JP2014172013A - Water making method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜を用いて海水やかん水などの脱塩を行うことにより淡水を得たり、下廃水処理水や工業排水等を浄化して再利用水を得たりする造水方法に関するものである。 The present invention relates to a fresh water generation method for obtaining fresh water by performing desalination of seawater, brine, or the like using a membrane, or purifying sewage wastewater treated water or industrial wastewater to obtain reused water. .
半透膜を用いた造水システムは、海水の淡水化を始め、多くの産業や水処理分野で応用され、他の分離方法と比較し、分離性能やエネルギー効率等の点で優位性が実証されてきている。一方、該造水システムでは、膜面での細菌増殖、あるいは膜面への生物膜（バイオフィルム）の付着、あるいは膜面への無機スケールの付着、あるいは膜面への有機物の付着、すなわちファウリングにより、膜差圧が急上昇し、膜の透過性、分離性が低下するという問題がある。 Fresh water generation systems using semipermeable membranes have been applied in many industries and water treatment fields, including seawater desalination, and have demonstrated superiority in terms of separation performance and energy efficiency compared to other separation methods. Has been. On the other hand, in the fresh water generation system, bacterial growth on the membrane surface, biofilm adhesion on the membrane surface, inorganic scale adhesion on the membrane surface, or organic matter adhesion on the membrane surface, that is, fau Due to the ring, there is a problem that the membrane differential pressure rises rapidly and the permeability and separation of the membrane are lowered.
ファウリングにより、膜差圧が上昇したり、膜の透過性、分離性が低下したりした場合は、膜を、洗浄剤を用いて洗浄する（薬液洗浄）ことが一般的である。洗浄剤としては、クエン酸、水酸化ナトリウム、エチレンジアミン−４−酢酸（ＥＤＴＡ）などのキレート剤、界面活性剤などがあり、これらは単独あるいは組み合わせて使用される。 When the membrane differential pressure increases due to fouling or the permeability and separation of the membrane decrease, the membrane is generally washed with a cleaning agent (chemical solution cleaning). Examples of the cleaning agent include chelating agents such as citric acid, sodium hydroxide, and ethylenediamine-4-acetic acid (EDTA), surfactants, and the like, and these are used alone or in combination.
しかし、ファウリングがいったん進行すると、たとえ薬液洗浄を行ったとしても膜差圧、透過性、分離性が完全に回復せず、次第に薬液洗浄の頻度が多くなり、ついには運転不可能となり、膜の交換が必要となる。よって、ファウリングが進行する前の適切な段階で膜を洗浄し、ファウリングの進行を抑えることが重要である。 However, once fouling has progressed, even if chemical cleaning is performed, the differential pressure, permeability, and separability of the membrane do not fully recover, and the frequency of chemical cleaning gradually increases, eventually becoming inoperable, Need to be replaced. Therefore, it is important to clean the membrane at an appropriate stage before fouling progresses to suppress the progress of fouling.
膜ファウリングの進行を制御するためには様々な方法があるが、半透膜を用いた造水システムへの供給水量、供給圧、回収率などを調整することで、バイオファウリングを一定程度抑制することが可能である。また、ファウリングの進行を抑える手段として、ファウリング物質が無機スケールの場合は被処理水にヘキサメタリン酸ナトリウム（ＳＨＭＰ）などのスケール防止剤を添加する方法があり、ファウリング物質がバイオフィルムの場合は被処理水にバイオフィルムの増殖を抑制する薬液を添加する技術が有効な手法として数多く提案されている。例えば、被処理水に２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンまたは５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンまたはこれらの塩およびこれらの混合物を有効成分とする殺菌剤を添加してバイオフィルムの増殖を抑制する方法（特許文献１）や、被処理水に殺菌剤として、酸や銀イオンを添加する方法などが開示されている（特許文献２、３）。これらスケール防止剤や殺菌剤等の薬液添加濃度、頻度、時間等は少なすぎればファウリングの進行を抑えることができない。一方、多すぎればファウリングの進行を抑えることはできるものの、薬液コストの増大を招く。よって、ファウリングの進行を抑えるための薬液添加の適正な濃度、頻度、時間を把握することが重要である。 There are various ways to control the progress of membrane fouling, but biofouling is controlled to a certain extent by adjusting the amount of water supplied, the supply pressure, the recovery rate, etc. It is possible to suppress. In addition, as a means of suppressing the progress of fouling, when the fouling substance is an inorganic scale, there is a method of adding a scale inhibitor such as sodium hexametaphosphate (SHMP) to the water to be treated. When the fouling substance is a biofilm Many proposals have been made as effective techniques for adding a chemical solution that suppresses the growth of biofilm to the water to be treated. For example, a bactericidal agent containing 2-methyl-4-isothiazolin-3-one or 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one or a salt thereof and a mixture thereof as an active ingredient is added to the water to be treated. In addition, a method for suppressing the growth of biofilm (Patent Document 1), a method for adding acid or silver ion as a bactericide to water to be treated, and the like are disclosed (Patent Documents 2 and 3). The progress of fouling cannot be suppressed if the concentration, frequency, time, etc. of the chemicals such as scale inhibitors and bactericides are too small. On the other hand, if the amount is too large, the progress of fouling can be suppressed, but the cost of the chemical solution is increased. Therefore, it is important to grasp the appropriate concentration, frequency, and time of chemical addition for suppressing the progress of fouling.
