蛋白,含有一分子FAD和12个原子的铁和不稳定硫。③亚硫酸盐的进一步还原是由各种属间特异性的亚硫酸盐还原酶催化的。已知的三种亚硫酸盐还原酶中都含有各为14个原子的铁和不稳定硫及二分子Siroheam (一种修饰过的原血红素)或其类似物。亚硫酸还原为硫化物可按以下两种方式进行:由亚硫酸还原酶催化的协调六电子反应(SO32-+6e-+6H+S2-+3H2O)和以三硫酸(S3O62-)和硫代硫酸为中间产物的三个连续的双电子传递(3SO32-S3O62-S2O32-S2-)。此反应除了亚硫酸还原酶外,还需要三硫酸还原酶和硫代硫酸还原酶参与。
2.2 影响SRB还原硫酸盐的因子
2.2.1 重金属
从HusainagarLake分离出一株Desulforibrio,其对锌的敏感超过好氧菌,Cd对Zn的这种抑制作用有协同作用,可通过调节基质中的Cl、Ca、磷酸盐、Fe和Mn的浓度来降低Cd和Zn的毒性。但是Mo是一种强抑制剂,即使在大量的磷酸盐存在的情况下,也会抑制硫酸盐的还原。
2.2.2 H2S浓度
H2S的浓度达到一定程度(16mmol/LH2S),就会明显抑制SRB的生长。
2.2.3 温度和磷酸盐浓度
Okabes的试验得出,脱硫弧菌属的最佳生长和转化温度为43℃,最适宜的碳磷比是C:P=400:1~800:1。
2.3 SRB与光合细菌(绿硫细菌)的共养作用
H2S作为强还原剂可以抑制一些好氧菌的正常代谢,但是可以作为某些硫细菌生长代谢所需的电子供体。绿硫细菌在光照下,同化有机物质如乙酸盐等,必须有CO2的存在和无机电子供体,所以依赖于SRB提供的H2S。同样,绿硫菌产生的硫酸盐很快被SRB在异化有机物时利用,被还原成H2S.硫作为两种微生物之间的电子传递体,参与了SRB和绿硫菌的共养作用。硫循环中的共养关系不涉及紫硫菌,因为这类细菌的细胞内存贮硫元素,使硫不能被异养生物所利用。
3 在有机物代谢过程中SRB与产甲烷菌的相互作用
在厌氧体系中有机物的矿化过程较为复杂,同时涉及到不同种群的微生物的相互作用。例如,在蛋白质、碳水化合物、木质素等大分子化合物的厌氧降解过程中,首先水解为较小分子的氨基酸、长链脂肪酸等物质。经过厌氧发酵,生成挥发性脂肪酸,环境中如有足够的硫酸盐,SRB就转化硫酸盐.如果没有SRB,乙酸盐的累积会抑制下面反应的进行。SRB和产甲烷菌都存在于厌氧的生态系统中,都利用乙酸盐作为电子供体。从前人们一直以为乙酸盐的氧化是由SRB和产甲烷菌的共生作用完成的.事实上,在SRB和产甲烷菌之间有三种关系可能发生:①共生:既存在于同一体系中的SRB和产甲烷菌利用不同的电子供体.某些特定的底物,如甲胺,甲醇,只可被产甲烷菌利用,即使在富含硫酸盐的沉积物中也是如此.两者之间不发生竞争;②协同作用:既SRB和产甲烷菌竞争一种电子供体.这涉及种间氢传递,既在保持低氢分压下的混合培养物中,分子氢在产氢微生物和耗氢微生物间的传递.Bryant(1977)的研究表明,脱硫弧菌不能单独发酵利用乳酸盐和乙醇,但是在与耗氢的产甲烷菌混合培养时,底物中加入硫酸盐,脱硫弧菌就能够利用乳酸盐及乙醇了.在这个反应中,脱硫弧菌释放出氢气,传递给产甲烷菌做电子供体.在此过程中,SRB的氢化酶起着重要的作用;③竞争作用:SRB和产甲烷菌竞争同一种电子供体.在硫酸盐缺乏或耗尽的生态系统中,例如在淡水中,硫酸盐的浓度通常很低,一般为10~200nmol/L,主要是甲烷菌占优势,利用氢和乙酸盐.在富含硫酸盐的情况下,例如海水中,硫酸盐的浓度平均为28mmol/L,SRB占优势,产甲烷菌受到抑制,因为SRB对底物氢和乙酸盐的亲和力要大于产甲烷菌。
