一种利用微生物捕食以抑制群体感应的MBR膜污染控制方法

技术领域

本发明属于污水处理中膜生物反应器技术领域，特别涉及一种利用微生物捕食以抑制群体感应进而缓解MBR膜污染的控制方法。

背景技术

我国目前的污水生物处理技术一直存在占地面积大、泥水分离效果不佳、出水水质难以达到回用水水质标准等问题。膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)作为膜分离技术和生物处理技术有机结合的污水处理新工艺，以膜组件代替活性污泥工艺中的二沉池，具有出水水质好、污泥浓度高、有机负荷低、占地面积小、耐冲击负荷、污泥产率低等优点，目前已广泛应用于污水处理厂新建与改扩建、空间受限的老厂升级改造、污水中水回用、垃圾渗滤液处理等领域。

我国MBR技术研究始于90年代，目前MBR水厂总规模在国际上已处于领先水平。随着我国污水资源化利用政策的推进实施，污水处理工艺升级改造市场扩大，MBR技术应用前景将更加广阔。但膜污染问题却一直难以解决，并阻碍着该技术的发展和实际利用。

MBR运行过程中由于矿物质沉淀、胶体及溶解性有机物在膜表面或膜内部堆积以及生物膜生成，导致膜孔堵塞、跨膜压差(Transmembrane pressure，TMP)增加、膜通量降低，形成膜污染。

微生物群落具有根据菌群密度和环境因素改变分泌化学信号分子以实现菌群种内和种间信息交流与调控群体行为的基因调控机制，即群体感应(Quorum Sensing，QS)。多种信号分子以及相关的QS细菌和调控基因已被证实广泛存在于MBR混合液和滤饼层中。由N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactone，AHL)调控的QS普遍存在于MBR系统中，并可通过促进胞外聚合物(Extracellular polymeric substance，EPS)分泌、菌群结构改变和生物膜生成等诱导加剧膜污染。

如专利CN 110028152 A，公开了一种基于微生物群体感应猝灭的MBR膜污染控制方法，包括以下步骤：(1)将群体感应猝灭细菌菌体用固定化高分子材料固定，得到固定化的群体感应猝灭细菌；(2)将固定化的群体感应猝灭细菌投入MBR反应池前的预处理池中，并将固定化的群体感应猝灭细菌截留在所述预处理池中；所述群体感应猝灭细菌能降解酰基高丝氨酸内酯。

目前基于群体感应的膜污染控制研究主要集中在群体感应猝灭介导的策略上，包括利用群体感应猝灭酶、信号分子降解菌等手段干扰MBR系统内的群体感应的技术，但其存在易失活、成本高、难固定化、稳定性差、效率低等缺点。

综上所述，现有技术中，只停留在降解酰基高丝氨酸内酯，未有对N-酰基高丝氨酸内酯产生源头进行追溯研究；进而也没对于群体感应源头---分泌N-酰基高丝氨酸内酯的革兰氏阴细菌进行处理的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种针对对于群体感应源头，克制分泌N-酰基高丝氨酸内酯的革兰氏阴细菌以以抑制群体感应进而缓解MBR膜污染的控制方法。

本发明的技术方案：本发明公开了一种利用微生物捕食以抑制群体感应的MBR膜污染控制方法，包括培养以革兰氏阴性菌为主要宿主的专性捕食性细菌，获得群体感应抑制菌剂；将所述群体感应抑制菌剂直接投入MBR反应池中进行专性捕食，进而抑制群体感应过程；所述革兰氏阴性菌为分泌N-酰基高丝氨酸内酯的细菌。

进一步的，将所述群体感应抑制菌投入MBR反应池后，监测MBR的运行情况及反应池中群体感应抑制菌的浓度，以一定周期投加新的群体感应抑制菌剂。

进一步的，所述专性捕食性细菌的培养方法，包括分别以分泌不同N-酰基高丝氨酸内酯的革兰氏阴性菌作为唯一营养源，培养对所述革兰氏阴性菌有捕食特性的群体感应抑制菌。

进一步的，所述专性捕食性细菌包括蛭弧菌、粘细菌和溶杆菌中的一种或多种专性噬菌菌群。

进一步的，所述投加群体感应抑制菌剂的频率为1-6天1次。

进一步的，所述MBR反应池中初始污泥质量浓度在7-13g/L。

进一步的，所述MBR反应池中投加群体感应抑制菌菌剂的体积比例为0.05％-1％v/v。

进一步的，所述MBR反应池中的水力停留时间为6-20h，所述预处理池中的溶解氧浓度为2-5mg/L。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1.本发明直接对N-酰基高丝氨酸内酯产生源头进行追溯，提出了针对泌N-酰基高丝氨酸内酯的革兰氏阴细菌进行处理的方法，相较于现有降解酰基高丝氨酸内酯的方法，本发明中群体感应抑制菌能够捕食分泌N-酰基高丝氨酸内酯的革兰氏阴性菌进而抑制群体感应。因此能够有效减少MBR反应池中的信号分子浓度，使其无法达到触发群体感应的阈值进而避免胞外多聚物的产生，以从源头抑制生物膜的形成，对MBR膜污染的控制效果显著；不会影响MBR对污水的COD、氨氮等的去除效果，且反应器运行良好，MBR膜使用周期可延长近2倍。

