基于群体感应的水处理膜生物污染控制研究进展

生物污染是水处理膜分离应用面临的主要问题之一。生物膜的形成受细菌群体感应系统调控,群体感应抑制是控制膜生物污染的新兴技术。介绍了群体感应机制及其参与生物膜形成的有关研究。通过干扰和阻断细菌的信息交流通路,可阻止群体感应依赖型基因表达从而抑制细菌的特定群体行为。综述了基于细菌群体感应和群体淬灭的水处理膜生物污染控制研究,考察了各类群体感应抑制剂在膜法水处理系统中的应用,以及抑制剂固定化、膜材料改性等研究进展,展望了群体感应理论在膜生物污染控制中的研究方向。     

群体感应淬灭菌的分离及其膜污染控制性能

通过淬灭细菌的群体感应系统来抑制生物膜形成、防止膜生物污染的方法近年来受到广泛关注.本实验从实际运行污水处理厂活性污泥中分离出5株具有群体感应淬灭功能的菌株,其中菌株HG10对信号分子N-乙酰高丝氨酸环内酯(C6-HSL)分解能力最强.经16S rRNA基因序列比对,初步鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus).用海藻酸钠将菌株HG10进行包埋固定,以探究其在膜过滤系统中对膜污染防治的效果.结果表明,经过8 d培养,添加细菌包埋珠(SA-HG10)的实验组B中膜通量为181.29 L·(m~2·h)~(-1),未投加包埋珠的对照组A膜通量为110.64 L·(m~2·h)~(-1),B组膜通量比A组高出63.86%;对微滤膜片上生物膜中EPS含量测定表明,实验组B中EPS多糖和蛋白质含量较对照组A分别减少了29%和48%,疏水性蛋白质含量的大量减少是造成膜污染减弱的主要原因;膜表面胞外聚合物(EPS)总含量减少了43%,表明投放SA-HG10细菌包埋珠对过滤膜片上生物膜形成具有明显抑制作用,改善了膜过滤性能.     

环境介质对微生物群体感应信号分子的影响

群体感应(QS)是一种细菌谈话机制,指微生物通过释放信号分子进行细胞间交流,调控自由基释放、生物膜形成、基因水平转移等一系列群体行为.环境中广泛存在或使用的介质材料与信号分子相互作用进而影响这些群体行为.关于群体感应信号分子及其调控机制的综述很多,但却尚未有环境介质对胞内外信号分子影响的总结.本研究综述了微生物各类信号分子理化性质和生物功能,分析并总结了土壤矿物、纳米材料、生物炭和天然小分子化合物等环境介质对信号分子的影响,阐明了信号分子与环境介质之间的构-效关系,以期为深入理解真实环境中微生物群体感应调控行为提供重要参考.     

聚苯乙烯微塑料对铜绿假单胞菌生物膜形成和结构变化的影响

微塑料在水环境中的污染情况日益严重,对水生生物的生长发育造成严重影响,而目前有关微塑料对生物膜形成影响机制的研究十分有限.为探究聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）对铜绿假单胞菌生物膜形成发育的影响,选用不同浓度和粒径PS-MPs进行暴露试验,研究其对生物膜内生物量、氧化应激水平、生物膜结构和群体感应系统的影响.结果表明,PS-MPs诱导严重氧化应激反应并抑制生物膜形成和发育,粒径越小,产生的抑制作用越强烈,抑制效果表现为0.1 μm>0.5 μm≈1 μm>5 μm.PS-MPs通过与细胞接触造成严重物理损伤,形成的生物膜厚度显著减小且结构稳定性遭到破坏,膜内细菌通过分泌胞外聚合物来抵御PS-MPs的胁迫作用.PS-MPs进一步通过干扰铜绿假单胞菌群体感应系统,下调关键基因lasI、lasR、rhlI和rhlR的表达水平,抑制信号分子和相关毒力因子的合成与分泌,降低细菌对毒性作用的防御功能,最终影响生物膜形成和结构稳定性.     