4 SRB在环境中起的一些反应
一旦SRB开始在某个特定的环境中生长,环境的物理和化学性质就会发生改变,有时会很显著.SRB代谢利用硫酸盐,所以环境中的首要变化就是硫酸盐的减少或耗尽.由于S、HS与氢结合生成反应的终产物HS,使体系的氧化还原电位下降.H2S的毒性可杀死周围环境中的大多需氧生物。它的挥发使环境的PH趋于升高,部分重金属离子可以和H2S结合生成硫化物.,H2S与铁结合生成黑色的硫化铁使我们不难判断出它的存在。
4.1 SRB固定和转化重金属
由于SRB代谢产生H2S,H2S和许多重金属作用,可以生成硫化铅、硫化锌、硫化钴、硫化汞、硫化铜等等。SRB还可以使汞甲基化,生成毒性更强的甲基汞。SRB反应产生的H2S还可以使一些金属还原成低价态或元素态,如对Cr等的作用,可以将高毒的Cr转化为低毒的Cr,是一个解毒过程。
4.2 金属腐蚀
硫酸盐还原菌代谢产生的硫化氢是强还原剂,具有强腐蚀性,所以它是主要的金属腐蚀微生物与土壤接触的地下构筑物,尤其是管线的腐蚀半数以上是由该菌参与或引起的,这个问题在世界各国都普遍存在且日趋严重,造成巨大的经济损失。所以该菌的腐蚀机制一直是多年来的主要课题之一。硫酸盐还原菌造成的金属腐蚀有三个特点:一是发生在厌氧地区,如粘土或水淹地区。二是金属的腐蚀趋向于孔洞腐蚀,如铁管的断裂是由于局部的穿孔而不是整体的腐蚀。三是在腐蚀点的金属结构趋向于石墨化,金属离子被移走,管道保持其碳架结构不变。在一些国家的土壤腐蚀调查中发现代表性厌氧腐蚀菌大多是脱硫弧菌属,我国中科院微生物所对分布在我国东北、西北、华北及西南代表十多种土壤的腐蚀网站及钢件周围及腐蚀产物中的硫酸盐还原菌进行研究,指出我国不同土壤代表性腐蚀菌为普通脱硫弧菌(Dvulgaris).从腐蚀的角度看,其都含能引起金属腐蚀的氢化酶.对该菌的腐蚀行为的研究及控制还有待进一步深入研究。
5 SRB的潜在应用
5.1 生物修复
由于所生成的金属硫化物的溶解度较低(范围为10-3~10-5g/L),可以利用SRB的这个性质来处理被重金属污染的湿地、池塘以及废水等,或者在被污染的区域人为构造湿地,将反应生成的重金属硫化物收集起来集中处理,既利于环境的改良,又可以回收贵重金属.据报道,美国新墨西哥州的铀矿和密苏里的铅矿用此法处理,将形成的ZnS、CdS等回收,效果较理想.在汞的生物修复方面,脱硫弧菌能使汞转化为硫化汞,使汞固定和转化.根据这个性质可以修复被汞污染的土壤、水体。环境中的硫化物浓度高低是影响汞甲基化的一个至关重要的因素.硫化物的浓度低于1.8mg/g时,甲基汞的浓度随硫化物的浓度增加而上升。大于1.8mg/g时,甲基汞的浓度随硫化物的浓度增加而降低.这是因为硫化物的浓度过高,使汞与硫离子生成难以甲基化的硫化汞。此外,硫离子的歧化作用还会导致甲基汞的消除.在常温下,严格控制厌氧条件,使氧化还原电位低于一定值,提供一定量的硫酸盐。可以利于形成硫化汞,抑制甲基汞的形成.关于SRB是否能使其它重金属甲基化目前尚无定论。
5.2 炼油技术
将硫酸盐还原菌加入到油井中,可以提高油产量.在石油的二次回收过程中,脱硫弧菌产生的粘液—一种胞外多糖,起着表面活性剂的作用,有助于从石油砂层中提取石油[13].另外,还有研究认为,它参与石油的形成。据报导,脱硫弧菌可合成14~25个碳的长链脂肪族碳氢化合物.这项技术已取得了一定的经济效益,研究工作也做的较多。
5.2 废水处理和燃料脱硫
