疏水性之交互作用對甲烷菌附著擔體表面之研究

Abstract

近年來，生物膜被廣泛應用於各種廢水生物處理系統。但在一些厭氣固定生物膜處理 程序，如厭氣濾床，厭氣流體化床處理槽等，起動往往需時甚長，造成推廣應用上的 障礙。由於微生物的附著(adhesion)為生物膜形成過程中的起始階段，因此對於厭氣 微生物附著於擔體(carrier) 難易程度的探討，即至為重要。 本研究之目的，在於以表面物化性質的觀點，評估厭氣甲烷優勢菌種在各種擔體之附 著情況。在特定的操作控制條件下，利用特殊設計之附著實驗裝置(chamber) ，探討 不同批式培養時間之厭氣甲烷優勢菌種和各種平面擔體材料，兩者表面疏水性對其間 附著之相關性。藉此相關性的數據，能預估某已知表面疏水性的厭氣菌種和某種擔體 材料，在一般厭氣生長環境下附著情形，以做為擔體選擇及菌種培養操作條件之準則 。 本研究利用之附著實驗裝置，采取密閉渠道(channel) 及平行對稱設計。兩平行板， 其一鑲有面積1 cm×1 cm之10種不同平面擔體材料( 包括PS,POM,PSM,PTFE,PP,PM-MA ,PVC,PE,PC和玻璃等材質) 。兩平行板間距0.05cm，構成之渠道截面積0.1cm ，有效 容積為1.1cm 。 研究中之固定參數，包括使用單細胞懸浮生長之厭氣甲烷優勢菌種，菌種濃度在10 ∼10 cells/ml ，合成培養基(bulk solution) ，維持在厭氣生長狀態，控制pH 7， 溫度37℃，靜止狀態下附著2 小時，染色(0.1% acridine orange)及水洗去除未附著 菌種之時間各為3 分鐘，水力條件則均不為截面流速24m/hr以及擔體表面承受剪力0. 08N/m 。而變數(variables) 為不同之菌種培養時間和各種擔體材料，兩者之特性值 (characteristics) 則各為菌種細胞和擔體材料兩者之表面疏水性(hydrophobicity) 。5 種不同批式培養時間之菌種，以疏水性交互作用層析法(HIC) ，測定細胞表面疏 水性程度(HD%) 。10種擔體材料表面之疏水性，則以接觸角(contact angle) 測定值 表示。附著之染色菌種細胞，以螢光顯微鏡計數單位面種之菌數(cells/mm ) ，附著 菌數愈多表示附著情況愈佳。 根據研究結果，菌種HD% 值50∼65之間和擔體接觸角20°∼100° 的範圍內，附著菌 數隨擔體接觸角的增加，由3000cells/mm 左右增加至約6000cells/mm，增幅約達2 倍。且由於菌種HD% 值的影響較不顯著，可推論主要附著機制受擔體接觸角所支配。 而在菌種HD% 值37∼50之間和得體接觸角20°∼100° 範圍中, 附著菌數受菌種HD% 值和擔體接觸角兩者交互作用影響。菌種和擔體之疏水性較相似時，附著菌數較高， 反之，則附著菌數較低。此外，在菌種HD% 值50∼65之間和擔體接觸角70°∼100° 範圍內, 附著菌數最高, 亦即此區間, 菌種和擔體疏水性有最強的親和性, 故附著情 況最佳。 #50012377.abs #50012377.abs