2.该方案无需投加酶制剂、化学解偶联剂、氧化剂等化学制剂，本发明通过抑制信号分子进而抑制生物膜形成，减少污泥混合液中EPS和SMP的含量，有效减缓膜污染，延长膜使用寿命，降低MBR膜工艺运行费用；操作简单且无环境生态与卫生安全问题。

3.本发明的操作过程简单，无需改变现有的污水处理厂MBR工艺的流程，只需将群体感应抑制细菌投入到MBR反应池中即可，可操作性强，便于污水处理厂的应用。

附图说明

图1为本发明实施例2中空白组和实验组跨膜压差的变化示意图；

图2为本发明实施例3中空白组和实验组跨膜压差的变化示意图；

图3为本发明实施例3中空白组和实验组MBR出水水质指标变化示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

构建两个工作体积为3L的实验室规模MBR反应器，MBR膜组件由聚乙烯醇二氟化乙烯(PVDF)中空纤维膜制成，中空纤维膜孔径为0.1μm，有效面积为148cm

将MBR反应池置于30℃的恒温水浴循环器中，进水泵由液位器控制使MBR反应池内水的体积保持在3L；MBR水力停留时间为20h；膜通量为35L/(m

反应器中活性污泥取自某市政污水处理厂MBR池，污泥MLSS约为7g/L。通过进水泵将进水槽中的人工模拟废水注入MBR反应池中。

人工模拟废水水质条件为：化学需氧量(COD)450mg/L，氨氮(NH

将活性污泥接种至人工模拟废水中，实验室驯化3个月至出水指标稳定后，以MBR反应器1作为对照组，向MBR反应器2中添加体积比为0.05％v/v的蛭弧菌类菌剂以期抑制群体感应，投加频率为1天一次。

连续运行60天，每隔10d监测反应器泥水混合物中AHL信号分子的总浓度。

实验结果如表1所示:

表1

由表1的结果可知，实验结果表明在MBR反应池加入蛭弧菌类菌剂，可有效降低信号分子的浓度，实验组相较未投加菌剂的空白对照组AHL浓度降低了约65％，最终抑制反应器中的群体感应。

实施例二：

构建两个工作体积为3L的实验室规模MBR反应器。

将MBR反应池置于30℃的恒温水浴循环器中，进水泵由液位器控制使MBR反应器内污水体积保持在3L；MBR水力停留时间为10h；膜通量为35L/(m

反应器中活性污泥取自南京某市政污水处理厂MBR池，污泥MLSS约为13g/L。通过进水泵将进水槽中的人工模拟废水注入MBR反应池中。

人工模拟废水水质条件为：COD 500mg/L，NH

将活性污泥接种至人工模拟废水中，实验室驯化3个月至出水指标稳定后，以MBR反应器1作为对照组，向MBR反应器2中添加体积比为1.0％v/v的粘细菌类菌剂以期抑制群体感应，投加频率为6天一次。连续运行60天，定期监测反应器泥水混合物中AHL信号分子的总浓度和TMP的变化。

表2

由表2结果可知，本发明中群体感应抑制菌剂的投加，能使AHL浓度相较空白对照组降低约56％，从而使MBR反应器中的AHL浓度无法达到群体感应所需的最低阈值，进而抑制膜污染的形成。

由图1结果可知，在60天的运行周期中，空白对照组在22天即达到了膜污染的峰值，而投加了捕食性菌剂的实验组直到38天才达到膜污染峰值，且60天内空白对照组的膜片已污染了三个周期，而实验组仅污染了一个周期，表明捕食性细菌的投加大大降低了膜片的消耗，延长膜使用周期。

实施例三：

在某城镇污水处理厂好氧-膜生物反应器投加群体感应抑制菌剂进行试验。污水厂处理水量为1万m

在实验组的膜生物反应器内投加含有蛭弧菌类、粘细菌类和溶杆菌类的混合捕食性菌剂以抑制MBR中的群体感应。将群体感应抑制菌剂以0.5％v/v的体积比直接投加到膜生物反应池中，投加频率为3天一次。连续运行60天，定期监测膜生物反应器中泥水混合物的信号分子浓度和膜污染情况，以及反应池出水水质。

表3

由表3的结果可知，本发明中群体感应抑制细菌的添加，能够大大降低AHL浓度，从而抑制膜污染的形成。

从图2中可以看出，空白对照组在12天后膜污染严重，TMP达到50kPa；而实验组在群体感应抑制细菌的添加后，在31天后发生膜污染，可见群体感应抑制细菌使膜的可持续过滤性大大增强，膜使用周期延长了近2倍。

由图3可知，在连续运行过程中，2组实验的出水COD、NH

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。