许多加工业,如食品发酵工业,采矿业,造纸工业等产生的废水中都含有大量的硫酸盐.硫酸盐本身会产生多种危害,并且会生产高毒性的H2S,对环境和人类造成危害.所以这类污水在排入自然界之前必须经过处理。利用SRB能利用硫酸盐的特性,可以设计工艺去除硫酸盐。另外,燃料燃烧产生SO2是空气污染的一个重要来源,因此,去除燃料中的硫有着重要的环境学意义。脱硫弧菌能利用矿物质和前处理的污水污泥将SO2转化成H2S。
关键词:云计算;电信通信网络;关系分析;应用
1 云计算的简介
如果站在技术的角度对云计算进行分析,可以将其看作是一种基础性的设施,其主要的架构构成是在其上搭建多个的框架,云计算的概念可以通过分层模式进行体现,其具有虚拟化的物理硬件层,能够为整个系统提供一个非常灵活的自适应平台,为了能够在各个层次上都能对其业务需求进行良好的响应,云计算可以给予SaaS平台、PaaS平台、IaaS平台来进行计算。
2 云计算的发展现状
目前在云计算的研究及应用过程中,赛门铁克、Redhat、SUN、Oracle、微软、IBM等主流的软硬件生产商都在进行云计算的相关研究,并提出了具有自身特点的云计算体系及架构,并且投入了大量的资金及技术来进行云计算的研究,各个厂家所提出的云计算的架构虽然有一定的差异,但是总体上的概念没有太大的区别,但是各个厂家对于云计算的概念理解及研究视角却有着较大的差别。另一方面,虽然云计算经过了一段时间的发展,取得了较大的进步,但是在其主要的技术应用中,还存在着一些有待解决的问题,例如多个虚拟机的功能融合、QoS问题、云环境下的安全问题等。
3 云计算在电信通信网络关系分析中的应用
3.1 基于云计算的客户价值预测
在电信通信网络中的客户价值预测工作中,通常涉及的知识面非常的广,需要进行大量的计算,而如果将云计算应用于客户价值预测中,对用户信息及通话信息的相关数据进行深层次的挖掘,应用分位点的概念,对新入网的用户进行有效的价值预测,该种预测方法与传统的绝对区间划分的预测方法,能够有效的降低预测误差。
其主要的预测流程为:将客户信息及通话记录中的有效字段进行抽取,然后将相应的字段进行合并连接;然后对用户的所在区域、年龄、性别等进行解析,解析完成之后将不符合筛选要求的用户予以剔除;然后将通话时长作为主要的参考依据,结合分位点,将相关的通话记录进行有效的分类,如果在分类的过程中采用了n-1各分位点,那么可以根据此分位点将所有的用户划分为n类,然后根据类别划分的不同,将n类记录分别进行存储,依据分好类的n个文件的不同类别,分别对其进行bayesian模型的训练,然后还要运用测试集对相关的模型效果进行检查对比。
3.2 基于云计算的好友推荐
在运用云计算进行好友推荐的计算时,主要的参考依据是用户的熟悉度及相似度,这种计算方法在电信通信网络关系中具有非常广泛的应用前景,计算中的绝对量是熟悉度,通过二度好友的贡献度及熟悉度来进行二度好友的查找,通过这种算法能够得到二度好友的相关熟悉度,然后会根据相关的熟悉度对朋友的属性进行加权算法,最终能够得到非常精确的偏好特性,在该种计算方法中,会根据电信数据的特点,提取交流时长、交流频率等信息,通过对二度好友的属性相似度、用户偏好、熟悉度等进行计算,然后可以得到用户之间的总的推荐度,最后把总相似度较高的二度好友推荐给用户,使得好友推荐更加的精确。
其主要的计算流程为:首先对一度好友之间的相似度进行计算,通过对一度好友的熟悉度的计算,能够得到相关的二度好友关系,然后再对其相似度进行计算,并要根据一度好友计算出用户的环境偏好,然后通过用户自身属性、环境偏好及二度好友的熟悉度,计算出总的推荐度,根据总推荐度的高低,为用户进行好友推荐。
