微小電極による微生物凝集増殖体(生物膜・グラニュール汚泥)の生態学的構造解析

使用微电极分析微生物聚集体（生物膜/颗粒污泥）的生态结构

基本信息

批准号：
08650642
负责人：
原田秀樹
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの生物膜型水処理装置の開発研究では,反応器をブラックボックス的に取り扱う経験工学的な方法論に多分に頼ってきた.しかしながら,生物膜プロセスの信頼性,安定性,融通性を拡大するためには,このブラックボックスを開いて、生物膜やグラニュールなどのアグリゲート体の微生物生態学的構造を明らかにし、その構成フローラのダイナミックスをより精確に把握したうえで,その能力をより効果的に発揮させうるような生息環境をつくり出すことが必要である.そこで本研究では、集塊化増殖体内でのin situな物質代謝特性と微生物生態学的構造を直接的に把握するために,先端径が10〜20μm程度のガラス製チップで構成される種々の微小電極(Microelectrodes)セサ-を開発し,嫌気性微生物アグリゲート(UASB反応器で培養されたグラニュール汚泥)および好気性微生物アグリゲート(固定担体上に形成された生物膜)に適用して,アグリゲート体内の任意の現位置での目的物質濃度検出を行った.さらに,基質の消長,生産物蓄積やその結果として生起するpH勾配の様相などを記述する生態学的構造モデルを構築し,別途回分実験より求めた動力学的パラメーター値を用いたシミレーションによってモデルの検証を行った.開発した微小電極は,pHセンサー,硫化イオンセンサー,アンモニア性窒素センサー,硝酸性窒素センサー,グルコースセンサー,溶存酸素センサーの7種類で,UASBグラニュール汚泥,人口生物膜,回転円板生物膜に適用した.測定した基質濃度プロファイルは構築した生態学的構造モデルによるシミレーションとほぼ一致しており,生物膜やグラニュールなどのアグリゲート体の微生物生態系の機構が明らかになった.

先前对生物膜型水处理设备的研究已严重依赖于在黑匣子中处理反应堆的经验工程方法。但是，为了扩大生物膜过程的可靠性，稳定性和柔韧性，有必要打开该黑匣子，以阐明骨料的微生物生态结构，例如生物膜和颗粒，并创建一个栖息地，可以更有效地证明其能力在对其组成群体的动力学有更准确的理解后。因此，在这项研究中，我们已经表明，在本研究中，我们可以观察到聚集的乘积物体内的夹杂物的摄入量。为了直接了解材料原位和微生物生态结构的代谢特性，开发了由玻璃尖端组成的各种微电极SESAS的各种微电极SESA，其尖端直径约为10-20μm，并且在聚集体内的任何位置都检测到靶物质浓度（在固定载体上形成的生物膜）。此外，描述了底物，产物积累和所得pH梯度外观的恶化的生态结构模型。通过使用从单独的批处理实验获得的动力学参数值通过模拟来验证该模型。开发的微电极由七种类型组成：pH传感器，硫化物离子传感器，氨氮传感器，硝酸盐氮传感器，葡萄糖传感器和溶解的氧气传感器，并将其应用于UASB颗粒颗粒污泥，种群生物膜和旋转的椎间盘生物纤维。测得的底物浓度曲线几乎与构造的生态结构模型相同，揭示了聚集体的微生物生态系统（例如生物膜和颗粒）的机制。