以上の課題を解決するには、膜面におけるファウリングの進行状態を、膜差圧、透過性、分離性といった膜の運転データに現れる前に把握・検知することにより、半透膜を用いた造水システムへの供給水量、供給圧、回収率などを調整する、または膜の洗浄あるいは薬液添加の条件を決定する技術が必要である。このような技術として、特許文献４では、逆浸透膜供給水及び／又は逆浸透膜非透過水を逆浸透膜ろ過部の逆浸透膜モジュール内の非透過水線速度と同等の線速度で流水させた条件下に、バイオフィルム形成基材を配しておき、バイオフィルム形成基材上のバイオフィルム量を１日〜６ヶ月に１回の頻度でＡＴＰ測定法により測定し、バイオフィルム形成基材の単位面上あたりのＡＴＰ量が２００ｐｇ／ｃｍ２以下となるように膜の洗浄や殺菌剤添加条件を決定する技術が開示されている。 To solve the above problems, the semi-permeable membrane was used by grasping and detecting the progress of fouling on the membrane surface before appearing in the membrane operation data such as membrane differential pressure, permeability, and separation. There is a need for a technique for adjusting the amount of water supplied to the fresh water generation system, the supply pressure, the recovery rate, etc., or determining the conditions for membrane cleaning or chemical addition. As such a technique, in Patent Document 4, reverse osmosis membrane supply water and / or reverse osmosis membrane non-permeate water is run at a linear velocity equal to the non-permeate water linear velocity in the reverse osmosis membrane module of the reverse osmosis membrane filtration unit. A biofilm-forming substrate is placed under the conditions, and the amount of biofilm on the biofilm-forming substrate is measured by the ATP measurement method once a day to 6 months, There is disclosed a technique for determining a film cleaning condition and a disinfectant addition condition so that an ATP amount per unit surface of a material is 200 pg / cm 2 or less.
しかしながら、特許文献４の技術では、常に逆浸透膜モジュール内の非透過水線速度と同等の線速度で流水させる必要があるため、何かのトラブルで流水が止まったり、線速度が大きくずれたりした場合、正当な評価ができなくなる恐れがある。さらに、バイオファウリングを起こした原因細菌の特性が判明していないため、適切かつ効率良い対策を出すことができなかった。 However, in the technique of Patent Document 4, since it is necessary to always flow at a linear velocity equal to the non-permeate linear velocity in the reverse osmosis membrane module, the flowing water stops due to some trouble, or the linear velocity greatly deviates. If you do, you may not be able to make a valid evaluation. Furthermore, since the characteristics of the causative bacteria that caused biofouling are not known, it was not possible to take appropriate and efficient countermeasures.
そこで本発明は、膜面におけるファウリングの進行状態を、膜差圧、透過性、分離性といった膜の運転データに現れる前に、簡便に把握・検知することが可能な手段を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a means capable of easily grasping and detecting the progress of fouling on the membrane surface before it appears in membrane operation data such as membrane differential pressure, permeability, and separation. Let it be an issue.
上記課題を解決するために、本発明における造水方法は、以下の構成のいずれかからなる。 In order to solve the above problems, the fresh water generation method of the present invention has any of the following configurations.
（１）被処理水を半透膜に供給して透過水と濃縮水を得るとともに、定期的に前記半透膜を薬液で洗浄する造水方法であって、前記被処理水および／または前記濃縮水に含まれるαプロテオバクテリア（Proteobacteria）綱に属する細菌の存在数、濃度および優占性からなる群から選ばれる少なくとも１つに基づいて前記半透膜への薬液注入時間、薬液洗浄頻度および薬液注入濃度からなる群から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする造水方法。 (1) A fresh water generation method for supplying permeated water and concentrated water by supplying treated water to a semipermeable membrane, and periodically washing the semipermeable membrane with a chemical solution, the treated water and / or the Based on at least one selected from the group consisting of the number of bacteria belonging to the α Proteobacteria class contained in the concentrated water, the concentration, and the superiority, the time for injecting the chemical into the semipermeable membrane, the frequency of chemical cleaning, and A fresh water generation method comprising adjusting at least one selected from the group consisting of chemical solution injection concentrations.
（２）前記αプロテオバクテリア綱に属する細菌が、リゾビウム（Rhizobiales）目に属する（１）に記載の造水方法。 (2) The fresh water generation method according to (1), wherein the bacterium belonging to the α-proteobacteria belongs to the order of Rhizobiales.
（３）前記リゾビウム目に属する細菌が、キサントバクタラセー（Xanthobacteraceae）科に属する（２）に記載の造水方法。 (3) The fresh water generation method according to (2), wherein the bacterium belonging to the order Rhizobium belongs to the family Xanthobacteraceae.
（４）前記キサントバクタラセー科に属する細菌が、キサントバクター（Xanthobacter）属またはスターケヤ（Starkeya）属である（３）に記載の造水方法。 (4) The fresh water generation method according to (3), wherein the bacterium belonging to the family Xanthobacteraceae is a genus Xanthobacter or a genus Starkeya.
（５）前記被処理水が、下水処理水、下排水または生物処理水から選ばれる（１）〜（４）のいずれかに記載の造水方法。 (5) The fresh water generation method according to any one of (1) to (4), wherein the treated water is selected from sewage treated water, sewage drainage, or biological treated water.
