群体感应淬灭膜生物反应器在工业废水处理中的生物污堵控制与微生物群落动态研究

针对工业废水处理中膜生物反应器(MBR)面临的生物污堵(biofouling)难题，研究人员创新性地采用群体感应淬灭(QQ)技术，通过固定化Rhodococcus sp. BH4菌株显著降低跨膜压差(TMP)和胞外聚合物(EPS)含量。该半中试研究证实QQ-MBR对盐度、铅和硫酸盐等工业污染物具有强耐受性，为延长膜寿命、提升能源效率提供了可持续解决方案。

　　

随着工业废水成分日益复杂，传统膜生物反应器(MBR)技术正面临严峻挑战。其中生物污堵(biofouling)现象——微生物在膜表面形成难以清除的生物膜——会导致跨膜压差(TMP)升高、能耗激增，甚至迫使频繁更换膜组件。更棘手的是，石油天然气、水泥和纺织等行业废水中特有的盐度、硫酸盐和铅等无机污染物，会进一步加剧这一过程。虽然物理清洗和化学杀菌剂能暂时缓解问题，但前者难以彻底清除污堵层，后者可能引发微生物耐药性。近年来，通过干扰细菌群体感应(QS)通讯来阻断生物膜形成的群体感应淬灭(QQ)技术，因其环境友好特性成为研究热点。

伊斯坦布尔理工大学（Istanbul Technical University）的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表的重要成果，首次在半中试规模验证了QQ-MBR处理含典型工业污染物废水的可行性。该研究创新性地将Rhodococcus sp. BH4菌株固定于海藻酸盐微球，系统考察了其对MBR运行稳定性、污染物去除效率及微生物群落的影响。

研究团队采用三大关键技术：1) 建立半中试级QQ-MBR系统模拟工业废水处理条件；2) 通过AHLs信号分子降解实验验证固定化QQ菌株活性；3) 运用高通量测序解析微生物群落结构演变。这些方法为评估QQ技术在实际应用中的表现提供了多维数据支撑。

【表征群体感应淬灭微球】
通过降解C8-HSL信号分子的实验证实，固定化后的Rhodococcus sp. BH4保持稳定QQ活性，标准偏差<2，为后续长期运行奠定基础。

【抗毒性冲击性能】
在盐度(15 g/L NaCl)、铅(10 mg/L Pb²⁺)和硫酸盐(500 mg/L SO₄^2-)的胁迫下，QQ-MBR的TMP增长率比对照组降低85%，证明其卓越的抗逆性。微生物产物分析显示，QQ组可溶性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)浓度分别降低37%和42%，这两类物质正是生物膜形成的"黏合剂"。

【微生物群落调控机制】
高通量测序揭示QQ机制能动态调节菌群结构：一方面抑制了Sphingomonas等易形成生物膜的菌属；另一方面促进了Rhodococcus等具有污染物降解功能的菌群增殖，实现去污与抗污的双重优化。

这项研究的重要意义在于：首次在半中试规模证实QQ-MBR处理复杂工业废水的实用性，其85%的TMP控制效率远超传统方法。固定化Rhodococcus sp. BH4不仅没有影响COD去除率（维持在92%以上），还显著降低了能耗需求。从应用角度看，该技术可帮助石化、纺织等行业实现废水处理设施的节能降耗，据估算可使膜使用寿命延长30-40%。在理论层面，研究揭示了QQ技术通过"菌群重构"抑制生物污堵的新机制，为发展下一代智能型MBR提供了重要参考。正如通讯作者Borte Kose-Mutlu强调的，这项获得土耳其科技研究理事会(TUBITAK)资助的成果，标志着生物调控策略从实验室走向工程应用的关键突破。