论文部分内容阅读
在膜生物反应器污水处理过程中，膜污染尤其是生物污染是影响膜性能的一个关键因素。细胞群体淬灭(QQ)作为一种全新的控制膜生物污染方法，通过特定酶的催化降解，对形成膜生物污染层不可或缺的酰基高丝氨酸内酯(AHL)分子进行识别与灭活，从而有效抑制膜的生物污染，提高膜的通量和使用寿命，降低膜法废水处理的过程成本。发现新型、高效、本土化的QQ菌对进一步开发高效节能的废水处理膜过程（例如膜生物反应器）至关重要。本论文聚焦于筛选具有QQ功能的本土化细菌，表征其细胞群体感应与淬灭能力，识别其催化降解信号分子的酶解机理，优化其固定化方法与过程，并验证其在模拟废水膜处理过程中对膜生物污染的控制效果，进一步发展基于QQ原理控制膜生物污染这一新方法，从而促进MBR技术的发展与应用。 (1)发现了一株具有优异QQ能力的甲基营养型孢芽杆菌(WY)，并对其进行了系统的表征研究。从实际废水污泥中筛选出了一百余种纯种菌株，首先表征其群体感应活性，研究发现仅有四种菌株不涉及任何群体效应，并表征了这四种菌株的QQ活性，其中WY菌株展现了优异的QQ活性，对多种酰基高丝氨酸内酯分子（C8-HSL、C10-HSL、C12HSL、C14-HSL，、3-oxo-C6HSL、3-oxo-C8HSL和3-oxo-C12HSL）具有超过90％的灭活能力，同时跟文献报道的QQ菌相比，WY菌株显示出更宽的信号分子降解窗口。此外，气质分析结果表明该菌株QQ活性最有可能来自其产生的酰基高丝氨酸内酯酶（通过打开酰基高丝氨酸内酯分子的内酯环，从而破坏信号分子的分子结构，抑制细胞种间的通讯能力）。进一步研究发现，该菌能够在模拟废水中良好地生长。本论文制备包埋、固定WY菌株的海藻酸钠球珠后，研究了其对废水膜处理过程中的污染控制效果。结果表明，固定WY型菌种能有效控制了膜分离过程中的生物污染，膜通量提高3.5倍左右。通过对比污染前后膜的扫描电子显微镜照片和激光共聚焦扫描显微镜照片，可以清晰地观察到膜表面生物污染程度的变化。 (2)系统研究了固定有WY菌株的球珠尺寸及其生物载量对膜污染控制的影响。结果表明，在相同初始载量条件下，球珠尺寸越小，系统表现出的QQ能力越强，膜面胞外聚合物(EPS)含量越低，膜通量越高。其原因可能是小尺寸球珠具备更高的比表面积，从而增加了信号分子、氧气和其他代谢物的扩散速率。此外，当球珠尺寸相同时，系统QQ能力与膜通量随着初始生物载量的增加而提高，相应的，膜表面的EPS含量随之降低。此外，研究证实WY菌株产生了胞内内酯酶。