低温下通过DSF/c-di-GMP互作双向调控好氧颗粒污泥：稳定性恢复与成熟度提升

为解决低温（<15?°C）导致好氧颗粒污泥（AGS）结构失稳、污染物去除效率下降的问题，哈尔滨工业大学团队通过调控扩散信号因子（DSF）和环二鸟苷酸（c-di-GMP）的交互作用，提出双向调控策略。研究发现，DSF可降低c-di-GMP浓度64%，抑制过量胞外聚合物（EPS）合成，恢复AGS稳定性；而水杨酸（SA）则通过提升c-di-GMP浓度20%促进颗粒成熟（粒径从658增至952?μm）。该研究为低温AGS废水处理提供了精准调控新思路。

　　

低温环境下好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge, AGS）的稳定性问题一直是废水处理领域的重大挑战。当温度低于15?°C时，AGS会出现结构解体、污染物去除效率骤降等现象，其核心原因是低温抑制紧密结合蛋白（TB-PN）分泌，导致松散型胞外聚合物（LB-EPS）占比超过60%，削弱颗粒凝聚力。传统解决方法如生物强化、载体固定化等依赖经验性操作，效果不稳定。哈尔滨工业大学的研究团队另辟蹊径，从群体感应（Quorum Sensing, QS）机制入手，聚焦扩散信号因子（Diffusible Signal Factor, DSF）与环二鸟苷酸（bis(3′-5′)-cyclic dimeric guanosine monophosphate, c-di-GMP）的交互作用，提出了一种经济高效的双向调控策略。

研究团队采用两种功能受损的AGS系统：R1（反复温度波动导致结构濒临崩溃，SVI₃₀
达88?mL/g VSS）和R2（持续低温下生长停滞，粒径600–700?μm）。通过添加DSF和水杨酸（Salicylic Acid, SA），结合qPCR、高通量测序等技术，系统分析了污染物去除效率、EPS组成、微生物群落变化等指标。

Effect of DSF/c-di-GMP regulation on reactor performance
在R1中，DSF使c-di-GMP浓度降低64%，减少过量EPS（尤其是LB-PS）合成，COD去除率从60%恢复至97%。R2中SA则通过抑制DSF活性，使c-di-GMP浓度上升20%，颗粒粒径增至952?μm，促进成熟。

Microbial community dynamics
DSF显著抑制丝状菌（如Sphaerotilus从5%降至2%），而SA促进产c-di-GMP菌属（如Thauera从3%增至5%）增殖，验证了双向调控的微生物学机制。

该研究首次证实DSF/c-di-GMP通路在低温AGS中的双向调控潜力：DSF通过下调c-di-GMP修复崩溃颗粒，而SA通过上调c-di-GMP加速颗粒成熟。这一发现突破了传统经验式调控的局限，为低温废水处理提供了精准、可持续的解决方案。论文发表于《Bioresource Technology》，其创新性体现在将QS理论转化为实际工程应用，同时揭示了微生物群落功能重塑的分子机制。未来研究可进一步优化DSF/SA投加比例，推动该技术规模化应用。