一种基于群体感应强化污水处理系统生物膜稳定性的方法及应用

本发明涉及环境微生物，具体涉及一种基于群体感应强化污水处理系统生物膜稳定性的方法及应用。

背景技术：

1、随着社会的不断发展，水污染已经成为困扰全球的难题，且人们的日常生活以及食品加工、冶金和化工等行业均可产生大量的高盐废水。微生物是一类自然界广泛存在，种类丰富而又具有多种特异性功能的生命群体，比如电活性微生物能够在较低的能耗水平下通过胞外的双向电子传递，实现能量/物质转移，从而满足污水处理提质增效的时代需求，具有巨大发展潜力，为新型水污染生物修复技术的应用和拓展提供了新的研究思路。

2、微生物法是目前水污染治理、水质净化等水体修复过程中最为重要且应用广泛的方法，微生物的生理生化反应和行为调控直接影响其污水处理的效能。然而，生物膜结构极易受到水质波动冲击，显著影响微生物活性，从而降低了该生物膜的生化处理效率。群体感应效应(qs)是一种由特定化学信号(即群体感应信号分子)引导的种间通讯过程，可以积极改变微生物群落结构及其理化性质，从而提升生物膜的性能。目前基于群体感应强化生物膜应对水质波动冲击的保护机制仍缺乏行之有效的方法。

3、因此，建立一种可行、经济、有效且针对性强的生物膜稳定调控技术极为重要。

技术实现思路

1、针对目前水处理工艺生物膜自然条件驯化启动时间长、稳定性差等缺点，本发明的目的在于提供一种强化以生物膜为核心的环境微生物稳定调控方法及应用，为增强微生物活性、提高生物处理污水效能提供有效技术手段。

2、本发明目的通过以下技术方案实现：

3、本发明的第一个目的是提供群体感应信号分子n-酰基高丝氨酸内酯在提高微生物生物膜抗盐冲击中的应用，所述n-酰基高丝氨酸内酯为n-(3-氧十二烷基)-l-高丝氨酸内酯。

4、本发明的第二个目的是提供一种基于群体感应强化污水处理系统生物膜稳定性的方法，包括以下步骤：在生物膜培养体系中添加群体感应信号分子n-酰基高丝氨酸内酯，培养生物膜，所述n-酰基高丝氨酸内酯为n-(3-氧十二烷基)-l-高丝氨酸内酯。

5、优选地，所述n-酰基高丝氨酸内酯添加浓度为5～15μmol/l。

6、优选地，所述生物膜培养体系由营养培养基、碳基材料和活性污泥构成，营养培养基配方为0.31g/l nh4cl、0.13g/l kcl、2.27g/l nah2po4·2h2o、矿物质溶液、维生素和10mmol/l乙酸钠，溶剂为去离子水。

7、优选地，所述群体感应信号分子作为强化微生物稳定性的调控因子，所述生物膜为从启动阶段到驯化成熟所形成的生物膜体系。

8、本发明的第三个目的是提供使用上述任一所述的方法得到的生物膜。

9、本发明的第四个目的是提供上述的生物膜在处理污水或废水中的应用。

10、优选地，所述的污水或废水为质量分数3％～10％盐浓度的污水或废水，所述的生物膜的抗盐性能的有效期为1-2个月。

11、优选地，所述的盐为nacl、cacl2、na2so4和mgso4中的一种或多种。

12、优选地，所述的处理污水或废水包括进行有机污染物的去除，化学需氧量cod负荷为50～1000mg/l，所述的污水来源于生活用水，所述的废水来源于食品加工、冶金或化工行业的尾水。

13、本发明与现有的生物膜稳定性调控技术相比，所使用的方法具有简单、可行且经济高效等特点，通过在微生物生长体系中添加外源群体感应信号分子即酰基高丝氨酸内酯提高了生物膜稳定系。通过激光共聚焦电子显微镜扫描成熟生物膜，群体感应信号分子诱导形成了更均匀和致密的生物膜，且生物膜上的高活性微生物比例更高。同时，利用该生物膜处理含10％盐浓度的污水，生物膜上的微生物活性并未降低，证明了群体感应信号分子对生物膜具有间接保护作用，显著提高了生物膜的高盐适应性。本发明实现了以生物膜为核心的环境微生物稳定性调控，提高了微生物处理污水效能，尤其是揭示了生物膜在外界水质冲击下的自我保护机制，建立了经济、可行、有效的生物膜优化调控方法，具有较好的应用前景。

14、本发明采用外源添加的群体感应信号分子，强化生物膜分泌胞外聚合物的功能，使其在生物膜表面形成一层保护层，可应对水质变化冲击，得到稳定性优异的生物膜。通过上述方法，本发明不仅能够增强生物膜应对生存环境及水质波动的稳定性，还能够优化生物膜的微生物群落结构及代谢特性，该过程方便简捷，无需复杂调控工艺，在该生物膜启动过程可同步进行，突破了传统方法依赖于碳源持续投加的生物膜稳定性调控瓶颈，是一种高效、稳定、廉价且生态安全的生物膜稳定性调控方法；本发明形成的生物膜调控技术在污水处理领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.群体感应信号分子n-酰基高丝氨酸内酯在提高微生物生物膜抗盐冲击中的应用，其特征在于，所述n-酰基高丝氨酸内酯为n-(3-氧十二烷基)-l-高丝氨酸内酯。

2.一种基于群体感应强化污水处理系统生物膜稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述n-酰基高丝氨酸内酯添加浓度为5～15μmol/l。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生物膜培养体系由营养培养基、碳基材料和活性污泥构成，营养培养基配方为0.31g/l nh4cl、0.13g/l kcl、2.27g/lnah2po4·2h2o、矿物质溶液、维生素和10mmol/l乙酸钠，溶剂为去离子水。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述群体感应信号分子作为强化微生物稳定性的调控因子，所述生物膜为从启动阶段到驯化成熟所形成的生物膜体系。

6.使用权利要求2-5任一所述的方法得到的生物膜。

7.权利要求6所述的生物膜在处理污水或废水中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的污水或废水为质量分数3％～10％盐浓度的污水或废水，所述的生物膜的抗盐性能的有效期为1-2个月。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的盐为nacl、cacl2、na2so4和mgso4中的一种或多种。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的处理污水或废水包括进行有机污染物的去除，化学需氧量cod负荷为50～1000mg/l，所述的污水来源于生活用水，所述的废水来源于食品加工、冶金或化工行业的尾水。

技术总结本发明公开一种基于群体感应强化污水处理系统生物膜稳定性的方法及应用。该方法包括在生物膜培养体系中添加群体感应信号分子N‑酰基高丝氨酸内酯，培养生物膜。本方法采用外源添加的群体感应信号分子，强化生物膜分泌胞外聚合物的功能，使其在生物膜表面形成一层保护层，可应对水质变化冲击，得到稳定性优异的生物膜。通过上述方法，本发明不仅能够增强生物膜应对生存环境及水质波动的稳定性，还能够优化生物膜的微生物群落结构及代谢特性，该过程方便简捷，无需复杂调控工艺，在该生物膜启动过程可同步进行，突破了传统方法依赖于碳源持续投加的生物膜稳定性调控瓶颈。本发明形成的生物膜调控技术在污水处理领域具有广泛的应用前景。技术研发人员：周少锋,安文文,许玫英受保护的技术使用者：广东省科学院微生物研究所（广东省微生物分析检测中心）技术研发日：技术公布日：2024/7/11