3.3 基于云计算的电信社团特征结构化存储及验证
将云计算应用于电信社团特征的结构化存储中,其主要的计算方法是:根据一个月之内的通话记录分析,对其中所存在的社团属性进行统计分析,然后根据社团特征提出一种存储方案,并根据相关的通话网络来进行验证,对社团结构特性的统计分析进行归一化,并将其在相关的结构中进行存储,为进行二次的深入分析提供方便,在进行方案验证时,将社团作为研究单位,对其整体感兴趣的数据的分布情况进行分析,并将其与之前的研究数据进行分析比较,并对不同的特征进行统计。
其主要的计算流程为:首先要对社团中存在的各种属性进行统计,如果存在没有统计的属性,要对其单属性进行统计,然后将其统计特性进行归一化处理,制定出统计特性的概率分布情况,然后将其进行一致化处理,并将其结果存储于上述的存储结构当中。
[参考文献]
②所谓云计算,就是利用虚拟化技术建立统一的基础设施、服务、应用及信息的资源池,以分布式技术对各种基础设施资源池进行有效组织和运用的一种运行模式。美国国家标准与技术研究院(NIST)对“云计算”的定义是:云计算是一种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源(包括网络、服务器、存储、应用软件、服务)共享池,这些资源能够被快速提供,只需投入很少的管理工作,或与服务供应商进行少量的交互。
③云计算可以拆分为“云”和“计算”。
④一般来说,云计算是一种商业计算模型,它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使用户能够按照需要获取计算能力、存储空间和软件服务。这种资源就称为“云”。“云”是一些可以自我维护和自我管理的虚拟计算资源,通常是一些服务器集群。
⑤“云”的特性:
1. a 。我们可以随时随地使用云计算。
2. b 。其实现在我们每天都在或多或少地使用云计算,只是我们看不到它。
3. c 。云的规模可以动态收扩,用的人多,云计算的资源池就变小,反之则变大。
⑥“计算”是指计算机的计算能力,包括网络、服务器、存储、应用软件、服务等一系列的技术与产品。其大小快慢,取决于计算机的硬件配置。
⑦人类发明计算机不久,计算机科学家就开始憧憬,把计算能力集中起来共享。也就是说,把大量计算机的能力放在互联网上,你不必再纠结你的硬件是否强大,所有硬件的计算能力、存储能力、软件执行能力,全部都由网络提供。因此,云计算让你体验每秒10万亿次的运算能力也不成问题,拥有这么强大的计算能力,你甚至可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势等。
⑧
⑨公有云是放在互联网上的云,只要是注册用户、付费用户都可以享用;私有云是放在私有环境中的云,如企业、政府、组织等自己建立的,或者是运营商建设好整体,而后租给某一组织的云;混合云是公有云和私有云的混合,私有云建设好后很多资源(计算能力或存储空间)不够用,所以还得在公网上申请公有云计算资源作为自己私有云的补充。
⑩从技术上来说,云计算集成了并行计算、网格计算和分布式计算的优点,具有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可伸缩性、按需服务、价格低廉等特点。
(选自《科学24小时》 2015年第1期)
【阅读训练】
1.本文的说明对象是什么?它具有哪些特点。
2.阅读第⑤段,请用3个四字词语概括出“云”的三个特性:
a.
b.
c.
3.第②段中的画线句子运用了什么说明方法?有何表达效果?