（６）前記細菌の存在数、濃度および優占性からなる群から選ばれる少なくとも１つが、rRNAおよび／またはmRNAに基づいて決定されることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれかに記載の造水方法。 (6) Any one of (1) to (5), wherein at least one selected from the group consisting of the number, concentration and predominance of bacteria is determined based on rRNA and / or mRNA The fresh water generation method according to crab.
ここで、本発明において、αプロテオバクテリア綱に属する細菌の存在数や濃度、優占性とは、αプロテオバクテリア綱細菌の遺伝情報、ＲＮＡ転写特性、タンパク質翻訳特性、発現タンパク質生成物質特性、紫外線吸光特性などに基づいて得られたαプロテオバクテリア綱細菌の存在数や濃度、優占性のことをいう。 Here, in the present invention, the number, concentration, and dominance of bacteria belonging to the α-proteobacteria class are genetic information, RNA transcription characteristics, protein translation characteristics, expressed protein product characteristics, ultraviolet rays, and the like. It refers to the existence number, concentration, and superiority of α-proteobacteriaceae obtained based on light absorption characteristics.
また、αプロテオバクテリア綱、リゾビウム目、キサントバクタラセー科、キサントバクター属、スターケヤ属は、原核生物の系統分類学指標として多く用いられている１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子が、米国ＮＣＢＩ（National Center of Biotechnology Information）の遺伝子銀行（Genebank）に登録されている上記αプロテオバクテリア綱、リゾビウム目、キサントバクタラセー科、キサントバクター属、スターケヤ属の遺伝子配列に対して、相同率８８％以上を持つ細菌を指し、培養の可否を問わない。 In addition, the αS proteobacteria, Rhizobium, Xanthobacteraceae, Xanthobacter, and Starkella are the 16S ribosomal RNA genes that are frequently used as prokaryotic phylogenetic indicators, It has a homology rate of 88% or more for the gene sequences of the above-mentioned α-proteobacteria, Rhizobaceae, Xanthobacteraceae, Xanthobacter, and Starkeya registered in Genebank of Biotechnology Information) It refers to bacteria, regardless of whether it can be cultured.
本発明によれば、膜面におけるファウリングの進行状態を、膜差圧、透過性、分離性といった膜の運転データに現れる前に把握することが可能となる。またバイオファウリングを起こした菌が特定されているため、適切かつ効率良い対応が可能となる。 According to the present invention, it is possible to grasp the progress state of fouling on the membrane surface before appearing in the membrane operation data such as membrane differential pressure, permeability, and separation property. In addition, since the bacteria that have caused biofouling have been identified, appropriate and efficient measures can be taken.
以下、図１を用いて本発明について詳しく説明するが、本発明の内容はこの図の態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1, but the content of the present invention is not limited to the embodiment of this figure.
本発明の造水方法は、被処理水１を半透膜７によって処理し、透過水９と濃縮水１３に分離する造水システムにおいて実施される。
The fresh water generation method of the present invention is carried out in a fresh water generation system in which treated water 1 is treated by a
被処理水１の例としては、例えば海水、河川水、湖沼水、地下水、下水、下水処理水、下排水、生物処理水等が挙げられる。この中でも、被処理水としては下水処理水、下排水または生物処理水が、αプロテオバクテリア綱が主に働き、本発明を行った際の効果がより高く得られる点から、被処理水としては好ましい。通常は被処理水１には濁質などの固形成分が含まれているため、直接半透膜７でろ過した場合、膜表面に付着する固形成分が多くなり、差圧が急上昇し、運転不可能となる。そのため、あらかじめ被処理水１を前処理することが一般的であり、最も良く用いられる前処理方法は被処理水１に凝集剤を添加し、固形成分をフロック化させ、砂やアンスラサイト等でろ過する凝集砂ろ過法である。但し、この方法では原水変動の影響を受けやすく処理水質が不安定であるため、精密ろ過膜や限外ろ過膜で被処理水１を処理する膜前処理も採用することができる。また、被処理水１が下排水または生物処理が必要な有機性廃水の場合は、廃水中に含まれる有機物を低減するため、活性汚泥処理を行った後、活性汚泥を分離するために固液分離を行う前処理を実施することもできる。固液分離の方法は、従来から用いられている沈殿池を用いた沈殿分離でも良く、処理水質の向上などを目的として、精密ろ過膜や限外ろ過膜などの分離膜を用いて固液分離する方法も採用することができる。
Examples of the treated water 1 include seawater, river water, lake water, ground water, sewage, sewage treated water, sewage drainage, biological treated water, and the like. Among these, as treated water, sewage treated water, sewage wastewater or biologically treated water is mainly treated by α-proteobacteria, and the effect obtained by carrying out the present invention is higher, preferable. Normally, the water to be treated 1 contains solid components such as turbidity, so when filtered directly through the
前処理された被処理水は、高圧ポンプ３によって、ろ過に必要な圧力で半透膜７に供給され、透過水９と濃縮水１３に分離される。供給配管の途中では、半透膜７におけるファウリングの進行を抑えるための薬液注入手段２により薬液が添加される。薬液注入手段２については、薬液の添加条件を制御するために、添加量や添加時間、添加頻度などがコントロールできるバルブやポンプを有する制御機構を備えていることが好ましい。
The pretreated water to be treated is supplied to the
また、必要に応じて、供給水圧力測定手段４と供給水流量測定手段５を設け、供給水の圧力や流量を測定しながら流量調整手段１２もしくは圧力調整手段を用いて供給水の圧力や流量を調整することもできる。 Further, if necessary, the supply water pressure measurement means 4 and the supply water flow rate measurement means 5 are provided, and the supply water pressure or flow rate is measured using the flow rate adjustment means 12 or the pressure adjustment means while measuring the pressure or flow rate of the supply water. Can also be adjusted.
