嫌気性自己固定型反応器の生物膜・グラニュール形成における細胞外ポリマーの役割

细胞外聚合物在厌氧自固定反应器中生物膜/颗粒形成中的作用

• 批准号: 06680534
• 负责人: 原田 英樹
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06680534/
• 关键词: 嫌気性微生物; メタン発酵; 細胞外ポリマー; 付着凝集; グラニュール

嫌気性固着型反応器での生物膜,グラニュール増殖体形成(自己固定化)における細胞外ポリマーの役割を以下の手法で検討した。(1)UASB反応器の長期連続実験によって、反応器の異なる高さから採取したグラニュール生物体をサイズにより分級し、細胞外ポリマー(ECP)成分とメタン生成活性に及ぼす有機物負荷(流入有機物強度)の影響を検討した。この結果、ECPの(タンパク質/炭水化物)比は、0.7から2.1の範囲でベッド上部にいくに従い増加傾向を示し、グラニュール径の増大に伴い減少する傾向を示し、グラニュレーションにはECP中の炭水化物画分がより緊密に関与していることが明らかになった。また、グラニュール汚泥の水素利用メタン生成活性は、グラニュール径が増大するに従い低下し、基質の拡散移動抵抗が存在した。(2)UASB反応器中に装着した付着担体への嫌気性微生物群の付着・生物膜形成過程における形態学的観察、細胞外ポリマーの挙動及び各栄養菌群の付着細菌数の推移を追跡した。その結果、嫌気性微生物の付着・凝集過程は4段階の継起プロセス(Adhesion、Clump形成、Conglomerate形成、およびAggregate形成過程)によって特徴付けられることが判明した。EPC中の炭水化物含量はAdhesionフェイズからClumpフェイズの中期までは増加し、以降のConglomerateフェイズおよびAggregateフェイズでは減少傾向を示したが、一方ECP中のタンパク含量はその反対の傾向を示した。その結果、ECPの(タンパク質/炭水化物)比は0.3から1.8まで増加し、細胞の初期付着には、炭水化物画分がより有効に関与していることが判明した。また、同一環境条件下での生物膜形成とグラニュール形成過程における構成菌フローラの形態学的推移を綿密に観察し、嫌気性微生物の自己固定化機構の普遍的なアナロジーを明らかにした。

使用以下方法研究了细胞外聚合物在生物膜和颗粒增殖（自然化）反应器中的作用。 （1）在UASB反应器的长期连续实验中，根据大小分类了从不同高度收集的颗粒生物，并且研究了有机物载荷（流入有机物强度）对细胞外聚合物（ECP）组件和甲烷活性的影响。结果，ECP的（蛋白质/碳水化合物）比率显示到床顶的范围为0.7至2.1，并且显示出随着颗粒直径的增加而降低的趋势，表明ECP中的碳水化合物馏分与碎屑更加紧密。此外，随着颗粒直径的增加，颗粒污泥的基于氢的甲烷剂活性减少了，并且对底物的扩散转移具有抗性。 （2）我们跟踪了安装在UASB反应堆中的附着载体和生物膜形成过程，细胞外聚合物的行为以及每个营养细菌组中附着细菌数量的趋势的厌氧微生物的形态学观察结果。结果，发现厌氧微生物的粘附和聚集过程的特征是四步演替过程（粘附，团块形成，砾岩形成和聚集形成）。 EPC中的碳水化合物含量从粘附阶段增加到中混合阶段，随后的砾岩和聚集阶段的下降趋势，而ECP中的蛋白质含量显示出相反的趋势。结果，ECP的（蛋白质/碳水化合物）比率从0.3增加到1.8，发现碳水化合物级分在初始细胞附着中更有效。此外，我们仔细地观察了在相同环境条件下生物膜形成和颗粒形成过程中组成细菌菌群的形态进展，从而揭示了厌氧微生物的自然化机制的普遍类比。

项目成果

H.Harada,S.Uemuro&K.Momonoi: "Interaction between Sulfate-reducing bacteria and methane-produeing bacteria in UASB reactors fed with low strength wastes containg different levels of sulfate." Water Research. 28. 355-367 (1994)

原田 H、上室 S

珠坪一晃,原田秀樹、曽怡禎,桃井清至: "高温UASBリアリターの保持微生物のグラニュール形成過程における構造的特徴とメタン生成活性の推移" 環境工学論文集(土木学会). 31. 57-67 (1994)

Kazuaki Tamatsubo、Hideki Harada、Yoshi So、Kiyoshi Momoi：“高温 UASB 反应器中保留的微生物颗粒形成过程中甲烷产生活性的结构特征和变化”环境工程学杂志（日本土木工程师学会）31。 57 -67 (1994)

A.Ohashi and H.Harada: "Characterigation of Detachmeut Mode of Biofilm Developed in an Attached Growth Reactor" IAWQ 17th Biennial International Confrence(Water Sci.&Tech.). 1. 287-295 (1994)

A.Ohashi 和 H.Harada：“在附加生长反应器中开发的生物膜分离模式的特征”IAWQ 第 17 届双年展国际会议（水科学）

曽怡禎,原田秀樹,陳是宝,桃井清至: "Adhesion and aggregation mechanisms of methanogenic sludgl consorfia developed in an UASB reacfor." 環境工学論文集(土木学会). 31. 69-80 (1994)

Yichen Zeng、Hideki Harada、Zebao Chen、Kiyoshi Momoi：“在 UASB 反应中开发的产甲烷 sludgl consorfia 的粘附和聚集机制。”环境工程学报（日本土木工程师学会）31. 69-80 (1994)。