利用本土群体感应细菌强化厌氧氨氧化生物反应器启动与脱氮效能

本研究针对厌氧氨氧化(anammox)生物反应器启动周期长、环境波动敏感等瓶颈问题，创新性地从anammox颗粒污泥中分离出4株本土群体感应(QS)细菌（Ensifer sp. CH9、Brucella sp. CH10等），通过固定化技术将其引入反应器。结果表明QS菌显著提升脱氮效率、加速污泥颗粒化，并增强系统在氮负荷(NLR)波动下的稳定性，为anammox工艺的工程化应用提供了经济高效的调控策略。

　　

在污水处理领域，厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)技术因其高效节能的特性备受关注。这种由厌氧氨氧化菌(AnAOB)主导的工艺，能将NH₄⁺与NO₂^-直接转化为N₂，大幅降低能耗与污泥产量。然而AnAOB生长缓慢（倍增时间长达11天）、对环境波动极度敏感的特性，导致反应器启动往往需要数月甚至更久。更棘手的是，这些微生物至今无法纯培养，就像一群挑剔的艺术家，只在特定条件下才愿意"登台表演"。

问题的核心在于AnAOB的"社交行为"。研究表明，当细胞密度超过10¹⁰-10¹¹个/mL时，它们才会展现活性——这暗示着群体感应(quorum sensing, QS)机制的关键作用。QS是细菌通过信号分子（如酰基高丝氨酸内酯AHLs）实现群体协调的通讯系统。虽然外源添加AHLs被证实能促进AnAOB聚集和功能基因表达，但每毫克上千元的成本让工程应用望而却步。这就好比用进口香水来维持社交聚会，效果虽好却难以持续。

深圳大学的研究团队另辟蹊径，将目光转向anammox颗粒中的"原住民"。他们假设：这些与AnAOB共生的本土QS细菌，或许能成为更经济的"信号发生器"。通过从实验室反应器的红色颗粒污泥中分离微生物，研究者筛选出4株具有QS活性的菌株（经16S rRNA鉴定为Ensifer sp. CH9等），并创新性地采用固定化技术将其"植入"生物反应器。

关键技术包括：在O₂<5%的厌氧舱中分离微需氧QS菌、采用报告菌株法筛选AHLs产生菌、16S rRNA系统发育分析、QS菌固定化载体构建，以及反应器性能监测（含氮转化效率、EPS含量、颗粒粒径分布等）。所有实验均以未添加QS菌的反应器作为对照。

Isolation and identification of quorum sensing bacteria from anammox granules
从203株分离菌中鉴定出18株QS细菌，最终选择4株代表菌（CH9-CH12）。系统发育分析显示它们分属不同属，暗示anammox颗粒中存在多样化的QS微生物网络。

QS菌对反应器性能的影响
固定化QS菌使启动周期缩短30%，在NLR提升至2.4 kg N/(m³·d)时仍保持85%脱氮效率（对照组仅65%）。电镜显示实验组EPS分泌量增加2.3倍，颗粒平均直径达512μm（对照组为287μm）。

微生物群落动态
高通量测序揭示Candidatus Brocadia始终为优势菌（相对丰度>68%）。值得注意的是，微生物群落演变主要受NLR和时间驱动，QS菌的引入未显著改变群落结构，而是通过代谢调控发挥作用。

这项研究开创性地证明：本土QS菌可作为"生物催化剂"替代昂贵AHLs。其价值体现在三方面：(1)经济性——利用共生菌持续产生信号分子，避免化学试剂的重复添加；(2)生态性——维持原有微生物群落结构，降低生态风险；(3)工程适用性——固定化技术便于实际应用。正如研究者Fangfang Xu在讨论部分强调的，这种策略为anammox工艺从实验室走向污水厂提供了关键技术支持。未来研究可进一步解析QS菌与AnAOB的具体互作机制，并探索不同水质条件下的优化运行参数。