また、供給水モニタリング手段６を用いて、本発明の細菌を検出するためのサンプルを獲得し、分析を行うことができる。必要に応じて、本発明の細菌をモニタリングする装置を設け、モニタリング結果に応じて薬液注入時間、薬液注入頻度および薬液注入濃度条件からなる群から選ばれる少なくとも１つを調整することもできる。 In addition, a sample for detecting the bacterium of the present invention can be obtained and analyzed using the feed water monitoring means 6. If necessary, an apparatus for monitoring the bacterium of the present invention may be provided, and at least one selected from the group consisting of a chemical solution injection time, a chemical solution injection frequency, and a chemical solution injection concentration condition may be adjusted according to the monitoring result.
また、濃縮水モニタリング手段１１を用いて、本発明の細菌を検出するためのサンプルを獲得し、分析を行うことができる。必要に応じて、本発明の細菌をモニタリングする装置を設け、モニタリング結果に応じて薬液注入時間、薬液注入頻度および薬液注入濃度条件からなる群から選ばれる少なくとも１つを調整することもできる。 Further, a sample for detecting the bacterium of the present invention can be obtained and analyzed using the concentrated water monitoring means 11. If necessary, an apparatus for monitoring the bacterium of the present invention may be provided, and at least one selected from the group consisting of a chemical solution injection time, a chemical solution injection frequency, and a chemical solution injection concentration condition may be adjusted according to the monitoring result.
また半透膜７の上流には、薬液洗浄のために、洗浄剤を導入する洗浄手段１０が設けられる。洗浄手段１０を導入する地点は特に限定されるものではないが、洗浄剤の種類によっては、高圧ポンプ３を腐食させるおそれがあるため、その下流に導入することが好ましい。また通常は、洗浄手段１０は濃縮水１３の配管の途中に導入され、洗浄剤が高圧ポンプ３の下流で供給水に混合され循環される。
Further, a cleaning means 10 for introducing a cleaning agent is provided upstream of the
半透膜７は、被処理水１を飲料水、工業用水、都市用水などに利用できるように、塩濃度を下げることができるものであれば、いかなる素材のものを用いても良いが、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系の素材により構成されるものが挙げられる。この中でも、本発明の方法において特に有効であるのは、ポリアミド系の素材により構成されるものである。ポリアミド系の膜は、分離特性に非常に優れるものの、バイオフィルムの増殖を防ぐために殺菌剤として最も一般的に用いられる塩素に対する耐性が低く、わずかな濃度の塩素であっても膜劣化が顕著に起こるため、バイオファウリングを防止することが難しい。よって本発明を実施することによる効果が顕著に現れる。
The
本発明では、上記例のような造水システムにおいて、供給水モニタリング手段６および／または濃縮水モニタリング手段１１から得られた供給水および／または濃縮水のサンプル中のαプロテオバクテリア綱に属する細菌の存在数、濃度および優占性からなる群から選ばれる少なくとも１つを測定することで、半透膜７の膜面におけるファウリングの進行状態を、膜差圧、透過性、分離性といった膜の運転データに現れる前に、把握することが可能となる。
In the present invention, in the fresh water generation system as in the above example, the bacteria belonging to the α proteobacteria class in the sample of the feed water and / or the concentrated water obtained from the feed water monitoring means 6 and / or the concentrated water monitoring means 11 By measuring at least one selected from the group consisting of the existence number, concentration, and dominance, the progress of fouling on the membrane surface of the
この際、被処理水および／または濃縮水のサンプルは、被処理水および／または濃縮水そのものをサンプリングしてモニタリングすることが好ましい。また、被処理水および／または濃縮水そのものに含まれているαプロテオバクテリア綱に属する細菌が少ない場合には、前記被処理水および／または濃縮水を、フィルターを用いてろ過し、ろ過したフィルター上の細菌をサンプルとして使用することもでき、また、前記被処理水および／または濃縮水が流れる配管、部材、計器に付着しているサンプルを使用することも可能である。 At this time, it is preferable that the sample of the water to be treated and / or the concentrated water is monitored by sampling the water to be treated and / or the concentrated water itself. In addition, when there are few bacteria belonging to the α-proteobacteria class contained in the treated water and / or concentrated water itself, the treated water and / or concentrated water is filtered using a filter, and the filtered filter The above bacteria can be used as a sample, and a sample attached to a pipe, member, or instrument through which the water to be treated and / or concentrated water flows can also be used.
