Антибиопленочный эффект усиливается модификацией 1,2,3

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 24289 (2016) Цитировать эту статью

2465 Доступов

15 цитат

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Биообрастание ухудшает работу мембранных биореакторов. В этом исследовании мы исследовали противообрастающие эффекты полисульфоновых мембран, модифицированных наночастицами 1,2,3-триазола и палладия (Pd). Модифицированные мембраны оценивали на антибактериальную эффективность и эффективность против обрастания в биопленке монокультурных видов (т. е. в биопленочном реакторе с капельным потоком, DFR) и в эксперименте со смешанными видами биопленки (т. е. в аэробном мембранном реакторе, AeMBR). 1,2,3-триазол и наночастицы палладия ингибировали рост Pseudomonas aeruginosa как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Снижение роста бактерий наблюдалось наряду с уменьшением количества общего полисахарида в матриксе биопленок монокультурных видов. При подключении модифицированных мембран к AeMBR повышение трансмембранного давления было ниже, чем у немодифицированных мембран. Это сопровождалось снижением концентрации белков и полисахаридов в матриксе биопленок смешанного вида. Количество биомассы в слое биопленки также было ниже в присутствии модифицированных мембран, и не было никакого вредного воздействия на производительность реактора, что оценивалось по скорости удаления питательных веществ. Анализ 16S рРНК также объяснил задержку загрязнения мембран уменьшением относительной численности выбранных групп бактерий. В совокупности эти наблюдения указывают на меньшую вероятность загрязнения, достигаемую модифицированными мембранами.

Мембранные биореакторы (MBR) все чаще используются в качестве предпочтительной биотехнологии для очистки сточных вод, поскольку сочетание процесса мембранного разделения позволит достичь улучшенного качества сточных вод. Мембраны также можно использовать для удержания каталитических металлов (например, оксида марганца, палладия) внутри биореакторов. Каталитические металлы, в свою очередь, обеспечивают восстановительное гидродегалогенирование загрязняющих веществ (например, фармацевтических продуктов и средств личной гигиены, биоцидов и органических микрозагрязнителей), которые иначе не поддаются легкому биологическому разложению в обычном процессе с активным илом. Чтобы продемонстрировать, палладий (Pd) использовался в качестве каталитического металла для достижения восстановительного удаления фармацевтических препаратов, биоцидов и йодсодержащих контрастных веществ1. Аналогичным образом, палладий использовался в пластинчатом мембранном реакторе непрерывного действия для достижения полного, эффективного и быстрого удаления трихлорэтена (ТХЭ)2. В обоих случаях палладий либо физически удерживался в МБР за счет использования половолоконных нанофильтрационных мембран, либо рециркулировал по реакторной системе в виде суспензии. Однако отсутствие материала-носителя для этих наночастиц может привести к агломерации и росту наночастиц, что приведет к последующему снижению каталитического эффекта3,4.

Альтернативно, частицы Pd могут быть внедрены в поверхность мембраны, чтобы добиться равномерного распределения этого катализатора по всей площади реакционной поверхности. Например, Хеннебель и его коллеги инкапсулировали частицы Pd в мембраны из поливинилиденфторида и продемонстрировали, что такие модифицированные мембранные контакторы можно использовать для очистки воды, загрязненной диатризоатами5. Однако существует вероятность того, что Pd-содержащие мембраны будут подвержены осаждению биозагрязнений в ходе работы реактора. Это связано с тем, что в отличие от некоторых тяжелых металлов, таких как наночастицы серебра или меди, обладающих сильным антибактериальным действием6,7,8,9, наночастицы Pd обладают лишь слабым и избирательным антибактериальным действием10. Биологическое обрастание особенно вредно для работы мембранных биореакторов, поскольку оно может привести к снижению выработки пермеата, увеличению трансмембранного давления и сокращению срока службы мембранного модуля11. Кроме того, биозагрязнения, такие как белки и полисахариды, могут отравить поверхность катализатора и привести к низкой каталитической активности.