膜生物反应器(MBR)在工业废水处理中应用广泛,但膜污染,尤其是由微生物及其分泌的胞外聚合物在膜表面形成的致密生物膜,是导致运行能耗升高和膜寿命缩短的罪魁祸首。传统控制膜污染的手段主要是加大曝气冲刷和频繁的化学清洗。近年来,从微生物行为学层面,通过干扰细菌细胞间的通讯——群体感应,来调控生物膜的形成,为膜污染控制开辟了一条全新而智慧的路径。细菌通过分泌和感应特定的信号分子(如革兰氏阴性菌的酰基高丝氨酸内酯AHLs)来感知自身种群密度,并调控群体行为,包括EPS的分泌和生物膜的成熟。
本研究通过向运行中的MBR小试装置中,分别连续投加外源性的AHLs信号分子(如C6-HSL和C8-HSL)和能够水解AHLs使其失活的群体感应淬灭酶(AHL-内酯酶)。连续运行60天的对比结果非常鲜明。投加信号分子的反应器中,混合液污泥的EPS总量,特别是其中的蛋白质和多糖浓度显著升高,膜面附着的生物膜厚度增长迅速,跨膜压差的上升速率比对照组加快了约40%,膜污染加速。而投加了群体感应淬灭酶的反应器,其混合液EPS的分泌受到显著抑制,膜面附着的生物量极少且结构松散,跨膜压差上升速率比对照组减缓了超过50%,膜清洗周期延长了一倍以上。
关键的是,这种基于生物学调控的抗污染策略,并未对反应器的水处理主体功能产生负面影响。两组反应器的出水COD和氨氮去除率始终保持一致。微生物群落分析也证实,淬灭酶的加入仅引起了菌群结构的微小波动,核心功能菌群的丰度保持稳定。该研究从正反两方面确凿地验证了:通过干扰细菌的群体感应系统,是一种精准、生态友好、且不影响水处理效能的膜污染控制新策略。未来通过固定化技术将群体感应淬灭酶或淬灭菌接种于MBR中,有望开发出一种“一劳永逸”的抗生物污染膜系统。
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