一种群感猝灭复合刺激剂及基于此的膜污染控制方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，特别是涉及一种群感猝灭复合刺激剂及基于此的膜污染控制方法。

背景技术

膜生物反应器（MBR）在运行过程中污染物质会通过吸附或沉积附着在膜表面或膜孔内部，造成膜污染。膜污染会导致出水通量的下降或跨膜压差的升高，增加运行能耗、物理或化学清洗的频次。因此，膜污染是阻碍MBR反应器技术发展的主要问题。而有研究发现MBR反应器中存在微生物群体感应现象，并且微生物群体感应与膜污染密切相关。

微生物群体感应是指细菌之间能够通过分泌信号分子并检测其浓度来感知其菌群密度，因而微生物之间能够进行信息交流，微生物群体感应能够调节生物行为，如生物膜的形成。而群体感应猝灭是指通过采取一系列措施来抑制微生物群体感应现象。

微生物群体感应机理及其与生物膜形成之间的关系为MBR反应器膜污染控制提供了新的思路。现有技术中一般是使用酰基转移酶降解信号分子，抑制微生物群体感应现象，酰基转移酶能有效降解信号分子，然而昂贵的价格限制了其进一步的应用。并且向反应器中直接投加具有降解信号分子能力的功能菌株会导致功能菌株不适应环境而迅速死亡，通常使用细菌固定化克服此问题。但细菌固定化技术操作步骤复杂，且会一定程度上限制功能细菌对信号分子的降解效能，因此，有待开发更好的生物刺激群体感应猝灭技术以克服以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种群感猝灭复合刺激剂及基于此的膜污染控制方法，能够有效维持膜生物反应器中信号分子降解基因的含量，降低反应器中信号分子的浓度，抑制胞外聚合物（EPS）的分泌，从而减轻微生物在膜表面的粘附，持久有效地控制MBR反应器的膜污染。

为实现上述目的，本发明提供了一种群感猝灭复合刺激剂，群感猝灭复合刺激剂包括γ-己内酯（GCL）、丙位庚内酯（GHL）和乙酰胺（Acetamide），γ-己内酯、丙位庚内酯和乙酰胺的体积比为2：1：0.6。

基于上述一种群感猝灭复合刺激剂的膜污染控制方法，包括以下步骤，

S1采用群感猝灭复合刺激剂富集群体感应猝灭菌

将活性污泥以1/100 v/v接种至20 mL的M9培养基中，M9培养基中以体积比为γ-己内酯：丙位庚内酯：乙酰胺=2：1：0.6为碳源，在30℃下经过三次转接富集后，得到群体感应猝灭菌；

S2采用群体感应猝灭菌控制膜生物反应器的膜污染

在膜生物反应器的运行初期，向膜生物反应器中投加群体感应猝灭菌，后续运行阶段再向膜生物反应器中连续投加γ-己内酯与丙位庚内酯。

优选的，S1中活性污泥为市政污水处理厂二沉池回流污泥。

优选的，S1中转接富集为在30℃下、转速为150rpm的摇床中培养5-7天后，待菌液变浑浊后将其转接至新的培养基中继续培养。

优选的，S2中投加的群体感应猝灭菌需离心去除上清液后投加，投加量为200~500mg/L。

优选的，离心的转速为5000rpm，离心的温度为4℃，除去上清液后用质量浓度为0.9%的氯化钠溶液重新悬浮群体感应猝灭菌。

优选的，S2中连续投加γ-己内酯与丙位庚内酯的浓度比为2：1，投加量为γ-己内酯6 mg/L，丙位庚内酯3 mg/L，投加点为膜生物反应器的膜池内。

本发明的机理

本发明利用群体感应猝灭菌对信号分子的降解作用，在MBR反应器运行初期将群体感应猝灭菌投加到MBR反应器，后续运行阶段再向MBR反应器中连续投加GCL与GHL，维持反应器中信号分子降解基因的含量，降低反应器中信号分子（酰基高丝氨酸内酯AHL）的浓度，从而抑制EPS的分泌，进而减轻微生物在膜表面的粘附，最终持久有效地控制膜污染。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供的一种群感猝灭复合刺激剂，能够有效从活性污泥中富集群体感应猝灭菌，且富集得到的群体感应猝灭菌能够有效降解反应器中的信号分子。

（2）本发明提供的一种基于群感猝灭复合刺激剂的膜污染控制方法，通过群感猝灭复合刺激剂富集群体感应猝灭菌，在反应器运行初期将群感猝灭菌投加到MBR反应器中，后续运行阶段再向MBR反应器中连续投加比例为2：1的GCL与GHL，GCL与GHL与信号分子(酰基高丝氨酸内酯AHL）具有较为相似的化学结构，能够有效降解反应器中的信号分子浓度，维持反应器中信号分子降解基因的含量，降低反应器中信号分子的浓度，从而抑制EPS的分泌，进而减轻微生物在膜表面的粘附，最终实现有效控制膜污染。

（3）本发明通过生物刺激群体感应猝灭技术控制MBR反应器膜污染不会影响MBR反应器对COD、氨氮的去除。

（4）本发明MBR反应器的出水中残留的群感应猝灭复合刺激剂、GCL及GHL的浓度均低于检测限，不会产生安全隐患。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例2中跨膜压差的变化示意图；