上記αプロテオバクテリア綱細菌の存在数や濃度、優占性は、αプロテオバクテリア綱細菌の遺伝情報、ＲＮＡ転写特性、タンパク質翻訳特性、発現タンパク質生成物質特性、紫外線吸光特性などに基づいて決定することができる。具体的には、遺伝子情報に基づいてモニタリングする場合には、蛍光顕微鏡、蛍光イメージスキャナなどの蛍光測定装置、核酸のハイブリダイゼーション検出装置、フローサイトメーター、サーマルサイクラー、次世代シーケンサーおよび電気泳動装置などを用いることができる。また、ＲＮＡ転写特性、タンパク質翻訳特性、発現タンパク質生成物質特性などの遺伝子発現特性に基づいてモニタリングする場合には、蛍光顕微鏡、フローサイトメーター、電気泳動装置、質量分析装置、画像解析装置、分光光度計、蛍光測定装置、発光量測定装置などを用いればよい。そして、供給水モニタリング手段６および／または濃縮水モニタリング手段１１には、モニタリング結果に基づいて薬液注入条件を制御する薬液注入条件制御装置を設け、薬液注入手段２と繋ぐことで薬液注入を制御することができる。さらに、必要に応じて、供給水量、透過水量、供給圧力などの制御装置を設け、供給水量制御手段、透過水量制御手段、供給圧力制御手段と繋ぐことで、ぞれぞれの運転条件を制御し、バイオファウリングが抑制可能な運転条件に変更することもできる。
The number, concentration, and dominance of the α-proteobacteria are determined based on the genetic information, RNA transcription characteristics, protein translation characteristics, expressed protein product characteristics, UV absorption characteristics, etc. Can do. Specifically, when monitoring based on genetic information, fluorescence measurement devices such as fluorescence microscopes and fluorescence image scanners, nucleic acid hybridization detection devices, flow cytometers, thermal cyclers, next-generation sequencers, electrophoresis devices, etc. Can be used. In addition, when monitoring based on gene expression characteristics such as RNA transcription characteristics, protein translation characteristics, and expression protein production substance characteristics, fluorescence microscope, flow cytometer, electrophoresis apparatus, mass spectrometer, image analyzer, spectrophotometer A meter, a fluorescence measurement device, a light emission amount measurement device, or the like may be used. The supply water monitoring unit 6 and / or the concentrated
αプロテオバクテリア綱細菌の存在数や濃度、優占性については、寒天培地やαプロテオバクテリア系統群細菌選択培地などによる平板培養法によって増殖させてモニタリングすることもできるが、例えば次に説明するように、αプロテオバクテリア綱細菌の遺伝情報、ＲＮＡ転写特性、タンパク質翻訳特性、生成物質特性などに基づいてその存在数や濃度、優占性、特性の経時的変化などを観察すると、精度が高く、効率的であるので好ましい。 The abundance, concentration, and dominance of α-proteobacteria can be monitored by growing them by a plate culture method using an agar medium or α-proteobacterial group bacteria selection medium. In addition, the number, concentration, dominance, and changes in characteristics over time based on the genetic information, RNA transcription characteristics, protein translation characteristics, and product substance characteristics of α-proteobacteria are highly accurate. It is preferable because it is efficient.
＜モニタリング方法１：遺伝情報／特定遺伝子配列に基づくモニタリング＞
αプロテオバクテリア綱細菌の存在数や濃度、優占性を遺伝子情報に基づいてモニタリングする方法としては、染色体ゲノム全体のハイブリダイゼーション相同値による方法や、αプロテオバクテリア系統群細菌に特異的な遺伝子配列に基づく方法があるが、簡単に効率的かつ実質的に確認できるという観点から後者の方法に基づいてモニタリングすることが好ましい。特異的な遺伝子配列対象としては、１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子、２３ＳリボソームＲＮＡ遺伝子、ｇｙｒＢ遺伝子配列、リボソームＲＮＡ遺伝子間スペーサー領域などが挙げられる。また、モニタリングの対象としては、αプロテオバクテリア綱細菌の全部であっても一部であっても良く、さらに、αプロテオバクテリア綱細菌をモニタリングできるのであればその余の細菌を含んでいてもよい。
<Monitoring method 1: Genetic information / monitoring based on specific gene sequence>
Methods for monitoring the number, concentration, and dominance of α-proteobacteria based on genetic information include hybridization homology values for the entire chromosomal genome and gene sequences specific to α-proteobacteria family bacteria. However, it is preferable to perform monitoring based on the latter method from the viewpoint that it can be easily and effectively confirmed substantially. Specific gene sequence targets include 16S ribosomal RNA gene, 23S ribosomal RNA gene, gyrB gene sequence, spacer region between ribosomal RNA genes, and the like. Further, the monitoring target may be all or a part of the α-proteobacteria class, and may further include other bacteria as long as the α-proteobacteria class can be monitored. .
αプロテオバクテリア綱細菌の優占性をモニタリングする際には、例えば全原核生物や全細菌、ある分類群の細菌の存在数をできるだけ反映するような測定を同時に行い、それらとの比率で優占性を算出すると良い。 When monitoring the predominance of α-proteobacteria, for example, measurements that reflect the number of all prokaryotes, all bacteria, and bacteria of a certain taxonomic group as much as possible are performed at the same time. It is good to calculate sex.
