JP2020500698A - Biobeads for biofouling control in membrane bioreactors - Google Patents

Biobeads for biofouling control in membrane bioreactors Download PDF

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Abstract

廃水処理における膜生物汚損を低減および/または防止するためのアルギン酸カルシウムのごとき架橋された高分子マトリックス材料内に保持されたクオラムクエンチング(QQ)バクテリアを含む複合材料が本明細書に開示される。前記複合材料は、さらに、活性炭のごとき生物学的適合性吸収材料、およびポリスルホンのごときさらなる高分子材料の表面コーティングを含み得る。本明細書に開示された複合材料は、特にメンブレン・バイオリアクタでの使用に適することもでき、特定のQQバクテリアコンソーシアムは、好気性メンブレン・バイオリアクタに適し、他のものは、嫌気性メンブレン・バイオリアクタに適する。Disclosed herein is a composite material comprising quorum quenching (QQ) bacteria retained within a cross-linked polymeric matrix material, such as calcium alginate, for reducing and / or preventing membrane biofouling in wastewater treatment. You. The composite may further include a biocompatible absorbent material, such as activated carbon, and a further polymeric surface coating, such as polysulfone. The composite materials disclosed herein may also be particularly suitable for use in a membrane bioreactor, certain QQ bacterial consortiums are suitable for aerobic membrane bioreactors, others are anaerobic membrane bioreactors. Suitable for bioreactors.

Description

本発明は、膜生物汚損(biofouling)を低減および/または防止するためにメンブレン・バイオリアクタ(膜型バイオリアクタ;membrane bioreactor)において用いる複合材料に関する。   The present invention relates to a composite material for use in a membrane bioreactor to reduce and / or prevent membrane biofouling.

本明細書中の先行されるような文書のリストまたは言及は、その文書が当該技術分野の技術水準の一部であるか、または共通の一般知識であるという認容として必ずしも取られるべきではない。   A listing or reference to a document as set forth in this specification should not necessarily be taken as an acknowledgment that the document is part of the state of the art or is common general knowledge.

生物学的分解および膜濾過の組合せであるメンブレン・バイオリアクタ(MBR)は、高度廃水処理技術として広く認められ、廃水再生利用および再利用における高まる人気を世界的に獲得している[J. Membr. Sci. 284 (2006) 17-53]。従来の活性汚泥法に比較して、MBRは、高い処理効率、低い汚泥生成、小さなフットプリント(footprint)およびより良好な流出液水質(effluent quality)を含む特有の有利さを有する[Desalination. 306 (2012) 35-40]。しかしながら、膜汚損(または生物汚損)は、著しく流れを減退し、その結果、運転および維持の費用を増加させるという主要な挑戦を残している。かくして、膜汚損は、依然として、汚損制御に関連した高いエネルギー需要および運転費のため、MBR市場の成長を妨げる障害である。   Membrane bioreactors (MBR), a combination of biodegradation and membrane filtration, are widely recognized as advanced wastewater treatment technologies and are gaining increasing popularity worldwide in wastewater reclamation and reuse [J. Membr Sci. 284 (2006) 17-53]. Compared to the conventional activated sludge process, MBR has unique advantages including high treatment efficiency, low sludge production, small footprint and better effluent quality [Desalination. 306 (2012) 35-40]. However, membrane fouling (or biofouling) leaves a major challenge of significantly reducing flow and consequently increasing operating and maintenance costs. Thus, membrane fouling remains an obstacle to the growth of the MBR market due to the high energy demands and operating costs associated with fouling control.

嫌気性メンブレン・バイオリアクタ(AnMBR)における低強度の都市廃水の嫌気性処理は、中立またはポジティブさえのエネルギーバランス、低固体生成、および通常の好気的処理よるより小さなフットプリントにより、近年増加する注目を浴びている。しかしながら、好気性MBRと同様に、膜生物汚損はAnMBRの広範囲の適用への最も大きな障害を残している。膜生物汚損は、濾過流を低下させ、運転費用を増加させ;バイオガスを撒き、最も広く用いる生物汚損制御方法は、廃水処理プラントの総運転費用の60%も掛かりかねなかった。したがって、新規な抗汚損膜および汚損制御技術の開発は、膜技術に対する研究の焦点である。   Anaerobic treatment of low-intensity municipal wastewater in anaerobic membrane bioreactors (AnMBR) has increased in recent years due to neutral or even positive energy balance, low solids production, and a smaller footprint from conventional aerobic treatment. It is getting attention. However, like aerobic MBR, membrane biofouling remains the biggest obstacle to widespread application of AnMBR. Membrane biofouling reduces filtration flow and increases operating costs; biogas sparging and the most widely used biofouling control methods could cost as much as 60% of the total operating cost of a wastewater treatment plant. Therefore, the development of new antifouling membranes and fouling control technology is the focus of research on membrane technology.

膜生物汚損は、膜間差圧(TMP)プロフィールにおける3つの主要ステージ:
1.細孔閉塞による初期上昇(ステージ1);
2.膜表面上の細胞外高分子物質(EPS)の蓄積による緩慢な上昇;および
3.バイオフィルム形成に起因した急激なジャンプ(ステージ3)
により特徴付けることができる。
Membrane biofouling is the three main stages in transmembrane pressure (TMP) profiles:
1. Initial rise due to pore blockage (stage 1);
2. Slow rise due to accumulation of extracellular polymeric substances (EPS) on the membrane surface; and Rapid jump due to biofilm formation (Stage 3)
Can be characterized by

流体力学的パラメーターにおける変動値(通気速度および空気拡散器位置(air diffuser position)、緩和/濾過モードおよび逆洗)、凝固/凝集による材料前処理、化学的(酸、塩基および酸化剤)洗浄、およびポリマーまたは粉末活性炭(PAC)の添加のごとき種々の手段を好気性系における膜生物汚損を引き起こす要因を同定および根絶する試みに用いてきた。しかしながら、これらのすべてのアプローチは、膜表面上でバイオフィルム形成の課題−膜の非常に重要な流れにおける急激な減少に導く自然プロセスに取り組まないため、膜生物汚損の軽減に制限を有している。   Fluctuations in hydrodynamic parameters (aeration rate and air diffuser position, relaxation / filtration mode and backwash), material pretreatment by coagulation / coagulation, chemical (acid, base and oxidant) cleaning, Various means, such as and the addition of polymer or powdered activated carbon (PAC), have been used in an attempt to identify and eradicate factors that cause membrane biofouling in aerobic systems. However, all of these approaches have limitations in mitigating membrane biofouling because they do not address the challenge of biofilm formation on the membrane surface-a natural process that leads to a sharp decrease in the critical flow of the membrane. I have.

過去数年間、生物学的アプローチ−バクテリアクオラムクエンチング(QQ、quorum quenching)を採用して、バクテリア中の細胞−細胞コミュニケーションを低下させ、それにより、膜上のバイオフィルム発生を遅延させてきた。QQは、液体培養[J. Microbiol. Biotechnol. 24 (2014) 97-105]、またはアルギン酸塩ビーズ中で固定化した[J. Membr. Sci. 411-412 (2012) 130-136]のいずれにおいてもMBRにQQ酵素生成バクテリアを導入する。異なるアプローチのうち、アルギン酸塩またはポリマーコートしたアルギン酸塩ビーズに固定化したQQバクテリアの添加は汚損制御に最も有効であることが示されている。   In the past few years, biological approaches-quorum quenching (QQ) have been employed to reduce cell-cell communication in bacteria, thereby delaying biofilm development on membranes. . QQ was either in liquid culture [J. Microbiol. Biotechnol. 24 (2014) 97-105] or immobilized in alginate beads [J. Membr. Sci. 411-412 (2012) 130-136]. Also introduces QQ enzyme producing bacteria into the MBR. Of the different approaches, the addition of QQ bacteria immobilized on alginate or polymer-coated alginate beads has been shown to be most effective for fouling control.

N−アシル−ホモセリンラクトン(AHL)は、グラム陰性菌中の同一種内の相互作用を媒介し、一方、自己誘導物質−2(AI−2)はグラム陰性およびグラム陽性菌の双方を横切って種間の相互作用を媒介し、双方はEPSの生成に寄与し、バイオフィルム増殖を刺激する。前記に注目のごとく、最も広範囲に研究された好気性系のQQベースの生物汚損制御技術は、アルギン酸塩ビーズ中にこれらのバクテリアを固定化することによりAHLをクエンチするバクテリア株の富化を含む。QQ包埋したアルギン酸塩ビーズがMBRに加えられる場合、QQ株はAHLのレベルを涸渇させ、かくして、膜上のバイオフィルム(ケーキ層)増殖を妨害する。また、刺激の連続的補足を介する内因性QQ株のバイオ刺激は、好気性MBRにおける生物汚損制御に効力を有する[Biotechnol. Bioeng. 113 (2016) 2624-2632]。また、最近、アルギン酸塩ビーズに包埋した真菌株を利用する好気性系のための第1の自己誘導物質−2(AI−2標的化)QQ技術は、好気性MBRにおける汚損制御についてのその潜在性を示した[Environ. Sci. Technol. 50 (2016) 10914-10922]。   N-acyl-homoserine lactone (AHL) mediates interactions within the same species in Gram-negative bacteria, while autoinducer-2 (AI-2) crosses both Gram-negative and Gram-positive bacteria. Mediating interactions between species, both contribute to the production of EPS and stimulate biofilm growth. As noted above, the most extensively studied aerobic QQ-based biofouling control technology involves enrichment of bacterial strains that quench AHL by immobilizing these bacteria in alginate beads. . When QQ-embedded alginate beads are added to the MBR, the QQ strain depletes the levels of AHL, thus preventing biofilm (cake layer) growth on the membrane. Also, biostimulation of endogenous QQ strains through continuous supplementation of stimuli has efficacy in controlling biofouling in aerobic MBR [Biotechnol. Bioeng. 113 (2016) 2624-2632]. Also, recently, the first autoinducer-2 (AI-2 targeted) QQ technology for aerobic systems utilizing fungal strains embedded in alginate beads has been developed for its control of fouling in aerobic MBR. Potential [Environ. Sci. Technol. 50 (2016) 10914-10922].

好気性系についての初期のアプローチにおいて、QQバクテリアはアルギン酸カルシウムビーズ中に固定化した。さらに、最近、これらのアルギン酸カルシウムビーズは、それらの安定性を改善するためにポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンのごときポリマーでコートされた。   In an early approach to aerobic systems, QQ bacteria were immobilized in calcium alginate beads. Furthermore, recently, these calcium alginate beads have been coated with polymers such as polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyethersulfone to improve their stability.

さらに、嫌気性メンブレン・バイオリアクタ中のQQベースの生物汚損制御は検討されていない。メタン生成菌中で特徴付けられたAHL媒介クオラムセンシング(QS)だけが、メタノサエタ ハルンディナセア(Methanosaeta harundinacea)中のAHLが従前に記載された好気性AHLと構造的および機能的に異なることを示している[ISME J. 6 (2012) 1336-1344]。   In addition, QQ-based biofouling control in anaerobic membrane bioreactors has not been studied. Only AHL-mediated quorum sensing (QS) characterized in methanogens shows that AHL in Methanosaeta harundinacea differs structurally and functionally from the previously described aerobic AHL in Methanosaeta harundinacea [ISME J. 6 (2012) 1336-1344].

したがって、厳しい環境条件に対して安定し、好気性および嫌気性系についての大規模生成に実現可能である新しいバクテリア固定方法の緊急の必要性が存在する。   Thus, there is an urgent need for new bacterial fixation methods that are stable to harsh environmental conditions and are feasible for large-scale production of aerobic and anaerobic systems.

本発明は、前記に遭遇し記載された多数の課題を解決する複合材料を驚くべきことに提供する。驚くべきことには、嫌気性メンブレン・バイオリアクタにおいて用いるのに適する複合材料を得ることができることが判明した。かくして、本発明の第1の態様において、膜生物汚損を低減および/または防止する、嫌気性メンブレン・バイオリアクタに用いる複合材料が提供され:前記複合材料は、
バクテリア増殖(細菌増殖)と適合性の架橋された高分子マトリックス材料;および
バクテリア集団(微生物集団)
を含み、
バクテリア集団は高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合され、バクテリア集団はミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になり;および
均一に混合された前記バクテリア集団および前記高分子マトリックス材料は、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料でコートされる。
The present invention surprisingly provides a composite material that solves many of the problems encountered and described above. Surprisingly, it has been found that a composite material suitable for use in an anaerobic membrane bioreactor can be obtained. Thus, in a first aspect of the present invention there is provided a composite material for use in an anaerobic membrane bioreactor, wherein the composite material reduces and / or prevents membrane biofouling:
A cross-linked polymeric matrix material compatible with bacterial growth (bacterial growth); and a bacterial population (microbial population)
Including
The bacterial population is homogeneously mixed throughout the polymeric matrix material, and the bacterial population is substantially comprised of Microbacterium sp. QQ1 (KR084848); and the uniformly mixed bacterial population and the polymeric matrix material are It is coated with a coating material selected from one or more of the group consisting of vinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene.

本発明の第1の態様の具体例において、複合材料は、高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合される生物学的適合性吸着材料を含み得る(例えば、生物学的適合性吸着材料は、活性炭、イオン交換樹脂、キトサン、ゼオライトおよびリグニンよりなる群の1以上から、例えば、活性炭が選択され得る)。   In embodiments of the first aspect of the present invention, the composite material may include a biocompatible adsorbent material that is uniformly mixed throughout the polymeric matrix material (eg, the biocompatible adsorbent material comprises For example, activated carbon may be selected from one or more of the group consisting of activated carbon, ion exchange resins, chitosan, zeolites and lignin).

また、生物学的適合性吸着材料を含有する好気性系のための複合材料が、驚くベきことに、優れた特性を有することが判明した(適切な生物学的適合性吸着材料は、活性炭、イオン交換樹脂、キトサン、ゼオライトおよびリグニンよりなる群の1以上から、例えば、活性炭が選択され得る)。かくして、本発明の第2の態様において、膜生物汚損を低減および/または防止するメンブレン・バイオリアクタに用いる複合材料が提供され、複合材料は:
バクテリア増殖と適合性の架橋された高分子マトリックス材料;
バクテリア集団;および
生物学的適合性吸着材料を含み、
バクテリア集団および吸着材料は、高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合され、バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカ(Enterobacter cloaca)QQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4から選択される1以上のバクテリア種から実質的になる。
It has also been surprisingly found that composite materials for aerobic systems containing biocompatible adsorbent materials have excellent properties (suitable biocompatible adsorbent materials are activated carbon , For example, activated carbon may be selected from one or more of the group consisting of: ion exchange resins, chitosan, zeolites and lignin). Thus, in a second aspect of the present invention, there is provided a composite material for use in a membrane bioreactor for reducing and / or preventing membrane biofouling, the composite material comprising:
A cross-linked polymeric matrix material compatible with bacterial growth;
A bacterial population; and a biocompatible adsorbent material;
The bacterial population and the adsorbent material are homogeneously mixed throughout the polymeric matrix material, and the bacterial population is composed of Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloaca QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR05846). And one or more bacterial species selected from Rhodococcus species BH4.

本発明の第2の態様のある種の具体例において:
(I) バクテリア集団が大腸菌ΔlsrRΔluxSをさらに含むこともでき;
(II) 均一に混合された前記バクテリア集団および前記高分子マトリックス材料が、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料でコートすることもでき;
(III) 複合材料は、40,000〜100,000Pa、例えば、45,000〜70,000Pa、例えば、48,000〜100,000、例えば、48,000〜70,000のヤング率値を有し得る。
In certain embodiments of the second aspect of the present invention:
(I) the bacterial population may further comprise E. coli ΔlsrRΔluxS;
(II) The homogeneously mixed bacterial population and the polymer matrix material are one or more of the group consisting of polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene. Can also be coated with a coating material selected from;
(III) The composite material has a Young's modulus value of 40,000 to 100,000 Pa, for example, 45,000 to 70,000 Pa, for example, 48,000 to 100,000, for example, 48,000 to 70,000. I can do it.

本発明の第1および第2の態様の具体例において:
(A)架橋された高分子マトリックス材料は、二価(2+)または三価(3+)の金属イオンによって架橋されたポリアニオン性ポリマーであり得(例えば、ポリアニオン性ポリマーは、アルギン酸塩またはポリアニオン性セルロースであり得る、および/または架橋している金属イオンは、Ca2+およびMg2+からなる群から選択される二価金属イオンであり得、例えば、架橋された高分子マトリックス材料は、アルギン酸カルシウムであり得る);
(B)バクテリア集団(乾燥重量)−対−架橋された高分子マトリックス材料の比は、1:500〜1:2,000w/w、例えば、1:750〜1:1,500w/w、例えば、約1:1,000w/wであり得;
(C)バクテリア集団(乾燥重量)−対−生物学的適合性吸着材料の比は、1:300〜1:800w/w、例えば、1:400〜1:600w/w、例えば、約1:500w/wであり得;
(D)複合材料は2〜3mmの直径を持つ球状ビーズとして提供でき;
(E)複合材料がコーティング材料でコートされる場合、コートされた複合材料は、200,000〜400,000Pa、例えば、250,000〜350,000Pa、例えば、300,000〜310,000のヤング率値を有し得る。
In embodiments of the first and second aspects of the invention:
(A) The crosslinked polymeric matrix material may be a polyanionic polymer crosslinked by divalent (2+) or trivalent (3+) metal ions (eg, the polyanionic polymer may be alginate or polyanionic cellulose). And / or the cross-linking metal ion can be a divalent metal ion selected from the group consisting of Ca 2+ and Mg 2+ , for example, the cross-linked polymeric matrix material is calcium alginate obtain);
(B) The ratio of bacterial population (dry weight) to crosslinked polymeric matrix material is from 1: 500 to 1: 2,000 w / w, for example, 1: 750 to 1: 1,500 w / w, for example, , About 1: 1,000 w / w;
(C) The ratio of bacterial population (dry weight) to biocompatible adsorbent material is from 1: 300 to 1: 800 w / w, for example 1: 400 to 1: 600 w / w, for example, about 1: Can be 500 w / w;
(D) the composite can be provided as spherical beads having a diameter of 2-3 mm;
(E) When the composite material is coated with a coating material, the coated composite material has a Young's of 200,000 to 400,000 Pa, for example, 250,000 to 350,000 Pa, for example, 300,000 to 310,000. It can have a rate value.

前記のごとく、本発明の第1の態様の材料は、嫌気性膜型リアクターの一部として特に有用である。したがって、本発明の第3の態様において、廃水を処理するための嫌気性メンブレン・バイオリアクタの使用方法が提供され、その方法は、
(a)本発明の第1の態様に記載の複合材料およびその具体例のいずれかの技術的に知覚可能な組合せからの作製された0.5〜10%v/vのビーズをメンブレン・バイオリアクタに添加する工程;および
(b)引き続いて、嫌気性条件下の前記メンブレン・バイオリアクタで廃水を処理する工程
を含む。
As noted above, the materials of the first aspect of the invention are particularly useful as part of an anaerobic membrane reactor. Accordingly, in a third aspect of the present invention, there is provided a method of using an anaerobic membrane bioreactor for treating wastewater, the method comprising:
(A) 0.5 to 10% v / v beads made from the technically perceptible combination of any of the composites and the embodiments according to the first aspect of the invention with membrane bio. Adding to the reactor; and (b) subsequently treating wastewater in said membrane bioreactor under anaerobic conditions.

本発明の第2の態様の複合材料は、好気性メンブレン・バイオリアクタで用いるのに特に適し得る。したがって、本発明の第4の態様において、廃水を処理するための好気性メンブレン・バイオリアクタの使用方法が提供され、その方法は、
(a)本発明の第2の態様に記載の複合材料およびその具体例のいずれかの技術的に知覚可能な組合せから作製された0.5〜10%v/vのビーズをメンブレン・バイオリアクタに添加する工程;および
(b)引き続いて、好気性条件下の前記メンブレン・バイオリアクタで廃水を処理する工程
を含む。
The composite of the second aspect of the present invention may be particularly suitable for use in an aerobic membrane bioreactor. Accordingly, in a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of using an aerobic membrane bioreactor for treating wastewater, the method comprising:
(A) 0.5 to 10% v / v beads made from a technically perceptible combination of the composite material according to the second aspect of the present invention and any of the embodiments thereof in a membrane bioreactor. And (b) subsequently treating wastewater in said membrane bioreactor under aerobic conditions.

本発明の第3および第4の態様の具体例において、ビーズは、1%〜5%v/v量で提供できる、および/またはその方法は、工程(b)の一部として逆洗工程を含み得る。   In embodiments of the third and fourth aspects of the invention, the beads may be provided in a 1% to 5% v / v amount, and / or the method may include a backwash step as part of step (b). May be included.

本発明の第5の態様において、本発明の第2の態様、およびその具体例のいずれの技術的に知覚可能な組合せによる複合材料の製造方法が提供され、その方法は、
(i)溶媒中のバクテリア集団、未架橋の高分子材料および生物学的適合性吸着材料を含む第1の混合物を提供する工程;
(ii)溶媒中の未架橋の高分子材料のための架橋剤を含む第2の混合物に第1の混合物を添加して、複合材料を形成する工程
を含み、
バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4から選択される1以上のバクテリア種から実質的になる。
In a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a composite material according to any technically perceptible combination of the second aspect of the present invention, and embodiments thereof, the method comprising:
(I) providing a first mixture comprising a bacterial population, an uncrosslinked polymeric material, and a biocompatible adsorbent material in a solvent;
(Ii) adding the first mixture to a second mixture comprising a crosslinking agent for the uncrosslinked polymeric material in a solvent to form a composite material;
The bacterial population consists essentially of one or more bacterial species selected from Microbacterium sp. QQ1 (KR058488), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058854), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. BH4.

本発明の第5の態様の具体例において、バクテリア集団は、大腸菌ΔlsrRΔluxSをさらに含むこともでき、および/または方法は、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料で工程(ii)の複合材料をコートする工程をさらに含むこともできる。   In an embodiment of the fifth aspect of the present invention, the bacterial population may further comprise E. coli ΔlsrRΔluxS, and / or the method may comprise polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, The method may further include coating the composite of step (ii) with a coating material selected from one or more of the group consisting of polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene.

本発明の第6の態様において、本発明の第1の態様、およびその具体例のいずれかの技術的に知覚可能な組合せによる複合材料の製造方法が提供され、その方法は、
(i)溶媒中のバクテリア集団、未架橋の高分子材料、および所望による生物学的適合性吸着材料を含む第1の混合物を提供する工程;
(ii)溶媒中の未架橋の高分子材料ための架橋剤を含む第2の混合物に第1の混合物を添加して、複合材料を形成する工程;および
(iii)ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料で工程(ii)の生成物をコートする工程
を含み、
バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になる。
In a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a composite material according to the technically perceptible combination of any of the first aspect of the present invention, and embodiments thereof, the method comprising:
(I) providing a first mixture comprising a bacterial population in a solvent, an uncrosslinked polymeric material, and an optional biocompatible adsorbent material;
(Ii) adding the first mixture to a second mixture comprising a crosslinking agent for the uncrosslinked polymeric material in a solvent to form a composite material; and (iii) polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride Coating the product of step (ii) with a coating material selected from one or more of the group consisting of: polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene;
The bacterial population consists essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR0848848).