4.第⑧段是一个过渡段,请联系下文内容,把这一段补充完整。
中标软件旗下拥有“中标麒麟”、“中标普华”、“中标凌巧”三大品牌。通过整合三条产品线,中标软件推出了自主可控的一体化解决方案。其中,中标麒麟操作系统系列产品主要以操作系统技术为核心,重点打造自主可控、安全可靠等产品特性;中标普华以办公软件为核心,满足不同行业与领域特定需求,凸显差异化竞争优势,是少数民族语言办公软件的领先者。中标凌巧移动终端操作系统,根植于特定行业领域应用,为用户提供全新的客户体验。
用户体验为王
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在2013中国IT市场年会上,移动终端这一面向未来的热门技术受到广泛关注。谈到该领域内竞争,李震宁说:“以车载终端操作系统为例,中标软件与竞争对手比拼的是用户体验。随着新一代智能车的出现和电子车升级换代,公司研发团队紧跟市场需求,调研客户意见,不断完善产品性能。”
据了解,中标凌巧移动终端操作系统具有启动时间短,支持多点触控、3G、可定制性强等特点。它采用模块化的设计理念,随着深入拓展陆续搭载上网本、多媒体电话等设备来满足不同行业用户需求,定制适应各种行业应用场景的操作系统。目前,中标软件结合汽车行业对车载操作系统的需求,专为车载市场开发了可定制的移动终端操作系统软件。
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“安全可靠是中标麒麟安全云操作系统产品重点打造的核心特性,行业云专家和安全云方案是中标软件云计算的差异化优势。” 中标软件云业务总监史爱武博士介绍。此外,结合公司的成功案例以及专家团队的智慧结晶,中标软件通过创建符合客户场景模式的企业实施云计算的战略思维、方法论以及实施路线图,给客户提供更专业的云咨询实施及运维等服务。
据了解,中标麒麟操作系统产品已在国防、政府、金融等重点行业进行全面推广。中标软件基于信息系统安全和信息安全保障的现代信息安全技术,打造了全新的服务器系统安全产品和桌面系统安全产品。它重点研究操作系统的安全内核、访问控制、可信计算技术等,提供从底层安全核心技术,到以安全操作系统为中心的系列安全核心产品,以及上层的安全邮件、高可用集群等安全应用软件。
云计算对一家公司来说可以快速降低成本,这成为公司们最早采用云计算的驱动力。但是这些公司渐渐发现,云计算带来的好处不止如此。随着各类建立在PaaS(平台即服务,它类似于操作系统,提供各类软件的开发环境)上的应用的产生,它们能够在保证成本的基础上快狠准地抓住消费者,公司发展因此受益,SaaS(软件即服务,它是最基础的硬件服务)发展更加迅速。随着PaaS愈加成熟,很多人预测未来PaaS的变现能力将会变弱,更多的利润将转向SaaS。Cloud Foundry基金会首席执行官Sam Ramji不否认这点,“未来是免费的,但是这需要时间,短则5至10年,长则20年。”
C:云计算会降低成本,但也会影响公司的运营方式,该如何协调这个问题?
R:购买云计算服务的方式是租赁而非购买,所以在资本层面以及运营层面支出都会降低。它还节省了人力成本,让人工维护运营成本大大降低。另外很多公司在全球各地都有很多分部,各个分部有服务器、硬件设备以及要配备相关的维护人员,但是云计算让这种模式改变了。所以,云计算让企业的成本大大降低是必然的。其实节约成本是一代云所做的事情,二代云想做的事情是帮助企业加速发展。像Burberry,为了吸引年轻的消费者,在手机端做了很多数字营销方面的事情。一开始Burberry采用云计算技术纯粹是为了节省成本,但是随着利用云计算在移动端做了越来越多的营销,Burberry的业绩也越来越好。另外一个例子是通用电气,其业务包括飞机发动机、电厂技术等。通用电气一开始移向云端也是受到成本因素的驱动,通过我们平台上的相关软件监控各个部门的业绩。但是现在通用电气采用云计算技术不仅仅是为了节省成本,其甚至可以预测市场需求量,从而商业模式都跟着改变了。
C:云计算带来的数据安全问题引发质疑,对此有什么办法吗?
R:公司采用云计算,既可以是公有云,也可以是私有云,还可以是混合云。每一种模式下数据的安全性是不一样的。公有云的安全性非常好,特别是很多中小型企业,本身没有数据安全方面的专家,但是云计算公司有这方面的技术人员,所以云计算带来的数据安全性在一定程度上要高于公司自身的管理。例如,去年Linux有一个Heart Bleed的漏洞,我们的用户在Linux平台上发现感染了这个漏洞,于是他们就向云传了一个更新口令,半个小时就完成了所有更新。这家公司的用户数量巨大,半个小时修补完成对他们来说减少了很大的损失。