特異的な遺伝子配列をモニタリングする方法としては、公知の手法を用いることができ、例えば遺伝子配列情報の中からαプロテオバクテリア綱細菌に特異的な領域を選択し、その遺伝子配列をもつオリゴヌクレオチド、もしくはポリヌクレオチドのハイブリダイゼーション効率を利用する方法を用いることができる。具体的には、蛍光物質やラジオアイソトープ、酵素学的レポーター分子、電気活性を持つインターカレーターなどを用いて、ドットハイブリダイゼーション法や、マイクロアレイ法、原位置ハイブリダイゼーション法などを用いることができる。原位置ハイブリダイゼーション法としては、蛍光標識オリゴヌクレオチド、もしくは蛍光標識ポリヌクレオチドを用いた蛍光原位置ハイブリダイゼーション法（ＦＩＳＨ法）を用いることができる。なお、必要に応じてシグナルを増強してＦＩＳＨ法を実施すればよい。ＦＩＳＨ法による検出方法としては、蛍光顕微鏡による方法でもフローサイトメーターを用いた方法でもよい。ドットハイブリダイゼーション法やマイクロアレイ法としては、αプロテオバクテリア綱細菌に特異的な遺伝子配列を持つオリゴヌクレオチド、もしくはポリオリゴヌクレオチドをメンブレンフィルター、もしくは基盤状に固定し、これに検出対象の水サンプルの核酸を蛍光物質などで標識したものをハイブリダイゼーションさせて行う方法などが挙げられる。 As a method for monitoring a specific gene sequence, a known method can be used. For example, a region specific to α-proteobacteriaceae is selected from gene sequence information, an oligonucleotide having the gene sequence, Alternatively, a method using the hybridization efficiency of the polynucleotide can be used. Specifically, a dot hybridization method, a microarray method, an in situ hybridization method, or the like can be used using a fluorescent substance, a radioisotope, an enzymatic reporter molecule, an intercalator having electric activity, or the like. As the in situ hybridization method, a fluorescence in situ hybridization method (FISH method) using a fluorescently labeled oligonucleotide or a fluorescently labeled polynucleotide can be used. In addition, what is necessary is just to implement a FISH method, enhancing a signal as needed. The detection method using the FISH method may be a method using a fluorescence microscope or a method using a flow cytometer. In the dot hybridization method or microarray method, an oligonucleotide or polyoligonucleotide having a gene sequence specific to α-proteobacteria is immobilized on a membrane filter or substrate, and the nucleic acid of the water sample to be detected is fixed to this. And the like, which is carried out by hybridizing a substance labeled with a fluorescent substance or the like.
αプロテオバクテリア綱細菌に特異的な１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子配列を持つオリゴヌクレオチドもしくはポリヌクレオチドのハイブリダイゼーション効率を利用する方法としては、米国ＮＣＢＩの遺伝子銀行に登録されている上記αプロテオバクテリア綱、リゾビウム目、キサントバクタラセー科、キサントバクター属、スターケヤ属の遺伝子配列またはこれに相当する遺伝子配列の一部を有し、αプロテオバクテリア綱細菌の核酸と特異的にハイブリダイズし得るＤＮＡもしくはＲＮＡプローブを用いればよい。例えば、配列番号１〜２０に記載の塩基配列またはこれに相当する塩基配列を検出することができるプローブであれば良い。ただ、当然これらの塩基配列以外にも、αプロテオバクテリア綱細菌をハイブリダイゼーションによって検出できるよう設計されたものであれば用いることができる。 As a method of utilizing the hybridization efficiency of oligonucleotides or polynucleotides having a 16S ribosomal RNA gene sequence specific to α-proteobacteria, the above-mentioned α-proteobacteria, Rhizobium, registered in the US NCBI gene bank A DNA or RNA probe that has a gene sequence of the family Xanthobacteraceae, Xanthobacter genus, Starkeya genus or a part of the gene sequence corresponding thereto and can specifically hybridize with a nucleic acid of an α-proteobacteriaceae May be used. For example, any probe that can detect the base sequences described in SEQ ID NOs: 1 to 20 or the base sequences corresponding thereto may be used. Of course, in addition to these base sequences, those designed to be able to detect α-proteobacteria bacteria by hybridization can be used.
また、特異的な遺伝子配列をモニタリングする方法としては、αプロテオバクテリア綱細菌に特異的な遺伝子配列をもつプライマーＤＮＡを用いたポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ）を応用して検出・定量する方法もある。こうした方法としては、αプロテオバクテリア綱細菌に特異的なプライマーセットを用いて、核酸の増幅をリアルタイムで検出しながら行う定量ＰＣＲ法などが挙げられる。さらに、半透膜へ供給する供給水に含まれる微生物のゲノムＤＮＡを抽出し、原核生物一般、細菌一般あるいはさらに範囲の狭い分類系統群に特異的なプライマーセットを用いて分別しモニタリングすることもできる。この電気泳動法としては変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法（ＤＧＧＥ）を用いることができる。 In addition, as a method for monitoring a specific gene sequence, there is also a method for detecting and quantifying by applying a polymerase chain reaction method (PCR) using a primer DNA having a gene sequence specific to α-proteobacteriaceae. . Examples of such a method include a quantitative PCR method in which amplification of a nucleic acid is detected in real time using a primer set specific to α-proteobacteria. In addition, the genomic DNA of microorganisms contained in the water supplied to the semipermeable membrane can be extracted, separated and monitored using primer sets specific to prokaryotes in general, bacteria in general or a narrower taxonomic group. it can. As this electrophoresis method, denaturant concentration gradient gel electrophoresis (DGGE) can be used.