第5および第6の態様の具体例において:
(aa)生物学的適合性吸着材料は、存在する場合、活性炭、キトサン、ゼオライトおよびリグニンよりなる群の1以上から選択でき(例えば、生物学的適合性吸着材料は活性炭であり得る);
(bb)未架橋の高分子材料は、塩が一価(1+)金属イオンである場合、ポリアニオン性ポリマー塩であり得(例えば、ポリアニオン性ポリマーは、アルギン酸塩もしくはポリアニオン性セルロースであり得る、および/または一価金属イオンは、NaおよびKからなる群から選択され得る、例えば、未架橋の高分子マトリックス材料は、アルギン酸カリウムまたはアルギン酸ナトリウムであり得る;
(cc)架橋剤は、二価(2+)または三価(3+)の金属イオン塩であり得(例えば、金属イオンは、Ca2+およびMg2+よりなる群から選択される二価(2+)金属イオンであり得);
(dd)第1の混合物の第2の混合物への添加は、滴下添加であり得る。
In specific examples of the fifth and sixth aspects:
(Aa) the biocompatible adsorbent, if present, can be selected from one or more of the group consisting of activated carbon, chitosan, zeolite and lignin (eg, the biocompatible adsorbent can be activated carbon);
(Bb) The uncrosslinked polymeric material can be a polyanionic polymer salt when the salt is a monovalent (1+) metal ion (eg, the polyanionic polymer can be alginate or polyanionic cellulose, and And / or the monovalent metal ion can be selected from the group consisting of Na + and K + , for example, the uncrosslinked polymeric matrix material can be potassium alginate or sodium alginate;
(Cc) The crosslinker can be a divalent (2+) or trivalent (3+) metal ion salt (eg, the metal ion is a divalent (2+) metal selected from the group consisting of Ca 2+ and Mg 2+ Ion));
(Dd) The addition of the first mixture to the second mixture may be a drop-wise addition.

本開示のある種の具体例は、添付図面を参照して十分に以下に記載される。   Certain embodiments of the present disclosure are described more fully below with reference to the accompanying drawings.

図1は、MBRの膜間差圧(TMP)傾向を示す。MBRのTMPプロフィールは種々のビーズを補足した。「MBR−C」−いずれのビーズも含まない対照MBR。「MBR−PAC」−PACアルギン酸塩ビーズを添加したMBR。「MBR−PACQQ」−APQビーズを補足したMBR。FIG. 1 shows the transmembrane pressure (TMP) trend of MBR. The TMP profile of the MBR supplemented various beads. "MBR-C"-control MBR without any beads. “MBR-PAC V ” —MBR with PAC alginate beads added. "MBR-PAC QQ "-MBR supplemented with APQ beads. 図2は、LC−MSによって検出されたすべてのMBRにおけるシグナル分子の残存レベルを示し、(A)は汚泥中のアシル−ホモセリンラクトン(AHL)濃度を示し、(B)はバイオケーキ中のAHL濃度を示し、また、(C)は汚泥中の自己誘導物質(AI−2)濃度を示す。FIG. 2 shows the residual levels of signal molecules in all MBRs detected by LC-MS, (A) shows acyl-homoserine lactone (AHL) concentration in sludge, and (B) shows AHL in biocake. (C) shows the concentration of the autoinducer (AI-2) in the sludge. 図3は、MBRが始められ(0d)、完全に汚濁された(4日、8日または19日)場合の測定された混合液中の可溶性微生物生成物(SMP)を示し、(A)は、疎水性および親水性の溶存有機炭素(DOC)の濃度を示し、また、(B)は、MBR中のタンパク質および多糖の分布を示す。FIG. 3 shows the measured soluble microbial product (SMP) in the mixture when the MBR was initiated (0d) and completely contaminated (4, 8, or 19 days), (A) , Shows the concentration of hydrophobic and hydrophilic dissolved organic carbon (DOC), and (B) shows the distribution of proteins and polysaccharides in the MBR. 図4の上部グラフは、ゼータ電位(左軸)および導電率(右軸)のプロットを示し、下部のグラフは、(A)MBR−C、(B)MBR−PACおよび(C)MBR−PACQQにおいて、各々、過剰な細胞外高分子物質(EPS;左軸)、結合EPS(第1の右軸)およびタンパク質−対−炭水化物比(PN/C)(第2の右軸)を示す。The upper graph in FIG. 4 shows a plot of zeta potential (left axis) and conductivity (right axis), and the lower graph shows (A) MBR-C, (B) MBR-PAC V and (C) MBR-. In PAC QQ , excess extracellular macromolecules (EPS; left axis), bound EPS (first right axis) and protein-to-carbohydrate ratio (PN / C) (second right axis), respectively. . 図5は、(A)MBR−C、(B)MBR−PACおよび(C)MBR−PACQQにおいて観察した汚泥フロックサイズを示す顕微鏡画像を示す。FIG. 5 shows microscopic images showing the sludge floc size observed in (A) MBR-C, (B) MBR-PAC V and (C) MBR-PAC QQ . 図6は、MBRの浸透水(permeate)(バー、左軸)および汚泥に吸着されたそれらの含量(ドット、右軸)における5種の医薬活性化合物(PhAC)の平均除去効率を示す。誤差バーは、複数の測定の標準偏差を表す(MBR−PACについてn=5、MBR−PACQQについてn=6)。FIG. 6 shows the average removal efficiency of five pharmaceutically active compounds (PhAC) at the permeate of MBR (bar, left axis) and their content adsorbed on sludge (dots, right axis). Error bars represent the standard deviation of multiple measurements (n = 5 for MBR-PAC V , n = 6 for MBR-PAC QQ ). 図7は、MBR−PACおよびMBR−PACQQ中の医薬活性化合物(PhACs)が、どのように除去されるかの分布を示す。FIG. 7 shows the distribution of how pharmaceutically active compounds (PhACs) in MBR-PAC V and MBR-PAC QQ are removed. 図8は、MBRコミュニティーにおける変動を比較する、重み付けUniFrac距離の主座標分析(PCoA)プロットを示す。T1〜T12は試料名である。FIG. 8 shows a Principal Coordinate Analysis (PCoA) plot of weighted UniFrac distances comparing variations in MBR communities. T1 to T12 are sample names. 図9は、MBR中のバイオケーキ(BC)、汚泥およびビーズのコミュニティーにおける主要なバクテリアおよび古バクテリア門(>1%)の相対存在量(abundance)を示す。各バーは、「汚泥−MBR−PAC」を除く二重の試料の平均を示し、それは唯一の1つの試料の結果である。FIG. 9 shows the relative abundance of major bacterial and archaeal phyla (> 1%) in the biocake (BC), sludge and bead communities in the MBR. Each bar represents the mean of duplicate samples, except for "sludge -MBR-PAC V", which is the result of only one sample. 図10は、A)トリメトプリム、B)スルファメトキサゾール(C)カルバマゼピン、D)ジクロフェナク、E)トリクロサンについての種々のビーズ−対−体積比での吸着等温線を示す:Q=PACに対する平衡負荷(mg汚濁物質/gPAC);C=水中の平衡濃度(mg汚濁物質/L)。FIG. 10 shows the adsorption isotherms at various beads-to-volume ratios for A) trimethoprim, B) sulfamethoxazole (C) carbamazepine, D) diclofenac, E) triclosan: Q e = PAC balanced load (mg pollutants / gPAC); C e = equilibrium concentration in water (mg pollutant / L). 図11は概略的なMBR構成を示す。FIG. 11 shows a schematic MBR configuration. 図12は、QQ株による嫌気性分解(4時間)後の残余のAHL(C/C)を示す。FIG. 12 shows the residual AHL (C / C 0 ) after anaerobic degradation (4 hours) by the QQ strain. 図13は、A)MBR1およびB)MBR2中のTMPプロフィールの比較を示す。FIG. 13 shows a comparison of TMP profiles in A) MBR1 and B) MBR2. 図14は、A)C−MBRおよびB)QQ1−MBR中の多糖(PS)およびタンパク質(PN)のEPS成分における変動を示す。誤差バーは、三連AnMBRにおける測定の1つの標準偏差を表す。FIG. 14 shows the variation in the EPS component of polysaccharide (PS) and protein (PN) in A) C-MBR and B) QQ1-MBR. Error bars represent one standard deviation of the measurement in triplicate AnMBR. 図15は、A)開始され、B)汚濁された場合のC−MBRおよびQQ1−MBR中のAHL濃度を示す。誤差バーは、三連のMBR中で測定の1つの標準偏差を表す。C4−HLは最初にQQ1−MBRにおいて検出されなかった。C8−HLは、最終試料中の三連のMBRの1つにおいてだけ検出された。FIG. 15 shows the AHL concentrations in C-MBR and QQ1-MBR when A) started and B) contaminated. Error bars represent one standard deviation of the measurement in triplicate MBR. C4-HL was not initially detected in QQ1-MBR. C8-HL was detected only in one of the triplicate MBRs in the final sample.

(説明)
本発明は、高分子材料に繋がれるバクテリア細胞の集団を含有する複合ポリマー粒子に関する。粒子は、粒子にさらなる強度および安定性を提供するために、ある場合には、ポリマーコーティング材料でコートし得る。これらの複合材料は、廃水を処理する嫌気性および/または好気性のメンブレン・バイオリアクタで用いるのに適し得る。
(Description)
The present invention relates to composite polymer particles containing a population of bacterial cells linked to a polymeric material. The particles may be coated with a polymer coating material in some cases to provide additional strength and stability to the particles. These composites may be suitable for use in anaerobic and / or aerobic membrane bioreactors treating wastewater.

かくして、膜生物汚損を低減および/または防止する、嫌気性メンブレン・バイオリアクタに用いるのに適する複合材料が開示され:
バクテリア増殖と適合性の架橋された高分子マトリックス材料;および
バクテリア集団を含み、
バクテリア集団は高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合され、バクテリア集団がミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になり;
均一に混合された前記バクテリア集団および前記高分子マトリックス材料は、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料でコートされる。所望により、複合材料は、高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合される生物学的適合性吸着材料をさらに含み得る。
Thus, disclosed are composite materials suitable for use in anaerobic membrane bioreactors that reduce and / or prevent membrane biofouling:
A crosslinked polymeric matrix material compatible with bacterial growth; and a bacterial population,
The bacterial population is uniformly mixed throughout the polymeric matrix material, and the bacterial population consists essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR0584848);
The uniformly mixed bacterial population and the polymeric matrix material are selected from one or more of the group consisting of polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene. Coated with a coating material. If desired, the composite material can further include a biocompatible adsorbent material that is uniformly mixed throughout the polymeric matrix material.

前記に開示された複合材料が嫌気性メンブレン・バイオリアクタで用いるのに特に適し得るが、それは必ずしもこの使用単独に限定されないことが認識されるであろう。本明細書に用いた「嫌気性メンブレン・バイオリアクタ」なる用語は、廃水を処理する場合に嫌気性条件下で作動するために構成されたメンブレン・バイオリアクタの使用をいう。   It will be appreciated that while the composite material disclosed above may be particularly suitable for use in an anaerobic membrane bioreactor, it is not necessarily limited to this use alone. The term "anaerobic membrane bioreactor" as used herein refers to the use of a membrane bioreactor configured to operate under anaerobic conditions when treating wastewater.

本明細書に用いた「廃水」は、産業用プラントからの汚水(sewage)または汚染水をいい得る。より詳しくは、「廃水」は、余剰汚泥(waste sludge)、二次スラッジ、油汚泥、産業汚泥または沈澱汚泥のごとき汚泥をいい得る。   As used herein, “wastewater” may refer to sewage or contaminated water from an industrial plant. More specifically, "wastewater" may refer to sludge such as waste sludge, secondary sludge, oil sludge, industrial sludge or settled sludge.

また、膜生物汚損を低減および/または防止する、好気性メンブレン・バイオリアクタに用いる複合材料も開示し、複合材料は:
バクテリア増殖と適合性の架橋された高分子マトリックス材料;
バクテリア集団;および
生物学的適合性吸着材料を含み、
前記バクテリア集団および前記吸着材料は、高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合され、前記バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4がから選択される1以上のバクテリア種から実質的になる。
必ずしも好気性メンブレン・バイオリアクタ中で機能するためのものではないが:
・バクテリア集団は大腸菌ΔlsrRΔluxSをさらに含むこともでき;および/または
均一に混合された前記バクテリア集団および前記高分子マトリックス材料は、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料でコートされ得る。
Also disclosed is a composite for use in an aerobic membrane bioreactor that reduces and / or prevents membrane biofouling, wherein the composite comprises:
A cross-linked polymeric matrix material compatible with bacterial growth;
A bacterial population; and a biocompatible adsorbent material;
The bacterial population and the adsorbent material are homogeneously mixed throughout a polymeric matrix material, the bacterial population comprising Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. BH4 consists essentially of one or more bacterial species selected from:
Although not necessarily for functioning in an aerobic membrane bioreactor:
The bacterial population may further comprise E. coli ΔlsrRΔluxS; and / or the homogeneously mixed bacterial population and the polymeric matrix material may comprise polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone. , Polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene.

直前に開示された複合材料は、好気性メンブレン・バイオリアクタで用いるのに特に適し得ることが認識されるであろうが、必ずしもこの使用単独に限定されない。本明細書に用いた「好気性メンブレン・バイオリアクタ」なる用語は、廃水を処理する場合に好気性条件下で作動するために構成されたメンブレン・バイオリアクタの使用をいう。   It will be appreciated that the composite material disclosed immediately above may be particularly suitable for use in an aerobic membrane bioreactor, but is not necessarily limited to this use alone. The term “aerobic membrane bioreactor” as used herein refers to the use of a membrane bioreactor configured to operate under aerobic conditions when treating wastewater.

本明細書の具体例において、「含む(comprising)」および「含む(comprises)」なる語彙は、言及された特徴を必要とすると解釈し得るが、他の特徴の存在を制限しない。また、別法として、「含む(comprising)」なる語彙は、リストされた成分/特徴だけが存在することが意図される状況に関係し得る(例えば、「含む(comprising)」なる語彙は、「よりなる」または「より実質的になる」なる語句と置換し得る)。より広いおよびより狭いの双方の解釈が、本発明のすべての態様および具体例に適用することができると明示的に考えられる。換言すれば、「含む(comprising)」なる語彙およびその同意語は、「よりなる」なる語句もしくは「より実質的になる」なる語句またはそれらの同意語により置換でき、また逆に置換できる。   In the embodiments of the present specification, the terms "comprising" and "comprises" may be construed as requiring the recited feature, but do not limit the presence of other features. Also, alternatively, the vocabulary “comprising” may pertain to situations in which only the listed components / features are intended to be present (eg, the vocabulary “comprising” may be Consisting of "or" consisting essentially of). It is expressly contemplated that both broader and narrower interpretations are applicable to all aspects and embodiments of the invention. In other words, the word "comprising" and its synonyms can be replaced by the word "consisting of" or the word "consisting essentially" or their synonyms, and vice versa.

本明細書に用いた「バクテリア集団」とは、本明細書に開示された複合材料の一部を形成するバクテリア細胞の集団をいう。バクテリア集団の細胞は、前記のバクテリア種から選択し得る。   As used herein, "bacterial population" refers to a population of bacterial cells that form part of the composite material disclosed herein. The cells of the bacterial population may be selected from the bacterial species described above.

「1以上のバクテリア種」なる用語は、好気性リアクターに用いる複合材料が、単に、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4から選択されるバクテリア腫の一つを有することもでき、それはいずれかの適切な組合せでこれらの種の2、3または4すべてを有し得ることを意味することが認識されるであろう。また、これらの組合せは、大腸菌ΔlsrRΔluxSにより補足され得る。例えば、好気性メンブレン・バイオリアクタに用いる複合材料のバクテリア集団は、以下のものから選択し得る:
(a)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848);
(b)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854);
(c)シュードモナス種QQ3(KR058846);
(d)ロドコッカス種BH4;
(e)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)およびエンテロバクタークロアカQQ13(KR058854);
(f)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)およびシュードモナス種QQ3(KR058846);
(g)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)およびロドコッカス種BH4;
(h)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(i)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)およびシュードモナス種QQ3(KR058846);
(j)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)およびロドコッカス種BH4;
(k)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(l)シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4;
(m)シュードモナス種QQ3(KR058846)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(n)ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(o)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)およびシュードモナス種QQ3(KR058846);
(p)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)およびロドコッカス種BH4;
(q)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(r)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4;
(s)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、シュードモナス種QQ3(KR058846)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(t)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(u)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4;
(v)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(w)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(x)シュードモナス種QQ3(KR058846)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(y)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4;
(z)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(aa)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(bb)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、シュードモナス種QQ3(KR058846)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;
(cc)エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS;および
(dd)ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)、ロドコッカス種BH4および大腸菌ΔlsrRΔluxS。
The term "one or more bacterial species" means that the composite material used in the aerobic reactor is simply a composite of Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. It will be appreciated that one can also have one of the selected bacteriomas, which means that one can have two, three or all four of these species in any suitable combination. Also, these combinations can be supplemented by E. coli ΔlsrRΔluxS. For example, the bacterial population of the composite material used in the aerobic membrane bioreactor can be selected from:
(A) Microbacterium sp. QQ1 (KR058848);
(B) Enterobacter cloacae QQ13 (KR058854);
(C) Pseudomonas species QQ3 (KR058464);
(D) Rhodococcus sp. BH4;
(E) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484) and Enterobacter cloacae QQ13 (KR058854);
(F) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484) and Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464);
(G) Microbacterium sp. QQ1 (KR058848) and Rhodococcus sp. BH4;
(H) Microbacterium sp. QQ1 (KR058848) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(I) Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544) and Pseudomonas sp. QQ3 (KR084646);
(J) Enterobacter cloaca QQ13 (KR058544) and Rhodococcus sp. BH4;
(K) Enterobacter cloaca QQ13 (KR058544) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(L) Pseudomonas sp.QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. BH4;
(M) Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(N) Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(O) Microbacterium sp. QQ1 (KR058488), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544) and Pseudomonas sp. QQ3 (KR05846);
(P) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR085854) and Rhodococcus sp. BH4;
(Q) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR085854) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(R) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. BH4;
(S) Microbacterium sp. QQ1 (KR058488), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(T) Microbacterium sp. QQ1 (KR058848), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(U) Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR084646) and Rhodococcus sp. BH4;
(V) Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(W) Enterobacter cloacae QQ13 (KR058854), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(X) Pseudomonas sp. QQ3 (KR084646), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(Y) Microbacterium sp. QQ1 (KR058488), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. BH4;
(Z) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(Aa) Microbacterium sp. QQ1 (KR0584848), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058854), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(Bb) Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS;
(Cc) Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS; KR084646), Rhodococcus sp. BH4 and E. coli ΔlsrRΔluxS.

本明細書に言及し得る本発明の特定の実施例において、バクテリア種の組合せは、前記群の(e)〜(dd)から選択し得る。例えば、バクテリア種の組合せは、前記群の(o)〜(dd)、例えば、(y)〜(dd)から選択し得る。本明細書に言及し得る本発明の特定の実施例において、バクテリア種の組合せは前記群の(y)または(dd)から選択し得る。   In certain embodiments of the invention which may be mentioned herein, the combination of bacterial species may be selected from the group of (e) to (dd). For example, a combination of bacterial species may be selected from the group of (o)-(dd), for example, (y)-(dd). In certain embodiments of the invention that may be mentioned herein, the combination of bacterial species may be selected from the group (y) or (dd).

理論による拘束を望むことなく、複合材料の一部を形成するバクテリアは、高分子マトリックス一般的によく繋がれるかまたは付着すると考えられる。すなわち、バクテリア細胞が高分子マトリックスによって保持されるために、たとえそれらが複合材料の表面上にあったとしても、バクテリア細胞は自由に移動することができないと考えられる。   Without wishing to be bound by theory, it is believed that the bacteria that form part of the composite material are generally well connected or adhered to the polymeric matrix. That is, it is believed that because the bacterial cells are retained by the polymeric matrix, they cannot move freely, even if they are on the surface of the composite material.

本明細書に用いた「より実質的になる」なる用語は、そのように識別された物質が、リストされた成分材料だけから実質的に作製されるが、それは微量の不純物を含み得ることを意味することが意図される。例えば、不純物のレベルは、0.00001wt%〜5wt%、例えば、0.001wt%〜1wt%等、例えば、0.0001wt%〜0.5wt%であり得る。より詳細には、「ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になる」または「ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4から選択される1以上のバクテリアから実質的になる」なる用語は、特記されない限りは、そのバクテリア集団がバクテリアの指定された種から形成され、(例えば、汚染により)微量の他のバクテリアが存在し得ることを意味する。   As used herein, the term "consists more substantially" means that the substance so identified is substantially made up of only the listed component materials, but may contain trace amounts of impurities. It is intended to mean. For example, the level of the impurities can be 0.00001 wt% to 5 wt%, such as 0.001 wt% to 1 wt%, such as 0.0001 wt% to 0.5 wt%. More particularly, "consisting essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR0848848)" or "Microbacterium sp. The term "consisting essentially of one or more selected bacteria", unless otherwise specified, means that the bacterial population is formed from the specified species of bacteria and that trace amounts of other bacteria are present (eg, due to contamination). Means to get.

認識されるように、コーティング材料は、(ある種の態様および具体例において)本明細書に開示された複合材料の表面に適用され、複合材料は一般的に粒子形態で提供し得る。複合材料の粒子形態は、いずれの適切な形状およびサイズも有し得る。例えば、複合材料は2〜3mmの直径を有する球状ビーズとして提供し得る。   As will be appreciated, the coating material is applied (in certain embodiments and embodiments) to the surface of the composite material disclosed herein, and the composite material may generally be provided in particulate form. The particle morphology of the composite material can have any suitable shape and size. For example, the composite may be provided as spherical beads having a diameter of 2-3 mm.

本明細書に用いた「生物学的適合性材料」なる用語とは、本明細書に言及されたバクテリア集団を形成するバクテリア細胞を死滅させない材料をいう。本明細書に用いた「吸着材料」なる用語とは、その接触可能表面上でもう一つの材料を吸収する材料をいい、それは、吸着材料中の細孔または亀裂等を介してアクセス可能である材料の内部の一部を含み得る。本明細書に言及し得る適切な生物学的適合性吸着材料は、限定されるものではないが、活性炭、イオン交換樹脂、キトサン、ゼオライトおよびリグニンを含む。本明細書に言及し得る特定の生物学的適合性吸着材料は、活性炭である。   As used herein, the term "biocompatible material" refers to a material that does not kill the bacterial cells that form the bacterial population referred to herein. The term "sorbent material" as used herein refers to a material that absorbs another material on its accessible surface, which is accessible through pores or cracks or the like in the sorbent material. It may include a portion of the interior of the material. Suitable biocompatible adsorbent materials that may be mentioned herein include, but are not limited to, activated carbon, ion exchange resins, chitosan, zeolites and lignin. A particular biocompatible adsorbent material that may be mentioned herein is activated carbon.

本明細書に用いた「バクテリア増殖と適合性の架橋された高分子マトリックス材料」なる用語とは、バクテリア細胞に無毒であり、高分子マトリックス内のバクテリアの細胞物質の増殖を少なくとも完全には阻害しない高分子材料をいう。適切な高分子マトリックス材料は、限定されるものではないが、二価(2+)または三価(3+)の金属イオンによって架橋されるポリアニオン性ポリマーを含む。適切なポリアニオン性高分子材料として、限定されるものではないが、アルギン酸塩またはポリアニオン性セルロースが挙げられる。適切な二価(2+)または三価(3+)の金属イオンとして、限定されるものではないが、Fe2+、Fe3+、またはより特定には、Ca2+およびMg2+が挙げられる。本明細書に言及し得る本発明の特定の実施例において、架橋された高分子マトリックス材料は、アルギン酸カルシウムであり得る。 As used herein, the term "crosslinked polymeric matrix material compatible with bacterial growth" is non-toxic to bacterial cells and at least completely inhibits the growth of bacterial cellular material within the polymeric matrix. Refers to a polymeric material that does not. Suitable polymeric matrix materials include, but are not limited to, polyanionic polymers cross-linked by divalent (2+) or trivalent (3+) metal ions. Suitable polyanionic polymeric materials include, but are not limited to, alginate or polyanionic cellulose. Suitable divalent (2+) or trivalent (3+) metal ions include, but are not limited to, Fe 2+ , Fe 3+ , or more specifically, Ca 2+ and Mg 2+ . In certain embodiments of the invention that may be mentioned herein, the crosslinked polymeric matrix material may be calcium alginate.

