基于群体感应的MBR膜污染控制研究.ppt

1、,基于群体感应的膜生物反应器膜污染的控制研究,2013.11.18,1膜生物反应器膜生物污染,2微生物群体感应系统,3群体淬灭机制,目录,4基于群体淬灭的生物污染控制,膜生物反应器：是用超滤膜代替二沉池进行污泥固液分离的污水处理装置，为膜分离技术与活性污泥法的有机结合。优点：体积负荷高、占地面积小、剩余污泥量少、出水水质好且稳定。缺点：膜污染，影响MBR长期稳定运行和广泛应用的瓶颈问题。膜污染：是指MBR内混合液中的悬浮颗粒、胶体粒子或溶解性大分子有机物在膜表面和膜孔内吸附沉积，造成膜孔径减小或堵塞，使膜通量下降的现象。,膜生物污染：微生物在膜面上形成生物膜或者在膜表面和膜孔内滋生成为微生物菌

2、落。,1膜生物反应器(MBR),初始粘附：腐殖质、聚糖脂与其它微生物的代谢产物等大分子物质在膜面吸附，形成一层具备微生物生存条件的生物膜。微生物中粘附速度快的细胞形成初期粘附过程。,成熟阶段：生物膜的生长和脱除达到动态平衡，生物膜将趋于稳定。由于生物污染造成了膜的不可逆堵塞，使过滤阻力上升，引起膜通量的下降。,1.2膜生物污染生物膜形成过程,生长阶段：由于后续大量菌种的粘附，特别是细菌胞外聚合物(EPS)的形成，加剧了微生物的繁殖和群集。,细菌完成了初始粘附后，随即调整基因表达，在生长繁殖的同时分泌大量的胞外多聚糖，加剧微生物的繁殖和群集。,群体感应：许多细菌能产生并释放一种被称为自诱导物的信

3、号分子，随着细菌密度的增加，信号分子不断积累，当积累到一定浓度时则会与胞浆受体蛋白结合，调控细菌相关基因的表达，使细菌形成一种群体行为，如生物膜的形成。,2群体感应（Quorumsensing,QS）,2.1革兰氏阴性菌的LuxI/R型群体感应（LuxI是AHLs合成酶，LuxR是调节蛋白）,2.2革兰氏阳性菌的群体感应,2.3种间交流通用信号分子AI-2,夏威夷弧菌同时具有革兰氏阴性和阳性细菌群体感应的调控系统，既有AHLs自诱导物（AI-1），还产生第二套自体诱导系统（AI-2）。,总的来说，QS是由几个关键步骤组成的：基础水平信号分子的产生；信号分子累积；信号感应；信号自体诱导反应和目的

4、基因活化。,3群体淬灭机制,研究表明，一些物质对微生物细胞间的QS有抑制或干扰作用，可阻断细菌间“信息交流”，阻止QS依赖型基因表达，称作群体淬灭。,阻止信号分子产生,降解信号分子,降低R蛋白活性,3.1抑制信号分子合成,AHLs分子由一个酰胺链和高丝氨酸内酯环组成，其中高丝氨酸内酯环是AHLs的特征结构，而酰胺链的不同则决定了AHLs对细菌的不同调控功能。,革兰氏阴性菌的信号分子AHLs在胞内有关酶的作用下进行化学合成需要作为底物的酰基供体和腺苷甲硫氨酸提供高丝氨酸内酯。因此，只要能抑制AHLs合成酶活性或消除底物等信号合成过程中任一环节均可阻断信号分子合成。,3.2降解信号分子,根据物质特性，信号分子降解主要分两种：生物分解和化学降解。前者利用微生物合成具有降解信号活性的内酯酶或酰胺酶（群体淬灭酶）水解，后者使用一些化学合成物质如氧化卤素进行降解。,3.3降低或抑制受体蛋白活性,一般通过QS抑制剂实现，这些抑制剂通过与信号分子竞争性结合受体而降低活化受体的浓度。事实表明，很多植物化学物质具有细菌QS抑制活性。,例如：黄芩苷和大黄素能抑制菌株铜绿假单胞菌生物膜形成是因为该物质在结构上与信号分子相似，与信号分子竞争结