＜モニタリング方法２／遺伝子発現特性＞
さらに、αプロテオバクテリア綱細菌のモニタリング方法としては、その遺伝子発現特性を利用することもできる。遺伝子発現特性とは、αプロテオバクテリア綱細菌ゲノムからのＲＮＡ転写特性、タンパク質翻訳特性および生成物質特性（例えば発現タンパク質生成物質特性）などをいう。そのため、性質変化を遺伝子発現特性で追跡することは半透膜を用いた造水方法の運転安定性において非常に有用であり、遺伝子発現特性と発生トラブルとを関連づけてモニタリングすることによって、早い段階でより正確にトラブルを予測・検知し対策を講じることができる。遺伝子発現特性の対象としては特に限定するものではなく、構成遺伝子、制御遺伝子を問わない。
<Monitoring method 2 / gene expression characteristics>
Furthermore, as a method for monitoring α-proteobacteria, its gene expression characteristics can be used. Gene expression characteristics refer to RNA transcription characteristics, protein translation characteristics, and product substance characteristics (for example, expressed protein product substance characteristics) from the α-proteobacteria class genome. Therefore, it is very useful to monitor the change in properties with gene expression characteristics in terms of the operational stability of a water production method using a semipermeable membrane. It is possible to predict and detect troubles more accurately and take countermeasures. The target of gene expression characteristics is not particularly limited, and may be any constituent gene or regulatory gene.
ＲＮＡ転写特性の対象としては、リボソームＲＮＡおよび／またはメッセンジャーＲＮＡのいずれであっても良い。リボソームＲＮＡは、リボソームという生物の本質に関わる機能を持ったＲＮＡであるため配列の保存性が高く、生物同士の比較が可能であるため、原核生物の系統分類に一般的に使われており、本発明のモニタリング方法として好ましい。また、メッセンジャーＲＮＡは、微生物がタンパク質を合成するときに情報を読みとるＲＮＡであるため、微生物の増殖に関わるタンパク質の生成をより速く察知することができる点から、本発明のモニタリング方法として好ましい。
そして、これらＲＮＡ転写特性をモニタリングする手法としては様々な公知の方法をとることができ、例えば、メッセンジャーＲＮＡの存在量をハイブリダイゼーションにより解析する方法や、画像解析装置を用いたＤＮＡチップによる方法などが挙げられる。また、ＦＩＳＨを用いることもできる。
The target of RNA transcription characteristics may be either ribosomal RNA and / or messenger RNA. Ribosomal RNA is a RNA that has a function related to the essence of organisms called ribosomes, so sequence conservation is high, and comparison between organisms is possible, so it is generally used for phylogenetic classification of prokaryotes, This is preferable as the monitoring method of the present invention. Moreover, since messenger RNA is RNA which reads information when a microorganism synthesizes a protein, it is preferable as the monitoring method of the present invention because it can detect the production of a protein involved in the growth of the microorganism more quickly.
Various known methods can be used for monitoring these RNA transcription characteristics, such as a method for analyzing the abundance of messenger RNA by hybridization, a method using a DNA chip using an image analyzer, and the like. Is mentioned. FISH can also be used.
また、タンパク質翻訳特性の対象タンパク質としては特に限定されるものではなく、例えば形態変化誘導タンパク質や細胞外ポリマー生成タンパク質などが挙げられる。タンパク質翻訳特性をモニタリングする方法としても、例えば２次元電気泳動法やウェスタンブロット、質量分析装置など様々な公知のタンパク質分析方法を用いることができる。 In addition, the target protein having protein translation characteristics is not particularly limited, and examples thereof include a morphological change-inducing protein and an extracellular polymer-forming protein. As a method for monitoring protein translation characteristics, various known protein analysis methods such as two-dimensional electrophoresis, Western blot, and mass spectrometer can be used.
さらに、生成物質特性の対象としても特に限定するものではなく、例えば細胞外生成ポリマーや菌体内成分が挙げられる。細胞外生成ポリマーや菌体内成分をモニタリングする方法としては、例えば液体クロマトグラフィー装置やガスクロマトグラフィー装置、質量分析装置、分光光度計、蛍光測定装置、発光量測定装置などを用いた方法があり、抗体抗原反応を活用したイライザ法なども適用できる。 Furthermore, it is not particularly limited as a target of the product substance characteristics, and examples thereof include extracellularly generated polymers and intracellular components. Examples of methods for monitoring extracellularly produced polymers and intracellular components include methods using a liquid chromatography device, a gas chromatography device, a mass spectrometer, a spectrophotometer, a fluorescence measuring device, a luminescence measuring device, etc. An ELISA method using an antibody-antigen reaction can also be applied.