本明細書に開示された複合材料は、バクテリア集団(すなわち、バクテリア細胞の乾燥重量)−対−架橋された高分子マトリックス材料のいずれの適切な比も用い得る。適切な比は、限定されるものではないが、1:500〜1:2,000w/w、例えば、1:750〜1:1,500w/w、例えば、約1:1,000w/wのバクテリア細胞:高分子材料である。さらなるまたは別法の具体例において、本明細書に開示された複合材料は、バクテリア集団(すなわち、バクテリア集団のバクテリア細胞の乾燥重量)−対−生物学的適合性吸着材料のいずれの適切な比も用い得る。適切な比には、限定されるものではないが、1:300〜1:800w/w、例えば、1:400〜1:600w/w、例えば、約1:500w/wの菌株細胞:吸着材料が含まれる。   The composite materials disclosed herein may use any suitable ratio of bacterial population (ie, dry weight of bacterial cells) to crosslinked polymeric matrix material. Suitable ratios include, but are not limited to, 1: 500 to 1: 2,000 w / w, for example, 1: 750 to 1: 1,500 w / w, for example, about 1: 1,000 w / w. Bacterial cell: a polymeric material. In further or alternative embodiments, the composite material disclosed herein comprises a bacterial population (ie, the dry weight of bacterial cells in the bacterial population) versus any suitable ratio of biocompatible adsorbent material. Can also be used. Suitable ratios include, but are not limited to, 1: 300 to 1: 800 w / w, eg, 1: 400 to 1: 600 w / w, eg, about 1: 500 w / w strain cell: adsorbent material. Is included.

認識されるごとく、特にメンブレン・バイオリアクタに入れられる場合、複合材料は、結合を保持するために少なくともいくらかの機械強度を必要とする。複合材料がコートされない具体例において、複合材料は、40,000〜100,000Pa、例えば、45,000〜70,000Pa、例えば、48,000〜100,000Pa、例えば、48,000〜70,000Paのヤング率値を有し得る。複合材料がコーティング材料でコートされる具体例において、コートされた複合材料は、200,000〜400,000Pa、例えば、250,000〜350,000Pa、例えば、300,000〜310,000のヤング率値を有し得る。示されるごとく、コートされた複合材料は、コートされていない材料と比較して、ヤング率によって測定された機械強度の増加を有し得る。   As will be appreciated, especially when placed in a membrane bioreactor, the composite requires at least some mechanical strength to retain the bond. In embodiments where the composite is not coated, the composite may be between 40,000 and 100,000 Pa, for example, 45,000 to 70,000 Pa, for example, 48,000 to 100,000 Pa, for example, 48,000 to 70,000 Pa. Young's modulus value. In embodiments where the composite material is coated with a coating material, the coated composite material has a Young's modulus of 200,000 to 400,000 Pa, for example, 250,000 to 350,000 Pa, for example, 300,000 to 310,000. May have a value. As shown, the coated composite may have an increase in mechanical strength as measured by Young's modulus, as compared to the uncoated material.

理論による拘束を望むことなく、本明細書に記載されたコーティング材料が複合材料の機械強度を増大し得るが、メンブレン・バイオリアクタ環境に入れられた場合、コーティング材料が複合材料の化学分解を妨げるので、コーティング材料の主要な利益は、それらが複合材料に増加した化学的安定性を提供することであると考えられている。   Without wishing to be bound by theory, the coating materials described herein can increase the mechanical strength of the composite, but when placed in a membrane bioreactor environment, the coating material prevents chemical degradation of the composite Therefore, it is believed that the primary benefit of coating materials is that they provide increased chemical stability to the composite.

前記材料は廃水を処理するためにメンブレン・バイオリアクタ中で用いられる場合、ユニークでかつ驚くべき特性を提供し得る。これらの特性は、嫌気性条件下で操作するためのファーストインクラス(first-in-class)であること、ならびに驚くべきことには、従前に用いられた従来のシステムより永続性で、より有効で、より効率的であることを含み得る。部分的には、これらの特性は、6か月以内の間のごとき延長された期間バイオリアクタ中の膜生物汚損を防止するためのこれらの複合材料の能力から生起し得る。   The materials can provide unique and surprising properties when used in a membrane bioreactor to treat wastewater. These properties are first-in-class for operating under anaerobic conditions, and, surprisingly, are more durable and more effective than traditional systems used previously. And may be more efficient. In part, these properties may result from the ability of these composites to prevent membrane biofouling in bioreactors for extended periods of time, such as within six months.

かくして、廃水を処理するために嫌気性メンブレン・バイオリアクタを用いる方法も提供され、その方法は、
(a)バクテリア集団がミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)より実質的になる前記の複合材料から作製されたビーズの0.5〜10%v/vをメンブレン・バイオリアクタに添加する工程;および
(b)引き続いて、嫌気性条件下の前記メンブレン・バイオリアクタで廃水を処理する工程を含む。
Thus, there is also provided a method of using an anaerobic membrane bioreactor to treat wastewater, the method comprising:
(A) adding to the membrane bioreactor 0.5 to 10% v / v of beads made from said composite material, wherein the bacterial population consists substantially of Microbacterium sp. QQ1 (KR058848); and b) subsequently treating wastewater in said membrane bioreactor under anaerobic conditions.

バクテリア集団がミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になる本明細書に開示されたいずれの適切な複合材料もこの方法に用い得ることが認識されるであろう。   It will be appreciated that any suitable composite material disclosed herein in which the bacterial population consists essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR0848848) may be used in this method.

別法の具体例において、方法は廃水を処理するために好気性メンブレン・バイオリアクタを用いる方法に関係でき、その方法は、
(a)バクテリア集団が、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4(所望による大腸菌ΔlsrRΔluxS)から選択される1以上のバクテリア種から実質的になる、複合材料から作製されたビーズの0.5〜10%v/vをメンブレン・バイオリアクタに添加する工程;および
(b)引き続いて、好気性条件下の前記メンブレン・バイオリアクタで廃水を処理する工程を含む。
In an alternative embodiment, the method can involve a method using an aerobic membrane bioreactor to treat wastewater, the method comprising:
(A) the bacterial population is from one or more bacterial species selected from Microbacterium spp. Adding substantially 0.5 to 10% v / v of the beads made from the composite material to the membrane bioreactor; and (b) subsequently in the membrane bioreactor under aerobic conditions Including the step of treating wastewater.

ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4(および、所望により大腸菌ΔlsrRΔluxS)から選択される1以上のバクテリア種から実質的になる本明細書に開示されたいずれの適切な複合材料も、この方法に用い得ると認識されるであろう。   The present invention consists essentially of one or more bacterial species selected from Microbacterium sp. QQ1 (KR058488), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. It will be appreciated that any suitable composite material disclosed in the specification can be used in this method.

前記の廃水処理の方法は、いずれかの適切な量の複合材料をビーズ形態で使用し得る(ビーズは前記に言及されるようないずれかの適切な形態、例えば、球形を取り得る)。適切な量のビーズは、メンブレン・バイオリアクタの体積に対して、0.5%から10%v/v、例えば、1%から5%v/vであり得る。   The methods of wastewater treatment described above may use any suitable amount of composite material in bead form (the beads may take any suitable form as mentioned above, for example, spherical). A suitable amount of beads can be 0.5% to 10% v / v, for example 1% to 5% v / v, based on the volume of the membrane bioreactor.

また、前記に開示された廃水処理の方法は、これらのプロセスの工程(b)の逆洗工程から利益を得ることもできる。本明細書に用いた場合の「逆洗」なる用語は「膜逆洗」をいい、透過水(permeate water)(すなわち、浄化水)は、膜に戻しポンプ輸送され、したがって、膜の細孔を通って供給材料チャネルに流れ、それにより、内部および外部の汚濁物質を除去する。   The wastewater treatment methods disclosed above can also benefit from the backwash step of step (b) of these processes. As used herein, the term "backwash" refers to "membrane backwash", in which permeate water (ie, purified water) is pumped back to the membrane and thus the pores of the membrane Through the feed channel, thereby removing internal and external contaminants.

前記の使用方法のさらなる詳細は、以下の実験セクションで提供される。   Further details of the above methods of use are provided in the experimental section below.

嫌気性メンブレン・バイオリアクタ中で用いるのに適する前記に言及された複合材料を製造するために、以下の方法を適用でき、それは、
(i)溶媒中のバクテリア集団、未架橋の高分子材料および所望による生物学的適合性吸着材料を含む第1の混合物を提供する工程;
(ii)第1の混合物を、溶媒中の未架橋の高分子材料のための架橋剤を含む第2の混合物に添加して、複合材料を形成する工程;および
(iii)ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料で工程(ii)の生成物をコートする工程
を含み、バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になる。
To prepare the above-mentioned composite material suitable for use in an anaerobic membrane bioreactor, the following method can be applied, which comprises:
(I) providing a first mixture comprising a bacterial population, an uncrosslinked polymeric material, and an optional biocompatible adsorbent material in a solvent;
(Ii) adding the first mixture to a second mixture comprising a crosslinking agent for the uncrosslinked polymeric material in a solvent to form a composite material; and (iii) polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride. Coating the product of step (ii) with a coating material selected from one or more of the group consisting of vinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene, wherein the bacterial population Consists essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR058848).

好気性メンブレン・バイオリアクタに用いるのに適切である前記に言及された複合材料を製造するために、以下の方法が適用でき、それは、
(i)溶媒中のミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4(および、所望により大腸菌ΔlsrRΔluxS)、未架橋の高分子材料および生物学的適合性吸着材料から選択される1以上のバクテリア種から実質的になるバクテリア集団を含む第1の混合物を提供する工程;および
(ii)溶媒中の未架橋の高分子材料のための架橋剤を含む第2の混合物への第1の混合物を添加して、複合材料を形成する工程、および、所望により、
(iii)ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料で複合材料をコートする工程を含む。
To produce the above-mentioned composite material suitable for use in an aerobic membrane bioreactor, the following method can be applied, which comprises:
(I) Microbacterium sp. QQ1 (KR058488), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058854), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. Providing a first mixture comprising a bacterial population substantially consisting of one or more bacterial species selected from a biocompatible adsorbent material; and (ii) crosslinking for uncrosslinked polymeric material in a solvent. Adding the first mixture to the second mixture comprising the agent to form a composite, and, optionally,
(Iii) coating the composite material with a coating material selected from one or more of the group consisting of polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene.

認識されるように、いくつかの成分(例えば、嫌気性メンブレン・バイオリアクタに用いるのに適する複合材料中の生物学的適合性吸着材料)および/または工程(例えば、好気性メンブレン・バイオリアクタに用いるのに適する複合材料のコーティング工程)が、前記方法の一方または他方においてオプションであり得るが、前記製造方法は相互に関連し、同じ一般的なプロセスを共有する。   As will be appreciated, certain components (eg, biocompatible adsorbents in composites suitable for use in anaerobic membrane bioreactors) and / or processes (eg, aerobic membrane bioreactors) The step of coating the composite material suitable for use) may be optional in one or the other of the methods, but the manufacturing methods are interrelated and share the same general process.

前記プロセスの第1の工程において、未架橋の高分子材料および、存在する場合に溶媒中の生物学的適合性吸着材料と組み合わせた関連するバクテリア集団を含有する、第1の混合物が提供される。   In a first step of the process, a first mixture is provided containing an uncrosslinked polymeric material and an associated bacterial population, if present, in combination with a biocompatible adsorbent material in a solvent. .

本明細書に用いたバクテリア集団は、生物学的適合性吸着材料が存在する場合、未架橋の高分子材料および生物学的適合性吸着材料を含む溶液へいずれかの適切な量で提供でき、その結果、それは、本明細書において前記のごときバクテリア細胞の所望の乾燥重量−対−高分子材料を提供する。例えば、バクテリアの0.5OD溶液の5mL(または1OD(光学密度)の2.5mL)を未架橋の高分子材料を含む溶液の45mL(または47.5mL)に添加して、得られた複合材料中の適切な量のバクテリア細胞を提供し得る。認識されるように、バクテリアは、生物学的適合性の水性緩衝液(例えば、リン酸緩衝液)のごとき適切な溶液に未架橋の高分子材料(および存在する場合、生物学的適合性吸着材料)を含む溶液に添加し得る。   The bacterial population used herein can be provided in any suitable amount to a solution containing uncrosslinked polymeric material and biocompatible adsorbent material, if the biocompatible adsorbent material is present, As a result, it provides the desired dry weight of bacterial cells versus polymeric material as described herein above. For example, 5 mL of a 0.5 OD solution of bacteria (or 2.5 mL of 1 OD (optical density)) is added to 45 mL (or 47.5 mL) of a solution containing an uncrosslinked polymer material, and the resulting composite material is added. A suitable amount of bacterial cells therein may be provided. As will be appreciated, the bacteria can be combined with uncrosslinked polymeric material (and, if present, biocompatible adsorption) in a suitable solution, such as a biocompatible aqueous buffer (eg, a phosphate buffer). Material).

未架橋の高分子材料を含む溶液は、水等のごときいずれの適切な溶媒も使用し得る。未架橋の高分子材料が溶解形態でなければならないので、未架橋の高分子材料は選択された溶媒に溶解できるであろう。便利なことには、塩対イオンが一価(1+)金属イオンである場合、未架橋の高分子材料は(例えば、水溶性)ポリアニオン性ポリマー塩であり得る。例えば、限定されるものではないが、アルキン酸塩またはポリアニオン性セルロースを含めた群からのいずれの適切なポリアニオン性ポリマーも用い得る。加えて、いずれの適切な一価(1+)対イオンも使用でき、それはNaおよびKを含み得る。これらの製造方法に用いる本明細書に言及し得る特定の未架橋の高分子マトリックス材料は、アルギン酸カリウムおよびアルギン酸ナトリウムを含む。未架橋の高分子マトリックス材料は、バクテリア集団の添加前に、溶液中で0.5〜10%w/v、例えば、1〜2%w/vの濃度で存在し得る。 The solution containing the uncrosslinked polymeric material may use any suitable solvent, such as water. Since the uncrosslinked polymeric material must be in dissolved form, the uncrosslinked polymeric material will be soluble in the selected solvent. Conveniently, when the salt counterion is a monovalent (1+) metal ion, the uncrosslinked polymeric material can be a (eg, water-soluble) polyanionic polymeric salt. For example, any suitable polyanionic polymer from the group including, but not limited to, alkinates or polyanionic cellulose may be used. In addition, any suitable monovalent (1+) counterion can be used, which can include Na + and K + . Certain uncrosslinked polymeric matrix materials that may be mentioned herein for use in these manufacturing methods include potassium alginate and sodium alginate. The uncrosslinked polymeric matrix material may be present in the solution at a concentration of 0.5-10% w / v, for example 1-2% w / v, prior to the addition of the bacterial population.

前記のごとく、方法は、本明細書に前記に定義される生物学的適合性吸収材料の組込みを含み得る。いずれの適切な生物学的適合性吸着材料も、前記の製造方法に組み入み得る。例えば、存在する場合、生物学的適合性吸着材料は、限定されるものではないが、キトサン、ゼオライト、リグニン、より特に、活性炭を含み得る。存在する場合、生物学的適合性吸着材料は、バクテリア集団の添加前に溶液中に0.1〜3%w/v、例えば、0.5から2%w/vの量で未架橋の高分子材料を含む溶液中に存在し得る。   As noted above, the method may include the incorporation of a biocompatible absorbent material as defined herein above. Any suitable biocompatible sorbent material can be incorporated into the above-described manufacturing method. For example, when present, the biocompatible adsorbent material can include, but is not limited to, chitosan, zeolites, lignin, and more particularly, activated carbon. When present, the biocompatible adsorbent material is an uncrosslinked high cross-linked material in an amount of 0.1 to 3% w / v, for example 0.5 to 2% w / v, before addition of the bacterial population. It can be in a solution containing the molecular material.

次いで、前記された第1の混合物を前記のプロセスの工程(ii)における第2の混合物に添加する。第2の混合物は、第1の混合物中で未架橋の高分子材料と架橋して、架橋された高分子マトリックスおよびその中に捕捉されたバクテリア細胞の複合材料を形成する架橋剤を含有する。架橋剤は、二価(2+)および/または三価(3+)の金属イオン塩であり得る。二価(2+)および/または三価(3+)の金属イオンは、第1の混合物中の1を超える高分子鎖からの一価(1+)金属イオンを置換し、高分子鎖の架橋に導く。いずれの適切な二価(2+)および/または三価(3+)の金属イオンも、これらの製造方法に用い得る。本明細書に言及し得る適切な二価(2+)および/または三価(3+)の金属イオンは、限定されるものではないが、Ca2+およびMg2+を含む。架橋剤は、1〜10%w/v、例えば、2〜5%w/v、例えば、4%w/vの第2の混合物の溶媒中濃度を有し得る。 The first mixture described above is then added to the second mixture in step (ii) of the process. The second mixture contains a cross-linking agent that cross-links with the uncross-linked polymeric material in the first mixture to form a cross-linked polymeric matrix and a composite of bacterial cells entrapped therein. The crosslinker can be a divalent (2+) and / or trivalent (3+) metal ion salt. The divalent (2+) and / or trivalent (3+) metal ions displace monovalent (1+) metal ions from more than one polymer chain in the first mixture, leading to crosslinking of the polymer chains. . Any suitable divalent (2+) and / or trivalent (3+) metal ions may be used in these methods. Suitable divalent (2+) and / or trivalent (3+) metal ions that may be mentioned herein include, but are not limited to, Ca 2+ and Mg 2+ . The crosslinker may have a concentration in the solvent of the second mixture of 1-10% w / v, such as 2-5% w / v, such as 4% w / v.

第1の混合物の第2の混合物への添加のいずれの適切な方法も用い得る。しかしながら、滴下添加プロセスの使用は便利であり得る。このプロセスの結果、高分子マトリックス内にバクテリア細胞を組込む、架橋された高分子材料の略球状粒子が形成し得る。   Any suitable method of adding the first mixture to the second mixture may be used. However, the use of a drop addition process can be convenient. This process can result in the formation of substantially spherical particles of a crosslinked polymeric material that incorporate the bacterial cells within the polymeric matrix.

認識されるように、複合材料の実際の形状およびビーズのサイズは、第2の混合物中への第1の混合物の流速の速度、ならびにノズルの形状およびサイズによって影響され得る。例えば、大きな液滴を生じる(例えば、滴下添加を用いた場合)遅い流速は、複合材料の比較的大きな球状ビーズを生じるが、速い流速(依然として液滴を生成する)は、複合材料の比較的より小さなビーズを生成するであろう。同様に、第1の混合物の連続的な流れが第2の混合物に加えられるならば、その時、チューブ/ストリング様の複合材料が生成され、但し、第2の材料中への第1の材料の流速が、第1の材料が分散し始める前に、架橋が起こることを可能にするように十分に制御される。実施例において本明細書に後記されるごとく、前記製造方法における工程(ii)の複合材料の球状ビーズを得るための適切な流速は、直径が1mmのノズルを用いて、1.0mL/分であり得る。当業者ならば、これらの変数が、得ようとする複合材料のサイズおよび/または形状に依存して、適切と考えるようにそれらの変数を適用し得る。   As will be appreciated, the actual shape of the composite and the size of the beads can be influenced by the rate of flow rate of the first mixture into the second mixture, and the shape and size of the nozzle. For example, a slow flow rate that produces large droplets (eg, using drop addition) results in relatively large spherical beads of the composite, while a fast flow rate (which still produces droplets) results in a relatively large Will produce smaller beads. Similarly, if a continuous stream of the first mixture is added to the second mixture, then a tube / string-like composite material is created, provided that the first material is introduced into the second material. The flow rate is sufficiently controlled to allow crosslinking to occur before the first material begins to disperse. As described later in the specification in the Examples, an appropriate flow rate for obtaining the spherical beads of the composite material in Step (ii) in the above-mentioned production method is 1.0 mL / min using a nozzle having a diameter of 1 mm. possible. One of skill in the art can apply these variables as appropriate, depending on the size and / or shape of the composite material being obtained.

認識されるように、第1の混合物の第2の混合物への添加の反応生成物は、用いる溶媒に可溶ではない架橋された高分子複合材料である。したがって、製造方法における工程(ii)の複合材料は、液体から容易に分離され、次いで、−前記に開示された廃水を処理する方法における貯蔵および/もしくは使用、または所望のコーティング工程のいずれかのために洗浄および乾燥し得る。   As will be appreciated, the reaction product of the addition of the first mixture to the second mixture is a crosslinked polymeric composite that is not soluble in the solvent used. Thus, the composite material of step (ii) in the production method is easily separated from the liquid and then-either storage and / or use in the method of treating wastewater disclosed above, or any of the desired coating steps Can be washed and dried.

嫌気性メンブレン・バイオリアクタに用いるのに適する複合材料に必要な場合、または好気性メンブレン・バイオリアクタに用いるのに適する複合材料に所望により必要な場合、前記プロセスにおける工程(ii)で得られた架橋された高分子複合材料は、さらに、コーティング材料でのコーティング工程に付され得る。このプロセスは、前記製造工程における工程(ii)の形成された複合材料を適切な濃度で適切な時間量(例えば、約1秒から約60秒、例えば、約5秒から約30秒、例えば、約10秒)の間、所望のコーティング材料を含有する溶液に浸すことを含み得る。前記のごとく、コーティング材料は、−特に、メンブレン・バイオリアクタにおいて判明した条件に関しては、得られた複合材料の化学的または機械的な安定性を高めるのを助け得るいずれかの適切な高分子材料であり得る。言及し得る適切なコーティング材料は、限定されるものではないが、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンを含む。溶媒中のコーティング材料の濃度は、適切な溶媒中の1%w/v〜50%w/v、例えば、2%w/v〜25%w/v、例えば、4%w/v〜8%w/vであり得る。コーティング材料を溶解することができるが、前記製造工程の工程(ii)の複合材料を溶解しないいずれの溶媒も用い得る。本明細書に言及し得るこの目的に適切な溶媒は、N−メチル−2−ピロリドンであるが、他の溶媒は、コーティング材料として使用されるポリマー、および工程(ii)の高分子マトリックス材料を形成するポリマーに依存して等しく適し得る。   Where necessary for a composite suitable for use in an anaerobic membrane bioreactor, or as required for a composite suitable for use in an aerobic membrane bioreactor, obtained in step (ii) of the above process. The crosslinked polymer composite can be further subjected to a coating step with a coating material. The process comprises subjecting the formed composite of step (ii) in the manufacturing step to a suitable concentration and a suitable amount of time (eg, from about 1 second to about 60 seconds, eg, from about 5 seconds to about 30 seconds, eg, For about 10 seconds). As mentioned above, the coating material is-any suitable polymeric material that can help to increase the chemical or mechanical stability of the resulting composite, especially with respect to the conditions found in the membrane bioreactor. Can be Suitable coating materials that may be mentioned include, but are not limited to, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene. The concentration of the coating material in the solvent may range from 1% w / v to 50% w / v, for example, 2% w / v to 25% w / v, for example, 4% w / v to 8% in a suitable solvent. w / v. Any solvent capable of dissolving the coating material but not dissolving the composite material in step (ii) of the above manufacturing process may be used. A suitable solvent for this purpose that may be mentioned herein is N-methyl-2-pyrrolidone, while other solvents include the polymer used as the coating material and the polymer matrix material of step (ii). Equally suitable, depending on the polymer to be formed.