图2为本发明对比例1中跨膜压差的变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步描述。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明提到的上述特征或具体实例提到的特征可以任意组合，这些具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本发明提供了一种群感猝灭复合刺激剂，包括γ-己内酯、丙位庚内酯和乙酰胺，γ-己内酯、丙位庚内酯和乙酰胺的体积比为2mL：1mL：0.6mL，用来富集活性污泥中的群感猝灭菌。

实施例2

本发明提供了一种基于群感猝灭复合刺激剂的膜污染控制方法。

首先，将活性污泥以1/100 v/v接种至20 mL的M9培养基中，M9培养基中以γ-己内酯：丙位庚内酯：乙酰胺=2mL：1mL：0.6mL为碳源，在30℃下、转速为150rpm的摇床中培养5-7天后，待菌液变浑浊后将其转接至新的培养基中继续培养，经过三次转接富集后，得到群体感应猝灭菌。

然后搭建2个反应体积为1.2L的MBR反应器（MBR1、MBR2），MBR膜组件由聚偏四氟乙烯中空纤维膜组成，中空纤维膜的孔径为0.01μm，膜丝外径为1.85 mm，单根膜丝长度为60cm。

两个MBR反应器中活性污泥均取自市政污水处理厂二沉池回流污泥，MBR反应器进水为小区生活污水，另外向进水中加入255 mg/L的NaHCO

以MBR1为空白对照反应器，MBR2为实验反应器，在实验初始阶段，向MBR2中接种群体感应猝灭菌，在后续运行过程中向MBR2反应器中连续投加6 mg/L GCL与3mg/L GHL。运行过程中通过压力传感器及单片机装置记录跨膜压差，定期检测各反应器中的AHL信号分子（C8-HSL）浓度，定期取污泥提取其EPS并测量其中蛋白质及多糖含量。结果见表1-3。

表1 MBR中C8-HSL的浓度

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由表1的结果可知，MBR2中的C8-HSL浓度低于MBR1中的C8-HSL浓度，说明向MBR反应器中投加群体感应猝灭菌后再向MBR膜池内连续投加6 mg/L GCL与3 mg/L GHL能够有效保持反应器中的群体感应猝灭活性，降低C8-HSL信号分子浓度。

表2 EPS中蛋白质的含量

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表3 EPS中多糖的含量

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由表2和表3可知，MBR2中EPS的蛋白质含量及多糖含量明显少于MBR1中EPS的蛋白质含量及多糖含量。

由图1的结果可知，空白对照MBR1的膜污染周期为2~3天，而MBR2反应器的膜污染周期被延长到12天，这说明向MBR反应器中投加群体感应猝灭菌后，再向MBR中连续投加6mg/L GCL与3 mg/L GHL能够持久有效地抑制微生物群体感应、控制膜污染。

对比例1

首先，将活性污泥以1/100 v/v接种至20 mL的M9培养基中，M9培养基中以γ-己内酯：丙位庚内酯：乙酰胺=2mL：1mL：0.6mL为碳源，在30℃下、转速为150rpm的摇床中培养5-7天后，待菌液变浑浊后将其转接至新的培养基中继续培养，经过三次转接富集后，得到群体感应猝灭菌。

然后搭建2个反应体积为1.2L的MBR反应器（MBR3、MBR4），MBR膜组件由聚偏四氟乙烯中空纤维膜组成，中空纤维膜的孔径为0.01μm，膜丝外径为1.85 mm，单根膜丝长度为60cm。

两个MBR反应器中活性污泥均取自市政污水处理厂二沉池回流污泥，MBR反应器进水为小区生活污水，另外向进水中加入255 mg/L的NaHCO

以MBR3为空白对照反应器，MBR4为实验反应器，在实验初始阶段，向MBR4中接种群体感应猝灭菌。运行过程中通过压力传感器及单片机装置记录跨膜压差，定期检测各反应器中的AHL信号分子（C8-HSL）浓度，定期取污泥提取其EPS并测量其中蛋白质及多糖含量。结果见表4-6。

表4 MBR中C8-HSL的浓度

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由表4的结果可知，运行初期，MBR4中C8-HSL浓度较低，运行9天后，MBR4中的C8-HSL浓度与MBR3中基本一致。这是由于在反应器运行一段时间之后实验初期向反应器中投加的群体感应猝灭菌死亡造成的，这说明向MBR中投加群体感应猝灭菌仅能暂时提升反应器中群体感应猝灭活性。

表5 EPS中蛋白质的含量

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表6 EPS中多糖的含量

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由表5和表6可知，MBR4中EPS的蛋白质含量及多糖含量与MBR3中EPS的蛋白质含量及多糖含量相似。

由图2的结果可知，MBR3的膜污染周期为2~3天，而MBR4的第一个膜污染周期延长到6天，这说明向MBR反应器中投加群体感应猝灭菌能有效缓解膜污染。在第一个污染周期后，MBR4的污染周期与MBR3相似，为2~3天。这是由于在反应器运行一段时间之后实验初期向反应器中投加的群体感应猝灭菌死亡造成的，这说明向MBR中投加群体感应猝灭菌仅能暂时抑制群体感应、缓解膜污染。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。