私たちの現代社会は、エネルギー生産と廃棄物管理に関連する増大する課題に直面しています。これに関連して、廃棄物の流れをエネルギー生産の資源として利用する技術が求められています。このようなアプローチの有望な例は、フォトバイオリアクターでの微細藻類バイオマスの成長によるバイオエネルギー生産に都市廃水を利用することです。
微細藻類バイオマス生産に必要な大量の水と栄養素がこの廃棄物の流れで容易に利用できるため、フォトバイオリアクターの基質として廃水を使用することは経済的に実現可能であることが証明されています。次に、藻類の成長により、排水からの栄養素の除去が強化され、排水の酸素化に必要なエネルギー量が削減されます。
このタイプの複合廃水処理/バイオエネルギー生成システムでは、藻類とバクテリアは相互に有益です。藻類は酸素を生成し、バクテリアはそれを使用して有機化合物を二酸化炭素に分解し、藻類は光合成で使用してより多くの酸素を生成できます。 .藻類バイオマス生産と廃水浄化の両方のフォトバイオリアクターの効率は、微生物の持続可能な生活条件に依存します。このため、高強度廃水 (栄養素が非常に豊富) を希釈して、システムに悪影響を及ぼさないようにする必要があります。最も一般的には、飲料水システムからの水か、便利な場所にある自然の水域からの水のいずれかがこの目的に使用されます。
フォトバイオリアクターにおける主要な栄養素の運命は非常によく知られていますが、医薬品、ナノ材料、または抗生物質耐性菌や抗生物質耐性をコードする遺伝子などの新たな汚染物質に関する知識は限られています。世界保健機関 (2014) は、特に抗生物質耐性の出現を 21 世紀の世界的な健康問題として認識しています。都市廃水は、抗生物質耐性決定因子の主要な供給源です。特に、従来の活性汚泥プロセスベースの廃水処理システムは、人為的環境と自然環境の間の遺伝子物質転送ステーションおよび普及ノードとして機能するよく知られている貯水池です。しかし、廃水処理施設の排出物中の抗生物質耐性決定因子の濃度に関する公式の基準はありません。その結果、何百万もの抗生物質耐性遺伝子が、浄化された水 1 ミリリットルごとに廃水処理プラントを出て、自然環境、または最悪の場合、淡水供給に入るという状況に直面しています。
私たちは実験室規模のフォトバイオリアクターで、この廃水処理技術が従来の廃水処理プラントと比較して、処理された都市廃水から自然環境への抗生物質耐性の拡散を制御するのにより効率的であることを示すことができました.
結果は、従来活性化された汚泥ベースの廃水処理プラントと比較して、フォトバイオリアクターにおける異なる抗生物質レジストーム減少メカニズムを示唆しています。従来の廃水処理システムにおける抗生物質耐性菌と抗生物質耐性遺伝子の減少率は、廃水処理中の細菌群集全体の量の一般的な減少に依存します。フォトバイオリアクターでは、抗生物質耐性決定因子の削減効率は、代わりに廃水処理中の微生物群集組成の変化に関連しています。微生物群集の組成の変化につながる主な要因は、激しい藻類の増殖によって直接引き起こされるpHレベルの上昇でした。言い換えれば、フォトバイオリアクターで生成できる藻類が多ければ多いほど、抗生物質耐性決定要因の除去が向上するようです.
都市の廃水の濃度を調整するために一般的に使用される 2 つの希釈剤、すなわち飲料水システムからの水道水と地方の水域からの湖水の効果も評価されました。湖の水は地元のヨット ハーバーに由来し、分析の結果、人為的な大きな影響の兆候が明らかになりました。実際、湖の水に含まれる抗生物質耐性遺伝子の存在量は、自然の水域で通常見られるレベルを大幅に超えており、代わりに廃水処理プラントの排出量に似ていました。湖の水は、フォトバイオリアクターに多様で豊富な抗生物質耐性 (廃水の耐性レベルを追加) に貢献しましたが、廃水の希釈には水道水よりも有益であることが証明されました。湖水の添加は、水道水よりも藻類の成長を促進し、その結果、抗生物質耐性決定因子のより高い還元能力につながりました.
フォトバイオリアクターを利用した最も効率的な湖水と都市廃水の混合物では、抗生物質抵抗成分の減少が非常に大きかったため、反応器排出の抵抗成分は、廃水処理システムの排出や湖の水自体よりも、人間の影響がわずかにある水環境に似ていました。希釈に使用します。後者は、廃水処理にフォトバイオリアクターを使用することのやや予想外の追加の利点を示しています。これは、強い人為的影響を伴う都市廃水と天然水の抗生物質耐性を同時に削減できるためです。
これらの調査結果は、Water Research 誌に最近掲載された、地方自治体の廃水を処理する実験室規模のフォトバイオリアクターにおける抗生物質レジストームおよびインテグロン インテグラーゼ遺伝子の削減というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、エストニアのタルトゥ大学の Hiie Nõlvak、Marika Truu、Kristjan Oopkaup、Kärt Kanger、および Jaak Truu と、スウェーデンのメーラーダーレン大学の Ivo Krustok および Emma Nehrenheim によって実施されました。