認識されるように、コートされた複合材料は、コーティング工程を適用するのに用いる溶媒に溶解せず、したがって、水に入れ、貯蔵される複合材料を回収して、それにより、複合材料の表面上に記載されたコーティング材料のコーティングを提供することは容易である。理論による拘束を望むことなく、前記のコーティングプロセスは、水によってその選択された溶媒からのコーティング材料の沈澱によって得られると考えられる。すなわち、工程(ii)の複合材料がコーティング材料の溶液に添加される場合、複合材料の高分子マトリックス中の残留水は、複合材料の表面上でのコーティング材料のいくらかの沈澱を導く。引き続いて、コートされた材料がコーティング材料を含有する溶液から取り出された場合、それを使用および/または貯蔵前に水性環境に置く。コーティング材料を含有する溶液から取り出された複合材料は、工程(ii)の複合材料の表面に堆積したコーティング材料の層を有し、また、それは、この層の頂部上にコーティング材料溶液の層を含む。コーティング材料溶液のこの層が水と接触する場合、そこに含有されるポリマーも堆積して、コーティング膜を完成する。   As will be appreciated, the coated composite is not soluble in the solvent used to apply the coating process, and thus is placed in water to recover the stored composite and thereby recover the surface of the composite. It is easy to provide a coating of the coating materials described above. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the above-described coating process is obtained by precipitation of the coating material from its selected solvent with water. That is, when the composite of step (ii) is added to a solution of the coating material, residual water in the polymer matrix of the composite leads to some precipitation of the coating material on the surface of the composite. Subsequently, if the coated material is removed from the solution containing the coating material, it is placed in an aqueous environment prior to use and / or storage. The composite material removed from the solution containing the coating material has a layer of coating material deposited on the surface of the composite material of step (ii), and it has a layer of coating material solution on top of this layer. Including. When this layer of the coating material solution comes into contact with water, the polymer contained therein also deposits to complete the coating film.

本発明によってコートされた複合粒子を提供するための別法のプロセスは、Kimら, Journal of Membrane Science 473 (2015) 109-117 (ここに出典明示してそのすべてを本明細書の一部とみなす)のセクション2.3(第110頁)に記載されたコーティングプロセスに基づいてもよい。   An alternative process for providing composite particles coated according to the present invention is described in Kim et al., Journal of Membrane Science 473 (2015) 109-117, which is hereby incorporated by reference in its entirety. (See page 2.3), section 2.3 (page 110).

コーティング層は、存在する場合、1〜100μm、例えば、10〜100μm、例えば、60〜100μmの厚みを有し得る。コーティング層は、バクテリアを収容する架橋された高分子マトリックスへの外部からの材料の輸送を可能にする細孔を含有し得る。細孔は、50nm〜1μmの細孔サイズを有し得る。   The coating layer, when present, can have a thickness of 1 to 100 μm, for example 10 to 100 μm, for example 60 to 100 μm. The coating layer may contain pores that allow for the transport of material from the outside to the crosslinked polymeric matrix containing the bacteria. The pores can have a pore size between 50 nm and 1 μm.

本発明のさらに非限定の実施例は、以下の実施例を参照して記載されるであろう。   Further non-limiting examples of the present invention will be described with reference to the following examples.

材料および方法
好気性MBRに用いる化学物質およびQQ株
未標識のSMX、CBZ、DCFおよびTCSをWAKO(シンガポール)から購入し、一方、TrMPをMP Biomedical(シンガポール)から購入した。重水素標識したTMP−d、SMX−d、CBZ−d10、DCF−dおよびTCS−dの標準は、C/D/N Isotopes社(ケベック、カナダ)から購入した。
Materials and Methods Chemicals and QQ strains used for aerobic MBR Unlabeled SMX, CBZ, DCF and TCS were purchased from WAKO (Singapore), while TrMP was purchased from MP Biomedical (Singapore). Deuterium labeled TMP-d 3, SMX-d 4, standard CBZ-d 10, DCF-d 4 and TCS-d 3 was purchased from C / D / N Isotopes Inc. (Quebec, Canada).

AI−2分解株大腸菌ΔlsrRΔluxS[Cell Rep. 10 (2015) 1861-1871]ならびに、活性汚泥から単離された4つのAHL分解株:エンテロバクタークロアカ(QQ13)、ミクロバクテリウム種(QQ1)およびシュードモナス種(QQ3)(各々、16S rRNA遺伝子受入番号:KR058854、KR058848およびKR058846)、およびロドコッカス種BH4[J. Membr. Sci. 473 (2015) 109-117; J. Membr. Sci. 483 (2015) 75-83]よりなるQQコンソーシアム(consortium)を選択した。AHL分解株をビーズ中の固定化に先立って30℃にて約16時間ルリア−ベルターニ(LB)培地中で増殖させ、一方、AI−2分解株を37℃にて約16時間100mg/Lのストレプトマイシンを含有するLB培地中で増殖させた。   AI-2 degrading strain Escherichia coli ΔlsrRΔluxS [Cell Rep. 10 (2015) 1861-1871] and four AHL degrading strains isolated from activated sludge: Enterobacter cloacae (QQ13), Microbacterium species (QQ1) and Pseudomonas Species (QQ3) (16S rRNA gene accession numbers: KR085854, KR0584848 and KR058466, respectively), and Rhodococcus sp. BH4 [J. Membr. Sci. 473 (2015) 109-117; J. Membr. Sci. 483 (2015) 75 -83] from the QQ consortium. AHL-degraded strains are grown in Luria-Bertani (LB) medium at 30 ° C. for about 16 hours prior to immobilization in beads, while AI-2 degraded strains are grown at 37 ° C. for about 16 hours at 100 mg / L The cells were grown in LB medium containing streptomycin.

膜抵抗分析−膜抵抗は、ダルシー則:

Figure 2020500698
(式中、Rは透過抵抗(hydraulic resistance)(1/m)、ΔPはTMP上昇(Pa)、Jは操作流れ(operational flux)(m/m/s)、μは透過動粘度(dynamic viscosity)(Pa・s)である)に基づいて[Water Res. 30 (1996) 1771-1780]に記載された単純なレジスタンスインシリーズモデル(resistance in series model)を用いて評価した。MBRにおいて、総透過抵抗Rは、ケーキ層抵抗(R)、細孔閉塞抵抗(R)および固有膜抵抗(R)の合計である。 Membrane resistance analysis-Membrane resistance is Darcy's law:
Figure 2020500698
(Where R is the hydraulic resistance (1 / m), ΔP is the TMP rise (Pa), J is the operational flux (m 3 / m 2 / s), μ is the permeation kinematic viscosity ( dynamic viscosity) (Pa · s)) and evaluated using a simple resistance in series model described in [Water Res. 30 (1996) 1771-1780]. In MBR, the total permeation resistance R t is the cake layer resistance (R c), the sum of pore blockage resistance (R p) and the intrinsic membrane resistance (R m).

は、新しいまたは化学的に浄化された膜を介してきれいな水を濾過させることにより測定し、一方、Rは、Milli−Q HOが濾過された場合の膜を横切る流れおよびTMPを測定することにより実験の終わりにて測定した。次いで、ケーキ層をスポンジブラシで優し取り除き、膜は、Milli−Q HOに沈めて、R+Rを測定した。RはRからR+Rを除することにより計算した。 R m is measured by allowing clean water to filter through a fresh or chemically purified membrane, while R t is the flow across the membrane and the TMP when Milli-Q H 2 O is filtered. Was measured at the end of the experiment by measuring. Then, the cake layer was removed tenderness sponge brush, film is submerged in Milli-Q H 2 O, it was measured R m + R p. R c is calculated by dividing the R m + R p from R t.

PhACおよびAHL分析−吸着テストからの水性試料中のPhACは、前処理なくして直接的に分析した。MBR実験からの水性試料中のPhACは、従前[Chem. Eng. J. 321 (2017) 335-345]に記載された6−mL 30μm Oasis(登録商標)HLB固相抽出(SPE)カートリッジ(ウォータース、シンガポール)を用いて濃縮した。汚泥またはビーズ上に吸着したPhAC量は、液液抽出を用いて1mLの混合液試料または10個のランダムに選択されたビーズから抽出した。ビーズを抽出前に乳棒で粉砕した。前処理後に、PhACは液体クロマトグラフィー質量分析器(LC/MS/MS)で分析した。AHLは、Waheed ら [Int. Biodeterior. Biodegrad. 113 (2016) 66-73]によって記載された方法によりMBRからのバイオケーキおよび活性汚泥(50mL)から抽出した。単離したAHLおよびAI−2をLC/MS/MSで分析した。   PhAC and AHL analysis-PhAC in aqueous samples from adsorption tests were analyzed directly without pretreatment. PhACs in aqueous samples from MBR experiments were determined using a 6-mL 30 μm Oasis® HLB solid phase extraction (SPE) cartridge (Water described previously in [Chem. Eng. J. 321 (2017) 335-345]). , Singapore). The amount of PhAC adsorbed on the sludge or beads was extracted from a 1 mL mixture sample or 10 randomly selected beads using liquid-liquid extraction. Beads were ground with a pestle before extraction. After pretreatment, PhAC was analyzed by liquid chromatography mass spectrometry (LC / MS / MS). AHL was extracted from biocake from MBR and activated sludge (50 mL) by the method described by Waheed et al. [Int. Biodeterior. Biodegrad. 113 (2016) 66-73]. The isolated AHL and AI-2 were analyzed by LC / MS / MS.

PhACおよびAHL分析−LC/MS/MSについての詳細な方法
AJS電気スプレーインターフェースを装備したAgilent 6460 (USA) QQQ三連四重極質量分析器(MS)をPhAC、AHLおよびAI−2の分析に用いた。装置設定をすべての測定のために以下のごとく最適化した:インターフェース電圧、3.5kV;乾燥ガス温度、325℃;乾燥ガス(N)流速、8L/分;シースガス温度、300℃;シースガス(N)流速、11L/分。Agilent 1290 Infinity II HPLCは、クロマトグラフ分離に用いた。PhACおよびAHLの双方について、100×2.1mm Kinetex 2.6μmビフェニルカラム(Phenomenex、米国)を移動相としての0.1%ギ酸(A)および0.1%ギ酸を含むメタノール(B)と共に用い、10分以内の10%(AHLにつき5%)から85%Bへの勾配とした。AI−2について、2.1×100mm Poroshell 120 2.7μm SB−Aqカラム(Agilent、米国)を移動相としての0.1%のギ酸(A)および0.1%ギ酸を含むアセトニトリル(B)と共に用い、5.5分以内に35%から85%Bへの勾配とした。
PhAC and AHL analysis-detailed method for LC / MS / MS Agilent 6460 (USA) QQQ triple quadrupole mass spectrometer (MS) equipped with AJS electrospray interface for analysis of PhAC, AHL and AI-2 Using. The instrument settings were optimized for all measurements as follows: interface voltage, 3.5 kV; dry gas temperature, 325 ° C .; dry gas (N 2 ) flow rate, 8 L / min; sheath gas temperature, 300 ° C .; N 2) flow rate, 11L / min. Agilent 1290 Infinity II HPLC was used for chromatographic separation. For both PhAC and AHL, a 100 × 2.1 mm Kinetex 2.6 μm biphenyl column (Phenomenex, USA) was used with 0.1% formic acid (A) as mobile phase and methanol with 0.1% formic acid (B). Gradient from 10% (5% per AHL) to 85% B within 10 minutes. For AI-2, a 2.1 × 100 mm Poroshell 120 2.7 μm SB-Aq column (Agilent, USA) was used as mobile phase with 0.1% formic acid (A) and acetonitrile containing 0.1% formic acid (B). With a gradient from 35% to 85% B within 5.5 minutes.

嫌気性MBRに用いる化学物質およびQQ株
N−ブチリル−、N−ヘキサノイル−、N−ヘプタノイル−、N−オクタノイル−、N−デカノイル−、N−ドデカノイル−およびN−テトラデカノイル−DL−ホモセリンラクトン(C4−、C6−、C7−、C8−、C10−、C12−またC14−HL);N−(3−オキソヘキサノイル)−、N−(3−オキソオクタノイル)−、N−(3−オキソドデカノイル)−およびN−(3−オキソテトラデカノイル)−L−ホモセリンラクトン(3OC6−、3OC8−、3OC12−、3OC14−HL)を含むAHLをSigma-Aldrich(シンガポール)から購入した。
Chemicals and QQ strains used for anaerobic MBR N-butyryl-, N-hexanoyl-, N-heptanoyl-, N-octanoyl-, N-decanoyl-, N-dodecanoyl- and N-tetradecanoyl-DL-homoserine lactone (C4-, C6-, C7-, C8-, C10-, C12- or C14-HL); N- (3-oxohexanoyl)-, N- (3-oxooctanoyl)-, N- (3 AHL containing -oxododecanoyl)-and N- (3-oxotetradecanoyl) -L-homoserine lactone (3OC6-, 3OC8-, 3OC12-, 3OC14-HL) were purchased from Sigma-Aldrich (Singapore).

活性汚泥から分離した4種のQQ株のミクロバクテリウム種QQ1、シュードモナス・プレコグロッシキダQQ2、シュードモナス種QQ3およびエンテロバクタークロアカQQ13をこの試験に用いた[Chemosphere 182 (2017) 40-47]。それらは4℃にてLB寒天平板上に維持し、30日毎に新たに移植した。使用に先立って、これらの株の単一コロニーを5mL LB培地中に接種し、30℃にて培養してそれらをリフレッシュさせた。   Four QQ strains isolated from activated sludge, Microbacterium sp. QQ1, Pseudomonas plecogloschikida QQ2, Pseudomonas sp. QQ3 and Enterobacter cloacae QQ13 were used in this test [Chemosphere 182 (2017) 40-47]. They were kept on LB agar plates at 4 ° C. and freshly implanted every 30 days. Prior to use, single colonies of these strains were inoculated into 5 mL LB medium and cultured at 30 ° C. to refresh them.

実施例1:QQバクテリア不存在下でのPACビーズ組成、および体積比に対するビーズの最適化
表1の異なるビーズ組成およびビーズ用量(リアクターに対するビーズの体積比)の5つの独立したセットのバッチスケール実験を行い、医薬活性化合物(PhAC)の吸着を最適化した。
Example 1 Optimization of Beads for PAC Bead Composition and Volume Ratio in the Absence of QQ Bacteria Batch-Scale Experiments of Five Independent Sets of Different Bead Compositions and Bead Dose (Bead to Reactor Volume Ratio) in Table 1 Was performed to optimize the adsorption of the pharmaceutically active compound (PhAC).

方法
PACアルギン酸塩ビーズは、異なる比率(1%w/vまたは2%w/v、表1を参照)にてPAC(SAE2、Norit、オランダ)とアルギン酸Na溶液(2%w/v)とを混合し、蠕動ポンプを用いて1mL/分の速度でノズルを介して、CaCl溶液(4%w/v)に滴下することにより調製し;CaCl溶液に3時間浸漬後に、半分のビーズをポリスルホン溶液(N−メチル−2−ピロリドン中の8%w/v)に10秒間浸した後、使用まで4℃にて貯蔵し、一方、その残りのビーズを直接的にMilli−Q HOに移した。また、PACを含まないビーズを対照として調製した。
Methods PAC alginate beads were prepared by combining PAC (SAE2, Norit, The Netherlands) and Na alginate solution (2% w / v) at different ratios (1% w / v or 2% w / v, see Table 1). Mix and prepare by dripping into CaCl 2 solution (4% w / v) via nozzle at a rate of 1 mL / min using a peristaltic pump; after soaking in CaCl 2 solution for 3 hours, half the beads After immersion in a polysulfone solution (8% w / v in N-methyl-2-pyrrolidone) for 10 seconds, it was stored at 4 ° C. until use while the remaining beads were directly Milli-Q H 2 O Moved to In addition, beads containing no PAC were prepared as a control.

5種の医薬活性化合物を標的吸着物として集合的に用いた。各タイプのビーズについて、5つの特定量のビーズを50mLのPhAC溶液を含む150mL血清ボトルに添加して、5つの異なる容積負荷(1、2、5、10および20%)を提供した(表1)。ボトルを150rpm、25℃にて7日間振盪機上に維持した。試料は所定の間隔にて各ボトルから得て、平衡に達するために必要な時間を評価した。   Five pharmaceutically active compounds were used collectively as target adsorbates. For each type of beads, five specific amounts of beads were added to a 150 mL serum bottle containing 50 mL of PhAC solution to provide five different volume loadings (1, 2, 5, 10, and 20%) (Table 1). ). The bottle was kept on a shaker at 150 rpm, 25 ° C. for 7 days. Samples were taken from each bottle at predetermined intervals and the time required to reach equilibrium was assessed.

Figure 2020500698
Figure 2020500698

結果
図10に示した結果は、PhACの同じ吸着が、1%w/v(セット1)〜2%w/v(セット2)のPAC用量の増加に関係なく達成され;1〜5%w/vのビーズ体積比の増加の結果、PhACの吸着を有意に増加させるが、5%w/vを超えて、さらなる増加は観察されなかったことを示した。したがって、1%w/vのPAC用量および5%w/vのビーズ用量は、引き続いての実施例につき選択した。
Results The results shown in FIG. 10 indicate that the same adsorption of PhAC was achieved regardless of increasing PAC dose from 1% w / v (set 1) to 2% w / v (set 2); Increasing the bead volume ratio of / v significantly increased the adsorption of PhAC, but showed that no further increase was observed above 5% w / v. Therefore, a PAC dose of 1% w / v and a bead dose of 5% w / v were chosen for subsequent examples.

図10は非コートのビーズがコートされたビーズより高い吸着を示すことを示すが、非コートのビーズは、それらが速く分離するために、メンブレン・バイオリアクタ、特に、嫌気性系に適用された場合、貧弱な安定性を示す。これにより、コートされたビーズを引き続いての実施例に選択した。   FIG. 10 shows that uncoated beads show higher adsorption than coated beads, but uncoated beads were applied to membrane bioreactors, especially anaerobic systems, because they separated faster. In some cases, it shows poor stability. Thereby, the coated beads were chosen for the subsequent examples.

PhACの水性濃度を7日間一定間隔でモニターして、吸着平衡に達する時間を決定した。5種のPhACの吸着量は、経時的に増加したが、1日以内に主要な吸着(>95%)が完了し(データは示さず)、吸着の高駆動力、すなわち、PhACとバイオ収着結合部位との間の強力な静電的引力を示した。SMXの水性濃度の急速な減少を2日後に観察し、これは非生物的分解に起因した。かくして、1日の平衡時間を吸着等温モデル化に選択した。   The aqueous concentration of PhAC was monitored at regular intervals for 7 days to determine the time to reach adsorption equilibrium. The adsorption of the five PhACs increased over time, but within one day the main adsorption (> 95%) was completed (data not shown), and the high driving force of adsorption, namely PhAC and bio-yield It showed strong electrostatic attraction between the binding sites. A rapid decrease in the aqueous concentration of SMX was observed after 2 days, which was due to abiotic degradation. Thus, an equilibration time of one day was chosen for adsorption isotherm modeling.

吸着等温モデルのうち、フロイントリヒモデルは、特に、活性炭および分子ふるい上の有機化合物または高度相互作用種についての異種系で広く適用されている(Foo and Hameed, 2010)。表2は、kが吸着剤の相対的な吸着容量を示す定数であり、nが吸着の強度を示す定数である場合(HamdaouiおよびNaffrechoux, 2007)、平衡データをフロイントリヒモデルおよび回帰推定された定数値に適合させる結果を示す。セット1および2の双方におけるすべてのPhACに対するR(>0.9)値は、フロイントリヒモデルの良好な適合を示唆する。PhACが種々の程度の吸着強度(PACへの表2におけるn値)を固有に示し、それがそれらの疎水性によく対応することが注目される。さらなる試験について、セット1は、より低い量のPACで汚濁物質の同一の除去効率のため、セット2よりもより好ましいと考えられた。 Among the adsorption isotherm models, the Freundlich model has been widely applied in heterogeneous systems, especially for organic compounds or highly interacting species on activated carbon and molecular sieves (Foo and Hameed, 2010). Table 2 shows that when k is a constant indicating the relative adsorption capacity of the adsorbent and n is a constant indicating the intensity of adsorption (Hamdaoui and Naffrechoux, 2007), the equilibrium data was estimated by Freundlich model and regression estimation. Shows the results of fitting to a constant value. R 2 (> 0.9) values for all PhACs in both sets 1 and 2 indicate a good fit of the Freundlich model. It is noted that PhACs exhibit varying degrees of adsorption strength (n values in Table 2 for PACs), which correspond well to their hydrophobicity. For further testing, set 1 was considered more favorable than set 2 due to the same removal efficiency of pollutants at lower amounts of PAC.

Figure 2020500698
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アルギン酸塩ビーズへのPACの添加がそれらの機械強度をわずかに高めだが(表3を参照)、サイズおよび形状の明確な変化はQQ株の添加で観察されなかったことが注目される。   It is noted that the addition of PAC to the alginate beads slightly increased their mechanical strength (see Table 3), but no clear change in size and shape was observed with the addition of the QQ strain.

Figure 2020500698
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ビーズのヤング率は、Ouwerxら 1998 (Polym. Gels Netw. 6, 393-408)により記載されたMTS Criterionモデル43機械テスターで決定した。各タイプのビーズについて、10個の無作為に選択したビーズを250Nの圧縮セルで試験し;ピストンは、2mm/分で連続的に移動し、50%の変形に達した場合に停止した。   The Young's modulus of the beads was determined on an MTS Criterion model 43 mechanical tester as described by Ouwerx et al. 1998 (Polym. Gels Netw. 6, 393-408). For each type of bead, 10 randomly selected beads were tested in a 250 N compression cell; the piston moved continuously at 2 mm / min and stopped when 50% deformation was reached.

実施例2:QQ−PACビーズの調製手順
生物汚損制御およびMBR中の有機汚染物質(TrOC)の除去のためのQQ−PACビーズを以下の手順により調製した。
1.QQバクテリアを活性汚泥から分離し、−80℃にて貯蔵した。ビーズを調製する前に、QQバクテリアをルリアーベルターニ(LB)培地中で生き返らせた。次いで、50μLの生き返らせた培養物(OD>0.5)を用いて、5mLのLB培地に接種し、培養物を使用前に30℃にて一晩培養した。
2. 5mLの一晩の培養物(OD 0.5)を遠心分離によって収集し、5mLの1×リン酸緩衝液(PBS)中で再懸濁した。1×PBSは、10mM PO 3−、137mM NaClおよび2.7mM KClの最終濃度を有した。次いで、バクテリア懸濁液を1%(w/v)PAC(SAE2、Norit、オランダ)を含有する2%(w/v;45mL溶液に対し)アルギン酸ナトリウム溶液の45mLに添加し、撹拌しつつ混合させた。1%PAC(w/v)を実施例1に詳述したバッチ吸着試験に基づき最適化した比として確立した。
3.撹拌を維持しつつ、混合物を約1.0mL/分の速度の蠕動ポンプでポンプ輸送し、1mmのノズルを介して4%(w/v)の塩化カルシウム溶液に滴下(1滴/秒)して、球状ビーズを形成した。
4.APQビーズを2〜3時間塩化カルシウム溶液中に維持して、ビーズを成熟させた。次いで、ビーズを10秒間ポリスルホン溶液(N−メチル−2−ピロリドン中の8%w/v)に浸した後、それらをMilli−Q HOに移した。ビーズはMBR中の適用に先立って1週以内HO中で貯蔵できる。長期貯蔵のために、ビーズを4℃のHOに貯蔵することができる。これらのビーズは、LB培地への一晩の浸漬を介して生き返さなければならないであろう。
Example 2: Preparation procedure of QQ-PAC beads QQ-PAC beads for biofouling control and removal of organic contaminants (TrOC) in MBR were prepared by the following procedure.
1. QQ bacteria were separated from the activated sludge and stored at -80C. Prior to bead preparation, QQ bacteria were revived in Luria-Bertani (LB) medium. 50 μL of the revived culture (OD> 0.5) was then used to inoculate 5 mL of LB medium, and the culture was cultured overnight at 30 ° C. before use.
2.5 mL of the overnight culture (OD 0.5) was collected by centrifugation and resuspended in 5 mL of 1 × phosphate buffer (PBS). 1 × PBS is, 10mM PO 4 3-, had a final concentration of 137 mM NaCl and 2.7 mM KCl. The bacterial suspension is then added to 45 mL of a 2% (w / v; 45 mL solution) of sodium alginate solution containing 1% (w / v) PAC (SAE2, Norit, The Netherlands) and mixed with stirring. I let it. 1% PAC (w / v) was established as an optimized ratio based on the batch adsorption test detailed in Example 1.
3. While maintaining agitation, the mixture was pumped with a peristaltic pump at a rate of about 1.0 mL / min and added dropwise (1 drop / sec) to a 4% (w / v) calcium chloride solution via a 1 mm nozzle. Thus, spherical beads were formed.
4. The APQ beads were kept in the calcium chloride solution for 2-3 hours to mature the beads. Then, after soaking the beads in 10 seconds polysulfone solution (N- methyl -2- 8% w / v of the pyrrolidone) and transferred them to Milli-Q H 2 O. Beads can be stored in H 2 O within one week prior to application in MBR. The beads can be stored in 4 ° C. H 2 O for long term storage. These beads will have to be revived via overnight immersion in LB medium.

