Химически чистая очистка мембран биореакторов

Комбинация двух химически свободных методов показывает перспективу в борьбе с образованием биоплёнок на мембранах анаэробных биореакторов.

Исследователи из KAUST продемонстрировали химически свободный подход для борьбы с накоплением биоплёнок на мембранах в анаэробных биореакторах. Метод сочетает два ранее испытанных способа: УФ-облучение и вирусы-бактериофаги, которые заражают и убивают бактерии.

Анаэробные мембранные биореакторы фильтруют сточные воды, но со временем на мембранах накапливаются сложные сообщества бактерий (биоплёнки), снижая эффективность. Традиционно мембраны чистят кислотами, но учёные ищут более экологичные способы.

"По отдельности и бактериофаги, и УФ-облучение показали себя как перспективные химически свободные методы, — говорит Джаянтоммазо Скарашиа, бывший аспирант, работавший над проектом. — Однако по отдельности они не могут сравниться по эффективности с химической обработкой. Мы исследовали, будет ли работать лучше их комбинация".

Бактериофаги видоспецифичны: каждый фаг заражает только определённый вид бактерий. Исследователям пришлось определить, какие бактерии присутствуют в биоплёнках, и подобрать к ним соответствующие бактериофаги. Кроме того, бактериофаги погибают от УФ-облучения, если оно слишком сильное или длительное.

"Нам нужно было найти идеальный баланс УФ и точного коктейля бактериофагов, — говорит Скарашиа. — Потребовались тысячи испытаний, чтобы определить, какие бактериофаги сработают".

Их настойчивость окупилась: комбинированная обработка улучшила удаление клеток и внеклеточного материала по сравнению с каждым методом по отдельности.

"Бактериофаги убивают клетки, создавая дыры в биоплёнке, — объясняет Скарашиа. — Это нарушает целостность структуры биоплёнки, что позволяет УФ-излучению проникать в более глубокие слои и уменьшать её ещё больше".

По сравнению с химической обработкой комбинированный метод был столь же эффективен в уничтожении бактериальных клеток, но удалял меньше внеклеточного материала. Однако команда сообщает, что им удалось повторить комбинированный метод в течение четырёх циклов очистки, и он продолжает хорошо удалять матрикс биоплёнки.

Скарашиа отмечает, что масштабирование этого подхода от лабораторных условий до промышленных масштабов будет сложной задачей, отчасти из-за специфичности бактериофагов и необходимости производить каждый фаг в больших количествах. В настоящее время метод доказал свою эффективность для анаэробных биореакторов с внешними мембранами. Требуется дополнительная работа для проверки метода для аэробных биореакторов.