基于微生物群體感應(yīng)猝滅的MBR膜污染控制研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器（Membrane bioreactor，MBR）工藝從成熟到推廣應(yīng)用已經(jīng)歷了25年的時間，但膜污染問題卻一直難以解決，并阻礙著該技術(shù)的發(fā)展。在微生物研究領(lǐng)域，微生物群體感應(yīng)的概念幾乎與MBR工藝于同一時間被提出，并同時經(jīng)歷了快速的發(fā)展。微生物群體感應(yīng)即細(xì)菌通過分泌信號分子（如?；呓z氨酸內(nèi)酯，Acyl homoserine lactone，AHL），并檢測其濃度來感知菌群密度，進而觸發(fā)一系列群體行為（如致病性、發(fā)光、抗生素

2、分泌和生物膜形成等）。此前，群體感應(yīng)的研究主要集中在微生物領(lǐng)域，近年來一些關(guān)于水處理工藝中群體感應(yīng)的報道也相繼出現(xiàn)，并有研究通過抑制MBR中的微生物群體感應(yīng)（即群體感應(yīng)猝滅）取得了良好的膜污染控制效果。這為膜污染控制提供了一條新思路。但關(guān)于MBR中的群體感應(yīng)及其猝滅的研究尚處于探索階段。MBR的運行參數(shù)（如污泥停留時間，Solid retention time，SRT）對反應(yīng)器中群體感應(yīng)的影響尚未被深入探討，已報道的群體感應(yīng)猝滅措施過于

3、復(fù)雜且其穩(wěn)定性也有待加強，此外基于群體感應(yīng)猝滅的膜污染控制措施對MBR除污染效能的影響也尚未被仔細(xì)考察過。本論文擬針對上述問題展開研究，以期獲得對MBR中群體感應(yīng)及群體感應(yīng)猝滅更深入、全面的了解，并開發(fā)出更簡單、穩(wěn)定的基于群體感應(yīng)猝滅的膜污染控制措施。
　　論文首先考察了不同SRT下MBR中的群體感應(yīng)及膜污染情況。結(jié)果表明，SRT在4-40天范圍內(nèi)，隨著SRT的增大，MBR中的群體感應(yīng)猝滅菌（AHL降解菌）豐度增大，群體感應(yīng)菌（A

4、HL生成菌）豐度減小。MBR中的活性污泥對AHL的降解效能隨SRT的增大而增強，因此，MBR中AHL濃度隨SRT增大而減小。MBR中胞外聚合物（Extracellular polymeric substances，EPS）及溶解性微生物產(chǎn)物（Soluble microbial products，SMP）濃度隨SRT增大而減小。在長SRT下，由于更弱的群體感應(yīng)（生物污染）及更少的EPS和SMP（有機污染），MBR中膜污染更輕。以上結(jié)果同時

5、也證明了MBR中存在群體感應(yīng)，且其與MBR中的膜污染密切相關(guān)。
　　參考馬鈴薯培植中為控制黑脛病而采取的群體感應(yīng)抑制手段，論文提出了MBR中原位刺激群體感應(yīng)猝滅菌的措施，考察了其對膜污染的控制效果。群體感應(yīng)猝滅菌的刺激物——γ-己內(nèi)酯（Gamma-caprolactone，GCL），能夠有效地富集活性污泥中的群體感應(yīng)猝滅菌，其中最主要的功能細(xì)菌為Rhodococcus。GCL富集菌能有效地降解AHL，其主要通過Rhodococcu

6、s的qsdA酶將AHL中的內(nèi)酯環(huán)水解以實現(xiàn)AHL降解。向MBR中投加GCL富集菌后再連續(xù)投加GCL（生物刺激措施）能夠有效維持反應(yīng)器中AHL降解基因qsdA的含量，降低反應(yīng)器中信號分子C8-HSL的濃度，從而抑制EPS的分泌，進而減輕微生物在膜表面的粘附，最終持久有效地控制膜污染。
　　已有研究報道亞硝化單胞菌（Nitrosomonas europaea）能夠分泌AHL，且其亞硝化活性受到群體感應(yīng)的影響。但以前的報道及本論文中的研

7、究都表明常規(guī)條件下微生物群體感應(yīng)猝滅不會影響MBR中的硝化。為進一步考察MBR中群體感應(yīng)猝滅措施的適用條件，論文研究了當(dāng)處于不利于硝化的情況下（短水力停留時間、存在硝化抑制劑（烯丙基硫脲、甲醇、乙腈）及低溫（10℃）），該措施對硝化作用的影響。結(jié)果表明，微生物群體感應(yīng)猝滅措施在以上條件下仍能夠很好地控制膜污染，但會使硝化變得更為脆弱。在以上不利條件下，采用了微生物群體感應(yīng)猝滅措施的MBR中的硝化作用更易受到影響或沖擊，其出水氨氮更易超標(biāo)