QQ株をビーズ中で別々に捕捉し、MBRに等しく添加し、非均質の混合物を回避した。
QQバクテリア(乾燥重量):PAC:アルギン酸塩の質量比は、1:500:1000であると推測される。
QQ strains were captured separately in beads and added equally to MBR to avoid heterogeneous mixtures.
The mass ratio of QQ bacteria (dry weight): PAC: alginate is estimated to be 1: 500: 1000.

培養物の体積(V)は、培養物のODおよび最終体積(V)に依存する。Vとは、蠕動ポンプでポンプ輸送し、方程式V=0.1*V*0.5/ODによって計算される最終混合物の体積をいう。 The volume of culture (V) depends on the OD and final volume of the culture (V F). The V F, pumped with a peristaltic pump, means the volume of the final mixture to be calculated by the equation V = 0.1 * V F * 0.5 / OD.

実施例3:空PACビーズの調製手順
空PACビーズは、1%w/vの用量にてPAC(SAE2、Norit、オランダ)とアルギン酸Na溶液(2%w/v)とを混合し、蠕動ポンプを用いて1mL/分の速度でノズルを介して、CaCl溶液(4%w/v)に滴下することにより調製した。CaCl溶液に3時間浸漬後に、ビーズをポリスルホン溶液(N−メチル−2−ピロリドン中の8%w/v)に10秒間浸した後、ビーズをMilli−Q HOに移し、使用まで4℃にて貯蔵した。
Example 3 Procedure for Preparing Empty PAC Beads Empty PAC beads were prepared by mixing PAC (SAE2, Norit, Netherlands) and Na alginate solution (2% w / v) at a dose of 1% w / v, and a peristaltic pump. Was prepared by dripping into a CaCl 2 solution (4% w / v) via a nozzle at a rate of 1 mL / min using. After immersion in CaCl 2 solution for 3 hours, the beads were immersed in polysulfone solution (8% w / v in N-methyl-2-pyrrolidone) for 10 seconds, and the beads were transferred to Milli-Q H 2 O and used for 4 hours. Stored at ° C.

実施例4:MBRパフォーマンスに対するPACおよびQQの効果
実験室スケールのMBR構成および操作
0.04μmの細孔サイズおよび0.047m(浸漬)の表面積を持つ中空繊維限外濾過PVDF膜モジュール(ZeeWeed, GE, 米国)を装備した円筒状アクリル酸リアクター(3.2Lの作動体積)を従来のMBR(MBR−C)、実施例3により調製した空PACビーズを含むMBR(MBR−PAC)、実施例2により調製したQQ−PACビーズを含むMBR(MBR−PACQQ)として順次操作した(図11)。内部にビーズを含む後者の2つのモードについて、膜は、2時間ごとに5分間濾過の時点で同じ流れでの流出液で逆洗した。各操作サイクルは、TMP値が30kPaに達した場合に終了した。次いで、膜はリアクターから取り出し、1時間次亜塩素酸ナトリウム溶液(2%)に浸漬し、未使用の膜が用いた場合のMBR−Cを除いて、次の試行に先立って水道水で徹底的に濯いだ。合成廃水(後記の表4を参照)をMBR−C用の供給材料として用いたが、5種のPhACは、他のものについて2μg/Lの濃度にて供給材料に補足した。
Example 4: Effect of PAC and QQ on MBR performance Laboratory scale MBR configuration and operation Hollow fiber ultrafiltration PVDF membrane module with 0.04 μm pore size and 0.047 m 2 (immersion) surface area (ZeeWeed, A cylindrical acrylic acid reactor (3.2 L working volume) equipped with a conventional MBR (MBR-C), MBR containing empty PAC beads prepared according to Example 3 (MBR-PAC V ) equipped with GE (USA, GE) was run. MBRs containing QQ-PAC beads prepared according to Example 2 (MBR-PAC QQ ) were sequentially operated (FIG. 11). For the latter two modes with beads inside, the membrane was backwashed with effluent in the same stream at the point of filtration for 5 minutes every 2 hours. Each operating cycle ended when the TMP value reached 30 kPa. The membrane is then removed from the reactor and immersed in sodium hypochlorite solution (2%) for 1 hour, thorough with tap water prior to the next trial, except for MBR-C when unused membrane is used. I rinsed it. Synthetic wastewater (see Table 4 below) was used as the feed for MBR-C, but five PhACs were supplemented to the feed at a concentration of 2 μg / L for the others.

汚泥(Ulu Pandan Water Reclamation Plant、シンガポールから採取された)は1か月間、合成廃水に順応させた後、種子汚泥として用いた。混合された液懸濁固体(MLSS)濃度は、試験全体にわたってMBRの典型的な範囲(5.7±0.5g/l)に維持した。固体滞留時間(SRT)および水理学的滞留時間(HRT)は、15L/m/時間(LMH)の初期流れにて、各々、30日および6時間維持した。ビーズは、5%の体積比(実施例1に詳述された吸着テストに基づいて確立された)でMBRに添加した。 Sludge (Ulu Pandan Water Reclamation Plant, collected from Singapore) was used as seed sludge after acclimating to synthetic wastewater for one month. The mixed liquid suspended solids (MLSS) concentration was maintained in the typical range of MBR (5.7 ± 0.5 g / l) throughout the study. Solid retention time (SRT) and hydraulic retention time (HRT) is at an initial flow of 15L / m 2 / Time (LMH), respectively, and maintained for 30 days and 6 hours. Beads were added to the MBR at a 5% volume ratio (established based on the adsorption test detailed in Example 1).

QQ−PACビーズは、MBR汚損制御につき1〜10%の用量(リアクターの有効容積に対するビーズのバルク体積の比)にてMBRに添加できる。また、必要な場合、より高用量を用いて、流体化されたMBRを創生することができ、これは、非常に長期間のTrOCsの効率的な除去を可能にするであろう。   QQ-PAC beads can be added to the MBR at a dose of 1-10% (ratio of the bulk volume of the beads to the effective volume of the reactor) per MBR fouling control. Also, if necessary, higher doses can be used to create fluidized MBR, which will allow efficient removal of TrOCs for very long periods of time.

Figure 2020500698
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結果
図1は、MBR−C、MBR−PACおよびMBR−PACQQにおける膜差圧(TMP)の時間的経過を示す。未使用の膜をMBR−Cに用い、これを4日間の操作後に汚損し;全体的なTMP上昇は、MBR−PACおよびMBR−PACQQより、各々、3および6.5倍速かった。MBR−PACQQにおいて、TMPは16日目に8kPaに達するまで、徐々に増加し、次いで、急激に上昇した。MBR−CおよびMBR−PACと比較して、この急激な上昇は、各々、450%および150%遅延した。全体として、MBR−C、MBR−PACおよびMBR−PACQQについての平均汚損率(ΔTMP/Δt)は、各々、0.3、0.16および0.07kPa/時間であった。初期の試験において、PACだけの添加の結果、25%濾過時間を増加させたが[Water Res. 105 (2016) 65-75]、100%の濾過時間の増加がPACおよび逆洗の組合せによってこの試験において達成した。QQを添加すると、濾過時間は、MBR−PACQQ中で450%さらに増加した。これは、PACと一緒のQQバクテリアの組合せが膜生物汚損を妨害するのに有用なことを明確に示す。
Results FIG. 1 shows the time course of transmembrane pressure (TMP) in MBR-C, MBR-PAC V and MBR-PAC QQ . A fresh membrane was used for MBR-C, which was fouled after 4 days of operation; the overall TMP rise was 3 and 6.5 times faster than MBR-PAC V and MBR-PAC QQ , respectively. In MBR-PAC QQ , TMP gradually increased until reaching 8 kPa on day 16, then increased sharply. This sharp rise was delayed by 450% and 150%, respectively, as compared to MBR-C and MBR-PAC V. Overall, the average fouling rates (ΔTMP / Δt) for MBR-C, MBR-PAC V and MBR-PAC QQ were 0.3, 0.16 and 0.07 kPa / hour, respectively. In an earlier test, the addition of PAC alone resulted in a 25% increase in filtration time [Water Res. 105 (2016) 65-75], but a 100% increase in filtration time was achieved by a combination of PAC and backwash. Achieved in the test. Upon addition of QQ, the filtration time was further increased by 450% in MBR-PAC QQ . This clearly shows that the combination of QQ bacteria with PAC is useful in preventing membrane biofouling.

膜汚損制御に対するPACおよびQQメカニズムの効果を解明するために、膜抵抗分析を各MBR試行後に行った(計算について「膜抵抗分析」下の項を参照)。固有膜抵抗(R)におけるわずかな上昇をすべての化学洗浄後に観察した(表5)。MBR−Cについて、ケーキ抵抗(R)は、総抵抗(R)の86%に優位に寄与し、操作の4日以内に膜表面上の強力なケーキ層形成を示した。Rに対するRの寄与はMBR−PACにおいて50%に減少し、これは、空PACビーズおよび逆洗による表面研磨の組合せ効果が、膜表面に対するバクテリア付着を低下させることを示すようである。理論による拘束を望むことなく、PAC粒子はケーキ層の構造を変更でき、より厚いがより浸透性にし、コンパクトでなくしていると考えられる。たとえPAC粒子を低用量で用いたとしても、それらは、汚泥フロックの強度を高め、汚濁放出を減少させることにより、生物汚損を緩和した。この実施例に開示されるごとく、PAC粒子はアルギン酸塩ビーズ中に捕捉され、汚染物質(foulant)の吸着を妨害しつつ、機械的酸性化効果を非常に高めた。PACビーズへのQQバクテリアの添加は、MBR−PACと比較して、Rの相対的寄与をさらに50%低下させた。 To elucidate the effect of the PAC and QQ mechanisms on membrane fouling control, a membrane resistance analysis was performed after each MBR trial (see the section under “Membrane Resistance Analysis” for calculations). It was observed a slight increase in intrinsic membrane resistance (R m) after any chemical cleaning (Table 5). For MBR-C, the cake resistance (R c ) contributed significantly to 86% of the total resistance (R t ), indicating strong cake layer formation on the membrane surface within 4 days of operation. Contribution of R c for R t is reduced to 50% in the MBR-PAC V, which is the combined effect of the surface polishing by air PAC beads and backwashing is to exhibit reducing bacterial adhesion to the film surface . Without wishing to be bound by theory, it is believed that the PAC particles can alter the structure of the cake layer, making it thicker but more permeable and less compact. Even when PAC particles were used at lower doses, they alleviated biofouling by increasing sludge floc strength and reducing pollutant emissions. As disclosed in this example, the PAC particles were entrapped in alginate beads and greatly enhanced the mechanical acidification effect while preventing adsorption of foulants. Addition of QQ bacteria to PAC beads, as compared to the MBR-PAC V, reduced an additional 50% of relative contribution of R c.

細孔ブロッキングの制御がMBRに伴う生物汚損の最小化に必須であるので、逆洗を導入して、MBR−PACにおける細孔閉塞抵抗(R)を低下させた。逆洗は、物理的に可逆的な細孔閉塞を部分的に低下するが、不可逆性の細孔閉塞を低下させない。MBR−Cのものと比較して17%のMBR−PAC中のRの有意な増加を達成した。しかしながら、より長い濾過時間では、不可逆性の細孔閉塞はより有意になり;Rへのその寄与はMBR−PACQQにおいて最大(32%)であった。これらの結果は、PACおよび逆洗でのQQメカニズムの統合がバイオケーキ形成および物理的に可逆的な細孔閉塞を有効に低下させ、かくして、膜サイクル時間を非常に延長させたことを示す。。 Since control of pore blocking is essential for minimizing biofouling associated with MBR, backwashing was introduced to reduce pore blocking resistance (R p ) in MBR-PAC V. Backwashing partially reduces physically reversible pore blockage but does not reduce irreversible pore blockage. Compared to that of MBR-C achieved a significant increase in R p of 17% of the MBR-PAC V. However, a more long filtration times, the pore clogging irreversible become more significant; its contribution to R t was maximum (32%) in the MBR-PAC QQ. These results indicate that the integration of the QQ mechanism in PAC and backwashing effectively reduced biocake formation and physically reversible pore occlusion, thus greatly extending membrane cycle time. .

Figure 2020500698
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実施例5:QSシグナリング分子のクエンチング
QQバクテリアの役割は、LC−MS/MSを用いる2つのタイプのシグナル分子、AHLおよびAI−2の濃度をモニターにより、この実施例において確認した。
Example 5: Quenching of QS Signaling Molecules The role of QQ bacteria was confirmed in this example by monitoring the concentration of two types of signal molecules, AHL and AI-2 using LC-MS / MS.

方法
AHLは、Waheedら [Int. Biodeterior. Biodegrad. 113 (2016) 66-73]によって記載された方法によりMBRからのバイオケーキおよび活性汚泥(50mL)から抽出した。AHLおよびAI−2をLC/MS/MSで分析した(詳細な方法につき、「材料および方法」を参照)。
Methods AHL was extracted from biocake from MBR and activated sludge (50 mL) by the method described by Waheed et al. [Int. Biodeterior. Biodegrad. 113 (2016) 66-73]. AHL and AI-2 were analyzed by LC / MS / MS (see "Materials and Methods" for detailed methods).

結果
図2Aは、3つのすべてのMBRの汚泥およびバイオケーキ中のAHLの濃度を示す。AHLの組成が3つのリアクター中で全く異なったことが注目される。MBR−CおよびMBR−PACQQの双方における優位なAHLであるC−HSLは、MBR−PACにおいて検出されなかった。MBR−PACおよびMBR−PACQQにおけるAHLの主要構成分である3OC12−HSLは、MBR−Cにおいて検出されなかった。C−HSL、C10−HSLおよびC14−HSLを含めたMBR−PACにおける大部分のAHLは、他の2つのMBRにおいて検出されなかった。さらに、各リアクターのバイオケーキは、そのリアクターの上清とは異なるAHLプロフィールを示した。MBRにおいて最も広く検出されるAHLであるC8−HSLは、一般的に汚泥中に非常に低濃度で存在したが、MBR−CおよびMBR−PACの双方のバイオケーキにおいて重要なAHLであった。MBR−PACQQのバイオケーキにAHLは検出されなかった。汚泥中のAHL濃度は、MBR−CにおけるC6−HSLおよび3OC8−HSLについて、0.5〜1ng/mgVSS、MBR−PACにおけるC4−HSL、C10−HSL、3OC12−HSLおよびC14−HSLについて、0.25〜0.5ng/mg、ならびにMBR−PACQQにおけるC6−HSLおよび3OC12−HSLについて、0.2〜0.4ng/mgの範囲にある。これらのすべては、他の検出されたAHLよりも2桁高い。MBR間の微生物コミュニティーの差(実施例9に詳述される)は、異なるAHL媒介クオラムセンシング分子を生じることもできた。リアクター間の別個のAHLプロフィールにも拘わらず、MBR−CおよびMBR−PACの汚泥における総AHL濃度は、同じ(約1.5ng/mg VSS)であったが、それは、MBR−PACQQにおけるものの半分未満(約0.6ng/mg VSS)であった。MBR−CおよびMBR−PACのバイオケーキにおける総AHL濃度は、各々、3900ng/mおよび6000ng/mであり、これらは、MBR−PACQQで判明したものよりかなり高かった(図2B)。これらの結果は、バイオケーキ中で、QQがバルク汚泥中でAHLを部分的に低下させるが、AHL、特にC8−HSLを非常に涸渇させたことを示唆する。
Results FIG. 2A shows the concentration of AHL in sludge and biocake of all three MBRs. It is noted that the composition of AHL was quite different in the three reactors. C 6-HSL is dominant AHL in both MBR-C and MBR-PAC QQ was detected in MBR-PAC V. 3OC 12 -HSL a major constituent of AHL in MBR-PAC V and MBR-PAC QQ was detected in MBR-C. C 4-HSL, most of the AHL in the MBR-PAC V, including C 10-HSL and C 14-HSL was not detected in the other two MBR. In addition, the biocake of each reactor showed a different AHL profile than the supernatant of that reactor. The most widely detected AHL in MBR, C8-HSL, was generally present at very low concentrations in sludge, but was an important AHL in both MBR-C and MBR-PAC V biocakes . AHL was not detected in the MBR-PAC QQ biocake . The AHL concentration in the sludge was 0.5-1 ng / mg VSS for C6-HSL and 3OC8-HSL in MBR-C, and C4-HSL, C10-HSL, 3OC12-HSL and C14-HSL in MBR-PAC V. It ranges from 0.25 to 0.5 ng / mg, and 0.2 to 0.4 ng / mg for C6-HSL and 3OC12-HSL in MBR-PAC QQ . All of these are two orders of magnitude higher than the other detected AHLs. Differences in microbial community between MBRs (as detailed in Example 9) could also result in different AHL-mediated quorum sensing molecules. Despite the separate AHL profiles between the reactors, the total AHL concentration in the sludge of MBR-C and MBR-PAC V was the same (about 1.5 ng / mg VSS), but it was higher in MBR-PAC QQ . Less than half of that (approximately 0.6 ng / mg VSS). The total AHL concentration in bio cake MBR-C and MBR-PAC V are each a 3900ng / m 2 and 6000 ng / m 2, they were significantly higher than those found in the MBR-PAC QQ (Figure 2B) . These results suggest that in the biocake, QQ partially reduced AHL in bulk sludge, but greatly depleted AHL, especially C8-HSL.

AI−2シグナル分子の低下におけるQQバクテリアの有効性は図2Cに示され、MBR−PACQQは第4日にAI−2の最低濃度を有した。しかしながら、その後のAI−2レベルの徐々の増加は、QQコンソーシアム中のAI−2−低下株が長期的操作においてそのクエンチング活性を失ったことを示唆している。 The effectiveness of the QQ bacteria in reducing the AI-2 signal molecule is shown in FIG. 2C, with MBR-PAC QQ having the lowest concentration of AI-2 on day 4. However, a subsequent gradual increase in AI-2 levels suggests that the AI-2-reduced strain in the QQ consortium has lost its quenching activity in long-term manipulation.

実施例6:SMP生成およびその組成に対するPACおよびQQの効果
MBRプロセスにおける可溶性微生物生成物(SMP)の生成は、MBRの浸透が種々の適用に再利用されるならば、それらが生物汚損および排水液の化学的酸素要求量(COD)に直接的に寄与するので、重大な懸念である。本実施例において、LC−OCD−ONDを用いて、SMPを特徴付けした。
Example 6: Effect of PAC and QQ on SMP production and its composition The production of soluble microbial products (SMPs) in the MBR process depends on their biofouling and drainage if MBR infiltration is reused for various applications This is a significant concern as it directly contributes to the chemical oxygen demand (COD) of the liquid. In this example, SMP was characterized using LC-OCD-OND.

SMP分析−有機炭素および窒素の検出(LC−OCD−OND)(DOC−LABOR、ドイツ)と組み合わせたサイズ排除クロマトグラフィーを用いて、すべてのMBRの混合液(mixed liquor)中で可溶性微生物生成物(SMP)を特徴付けおよび定量した。略言すると、有機化合物、すなわち、生体高分子、親水性の溶存有機炭素(DOC)、疎水性のDOC、高分子量(HMW)タンパク質、ビルディングブロック、低分子量(LMW)中性物、LMW酸、HMW多糖を識別し、詳細は、Xiaoら [Chemosphere. 170 (2017) 233-241]に記載されている。製造者からのソフトウェアは、データ収集および処理に用いた[S.A. Huber, A. Balz, M. Abert, W. Pronk, Water Res. 45 (2011) 879-885]。   SMP analysis-Soluble microbial product in mixed liquor of all MBRs using size exclusion chromatography combined with organic carbon and nitrogen detection (LC-OCD-OND) (DOC-LABOR, Germany) (SMP) was characterized and quantified. Briefly, organic compounds: biopolymers, hydrophilic dissolved organic carbon (DOC), hydrophobic DOC, high molecular weight (HMW) proteins, building blocks, low molecular weight (LMW) neutrals, LMW acids, HMW polysaccharides have been identified and are described in detail in Xiao et al. [Chemosphere. 170 (2017) 233-241]. Software from the manufacturer was used for data collection and processing [S.A. Huber, A. Balz, M. Abert, W. Pronk, Water Res. 45 (2011) 879-885].

EPS抽出および分析−熱抽出法[X.Y. Li, S.F. Yang, Water Res. 41 (2007) 1022-1030]を細胞外高分子物質(EPS)の抽出に用いた。略言すると、15mLの汚泥をMBRから採取し、4000rpmおよび4℃にて30分間遠心分離し(また、特記しない限りは、この条件を以下の遠心分離工程に用いた)、上清を可溶性EPSとして貯蔵した。汚泥ペレットを0.05%(w/v)のNaCl中に再懸濁し;次いで、試料は(4℃の4000rpmにて15分間)遠心分離し、上清を緩く結合した(LB)EPSとして貯蔵した。汚泥ペレットは同じNaCl溶液に再懸濁し、60℃にて1時間インキュベートし;遠心分離後に、上清はしっかりと結合した(TB)EPSとして貯蔵した。   EPS extraction and analysis-Thermal extraction method [X.Y. Li, S.F. Yang, Water Res. 41 (2007) 1022-1030] was used for the extraction of extracellular polymeric substances (EPS). Briefly, 15 mL of sludge was collected from the MBR and centrifuged at 4000 rpm and 4 ° C. for 30 minutes (and unless otherwise noted, these conditions were used in the following centrifugation steps) and the supernatant was dissolved in soluble EPS. Stored as The sludge pellet was resuspended in 0.05% (w / v) NaCl; the samples were then centrifuged (15 min at 4000 rpm at 4 ° C.) and the supernatant was stored as loosely bound (LB) EPS. did. The sludge pellet was resuspended in the same NaCl solution and incubated at 60 ° C. for 1 hour; after centrifugation, the supernatant was stored as tightly bound (TB) EPS.