生物膜接触氧化法处理苯胺废水

以AN3菌和硝化类细菌构成的复合生物膜降解苯胺 ,研究挂膜过程中苯胺代谢产物的变化情况、生物膜内异养菌与硝化类细菌生态分布情况 ,以及水质条件对苯胺代谢速率的影响 .结果表明 ,挂膜期间苯胺中的氮首先被降解成氨 ,然后进一步生成亚硝酸根或硝酸根 .反应器内的稳定生物膜主要由AN3菌构成 ,但靠近出水位置生物膜中的硝化类细菌密度较进水位置高 10 0倍以上 .生物膜代谢的最佳pH值范围是 6 9— 7 5 .重金属离子 ,尤其是Hg2 ,通常会对生物膜的代谢活性产生抑制作用     

尾水排放对受纳水体底栖生物膜细菌群落和水溶性有机质的影响机制

底栖生物膜是河流生态系统重要的初级生产者,能够对外界环境变化做出迅速响应,在河流碳循环过程中扮演重要角色.然而,人们对于污水处理厂尾水受纳河流底栖生物膜细菌群落与水溶性有机质(water-soluble organic matter,WSOM)的特征及内在联系的认识还十分有限.本研究使用16S rRNA高通量测序、紫外可见光谱和三维荧光-平行因子分析解析代表性污水处理厂尾水受纳区底栖生物膜细菌群落和WSOM的特征.结果表明,底栖生物膜WSOM中识别出两种类腐殖质组分和一种色氨酸类蛋白组分,其中大分子类腐殖质在底栖生物膜WSOM中占据优势地位.尾水区底栖生物膜细菌群落的均匀度及多样性沿程提高,相较于未受污染的上游区,污染源头区和污染下游区生物膜细菌群落结构更加稳定.发色水溶性有机质(colored water-soluble organic matter,CWSOM)、有机质芳香性和分子量是影响尾水区底栖生物膜细菌群落变化的主要因素,其中芳香性色氨酸类蛋白对生物膜细菌群落变化的解释度最高(34％).共现网络揭示了细菌群落与WSOM组分之间复杂的相互关系,Proteobacteria和Halobacterota通过碳循环过程参与生物膜WSOM的新陈代谢,生物膜细菌群落与WSOM的组成将以一种动态变化的模式对尾水排放做出响应.本研究为探寻尾水受纳区水生态变化的指示标志提供了新的思路.     

关于生物转盘附着生物膜内细菌分布及其作用的研究

1.前言附着在生物转盘上的生物膜,混杂着多种多样的细菌;在膜内的环境条件(是否存在DO、NH_4—N、NO_2—N和有机物等)下,还发生相应的化学反应。为此,作者进行了生物转盘的模拟实验研究。附着在转盘上的生物膜内氧的侵入深度,是     

小分子物质双(3-氨基丙基)胺对废水混合菌落生物膜形成抑制效应

研究了小分子物质双(3-氨基丙基)胺对混合菌落生物膜形成抑制及解体效应机制,并探讨了利用双(3-氨基丙基)胺减缓膜表面生物污染的可行性.结果表明,双(3-氨基丙基)胺能有效抑制混合菌群微生物附着和生物膜形成,抑制作用随浓度的升高而增强.经过双(3-氨基丙基)胺处理(131 mg·L~(-1))24 h,生物膜形成抑制率达到74.61%.这种抑制效果不是通过杀菌方式产生而是通过抑制微生物中胞外多糖和e DNA含量产生.经双(3-氨基丙基)胺处理后,胞外多糖和eDNA分别下降了39.37%±2.68%和70.05%±2.93%.双(3-氨基丙基)胺对已经形成的生物膜也有一定解离作用.对于预培养12 h的生物膜,双(3-氨基丙基)胺(131 mg·L~(-1))处理10 h,解体率为23.59%.另外双(3-氨基丙基)胺可减缓膜过滤过程中膜孔堵塞速度,降低膜压,缓解由微生物引起的膜污染问题,在环境膜污染控制方面具有潜在应用价值.     

混凝土生态膜法处理生活污水的试验

混凝土生态膜污水处理工艺的循环挂膜过程,综合考察了混凝土膜片表面生物膜的生长变化情况、细菌数量及其微型动物的组成演化。生物膜成熟以后,投加实际生活污水连续运行。对混凝土生态膜上附着生长的生物膜及其物理化学作用处理生活污水进行了实验研究,初步探讨了其除污机理。该系统连续稳定运行90天,对有机物处理效果稳定、抗冲击负荷能力较强,出水水质稳定。     

载体好氧预挂膜处理对厌氧消化反应器启动的影响

研究了生物膜载体经好氧预挂膜处理对厌氧附着膜膨胀床反应器 (AAFEB)启动的影响。载体经10天好氧预挂膜处理后的反应器比对照提前 15天完成启动。载体经好氧预挂膜处理的反应器中生物膜比对照反应器较早出现厌氧丝状菌 ,而且占据优势 ,而对照反应器则以球状细菌较多。前者厌氧颗粒污泥致密、结实 ,生物膜结构良好 ,滞留于反应器中的性能较佳 ,比后者较不易随水流失