また、本発明のαプロテオバクテリア綱細菌のモニタリング方法として、αプロテオバクテリア綱に属する細菌が、リゾビウム目に属する細菌であることが好ましい。これは、αプロテオバクテリア綱の中でも、リゾビウム目に属する細菌が粘質物を出す細菌であると考えられ、リゾビウム目に属する細菌が半透膜に付着して増殖することにより目詰まりが発生すると考えられるからである。リゾビウム属細菌は土壌細菌である根粒菌の一種であり、粘質物を出すものと考えられ、半透膜に付着することにより目詰まりが発生する。 In addition, as a method for monitoring α-proteobacteria of the present invention, a bacterium belonging to the α-proteobacteria is preferably a bacterium belonging to the order Rhizobium. It is thought that bacteria belonging to the order Rhizobium are sticky substances among the α-proteobacteria, and clogging occurs when bacteria belonging to the order Rhizobium adhere to the semipermeable membrane and proliferate. Because it is. Rhizobium is a kind of rhizobia that is a soil bacterium. It is considered to produce mucilage, and clogging occurs when it adheres to the semipermeable membrane.
また、本発明のαプロテオバクテリア綱細菌のモニタリング方法として、αプロテオバクテリア綱に属する細菌が、リゾビウム目のキサントバクタラセー科に属する細菌であることが好ましい。これは、キサントバクタラセー科に属する細菌が、トリス（ヒドロキシメチル）誘導体など、他の細菌が分解することが困難である物質を酸化する機能を有しており、被処理水の中に含まれている比較的難分解性の物質を使用することができるためであり、微量の難分解性物質の流入によりキサントバクタラセー科に属する細菌が急激に増殖して粘質物を出すなどで半透膜のファウリングを起こすことが考えられる。 In addition, as a method for monitoring α-proteobacteria of the present invention, it is preferable that the bacterium belonging to the α-proteobacteria is a bacterium belonging to the family Rhizobacteria Xanthobacteraceae. This is because bacteria belonging to the family Xanthobacteraceae oxidize substances that are difficult for other bacteria to decompose, such as tris (hydroxymethyl) derivatives, and are included in the water to be treated. This is because relatively indegradable substances can be used, and bacteria belonging to the family Xanthobacteraceae grow rapidly due to the inflow of a trace amount of indestructible substances to produce mucilage. Possible fouling of the permeable membrane.
また、本発明のαプロテオバクテリア綱細菌のモニタリング方法として、αプロテオバクテリア綱に属する細菌が、リゾビウム目のキサントバクタラセー科に属する、キサントバクター属またはスターケヤ属の細菌であることが好ましい。これは、キサントバクター属の微生物はトリス（ヒドロキシメチル）誘導体など分解が困難である物質を酸化する機能を有する特徴があり、またスターケヤ属に属する微生物は補酵素結合型グルコース脱水素酵素の生産能を有する特徴があることから、キサントバクター属またはスターケヤ属の細菌は粘質物を生成する。これらの特徴から、被処理水の流入水質の変化により、分解が困難である物質を多く含む被処理水はキサントバクター属の細菌が増殖し、グルコースの含有が多い被処理水の場合にはスターケヤ属の細菌が増殖することで、半透膜のファウリングを引き起こす。また、キサントバクター属の細菌により分解された後の分解後生成物質をスターケヤ属の細菌が分解して増殖し、半透膜のファウリングを引き起こすことも考えられる。 In addition, as a method for monitoring α-proteobacteria of the present invention, the bacterium belonging to the α-proteobacteria is preferably a bacterium belonging to the genus Xantobacter or Starkya belonging to the family Rhizobacteria Xanthobacteraceae. This is because Xanthobacter microorganisms have the function of oxidizing substances that are difficult to decompose, such as tris (hydroxymethyl) derivatives, and microorganisms belonging to Starkya produce coenzyme-linked glucose dehydrogenase. Because of the characteristics that have the ability, the bacteria of the genus Xantobacter or Starkya produce mucilage. Because of these characteristics, the treated water that contains a lot of substances that are difficult to decompose due to changes in the quality of the influent water of the treated water, grows bacteria of the genus Xanthobacter, and in the case of treated water that contains a lot of glucose The growth of Starkella spp. Causes fouling of the semipermeable membrane. In addition, it is also conceivable that Starkella bacteria decompose and proliferate after the decomposition by the Xanthobacter bacteria, causing fouling of the semipermeable membrane.
１ 被処理水
２ 薬液注入手段
３ 高圧ポンプ
４ 供給水圧力測定手段
５ 供給水流量測定手段
６ 供給水モニタリング手段
７ 半透膜
８ 透過水流量測定手段
９ 透過水
１０ 洗浄手段
１１ 濃縮水モニタリング手段
１２ 流量調整手段
１３ 濃縮水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water to be treated 2 Chemical solution injection means 3 High pressure pump 4 Supply water pressure measurement means 5 Supply water flow rate measurement means 6 Supply water monitoring means 7 Semipermeable membrane 8 Permeate flow rate measurement means 9
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP (1) | JP2014172013A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018512163A (en) * | 2015-04-15 | 2018-05-17 | エコラブ ユーエスエイ インク | Method for determination of diversity and viability thresholds used to assess microorganisms in process samples |
| JP2019206000A (en) * | 2019-07-04 | 2019-12-05 | 水ｉｎｇ株式会社 | Separation membrane contaminated state analytic method, filtration object water quality evaluation method using the method, and filtration system for performing separation membrane contaminated state analytic method |
| US11610467B2 (en) | 2020-10-08 | 2023-03-21 | Ecolab Usa Inc. | System and technique for detecting cleaning chemical usage to control cleaning efficacy |
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- 2013-03-12 JP JP2013049080A patent/JP2014172013A/en active Pending
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