タンパク質(PN)分析について、フォリン-チオカルトフェノール酸試薬を用いるローリー法[J. Biol. Chem. 193 (1951) 265-275]を用い、750nmの吸収度を分光光度計(UV−2600、島津製作所、シンガポール)を介して測定した。多糖(PS)の定量化について、490nmでの吸収度をフェノール硫酸法を用いて測定した[Anal. Chem. 28 (1956) 350-356]
For protein (PN) analysis, the absorbance at 750 nm was measured using a Lowry method [J. Biol. Chem. 193 (1951) 265-275] using a folin-thiocartophenolic acid reagent, with a spectrophotometer (UV-2600, Shimadzu) Manufacture, Singapore). For the quantification of polysaccharide (PS), the absorbance at 490 nm was measured using the phenol sulfate method [Anal. Chem. 28 (1956) 350-356].
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総タンパク質および多糖の濃度を改変したローリー法[B. Frolund, R. Palmgren, K. Keiding, P.H. Nielsen, Water Res. 30 (1996) 1749-1758] およびフェノール硫酸法(同上)によって決定した。LMWタンパク質およびLMW多糖の濃度は、各々、分光計法によって試験された総タンパク質および多糖の濃度からHMWタンパク質およびHMW多糖を除することにより決定した。   Total protein and polysaccharide concentrations were determined by the modified Lowry method [B. Frolund, R. Palmgren, K. Keiding, P.H. Nielsen, Water Res. 30 (1996) 1749-1758] and the phenol-sulfuric acid method (ibid.). The LMW protein and LMW polysaccharide concentrations were determined by dividing the HMW protein and HMW polysaccharide from the total protein and polysaccharide concentrations tested by spectroscopy, respectively.

結果
生体高分子、ビルディングブロック、低分子量(LMW)酸および中性物を、親水性(HI)DOC内容物の一部として定量する場合の初期レベルに関する溶存有機炭素(DOC)含量における変化は、各MBRにつき比較した(図3A)。
Results The change in dissolved organic carbon (DOC) content relative to the initial level when quantifying biopolymers, building blocks, low molecular weight (LMW) acids and neutrals as part of the hydrophilic (HI) DOC content, Each MBR was compared (FIG. 3A).

膜が完全に汚損した時点まで、MBR−C、MBR−PACおよびMBR−PACQQにおける総DOC濃度がすべて、それらの初期値と比較して増加した。PACはMBR−PACおよびMBR−PACQQ中のPACの飽和点まで最初にある量のDOCを吸着し得たが、より長い操作時間の結果、最終段階でより高いDOC濃度を生じた。興味深いことには、MBR−PACQQ中のDOC組成は、その他の2つとは有意に異なっていた。MBR−PACQQにおいて、DOCは、主としてLMW中性物および疎水性(HB)DOCよりなり、それらは総DOC含量の76%および20%に寄与した。対照的に、LMW中性物およびHB DOCの合計は、MBR−CおよびMBR−PACにおいて50%未満であった。さらに、ビルディングブロック、生体高分子およびLMW酸のすべてがMBR−PACQQ中で有意に減少したが、それらすべてが他の2つのMBR中で増加した。MBR−PACQQ中の高MWの有機化合物(例えば、生体高分子およびビルディングブロック)の減少は、PACQQビーズの懸濁の延長の結果として低MWの有機物へのこれらの分子の分解によることができた。これらの結果は、QS分子に加えて、MBR−PACQQにおける微生物の変動がこれらのビルディングブロック、生体高分子およびLMW酸を生物学的に分解し得ることを示唆する。しかしながら、MBR−PACQQ中の最終汚損は、(i)微生物または高分子による細孔の部分的な妨害のため、経時的なPACの吸着容量の低下、および/または(ii)長期間操作中のAI−2クエンチング活性における低下(図2C)のためであり得る。 By the time the membrane was completely fouled, total DOC concentrations in MBR-C, MBR-PAC V and MBR-PAC QQ were all increased compared to their initial values. The PAC was able to initially adsorb a certain amount of DOC up to the saturation point of the PAC in MBR-PAC V and MBR-PAC QQ , but longer operating time resulted in higher DOC concentration in the final stage. Interestingly, the DOC composition in MBR-PAC QQ was significantly different from the other two. In MBR-PAC QQ , DOC consisted mainly of LMW neutrals and hydrophobic (HB) DOCs, which contributed to 76% and 20% of the total DOC content. In contrast, the sum of LMW neutrals and HB DOC was less than 50% in MBR-C and MBR-PAC V. In addition, building blocks, biopolymers and LMW acids were all significantly reduced in MBR-PAC QQ , but all of them were increased in the other two MBRs. Reduction of high MW organic compounds (eg, biopolymers and building blocks) in MBR-PAC QQ may be due to the breakdown of these molecules into low MW organics as a result of prolonged suspension of PAC QQ beads. did it. These results suggest that, in addition to QS molecules, microbial variability in MBR-PAC QQ can biodegrade these building blocks, biopolymers and LMW acids. However, final fouling in the MBR-PAC QQ can be due to (i) a decrease in PAC adsorption capacity over time due to partial obstruction of the pores by microorganisms or macromolecules, and / or (ii) long term operation May be due to a decrease in AI-2 quenching activity (Figure 2C).

加えて、MBR−PACおよびMBR−PACQQについてのSMP中の芳香族化合物の存在は、各々、74および36%有意に低下させ、それはPACへの芳香族化合物の強い親和性に帰する。 In addition, the presence of aromatics in SMP for MBR-PAC V and MBR-PAC QQ was significantly reduced by 74 and 36%, respectively, which is attributed to the strong affinity of the aromatics for PAC.

操作の終わりにて、MBR−C、MBR−PACおよびMBR−PACQQにおける総タンパク質および多糖の濃度は、各々、27、51および5mg/Lであると判明した(図3B)。MBR−PACQQ中のこれらの物質の有意により低い濃度は、膜生物汚損におけるQQメカニズムの役割を示した。多糖の濃度は、MBR−PACを除いてすべてのMBRの混合液中のLMWおよびHMWのタンパク質よりも高かった。DOC組成と一緒のこれらの結果は、多糖(生体高分子=多糖+タンパク質(HMW+LMW))がケーキ層形成により有意に寄与するが、LMW有機物が部分的または完全に膜の細孔に入り、その結果、流体学的に不可逆性の膜生物汚損を生じることを示唆する。これは、MBR−PACQQにおいて特に重要であり、2.4倍のより長い操作時間は、MBR−PACと比較して、Rにおいて1.6倍増加させた。 At the end of the run, the total protein and polysaccharide concentrations in MBR-C, MBR-PAC V and MBR-PAC QQ were found to be 27, 51 and 5 mg / L, respectively (FIG. 3B). Significantly lower concentrations of these substances in MBR-PAC QQ indicated a role for the QQ mechanism in membrane biofouling. Polysaccharide concentrations were higher than LMW and HMW proteins in all MBR mixtures except for MBR-PAC V. These results, together with the DOC composition, indicate that the polysaccharide (biopolymer = polysaccharide + protein (HMW + LMW)) contributes significantly to the cake layer formation, but LMW organics partially or completely enter the pores of the membrane and The result suggests that a hydrologically irreversible membrane biofouling occurs. This is particularly important in MBR-PAC QQ, 2.4 times the longer operating time, compared with the MBR-PAC V, it increased 1.6 fold in R p.

図4(グラフA〜Cの下部)は、すべてのMBRにおける異なる時間的間隔にて、結合EPSの炭水化物に対するタンパク質の比(PN/C)および結合EPSの濃度を示す。結合EPSは、MBR−CおよびMBR−PACの双方で増加し、膜が汚損した場合に、約70mg/g VSSのままであった。この比率も最初の4日以内にMBR−PACQQ中で増加したが、それはその後に徐々に減少し、膜が汚損した場合に、約50mg/g VSSを維持した。EPSが膜表面上のバイオフィルム・マトリックスの空間的配置を維持するのを助けることは広く受け入れられいる。理論による拘束を望むことなく、QQビーズはEPSの放出を低下させ、かくして、バイオフィルム層形成を崩壊させると考えられる。 FIG. 4 (bottom of graphs AC) shows the ratio of protein to carbohydrate of bound EPS (PN / C) and the concentration of bound EPS at different time intervals in all MBRs. Bound EPS increased for both MBR-C and MBR-PAC V and remained at about 70 mg / g VSS if the membrane was fouled. This ratio also increased in MBR-PAC QQ within the first 4 days, but then decreased gradually, maintaining about 50 mg / g VSS if the membrane was fouled. It is widely accepted that EPS helps maintain the spatial arrangement of the biofilm matrix on the membrane surface. Without wishing to be bound by theory, it is believed that QQ beads reduce the release of EPS and thus disrupt biofilm layer formation.

実施例7:汚泥特性の変更
パフォーマンスおよび汚泥特徴付け。化学的酸素要求量(COD)、汚泥容積指標(SVI)、混合液浮遊物質(MLSS)および揮発性浮遊物質(VSS)は、標準分析法により分析した[American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), Water Environment Federation (WEF), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed., Washington, DC, 2012]。溶存酸素(DO)および固有酸素摂取速度(SOUR)はマルチメーター(XL600, Fisher Scientific,米国)を用いて分析した。フロックサイズ分布は、粒径分析器(SALD-3101, Shimadzu,シンガポール)を用いてモニターした。また、汚泥フロックは、蛍光顕微鏡(Nikon-ECLIPSE、日本)を用いて時々画像化した。毛管吸引時間(CST)に関する汚泥脱水性は、CST装置(Ofite 294-50, OFI Testing Equipment Inc.,米国)を用いて評価した。混合液のゼータ電位および導電率(EC)はzetasizer (MRK570-01, Malvern,英国)によって測定した。
Example 7: Change of sludge properties Performance and sludge characterization. Chemical oxygen demand (COD), sludge volume index (SVI), mixed liquid suspended solids (MLSS) and volatile suspended solids (VSS) were analyzed by standard analytical methods [American Public Health Association (APHA), American Water. Works Association (AWWA), Water Environment Federation (WEF), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed., Washington, DC, 2012]. Dissolved oxygen (DO) and intrinsic oxygen uptake rate (SOUR) were analyzed using a multimeter (XL600, Fisher Scientific, USA). Floc size distribution was monitored using a particle size analyzer (SALD-3101, Shimadzu, Singapore). The sludge floc was occasionally imaged using a fluorescence microscope (Nikon-ECLIPSE, Japan). Sludge dewaterability with respect to capillary suction time (CST) was evaluated using a CST device (Ofite 294-50, OFI Testing Equipment Inc., USA). The zeta potential and conductivity (EC) of the mixture were measured by zetasizer (MRK570-01, Malvern, UK).

固有酸素摂取速度(SOUR)を頻繁に用いて、呼吸活性を特徴付け、かつ細胞の生理的な状態を推論した[Biochem. Eng. J. 49 (2010) 289-307]。SOURは、表6に示されるごとく、MBR−CおよびMBR−PACにおいて同じであるが、それはMBR−PACQQにおける実験の終わりに2倍になった。これは、QQ現象またはバクテリアのシグナリング中の混乱が微生物細胞の代謝活性に直接的な影響を及ぼすこともでき、それはバクテリアのコミュニケーションにおける中断の間に現れる欠乏条件と関係し得ることを示す。 Intrinsic oxygen uptake rate (SOUR) was frequently used to characterize respiratory activity and to infer the physiological state of cells [Biochem. Eng. J. 49 (2010) 289-307]. The SOUR was the same in MBR-C and MBR-PAC V , as shown in Table 6, but doubled at the end of the experiment in MBR-PAC QQ . This indicates that QQ events or perturbations during bacterial signaling may also have a direct effect on the metabolic activity of microbial cells, which may be related to deficiency conditions that appear during interruptions in bacterial communication.

フロックサイズ分布は、試験の全体にわたってモニターした。表6に示されるごとく、MBR−Cにおけるフロックサイズは有意に変わらなかったが、それは操作の終わりまで、MBR−PACおよびMBR−PACQQ中で、各々、59%および128%増加した。顕微鏡画像(図5)は、MBR−Cからの、MBR−PACへ、さらにMBR−PACQQへの汚泥フロックサイズを増加させる傾向を明確に示している。汚泥フロックサイズの減少は、QQを補足したMBR中で報告されている[H. Waheed, Y. Xiao, I. Hashmi, D. Stuckey, Y. Zhou, Insights into quorum quenching mechanisms to control membrane biofouling under changing organic loading rates, Chemosphere. 182 (2017) 40-47]、かくして、かかる増加はQQビーズ中のPACに起因するようである。PACの添加は、生物学的安定性、汚泥沈降性を高め、そのより大きな表面積により活性汚泥法の有効性を改善し、これは支持媒体として働き、バクテリアに適切な環境を供給する。MBR−PACQQと比較したMBR−PAC中のより小さな汚泥フロックは、汚泥とのPACのより短い接触時間のためであることができた。すべてのMBRのうち最低のCST値によって証明されるごとく、MBR−PACQQ中のより大きなフロックはよりよい脱水性に寄与し得る(表6)。 Floc size distribution was monitored throughout the study. As shown in Table 6, the floc size in MBR-C did not change significantly, but increased 59% and 128% in MBR-PAC V and MBR-PAC QQ , respectively, until the end of the run. Microscopic images (FIG. 5) clearly show a tendency to increase sludge floc size from MBR-C to MBR-PAC V and further to MBR-PAC QQ . Reduction of sludge floc size has been reported in MBR supplemented with QQ [H. Waheed, Y. Xiao, I. Hashmi, D. Stuckey, Y. Zhou, Insights into quorum quenching mechanisms to control membrane biofouling under changing. organic loading rates, Chemosphere. 182 (2017) 40-47], thus such an increase appears to be due to PACs in the QQ beads. The addition of PAC enhances biological stability, sludge settling, and improves the effectiveness of the activated sludge process due to its larger surface area, which acts as a support medium and provides a suitable environment for bacteria. The smaller sludge floc in MBR-PAC V compared to MBR-PAC QQ could be due to shorter contact time of PAC with sludge. Larger flocs in MBR-PAC QQ may contribute to better dehydration, as evidenced by the lowest CST value of all MBRs (Table 6).

Figure 2020500698
Figure 2020500698

MBR−CおよびMBR−PACからの汚泥のゼータ電位は、各々、比較的安定な約−8および−14mVを維持した(図4。A〜Cのグラフ上部)。EPSにおけるタンパク質、フミン酸、ウロン酸および核酸のごとき個々のEPS成分が、一般的に多糖より、表面電荷源である豊富なイオン化官能基を運ぶので、ゼータ電位の絶対値の増加はPN/C比における増加のためであり得る。それにより、QQによりEPSの組成を変更することも、得られた汚泥のゼータ電位に影響し得る。典型的には、より負のゼータ電位はより多くの負電荷を運び、それは反発的な静電的相互作用を増加させ、凝集プロセスに影響する。前記に示されるごとく、PACの添加は汚泥フロックサイズを増加させ;それにより、約−12mVの初期の安定化後のMBR−PACQQにおける−18mV未満までの突然の落下が、より大きなフロックサイズにより脱水性の増加を相殺しなかった。 The zeta potential of the sludge from MBR-C and MBR-PAC V remained relatively stable at about -8 and -14 mV, respectively (FIG. 4. Graph top, AC). Since the individual EPS components, such as proteins, humic acids, uronic acids and nucleic acids in EPS, generally carry abundant ionizable functionalities that are more surface charge sources than polysaccharides, the increase in absolute zeta potential is PN / C This may be due to an increase in the ratio. Thereby, changing the composition of the EPS by QQ can also affect the zeta potential of the obtained sludge. Typically, a more negative zeta potential carries more negative charge, which increases repulsive electrostatic interactions and affects the aggregation process. As indicated above, the addition of PAC increased the sludge floc size; thereby, a sudden drop to less than -18 mV in the MBR-PAC QQ after an initial stabilization of about -12 mV caused the larger floc size to decrease. It did not offset the increased dehydration.

実施例8:MBRパフォーマンスおよびミクロ汚濁物質除去
MBR中の選択された医薬化合物のCOD除去効率に対するPACまたはQQの添加の効果を検討した。
Example 8: MBR performance and micropollutant removal The effect of the addition of PAC or QQ on the COD removal efficiency of selected pharmaceutical compounds in MBR was studied.

方法
化学的酸素要求量(COD)、汚泥容積指標(SVI)、混合液浮遊物質(MLSS)および揮発性浮遊物質(VSS)は、標準分析法により分析した[American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), Water Environment Federation (WEF), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed., Washington, DC, 2012]。
Methods Chemical oxygen demand (COD), sludge volume index (SVI), mixed liquid suspended solids (MLSS) and volatile suspended solids (VSS) were analyzed by standard analytical methods [American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), Water Environment Federation (WEF), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed., Washington, DC, 2012].

MBR実験からの水性試料中のPhACは、Xiaoら. [Chem. Eng. J. 321 (2017) 335-345]により従前に記載のごとく、6−mL 30−μm Oasis(登録商標)HLB固相抽出(SPE)カートリッジ(Waters, シンガポール)を用いて濃縮した。汚泥またはビーズに吸着されたPhAC量は、液液抽出を用いて、1mLの混合液試料または10個の無作為に選択されたビーズから抽出した。ビーズを抽出前に乳棒で粉砕した。前処理後、PhACを液体クロマトグラフィー質量分析器(LC/MS/MS)を用いて分析した。   PhACs in aqueous samples from MBR experiments were determined using a 6-mL 30-μm Oasis® HLB solid phase as previously described by Xiao et al. [Chem. Eng. J. 321 (2017) 335-345]. Concentration was performed using an extraction (SPE) cartridge (Waters, Singapore). The amount of PhAC adsorbed on the sludge or beads was extracted from a 1 mL mixture sample or 10 randomly selected beads using liquid-liquid extraction. Beads were ground with a pestle before extraction. After the pretreatment, PhAC was analyzed using a liquid chromatography mass spectrometer (LC / MS / MS).

AJS電気スプレーインターフェースを装備したAgilent 6460(米国)QQQ三連四重極質量分析器(MS)をPhACの分析に用いた。装置設定は、全測定につき以下の通り最適化した:インターフェース電圧、3.5kV;乾燥ガス温度、325℃;乾燥ガス(N)流速、8L/分;シースガス温度、300℃;シースガス(N)流速、11L/分。Agilent 1290 Infinity II HPLCをクロマトグラフ分離に用いた。100×2.1mm Kinetex 2.6μmビフェニルカラム(Phenomenex、米国)は、0.1% ギ酸(A)および0.1%ギ酸を含むメタノール(B)と共に用い、10分以内に10%(AHLにつき5%)から85%Bへの勾配とした。 An Agilent 6460 (USA) QQQ triple quadrupole mass spectrometer (MS) equipped with an AJS electrospray interface was used for PhAC analysis. Instrument settings were optimized for all measurements as follows: interface voltage, 3.5 kV; dry gas temperature, 325 ° C .; dry gas (N 2 ) flow rate, 8 L / min; sheath gas temperature, 300 ° C .; sheath gas (N 2 ) Flow rate, 11 L / min. Agilent 1290 Infinity II HPLC was used for chromatographic separation. A 100 × 2.1 mm Kinetex 2.6 μm biphenyl column (Phenomenex, USA) was used with 0.1% formic acid (A) and methanol containing 0.1% formic acid (B) within 10 minutes within 10% (per AHL). 5%) to 85% B.

結果
同様のCOD除去効率(93.0±2.5、95±4および92.1±1.5%)は、各々、MBR−C、MBR−PACおよびMBR−PACQQにおいて達成した。PACまたはQQの添加の結果、COD除去におけるいずれの有意な変化も生じなかった。
Results Similar COD removal efficiencies (93.0 ± 2.5, 95 ± 4 and 92.1 ± 1.5%) were achieved for MBR-C, MBR-PAC V and MBR-PAC QQ , respectively. Addition of PAC or QQ did not result in any significant changes in COD removal.

図6は、MBRにおいて選択された医薬化合物の除去効率を示し、医薬化合物は、トリメトプリム(TrMP)、スルファメトキサゾール(SMX)、カルバマゼピン(CBZ)、ジクロフェナク(DCF)およびトリクロサン(TCS)であった。TrMP、SMX、CBZ、DCFおよびTCSの除去効率は、MBR−PACにおいて、各々、71±15、80±7、63±21、82±8および67±22%であったが;効率はMBR−PACQQにおけるすべてのPhACにつきわずかに増加した。CBZは、すべてのPhAC中で最小の除去効率を示した。しかしながら、MBR−PACおよびMBR−PACQQの間のPhAC除去効率における統計的有意差は観察しなかった(すべてにつきp>0.05)。また、汚泥に吸着されたPhACは、双方のMBRにつき分析した(図7)。比較的低濃度のSMX、DCFおよびTCSのより低い濃度が汚泥で判明し、かくして、これらの成分は、高度に分解性であると考えることができる。平均TrMP濃度は0.18〜0.91μg/gVSSの範囲にあったが、CBZについての値は、MBR−PACQQにおいて0.88〜1.28μg/gVSSであった。したがって、TrMPおよびCBZの除去は、生物分解よりむしろ吸着によるものであり得る。他方、ビーズ中の吸着されたTrMP、SMX、CBZ、DCF、TCSについてのt検定のp値は、各々、0.425、0.119、0.428、0.159および0.617であった。MBR−PACおよびMBR−PACQQの間の吸着されたPhACにおける統計的有意差は観察されなかった(すべてにつきp>0.05)。 FIG. 6 shows the elimination efficiencies of selected pharmaceutical compounds in the MBR, which were trimethoprim (TrMP), sulfamethoxazole (SMX), carbamazepine (CBZ), diclofenac (DCF) and triclosan (TCS). there were. The removal efficiencies of TrMP, SMX, CBZ, DCF and TCS were 71 ± 15, 80 ± 7, 63 ± 21, 82 ± 8 and 67 ± 22% in MBR-PAC V , respectively; -Slight increase for all PhACs in PAC QQ . CBZ showed the lowest removal efficiency among all PhACs. However, no statistically significant difference in PhAC removal efficiency between MBR-PAC V and MBR-PAC QQ was observed (p> 0.05 for all). PhAC adsorbed on the sludge was analyzed for both MBRs (FIG. 7). Lower concentrations of relatively low concentrations of SMX, DCF and TCS are found in the sludge, and thus these components can be considered highly degradable. Mean TrMP concentrations ranged from 0.18 to 0.91 μg / g VSS, while values for CBZ ranged from 0.88 to 1.28 μg / g VSS for MBR-PAC QQ . Thus, the removal of TrMP and CBZ may be by adsorption rather than biodegradation. On the other hand, the p-values of the t-test for the TrMP, SMX, CBZ, DCF, TCS adsorbed in the beads were 0.425, 0.119, 0.428, 0.159 and 0.617, respectively. . No statistically significant difference in adsorbed PhAC between MBR-PAC V and MBR-PAC QQ was observed (p> 0.05 for all).

