米乐m6官方网站【会长中钵良二】（以下简称“AIST”）环境管理研究部【研究主任田中干也】环境微生物研究组研究员稻叶智博、首席研究员堀智之等共焦反射显微镜生物膜的无损观测技术和下一代测序仪水处理膜堵塞的原因。
尽管已经提出了关于生物膜堵塞水处理膜的原因和机制的模型，但由于分析真实环境中水处理膜的状态在技术上很困难，许多问题仍不清楚。这次，荧光探针细胞衍生的聚合物此外，他们使用下一代测序仪一次性识别出了生物膜中的数十万种微生物。在此基础上，我们分析了导致膜堵塞的病原体和微生物。
8900_8987猎物与猎物的关系死细胞膜脂质积聚在水处理膜上，这是与传统模型不同的膜堵塞机制。
该成果详情于2017年2月23日（英国时间）发表在国际学术期刊上npj 生物膜和微生物组
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| 通过共焦反射显微镜观察膜封闭物质和微生物 |
近年来，随着全球水资源短缺的加剧，社会对再生水的需求迅速增加。膜分离活性污泥法（MBR）（图1）是水处理和再生的核心技术，它使用膜将活性污泥（微生物的集合体）与处理后的水分离。标准活性污泥法与9946_9977|相比，它的优点是可以在更小的空间内提供更好的水质。
另一方面，最大的挑战是水处理膜堵塞的检测和控制，但其原因和机制的细节尚不清楚。因此，透过膜的水量和跨膜压差，即废水侧和处理水侧之间的压力差，被用作预测何时更换水处理膜的指标，并开发清洗膜的方法次氯酸。
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| 图1膜分离活性污泥法系统示意图 |
AIST的目标是开发水资源循环利用和安全保障技术。亚洲战略“水工程”中，我们明确了MBR处理性能与污泥微生物群落的关系，旨在建立基于微生物知识的MBR高活性维护管理技术。作为这项工作的一部分，我们一直在研究膜堵塞发生的机制，包括分析水处理膜上生物膜形成所涉及的微生物，目标是开发检测和控制水处理膜堵塞的技术。
采用两种不同有机物浓度的人工模拟模型废水（模型废水中有机物浓度：450 mg-货到付款铬/L 低负荷，900 mg-COD铬/L称为高负载）。为了研究这些模型废水引起的膜堵塞过程，我们使用共焦反射显微镜对水处理膜上的生物膜进行非破坏性可视化。跨膜压力是膜闭塞的指标，当在不同的跨膜压力下多次观察生物膜时，在高负载下观察到跨膜压力与生物膜厚度之间呈正相关（见图）。另一方面，在低负荷下没有观察到明显的相关性，这表明不同的有机物浓度通过不同的机制导致膜堵塞。此外，为了确定膜闭塞的原因，我们使用荧光探针对每种细胞来源的聚合物进行可视化，结果发现在低负载下检测到多糖为主要成分，而在高负载下检测到脂质为主要成分（图2）。
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| 图 2 生物膜中细胞衍生的聚合物导致膜闭塞 |
| 在低负荷下，多糖的丰度大于脂质的丰度，而在高负荷下，脂质的丰度则明显更高。 |
我们认为，生物膜厚度和组成成分的这些差异是由于形成生物膜的微生物类型不同所致，并且我们使用下一代测序仪大规模鉴定了生物膜中的微生物。结果发现，构成生物膜的主要微生物种类根据有机物浓度的不同而不同（图3）。
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| 图3 组成生物膜的微生物百分比 |
在低负荷和高负荷下，γ-变形菌纲微生物都会形成生物膜（图 3，蓝色）。然而，对γ-变形菌纲微生物物种的详细研究表明，在低负荷下，它们会在细胞外分泌多糖并形成生物膜。阿里什瓦内拉细菌属被发现是主要的微生物种类。这一结果与共聚焦显微镜观察到的多糖是低负荷下生物膜的主要成分的现象非常吻合（图2）。
另一方面，在高负荷下，γ-变形菌假单胞菌细菌是主要的微生物种类，如果跨膜压力过度增加，假单胞菌细菌属细胞质并留下细胞膜脂质蛭弧菌发现属于δ-变形菌属的细菌（图4，紫色）数量正在增加。这些结果强烈表明，通过共聚焦显微镜观察到，在高负荷下生物膜中积累的脂质来自于食菌细菌捕食的微生物的死细胞膜脂质。因此，我们提出了一种新模型，其中生物膜中不同类型细菌之间的捕食关系直接导致膜闭塞（图4）。基于该膜闭塞模型和目前的结果，人们认为可以通过使用例如在低负荷下有效去除多糖和微生物细胞的降解酶和次氯酸，以及在高负荷和高压差下有效去除脂质的碱性剂和表面活性剂来有效地清洁水处理膜。
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| 图4 本次提出的高负荷下膜闭塞过程模型 |
未来，我们将将此方法应用于不同有机物浓度和废水类型的单独MBR操作，以积累导致膜堵塞的成分和微生物的信息。利用这些知识，我们旨在提出适当的MBR运行和管理方法以及水处理膜维护和管理方法。