嫌気性条件下での廃水処理のための紫光栄養細菌混合培養物の阻害境界を探る

Exploring the inhibition boundaries of mixed cultures of purple phototrophic bacteria for wastewater treatment in anaerobic conditions.

• D Puyol
• T Hülsen
• B Padrino
• D J Batstone
• F Martinez
• J A Melero

抄録

新規廃水処理システムの開発には、有害物質や阻害物質の影響を含む最も重要な機能的要因の解析が含まれている必要があります。紫光栄養細菌（PPB）をベースとした廃水処理システムは新規性が高いため、このような分析は混合培養ではまだ行われていません。本研究では、芳香族（フェノール、2,4,6-トリクロロフェノールまたは246TCP、4-ニトロフェノールまたは4CP、スルファチアゾール）および脂肪族有機物（メタノール、トリクロロエチレンまたはTCE、オレイン酸、エタノール、プロピオン酸）を含む様々な関連する化合物を分析した。無機塩(アンモニウム、ClO、Na)、金属(Fe、Fe、Cu、Zn、Ni、Al)、及びpHについて、酢酸をモデル有機基質として嫌気性光従属栄養条件下での混合PPB培養物への影響を分析した。検出された最も毒性の高い物質は246TCP、4NP、Cu、Fe、Niであった（活性のK：23±2、97±12、3.1±0．4、13±3、13±1mg/L、成長に対するK（または毒性閾値）はそれぞれ17±2、（119）、3.5±0.4、（4.8）、（22.9）mg/L）であった。成長以上に活性を阻害する物質（スルファチアゾール、Ni、Fe）や、活性以上に成長を阻害する物質（TCE、4NP、Fe）があった。また、フェノール、エタノール、プロピオン酸塩などの有機基質の中には、アセテートの取り込みを特異的に阻害するものがあり、フェノール、エタノールの場合は非競合的であり、プロピオン酸塩の場合は競合的である可能性が高いことがわかった。これらの知見は、PPB技術の廃水処理や資源回収への応用だけでなく、現行モデル（光嫌気性モデル）の改良にも関連するものである。さらに、これらのデータは、PPB代謝の一部を選択的に阻害することで、特定の化合物（PHAや単細胞タンパク質として）の生産を促進する可能性を開くものである。

The development of novel wastewater platforms should include the analysis of the most critical functional factors including the effects of toxic or inhibitory substances. Due to the novelty of purple phototrophic bacteria (PPB)-based wastewater treatment systems, this analysis has not been done yet in mixed cultures. In this work, various relevant chemical compounds, including aromatic (phenol, 2,4,6-trichlorophenol or 246TCP, 4-nitrophenol or 4CP, sulfathiazole) and aliphatic organics (methanol, trichlorethylene or TCE, oleic acid, ethanol, propionic acid), inorganic salts (ammonium, ClO, Na), and metals (Fe, Fe, Cu, Zn, Ni, Al), as well as pH, are analyzed for their effect on mixed PPB cultures in anaerobic photoheterotrophic conditions using acetate as the model organic substrate. The most toxic substances detected were 246TCP, 4NP, Cu, Fe and Ni, (K for activity: 23 ± 2, 97 ± 12, 3.1 ± 0.4, 13 ± 3, 13 ± 1 mg/L, and K (or toxicity threshold) for growth: 17 ± 2, (119), 3.5 ± 0.4, (4.8), (22.9) mg/L, respectively). Some substances inhibited the activity more than the growth (sulfathiazole, Ni and Fe), or the growth more than the activity (TCE, 4NP and Fe). In addition, some organic substrates, such as phenol, ethanol and propionate, specifically inhibited the acetate uptake, being noncompetitive in the case of phenol and ethanol, and most likely competitive in the case of propionate. These findings are relevant for the wastewater treatment and resource recovery applications of the PPB technology, as well as for the upgrading of current models (Photo-Anaerobic Model). In addition, the data will open possibilities to promote the production of specific compounds (as PHA or single-cell proteins) by selectively inhibiting some parts of the PPB metabolism.

Copyright © 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.