すべてのPhACの運命(fate)を計算し、図7に示す。この図は、SMX、DCFおよびTCSの運命に対する生物分解の寄与がQQ株の添加で増加したことを明確に示す。これは、DCFで特に顕著であり、汚泥に対する生物分解(33%)および吸着(42%)を介してPACにおいて除去されたが、PACQQにおいては生物分解(86%)を介して主として除去された。QQビーズ上に吸着されたすべてのPhACの生物分解性の一貫性は、PAC−QQビーズの有効性を示す。さらに、PACビーズに吸着された汚濁物質量を定量化し、表7に示す。MBR−PACQQの透過において達成したよりよい除去効率、および双方のMBRの汚泥中の吸着質の同じ濃度に関係なく、QQバクテリア捕捉ビーズ上に吸着したPhACの濃度は、空PACビーズよりはるかに高かった。ミクロの汚濁物質の取り込みまたは吸着が吸着剤に対する吸着部位の有効性に一般的に依存することは周知である。したがって、PACに吸着された汚濁物質が、炭素源としてバクテリア株によってさらに利用され、かくして、吸着部位のうちのいくつかを再生成し、全体的な除去効率を高めると推測し得る。
これらの見解は、同時の吸着および生物分解がPAC−QQビーズを介して可能であり得ることを示唆する。
The fate of all PhACs was calculated and is shown in FIG. This figure clearly shows that the contribution of biodegradation to the fate of SMX, DCF and TCS was increased with the addition of the QQ strain. This is particularly noticeable with DCF, which was removed in PAC V via biodegradation (33%) and adsorption (42%) on sludge, whereas in PAC QQ it was mainly removed via biodegradation (86%). Was done. The consistency of the biodegradability of all PhACs adsorbed on QQ beads indicates the effectiveness of PAC-QQ beads. Furthermore, the amount of pollutants adsorbed on the PAC beads was quantified and shown in Table 7. Regardless of the better removal efficiency achieved in MBR-PAC QQ permeation and the same concentration of adsorbate in the sludge of both MBRs, the concentration of PhAC adsorbed on the QQ bacterial capture beads is much higher than empty PAC beads. it was high. It is well known that the uptake or adsorption of micropollutants generally depends on the effectiveness of the adsorption site on the adsorbent. Therefore, it can be assumed that the contaminants adsorbed on the PAC are further utilized by the bacterial strain as a carbon source, thus regenerating some of the adsorption sites and increasing the overall removal efficiency.
These observations suggest that simultaneous adsorption and biodegradation may be possible via PAC-QQ beads.

Figure 2020500698
Figure 2020500698

実施例9:微生物コミュニティーにおける変動
MBR中のQQまたはPACの効果についてのよりよい理解のために、Illumina MiSeq高性能配列決定法を用いて微生物コミュニティーを分析した。
Example 9: Variation in microbial community For a better understanding of the effects of QQ or PAC in MBR, the microbial community was analyzed using Illumina MiSeq high performance sequencing.

RNA抽出および微生物コミュニティー分析
MBRからのバルク汚泥、バイオケーキおよびビーズの二連試料を操作が終了した場合に、−80℃にて直ちに冷凍させた。ゲノムDNAおよびRNAは、Toweら [J. Microbiol. Methods. 84 (2011) 406-412]の方法を用いて、冷凍試料から抽出した。混合物は製造者の指示に従い、RQ1 RNaseフリーDNアーゼ(Promega、米国)で処理して、RNAを得た。cDNAは、製造者のプロトコールにより40μlの全容積中でGoScript Reverse Transcription System(Promega、米国)を用いて、RNAから合成した。cDNAは、Research Technology Support Facility, Michigan State University,米国にてIllumina Miseqプラットフォーム上で配列決定するために用いた。二重の指標を付けたIllumina適合性ライブラリーは、Takahashiら [PLOS ONE. 9 (2014)]によって記載されたプライマーを用いて調製し、これを広範囲のバクテリアおよび古バクテリア種の16S rRNAのV3〜V4領域を増幅した。PCRに続いて、反応生成物をInvitrogen Sequal Prep DNA標準化プレートを用いて標準化し、回収したDNAをプールした。最終プールはAmpureXPを用いてクリーンアップした。ライブラリープールは、Qubit dsDNAアッセイ、Caliper LabChipGXおよびKapa Illumina Library Quantification qPCR キットの組合せを用いて確証および定量化した。各プールは、Illumina MiSeq standard v2 フローセルに負荷し、配列決定をv2 500 サイクル 試薬カートリッジを用いて2x250bp 対のエンドフォーマットにおいて行った。
RNA extraction and microbial community analysis Duplicate samples of bulk sludge, biocake and beads from MBR were immediately frozen at -80 <0> C when the operation was completed. Genomic DNA and RNA were extracted from frozen samples using the method of Towe et al. [J. Microbiol. Methods. 84 (2011) 406-412]. The mixture was treated with RQ1 RNase-free DNase (Promega, USA) according to the manufacturer's instructions to obtain RNA. cDNA was synthesized from RNA using the GoScript Reverse Transcription System (Promega, USA) in a total volume of 40 μl according to the manufacturer's protocol. The cDNA was used for sequencing on the Illumina Miseq platform at Research Technology Support Facility, Michigan State University, USA. A dual indexed Illumina compatibility library was prepared using the primers described by Takahashi et al. [PLOS ONE. 9 (2014)], which was used to generate V3 of 16S rRNA from a wide range of bacterial and archaeal species. The ~ V4 region was amplified. Following PCR, the reaction products were normalized using an Invitrogen Sequal Prep DNA standardization plate and the recovered DNA was pooled. The final pool was cleaned up using AmpureXP. Library pools were validated and quantified using a combination of the Qubit dsDNA assay, Caliper LabChipGX and Kapa Illumina Library Quantification qPCR kit. Each pool was loaded onto an Illumina MiSeq standard v2 flow cell and sequencing was performed using a v2 500 cycle reagent cartridge in a 2x250bp paired end format.

配列決定データは、QIIME 1 パイプライン[Nat. Methods. 7 (2010) 335-336] を用いて解析した。対合したエンドデータを50 bpのmin_オーバーラップおよび 15 %のperc_max_diffの設定にてjoin_paired_ends scriptを用いて連結し、次いで、QIIME [N.A. Bokulich, et al.,Nat. Methods. 10 (2013) 57-59]におけるデフォルト戦略を用いて品質をフィルタリングした。配列は、オープンリファレンスOUTピッキングプロトコール(open-reference OUT picking protocol)[PeerJ. 2 (2014)]を用いて操作上の分類単位(OTU)にクラスター化した。多様性はコア多様性解析スクリプトを用いて解析し、結果は、Emperorツールを備えた主座標分析(PCoA)プロットにおいて視覚化した[Y. Vazquez-baezaら, GigaScience. 2 (2013) 16].   Sequencing data was analyzed using the QIIME 1 pipeline [Nat. Methods. 7 (2010) 335-336]. The paired end data were linked using the join_paired_ends script with a min_overlap of 50 bp and a perc_max_diff of 15%, and then QIIME [NA Bokulich, et al., Nat. Methods. 10 (2013) 57 -59] using the default strategy. Sequences were clustered into operational taxonomic units (OTUs) using the open-reference OUT picking protocol [PeerJ. 2 (2014)]. Diversity was analyzed using a core diversity analysis script, and the results were visualized in principal coordinate analysis (PCoA) plots with the Emperor tool [Y. Vazquez-baeza et al., GigaScience. 2 (2013) 16].

PCoAプロット(図8)は、3つのMBRのバイオケーキ、ならびにMBR−PACおよびMBR−PACQQの汚泥間の微生物コミュニティーにおいて有意差が存在したことを示す。プロテオバクテリア門のメンバーは、すべてのコミュニティー(図9)における最も優位な群であり、OUTカウントは34〜55%の範囲にあった。このバクテリアに続いたものは、すべての汚泥またはバイオケーキコミュニティー中でアクチノバクテリア(19〜36%)であった。候補TM7門のメンバーは、MBR−Cのバイオケーキにおいて優位な群(26〜30%)であったが、それは他のコミュニティーにおいてかろうじて存在し、MBR−PACにおいてシアノバクテリア(11〜22%)のメンバーおよびMBR−PACQQのバイオケーキにおいてバクテロイデス(24〜25%)により大きく置き換わった。剪断力(shear forces)に起因する微生物コミュニティーに対する同様の影響も逆浸透膜において観察したので、ビーズによって生成された流体力は、MBR−CおよびMBR−PACの間の微生物コミュニティーの差異に導く主要因子であり得た。しかしながら、PACも、微生物コミュニティーのシフトに寄与することができた。MBR−PACおよびMBR−PACQQ間の微生物コミュニティーの差異は、QQ活性に帰することができた。MBR間の微生物コミュニティーのこれらの差異の結果、MBRにおける別個のAHLプロフィール(図2)を生じた。 The PCoA plot (FIG. 8) shows that there were significant differences in the microbial community between the three MBR biocakes and the sludges of MBR-PAC V and MBR-PAC QQ . Proteobacterial phylum members were the most dominant group in all communities (FIG. 9), with OUT counts ranging from 34-55%. What followed this bacterium was Actinobacteria (19-36%) in all sludge or biocake communities. The candidate TM7 member was a dominant group (26-30%) in the MBR-C biocake, but it was barely present in other communities, and cyanobacteria (11-22%) in MBR-PAC V. Bacteroides (24-25%) were greatly replaced in the biocake of the members of MBR-PAC QQ . Fluid forces generated by the beads led to differences in microbial community between MBR-C and MBR-PAC V , as similar effects on microbial communities due to shear forces were also observed in reverse osmosis membranes. Could be a major factor. However, PACs could also contribute to a shift in the microbial community. The difference in microbial community between MBR-PAC V and MBR-PAC QQ could be attributed to QQ activity. These differences in microbial community between MBRs have resulted in distinct AHL profiles in MBRs (FIG. 2).

MBR−PACQQのバイオケーキの微生物コミュニティーが同一リアクター中の汚泥のものとは異なったことに注目する価値がある。バクテロイデスの存在量(abundance)は汚泥中で3〜5%に大きく低下したが、プロテオバクテリアおよびアクチノバクテリアの組成が、各々、汚泥中で8〜50%および32〜36%、バイオケーキ中で39〜41%および19〜21%に増加した。MBR中のバイオケーキおよびバルク汚泥間の微生物コミュニティーのこの差異は、フルスケールのMBRにおい広範囲に観察され、HRT、F/M(食物−対−微生物の比)またはMLSSの変動は、バイオケーキ形成に対して選択圧を創生した。しかしながら、本願発明者および関係者によって行った実験室での試験において、バイオケーキ中の微生物コミュニティーはバルク汚泥においてのものに非常に類似した。スピロソーマおよびコマモナス(Comamondaceae)科の未確認の属は、バイオケーキ中の2つの優位な種類であり、各々、総OUTカウントの約22%および約14%を占めたが、メチロシスティス科およびストレプトミセス科の2つの未確認の種類は、バルク汚泥中の優位な種類であり、各々、約17%および約10%の存在量であった。スピロソーマのメンバーは、規定された連続的ステージ下の新鮮な川のバイオフィルムとしてのみ増殖することが観察された[Microb. Ecol. 50 (2005) 589-601]。また、バクテロイデスは、超音波処理下の嫌気性MBRのバイオケーキ中の重要な部分であり、これはタンパク質EPSの生成を増加させたEPS [Z. Yu, X. Wen, M. Xu, X. Huang, Characteristics of extracellular polymeric substances and bacterial communities in an anaerobic membrane bioreactor coupled with online ultrasound equipment, Bioresour. Technol. 117 (2012) 333-340]。かくして、EPSでの多糖生成の主要な抑制で、QQ活性は、MBR−PACQQバイオケーキで微生物コミュニティーのバランスを乱し、スピロソーマの増殖に有利である。 It is worth noting that the microbial community of the MBR-PAC QQ biocake was different from that of the sludge in the same reactor. Although the abundance of Bacteroides was greatly reduced to 3-5% in the sludge, the composition of Proteobacteria and Actinobacterium was 8-50% and 32-36% in the sludge and 39-36% in the biocake, respectively. 4141% and 19-21%. This difference in microbial community between biocake and bulk sludge in the MBR is widely observed in full-scale MBR, and HRT, F / M (food-to-microorganism ratio) or MLSS fluctuations indicate that biocake formation A selective pressure was created. However, in laboratory tests performed by the inventors and interested parties, the microbial community in the biocake was very similar to that in bulk sludge. Unidentified genera of the Spirosoma and Comamondaceae families are the two predominant varieties in the biocake, accounting for about 22% and about 14%, respectively, of the total OUT count, but of the Methylocysticaceae and Streptomyces families. The two unidentified types were the predominant types in bulk sludge, with abundances of about 17% and about 10%, respectively. Spirosoma members were observed to grow only as fresh river biofilms under defined continuous stages [Microb. Ecol. 50 (2005) 589-601]. Bacteroides are also an important part of the anaerobic MBR biocake under sonication, which increases the production of protein EPS [Z. Yu, X. Wen, M. Xu, X. Huang, Characteristics of extracellular polymeric substances and bacterial communities in an anaerobic membrane bioreactor coupled with online ultrasound equipment, Bioresour. Technol. 117 (2012) 333-340]. Thus, with a major suppression of polysaccharide production in EPS, QQ activity disrupts the microbial community balance in the MBR-PAC QQ biocake and favors the growth of spirosomes.

また、図8および9は、非常に別個の微生物コミュニティーがPACとPACQQのビーズ中で形成されたことを示す。プロテオバクテリアは、依然として、これらのビーズにおいて最も優位な門(46〜55%)であったが、ユリアーキオータのメタン生成菌は、大部分のアクチノバクテリアを置換し、PACおよびPACQQのビーズにおいて、各々、第2(15〜21%)および第3(13〜15%)の最も優位な門を形成した。メタノサエタ属は、ほとんど双方のビーズ中のユリアーキオータの単独の(>99.5%)メンバーであった。加えて、ファーミキューテスのメンバーは、PACおよびPACQQのビーズ中で、各々、8〜13%および5〜7%に増加した。メタノサエタおよびファーミキューテスの双方は、一般的にメタン生成リアクター中に存在することが知られている。これらの結果は、酸素がアルギン酸塩ビーズに拡散できず、この結果、ビーズ内部の低下条件が形成し、メタン形成が、PACおよびPACQQのビーズの内部の物質代謝の活性ルートであり得ることを示唆する。MBR中のメタン生成菌によって生成されたメタンは、MBRにおいて、多数のメタン−酸化バクテリアを含む科であるメチロシスティスのメンバーによって利用し得る。酸化および還元条件の双方の存在は、双方のリアクター内部のPhACの高生物分解に寄与し得る。 8 and 9 also show that very distinct microbial communities were formed in PAC V and PAC QQ beads. Proteobacteria were still the dominant phylum in these beads (46-55%), but ureaquiota methanogens displaced most of the actinobacteria and PAC V and PAC QQ beads. Formed the second (15-21%) and third (13-15%) most dominant phyla, respectively. Methanosaeta was the sole (> 99.5%) member of the ureakiota in almost both beads. In addition, Firmicutes members increased to 8-13% and 5-7% in PAC V and PAC QQ beads, respectively. Both Methanosaeta and Firmicutes are generally known to be present in methanation reactors. These results indicate that oxygen cannot diffuse into the alginate beads, resulting in the formation of depletion conditions inside the beads and methane formation may be the active route of metabolism inside the beads of PAC V and PAC QQ. Suggests. Methane produced by methanogens in the MBR may be utilized in the MBR by members of Methylocytis, a family that includes a large number of methane-oxidizing bacteria. The presence of both oxidizing and reducing conditions can contribute to the high biodegradation of PhAC inside both reactors.

AI−2分解大腸菌株を除いたQQ株の同じ種類のメンバーは、PACQQビーズ中にすべて存在した。しかしながら、それらの存在量は非常に低かった(総OUTカウントの<0.5%)。これらの微生物の存在は、ミクロバクテリウム属を除いたこれらの種類もPACビーズ中に存在した(総OUTカウントの<0.5%)ので、QQ株の生存および活性を保証しない。かくして、ビーズ中の微生物コミュニティーは、リアクター中の汚泥によって主として影響された。PACQQビーズの微生物コミュニティー中の大腸菌の不存在は、MBR−PACQQリアクター中のAI−2レベルの増加を説明する(図2C)。 Members of the same type of QQ strain, except for the AI-2 degraded E. coli strain, were all present in the PAC QQ beads. However, their abundance was very low (<0.5% of total OUT count). The presence of these microorganisms does not guarantee the viability and activity of the QQ strain, as these species except Microbacterium were also present in PAC V beads (<0.5% of the total OUT count). Thus, the microbial community in the beads was mainly affected by the sludge in the reactor. The absence of E. coli in the microbial community of PAC QQ beads accounts for the increase in AI-2 levels in the MBR-PAC QQ reactor (FIG. 2C).

実施例10:QQ株によるAHLの嫌気性分解
4種のQQ株による嫌気性条件におけるAHLの分解についての能力は、バッチテストで検討した。この実施例においてテストされた4種のQQ株のすべては、高いAHL分解効率を好気的に示した。4種のQQ株は、活性汚泥から分離されたミクロバクテリウム種QQ1、シュードモナス・プレコグロッシキダQQ2、シュードモナス種QQ3、およびエンテロバクタークロアカQQ13である。
Example 10: Anaerobic degradation of AHL by QQ strains The ability of four QQ strains to degrade AHL under anaerobic conditions was examined in a batch test. All four QQ strains tested in this example exhibited high AHL degradation efficiency aerobically. The four QQ strains are Microbacterium sp. QQ1, Pseudomonas plecogloschikida QQ2, Pseudomonas sp. QQ3, and Enterobacter cloacae QQ13 isolated from activated sludge.

C4−、C6−、C7−、C8−、C10−、3OC6−、および3OC8−HLを含むAHLの混合物(各々、約100μg/L)をPBS緩衝液中で嫌気的に調製した。5ミリリットル(5mL)の各々の一晩のQQ培養物を洗浄し、NでフラッシングしたPBSの1mL中に再懸濁し、4mLのAHL溶液を含むHungateチューブに添加した。5mLの最終体積を有する混合物をNでフラッシングし密閉した。次いで、チューブを回転振盪機中で100rpmで35℃にて4時間培養した。試料は、液液抽出およびLC/MS/MSによってAHLの分析のために指定された間隔(以下を参照)にて採取した(本明細書に用いる詳細な方法について前記「材料および方法」を参照)。 A mixture of AHLs containing C4-, C6-, C7-, C8-, C10-, 3OC6-, and 3OC8-HL (each about 100 μg / L) were prepared anaerobically in PBS buffer. 5 ml each of an overnight QQ cultures (5 mL) were washed, resuspended in 1mL of PBS was flushed with N 2, it was added to Hungate tubes containing AHL solution 4 mL. A mixture having a final volume of 5mL was flushed and sealed with N 2. The tubes were then incubated at 35 ° C. for 4 hours at 100 rpm in a rotary shaker. Samples were taken at designated intervals (see below) for AHL analysis by liquid-liquid extraction and LC / MS / MS (see "Materials and Methods" above for detailed methods used herein). ).

結果
4種のQQ株を好気的に増殖させ、嫌気性条件に移した場合、QQ2およびQQ3株の洗浄した細胞はAHLを分解できず、残余のAHLは対照より大きかった(図12を参照)。対照的に、すべてのAHLの有意な分解は、QQ1およびQQ13株、特にQQ1株の洗浄されたセルによって達成し、対照よりも20〜30%より多くAHL(3OC8−HLを除く)を分解した。QQ1とQQ13の双方は、4時間以内に3OC8−HLをほとんど完全に分解した。
Results When the four QQ strains were grown aerobically and transferred to anaerobic conditions, washed cells of the QQ2 and QQ3 strains were unable to degrade AHL and the residual AHL was larger than the control (see FIG. 12). ). In contrast, significant degradation of all AHL was achieved with the washed cells of QQ1 and QQ13 strains, especially the QQ1 strain, degrading AHL (except 3OC8-HL) by more than 20-30% than control. . Both QQ1 and QQ13 decomposed 3OC8-HL almost completely within 4 hours.

30分間の遅滞期を株QQ1によってC4−HLおよび3OC6−HLの分解について観察した。しかしながら、他のAHLについて遅滞期は観察しなかった(データを示さず)。QQ1株によるすべてのAHLの分解傾向は、擬一次反応によく適合でき(R>0.86)、それは対照(データを示さず)でのAHLの自然崩壊のゼロ次反応速度論とは全く異なる。これらの結果は、QQ1株のQQ酵素が嫌気性条件において依然として活性であったことを示唆する。 A 30 minute lag phase was observed for degradation of C4-HL and 3OC6-HL by strain QQ1. However, no lag phase was observed for other AHLs (data not shown). The propensity of all AHLs to degrade by the QQ1 strain is well compatible with the pseudo-first order reaction (R 2 > 0.86), which is quite unlike the zero order kinetics of spontaneous AHL decay in the control (data not shown). different. These results suggest that the QQ enzyme of the QQ1 strain was still active in anaerobic conditions.

実施例11:嫌気性MBR操作および膜間差圧(TMP)傾向
4種のQQ株(ミクロバクテリウム種QQ1、シュードモナス・プレコグロッシキダQQ2、シュードモナス種QQ3およびエンテロバクタークロアカQQ13)は、ポリマーコートしたアルギン酸塩ビーズ上で固定化し、三連のMBRに添加した。TMPが30kPaに達した場合、操作を終了した。
Example 11: Anaerobic MBR manipulation and transmembrane pressure (TMP) trends Four QQ strains (Microbacterium sp. QQ1, Pseudomonas plecogloschikida QQ2, Pseudomonas sp. Immobilized on alginate beads and added to triplicate MBR. When the TMP reached 30 kPa, the operation was terminated.

バクテリアの固定化
QQ株をアルギン酸塩ビーズ中で固定化し、ポリマー膜でコートした。略言すると、QQ株を5mLの培養物の抽出により新鮮な増殖した培養物から収穫し、次いで、遠心分離して、バクテリアペレットを提供し、次いで、5mLのNaCl溶液(0.05%w/vのNaCl濃度を有する)で再懸濁した。次いで、これらの混合物をアルギン酸Na溶液(2%w/v)に添加(10%v/v)し、蠕動ポンプを用いて、1mL/分の速度でノズルを通してCaCl溶液(4%w/v)に滴下し;CaCl溶液に3時間浸漬した後に、ビーズをポリスルホン溶液(N−メチル−2−ピロリドン中の8%w/v)に10秒間浸した後、Milli−Q HOに移し、使用まで4℃にて貯蔵した。ここで作製したビーズを以下、QQビーズという。
Bacterial immobilization The QQ strain was immobilized in alginate beads and coated with a polymer membrane. Briefly, the QQ strain is harvested from a fresh grown culture by extraction of a 5 mL culture, then centrifuged to provide a bacterial pellet, and then a 5 mL NaCl solution (0.05% w / v NaCl concentration). The mixture was then added (10% v / v) to a sodium alginate solution (2% w / v) and a CaCl 2 solution (4% w / v) was passed through a nozzle at a rate of 1 mL / min using a peristaltic pump. After dipping in CaCl 2 solution for 3 hours, beads were dipped in polysulfone solution (8% w / v in N-methyl-2-pyrrolidone) for 10 seconds and then transferred to Milli-Q H 2 O. And stored at 4 ° C. until use. The beads prepared here are hereinafter referred to as QQ beads.

空ビーズは、前記と同じ手順(CaCl溶液中へのアルギン酸Na溶液の滴下)であるが、NaCl溶液におけるQQの添加なくして作製した。 Empty beads were made following the same procedure as above (dropping Na alginate solution into CaCl 2 solution) but without the addition of QQ in the NaCl solution.

MBR操作
ハンドメイドのPVDF中空繊維膜モジュール(0.1μmの細孔サイズおよび0.007mの表面積)を装備した同一の4種の実験室スケールの浸漬AnMBR(有効容積0.5L)を用いて、ブドウ糖、ペプトン、肉エキスおよび他のミネラルから構成される合成廃水(COD 約500mg/L)を処理した[Chem. Eng. J. 321 (2017) 335-345]。AnMBRを実験室において同じ供給材料で維持された嫌気性消化汚泥に撒き、35℃、9時間のHRTおよび8 LMHの一定の流れで作動させた。各QQ株について、3つのMBRを空ビーズ(C−MBR)およびQQビーズ(QQ−MBR)の添加で引き続いて作動させた。膜差圧(TMP)を連続的にモニターし、圧力センサーおよびデータロガー(data logger)で記録した。
MBR operation Using the same four laboratory scale immersion AnMBRs (0.5 L effective volume) equipped with a handmade PVDF hollow fiber membrane module (0.1 μm pore size and 0.007 m 2 surface area), Synthetic wastewater (COD about 500 mg / L) composed of glucose, peptone, meat extract and other minerals was treated [Chem. Eng. J. 321 (2017) 335-345]. AnMBR was sprinkled in the laboratory on anaerobic digested sludge maintained with the same feed and operated at 35 ° C. for 9 hours with HRT and a constant flow of 8 LMH. For each QQ strain, three MBRs were subsequently run with the addition of empty beads (C-MBR) and QQ beads (QQ-MBR). Transmembrane pressure (TMP) was continuously monitored and recorded with a pressure sensor and a data logger.

結果
三連のMBRは、その中の空ビーズとは非常に異なって行ない、それらをMBR1、MBR2およびMBR3につき、各々、26、114および41時間で汚損させた。それらのMBR中のハンドメイドの膜モジュールが同様の透過抵抗(7.3±0.5×1011−1)およびガススパージング(sparging)速度(0.41±0.04L/分)を有したので、汚損率の差は、多孔分散管(sparger)のガス泡の不均等分布に起因し、これの結果、有効な研磨に差異を生じさせた。
Results The triplicate MBR performed very differently than the empty beads therein and stained them for MBR1, MBR2 and MBR3 at 26, 114 and 41 hours, respectively. The handmade membrane modules in their MBR had similar permeation resistance (7.3 ± 0.5 × 10 11 m −1 ) and gas sparging rate (0.41 ± 0.04 L / min). Thus, the difference in fouling rate was due to the uneven distribution of gas bubbles in the sparger, which resulted in a difference in effective polishing.

QQ2、QQ3およびQQ13の添加は生物汚損制御に対していずれの有益な効果も示さず、それらのQQ−MBR中の汚損率は、C−MBRとほとんど同じ(QQ2)かまたはそれより速かった(QQ3とQQ13)(データを示さず)。対照的に、QQ1はかなり生物汚損を遅延させ、濾過時間がMBR1およびMBR2において、各々、3.6および3.0倍延長した(図13)。MBR3におけるガス多孔分散管中の機能障害はそのパフォーマンスを害し、濾過時間において1.6倍延長させた(データを示さず)。   The addition of QQ2, QQ3 and QQ13 did not show any beneficial effect on biofouling control, and their fouling rates in QQ-MBR were almost the same (QQ2) or faster than C-MBR ( QQ3 and QQ13) (data not shown). In contrast, QQ1 significantly delayed biofouling, with filtration times extended 3.6 and 3.0 fold in MBR1 and MBR2, respectively (FIG. 13). Impairment in the gas porous dispersion tube in MBR3 impaired its performance and increased the filtration time by a factor of 1.6 (data not shown).

バイオガス中の60%のメタン含量を含むCODの70%を超える除去は、すべてのQQ1−MBRにおいて達成し、これはC−MBRと同じであった。かくして、COD除去およびメタン生成についてのMBRのパフォーマンスは、QQ1の添加によって影響されなかった。   Over 70% removal of CODs containing 60% methane content in biogas was achieved in all QQ1-MBRs, which was the same as C-MBR. Thus, the performance of MBR for COD removal and methane production was not affected by the addition of QQ1.

実施例12:EPS生成およびAHL分解に対するQQの影響
分析
85mLのMBR上清中のAHLを100mLの酢酸エチルで2回抽出し、100μLのアセトニトリル中で濃縮した。次いで、それらをAJS電気スプレー・インターフェースを装備したAgilent 6460 (米国)QQQ三連四重極質量分析器(MS)を用いて分析した(Waheed, H. et al., Chemosphere 182, 40-47)。
Example 12: Effect of QQ on EPS production and AHL degradation Analysis AHL in 85 mL of MBR supernatant was extracted twice with 100 mL of ethyl acetate and concentrated in 100 μL of acetonitrile. They were then analyzed using an Agilent 6460 (USA) QQQ triple quadrupole mass spectrometer (MS) equipped with an AJS electrospray interface (Waheed, H. et al., Chemosphere 182, 40-47). .

汚泥中のEPSを抽出し、可溶性(S)、緩く結合した(LB)および堅く結合した(TB)カテゴリーに分類した。各部分における多糖およびタンパク質含量はフェノール硫酸法およびローリー法で決定した。詳細は、従前に記載した(Waheed, H. ら, Chemosphere 182, 40-47)。   EPS in the sludge was extracted and classified into soluble (S), loosely bound (LB) and tightly bound (TB) categories. The polysaccharide and protein content in each part was determined by the phenol sulfate method and the Lowry method. Details have been previously described (Waheed, H. et al., Chemosphere 182, 40-47).

固有膜(R)、細孔閉塞(R)およびケーキ層(R)についての膜透過抵抗は、比流速にて膜を通る超純水の濾過のTMPを測定することによってダルシー則に基づいて評価した(Waheed, H. et al., Chemosphere 182, 40-47)。CODは、標準分析法(American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed)により測定した。バイオガス組成は、Shimadzu GC 2010 Plusガスクロマトグラフを用いて分析した(Chem. Eng. J. 321, 335-345)。 The membrane permeation resistance for the intrinsic membrane (R m ), pore occlusion (R p ) and cake layer (R c ) is determined by Darcy's law by measuring the TMP of filtration of ultrapure water through the membrane at a specific flow rate (Waheed, H. et al., Chemosphere 182, 40-47). COD was measured by a standard analysis method (American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed). Biogas composition was analyzed using a Shimadzu GC 2010 Plus gas chromatograph (Chem. Eng. J. 321, 335-345).

結果
AnMBR中のQQ1による汚損制御の機序を評価するため、C−MBRおよびQQ1−MBR中の初期(作動の始め)および最終(作動の終わり)のEPSレベルをモニターし、図14にプロットした。多糖に対するタンパク質の比がLB−EPSおよびTB−EPSにつき5〜20、ならびにS−EPSにつき6〜40であったので、タンパク質は双方のMBR中の優位な成分であった。双方のリアクター中のLBおよびTB−EPS中の多糖レベルがそれらの初期レベルと比較して低下したが、それらは、S−EPSにおいて増加した。これはビーズ研磨から生じ、水相へ結合した多糖を水相に解離させたかもしれない。対照的に、EPSの3つのすべての画分における最終タンパク質レベルは、44%だけ有意に低下したQQ1−MBR中のLB−EPSでのそれを除いて、初期のものと同じことを維持した。これらの結果は、QQ1がAnMBRs中のタンパク質のLB−EPS生成を大きく抑制したことを示唆する。
Results To assess the mechanism of fouling control by QQ1 in AnMBR, the initial (start of operation) and final (end of operation) EPS levels in C-MBR and QQ1-MBR were monitored and plotted in FIG. . Protein was the predominant component in both MBRs, as the ratio of protein to polysaccharide was 5-20 for LB-EPS and TB-EPS, and 6-40 for S-EPS. Polysaccharide levels in LB and TB-EPS in both reactors were reduced compared to their initial levels, but they were increased in S-EPS. This may have resulted from bead polishing and may have dissociated the polysaccharide bound to the aqueous phase into the aqueous phase. In contrast, the final protein level in all three fractions of EPS remained the same as the initial one, except for LB-EPS in QQ1-MBR, which was significantly reduced by 44%. These results suggest that QQ1 greatly suppressed LB-EPS production of proteins in AnMBRs.

11種の定量可能なAHLのうち、C4−、C6−、C8−HLおよびC10−HLだけをAnMBRにおいて検出した。19〜43ng/Lの濃度で、C4−HLは、それら中で最も高濃度を有した。C6−HLおよびC8−HLの濃度は1〜20ng/Lの範囲にあり、それは好気性MBRにおけるものと同様であった。C10−HLは0.7〜0.9ng/Lの最小レベルで検出した。AnMBRをまさに始めた場合、C4−HLはC−MBRにおいて約24ng/Lであったが、QQ1−MBRにおいて検出せず(図15);QQ1−MBRにおけるC6−およびC8−HLは、C−MBRにおけるものよりさらに有意に低かった。しかしながら、AnMBRを汚損した場合、3種のAHLの濃度は2種のAnMBR間で有意に異なっていなかった。これらの結果は、QQビーズが操作の初めにてそれらの最も高活性を有することもできるが、活性が経時的に減少したことを示唆する。2種のAnMBRにおけるC10−HL濃度間の有意差は、いずれの段階でも観察せず、バッチ試験の結果と対照をなした(図12)。ビーズ上のポリマーコーティングは、C10−HLの拡散を遮断したかもしれなかった。  Of the eleven quantifiable AHLs, only C4-, C6-, C8-HL and C10-HL were detected in the AnMBR. At concentrations of 19-43 ng / L, C4-HL had the highest concentration among them. The concentrations of C6-HL and C8-HL ranged from 1 to 20 ng / L, which was similar to that in aerobic MBR. C10-HL was detected at a minimum level of 0.7-0.9 ng / L. When AnMBR was just begun, C4-HL was about 24 ng / L in C-MBR, but not detected in QQ1-MBR (FIG. 15); C6- and C8-HL in QQ1-MBR were Even significantly lower than in the MBR. However, when the AnMBR was fouled, the concentrations of the three AHLs were not significantly different between the two AnMBRs. These results suggest that QQ beads could have their highest activity at the beginning of the run, but activity decreased over time. No significant difference between the C10-HL concentrations in the two AnMBRs was observed at any stage, which contrasted with the results of the batch test (FIG. 12). The polymer coating on the beads might have blocked the diffusion of C10-HL.

QQ活性(バイオフィルム形成)がAHLの閾値濃度により引き起こされることが注目されるべきである;かくして、それはAHLの濃度に比例しない。QQ1−MBRにおけるC4−HL、C6−HLおよびC8−HLの濃度は、それらが始められた場合、閾値濃度より低くなり得、これはTMPジャンプの遅延に導き得る。
It should be noted that QQ activity (biofilm formation) is triggered by the threshold concentration of AHL; thus, it is not proportional to the concentration of AHL. The concentration of C4-HL, C6-HL and C8-HL in QQ1-MBR, when they are started, can be below the threshold concentration, which can lead to a delay in the TMP jump.

Claims (31)

膜生物汚損を低減および/または防止する嫌気性メンブレン・バイオリアクタに用いる複合材料であって、
バクテリア増殖と適合性の架橋された高分子マトリックス材料;および
バクテリア集団
を含み、
前記バクテリア集団は高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合され、前記バクテリア集団はミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になり;および
均一に混合された前記バクテリア集団および前記高分子マトリックス材料は、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料でコートされる前記複合材料。
A composite material for use in an anaerobic membrane bioreactor that reduces and / or prevents membrane biofouling,
A crosslinked polymeric matrix material compatible with bacterial growth; and a bacterial population,
The bacterial population is homogeneously mixed throughout the polymeric matrix material, the bacterial population consists essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR0848848); and the homogeneously mixed bacterial population and the polymeric matrix material are: Said composite material coated with a coating material selected from the group consisting of: polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene.
前記複合材料が、高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合される生物学的適合性吸着材料をさらに含む請求項1記載の複合材料。   The composite of claim 1, wherein the composite further comprises a biocompatible adsorbent material that is uniformly mixed throughout the polymeric matrix material. 膜生物汚損を低減および/または防止する好気性メンブレン・バイオリアクタに用いる複合材料であって、
バクテリア増殖と適合性の架橋された高分子マトリックス材料;
バクテリア集団;および
生物学的適合性吸着材料
を含み、
前記バクテリア集団および前記吸着材料は、高分子マトリックス材料の全体にわたって均一に混合され、前記バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4から選択される1以上のバクテリア種から実質的になる前記複合材料。
A composite material for use in an aerobic membrane bioreactor that reduces and / or prevents membrane biofouling,
A cross-linked polymeric matrix material compatible with bacterial growth;
A bacterial population; and a biocompatible adsorbent material;
The bacterial population and the adsorbent material are homogeneously mixed throughout a polymeric matrix material, the bacterial population comprising Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Such a composite material consisting essentially of one or more bacterial species selected from Rhodococcus species BH4.
前記バクテリア集団がさらに大腸菌ΔlsrRΔluxSを含む請求項3記載の複合材料。   The composite of claim 3, wherein the bacterial population further comprises Escherichia coli ΔlsrRΔluxS. 均一に混合された前記バクテリア集団および前記高分子マトリックス材料が、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料でコートされた請求項3または4記載の複合材料。   The homogeneously mixed bacterial population and the polymeric matrix material are selected from one or more of the group consisting of polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene. 5. The composite material according to claim 3, which is coated with a coating material. 前記生物学的適合性吸着材料が、活性炭、イオン交換樹脂、キトサン、ゼオライトおよびリグニンよりなる群の1以上から選択される請求項2〜5のいずれか1記載の複合材料。   The composite material according to any one of claims 2 to 5, wherein the biocompatible adsorption material is selected from one or more of the group consisting of activated carbon, ion exchange resin, chitosan, zeolite and lignin. 前記生物学的適合性吸着材料が活性炭である請求項6記載の複合材料。   7. The composite of claim 6, wherein said biocompatible adsorbent is activated carbon. 前記架橋された高分子マトリックス材料が、二価(2+)または三価(3+)の金属イオンによって架橋されたポリアニオン性ポリマーである請求項1〜7のいずれか1記載の複合材料。   The composite material according to any one of claims 1 to 7, wherein the crosslinked polymer matrix material is a polyanionic polymer crosslinked by divalent (2+) or trivalent (3+) metal ions. 前記ポリアニオン性ポリマーが、アルギン酸塩またはポリアニオン性セルロースであり、および/または架橋される金属イオンが、Ca2+およびMg2+よりなる群から選択される二価の金属イオンである請求項8記載の複合材料。 The composite according to claim 8, wherein the polyanionic polymer is alginate or polyanionic cellulose, and / or the metal ion to be crosslinked is a divalent metal ion selected from the group consisting of Ca 2+ and Mg 2+. material. 前記架橋された高分子マトリックス材料が、アルギン酸カルシウムである請求項9記載の複合材料。   The composite of claim 9, wherein the crosslinked polymeric matrix material is calcium alginate. 前記バクテリア集団(乾燥重量)−対−前記架橋された高分子マトリックス材料の比が、1:500〜1:2,000w/w、例えば、1:750〜1:1,500w/w、例えば、約1:1,000w/wである請求項1〜10のいずれか1記載の複合材料。   The ratio of the bacterial population (dry weight) to the crosslinked polymeric matrix material is from 1: 500 to 1: 2,000 w / w, for example, 1: 750 to 1: 1,500 w / w, for example, The composite of any one of claims 1 to 10, wherein the composite is about 1: 1,000 w / w. 前記バクテリア集団(乾燥重量)−対−生物学的適合性吸着材料の比が、1:300〜1:800w/w、例えば、1:400〜1:600w/w、例えば、約1:500w/wである請求項1〜11のいずれか1記載の複合材料。   The ratio of the bacterial population (dry weight) to the biocompatible adsorbent material is from 1: 300 to 1: 800 w / w, for example, from 1: 400 to 1: 600 w / w, for example, about 1: 500 w / w. The composite material according to any one of claims 1 to 11, wherein w is w. 2〜3mmの直径を持つ球状ビーズとして提供される請求項1〜12のいずれか1記載の複合材料。   13. A composite according to any one of the preceding claims, provided as spherical beads having a diameter of 2-3 mm. 40,000〜100,000Pa、例えば、45,000〜70,000Pa、例えば、48,000〜100,000Pa、例えば、48,000〜70,000Paのヤング率値を有する請求項3〜4および請求項3または4に従属する請求項6〜13のいずれか1記載の複合材料。   Claims 3 to 4 and claims having a Young's modulus value of 40,000 to 100,000 Pa, such as 45,000 to 70,000 Pa, such as 48,000 to 100,000 Pa, such as 48,000 to 70,000 Pa. The composite material according to any one of claims 6 to 13, which is dependent on item 3 or 4. コーティング材料でコートされる場合、コートされた複合材料が、200,000〜400,000Pa、例えば、250,000〜350,000Pa、例えば、300,000〜310,000のヤング率値を有する請求項1〜14のいずれか1記載の複合材料。   Claims: When coated with a coating material, the coated composite material has a Young's modulus value of 200,000 to 400,000 Pa, such as 250,000 to 350,000 Pa, such as 300,000 to 310,000. 15. The composite material according to any one of 1 to 14. 廃水を処理するための好気性メンブレン・バイオリアクタの使用方法であって、
(a)請求項3〜5のいずれかに従属する請求項3〜15のいずれか1記載の複合材料から作製されたビーズの0.5〜10%v/vをメンブレン・バイオリアクタに添加する工程;および
(b)引き続いて、好気性条件下の前記メンブレン・バイオリアクタで廃水を処理する工程
を含むことを特徴とする前記使用方法。
Use of an aerobic membrane bioreactor for treating wastewater, comprising:
(A) adding to the membrane bioreactor 0.5 to 10% v / v of beads made from the composite material according to any one of claims 3 to 15 which is dependent on any of claims 3 to 5; And b) subsequently treating wastewater in the membrane bioreactor under aerobic conditions.
廃水を処理するための嫌気性メンブレン・バイオリアクタの使用方法であって、
(a)請求項1もしくは2または請求項1もしくは2に従属する請求項6〜15のいずれか1記載の複合材料から作製されたビーズの0.5〜10%v/vをメンブレン・バイオリアクタに添加する工程;および
(b)引き続いて、嫌気性条件下の前記メンブレン・バイオリアクタで廃水を処理する工程
を含むことを特徴とする前記使用方法。
A method of using an anaerobic membrane bioreactor to treat wastewater, comprising:
(A) 0.5 to 10% v / v of a bead made from the composite material according to any one of claims 1 to 2 or any one of claims 6 to 15 depending on claim 1 or 2 as a membrane bioreactor. And (b) subsequently treating wastewater with said membrane bioreactor under anaerobic conditions.
前記ビーズが1%〜5%v/vの量にて提供されることを特徴とする請求項16または17記載の使用方法。   18. Use according to claim 16 or 17, wherein the beads are provided in an amount of 1% to 5% v / v. 工程(b)の一部として逆洗工程をさらに含むことを特徴とする請求項16〜18のいずれかの1記載の使用方法。   The method according to any one of claims 16 to 18, further comprising a backwashing step as a part of the step (b). 請求項3〜5のいずれかに従属する請求項3〜15のいずれか1記載の複合材料の製造方法であって、
(i)溶媒中のバクテリア集団、未架橋の高分子材料および生物学的適合性吸着材料を含む第1の混合物を提供する工程;
(ii)溶媒中の未架橋の高分子材料のための架橋剤を含む第2の混合物に第1の混合物を添加して、複合材料を形成する工程
を含み、
前記バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)、エンテロバクタークロアカQQ13(KR058854)、シュードモナス種QQ3(KR058846)およびロドコッカス種BH4から選択される1以上のバクテリア種から実質的になることを特徴とする前記製造方法。
The method for producing a composite material according to any one of claims 3 to 15, which is dependent on any one of claims 3 to 5,
(I) providing a first mixture comprising a bacterial population, an uncrosslinked polymeric material, and a biocompatible adsorbent material in a solvent;
(Ii) adding the first mixture to a second mixture comprising a crosslinking agent for the uncrosslinked polymeric material in a solvent to form a composite material;
The bacterial population consists essentially of one or more bacterial species selected from Microbacterium sp. QQ1 (KR058484), Enterobacter cloacae QQ13 (KR058544), Pseudomonas sp. QQ3 (KR058464) and Rhodococcus sp. BH4. The manufacturing method described above.
前記バクテリア集団はさらに大腸菌ΔlsrRΔluxSを含むことを特徴とする請求項20記載の製造方法。   The method according to claim 20, wherein the bacterial population further comprises Escherichia coli ΔlsrRΔluxS. ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料で請求項20における工程(ii)の複合材料をコートする工程をさらに含むことを特徴とする請求項20または21記載の製造方法。   The composite material of step (ii) in claim 20 with a coating material selected from one or more of the group consisting of polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene. 22. The method according to claim 20, further comprising a step of coating. 請求項1もしくは2または請求項1もしくは2に従属する請求項6〜15のいずれか1記載の複合材料の製造方法であって、
(i)溶媒中のバクテリア集団、未架橋の高分子材料および所望による生物学的適合性吸着材料を含む第1の混合物を提供する工程;
(ii)溶媒中の未架橋の高分子材料のための架橋剤を含む第2の混合物に第1の混合物を添加して、複合材料を形成する工程;および
(iii)ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンおよびポリプロピレンよりなる群の1以上から選択されるコーティング材料で工程(ii)の生成物をコートする工程
を含み、
前記バクテリア集団は、ミクロバクテリウム種QQ1(KR058848)から実質的になることを特徴とする前記製造方法。
The method for producing a composite material according to any one of claims 6 to 15, wherein the composite material is dependent on claim 1 or 2 or claim 1 or 2.
(I) providing a first mixture comprising a bacterial population, an uncrosslinked polymeric material, and an optional biocompatible adsorbent material in a solvent;
(Ii) adding the first mixture to a second mixture comprising a crosslinking agent for the uncrosslinked polymeric material in a solvent to form a composite; and (iii) polyvinyl chloride, polyfluorinated. Coating the product of step (ii) with a coating material selected from one or more of the group consisting of vinylidene, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene and polypropylene;
The method according to any of the preceding claims, wherein the bacterial population consists essentially of Microbacterium sp. QQ1 (KR084848).
前記生物学的適合性吸着材料が、存在する場合、活性炭、キトサン、ゼオライトおよびリグニンよりなる群の1以上から選択されることを特徴とする請求項20〜23のいずれか1記載の製造方法。   24. The method according to any one of claims 20 to 23, wherein the biocompatible adsorbent, if present, is selected from one or more of the group consisting of activated carbon, chitosan, zeolite and lignin. 前記生物学的適合性吸着材料が活性炭であることを特徴とする請求項24記載の製造方法。   The method according to claim 24, wherein the biocompatible adsorption material is activated carbon. 前記未架橋の高分子材料がポリアニオン性ポリマー塩であり、塩の対イオンが一価(1+)金属イオンであることを特徴とする請求項20〜25のいずれか1記載の製造方法。   The method according to any one of claims 20 to 25, wherein the uncrosslinked polymer material is a polyanionic polymer salt, and a counter ion of the salt is a monovalent (1+) metal ion. 前記ポリアニオン性ポリマーがアルギン酸塩またはポリアニオン性セルロースであり、および/または一価金属イオンがNaおよびKからなる群から選択されることを特徴とする請求項26記載の製造方法。 27. The method according to claim 26, wherein the polyanionic polymer is alginate or polyanionic cellulose and / or the monovalent metal ion is selected from the group consisting of Na + and K + . 未架橋の高分子マトリックス材料が、アルギン酸カリウムまたはアルギン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項27記載の製造方法。   The method according to claim 27, wherein the uncrosslinked polymer matrix material is potassium alginate or sodium alginate. 前記架橋剤が、二価(2+)または三価(3+)の金属イオン塩であることを特徴とする請求項20〜28のいずれか1記載の製造方法。   The method according to any one of claims 20 to 28, wherein the crosslinking agent is a divalent (2+) or trivalent (3+) metal ion salt. 前記金属イオンが、Ca2+およびMg2+よりなる群から選択される二価(2+)金属イオンであることを特徴とする請求項29記載の製造方法。 The method according to claim 29, wherein the metal ion is a divalent (2+) metal ion selected from the group consisting of Ca 2+ and Mg 2+ . 前記第1の混合物の前記第2の混合物への添加が、滴下添加であることを特徴とする請求項20〜30のいずれか1記載の製造方法   The method according to any one of claims 20 to 30, wherein the addition of the first mixture to the second mixture is dropwise addition.
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