《Bioresource Technology》：Targeted ecological regulation of signal-responsive taxa drives biofouling mitigation in quorum-quenching membrane bioreactors
编辑推荐：
•QQ在处理真实半导体废水的MBR中有效缓解了膜生物膜污染。•QQ对微生物群落整体多样性的影响有限。•QQ选择性调控了信号响应型和膜污染相关细菌类群。•QQ选择性减少了Ferruginibacter并富集了Bradyrhizobium。•特定细菌类群与C4-HSL和EPS组分
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QQ在处理真实半导体废水的MBR中有效缓解了膜生物膜污染。
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QQ对微生物群落整体多样性的影响有限。
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QQ选择性调控了信号响应型和膜污染相关细菌类群。
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QQ选择性减少了Ferruginibacter并富集了Bradyrhizobium。
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特定细菌类群与C4-HSL和EPS组分密切相关。
引言
膜生物反应器（MBR）因其高生物量截留率、优异的水质出水质量和对水力负荷及有机负荷波动的耐受性，被广泛应用于半导体废水处理（Chen et al., 2026, Xiao et al., 2014, Yin et al., 2026）。然而，膜生物膜污染仍然是制约MBR长期高效运行的主要瓶颈（Mannina et al., 2023）。微生物细胞和胞外聚合物（EPS）在膜表面的积累会增加过滤阻力（AbuKhadra et al., 2024, Jeison and van Lier, 2007），导致通量下降、能耗增加、频繁清洗膜以及缩短膜寿命（Rahman et al., 2023）。开发可持续的膜生物膜污染缓解策略仍然是MBR实际应用中的核心挑战（Zulhendri et al., 2025）。
在生物膜污染控制策略中，群体淬灭（QQ）通过降解或灭活信号分子来破坏细菌群体感应，作为一种环境友好的方法引起了广泛关注（Liu et al., 2023, Wang et al., 2026）。研究表明，QQ可以有效降低酰基高丝氨酸内酯（AHL）浓度，抑制EPS产生，延缓生物膜发育，并延长膜过滤周期，而不会影响废水处理能力（Jang et al., 2025, Wang et al., 2026, Xu et al., 2023）。与传统的物理或化学清洗方法不同，QQ针对的是生物膜形成过程中涉及的微生物通讯，而非不加区别地去除累积的生物量，使其成为一种有前途的可持续膜污染控制策略（Gao et al., 2013）。
尽管具有这些工程效益，QQ背后的微生物生态机制仍然知之甚少，特别是在真实半导体废水条件下。半导体废水复杂的化学成分可能施加选择性压力，影响微生物适应、群落演替和生物膜发育（Li et al., 2023, Sun et al., 2025）。因此，膜生物膜污染不仅涉及EPS的积累，还包括微生物通讯、种间相互作用以及生物膜相关微生物的富集（Zhao et al., 2025）。虽然QQ直接破坏了AHL信号传导，但其对微生物群落结构、生态相互作用和EPS产生的后续影响仍然不明确。理解这些生态响应对于阐明QQ如何促进长期膜污染控制至关重要。
以往的研究主要评估QQ对微生物整体多样性和群落组成的影响，通常仅报告优势微生物种群发生有限变化（Liu et al., 2020, Xu et al., 2023）。然而，新兴证据表明，膜生物膜污染可能并非由群落结构的广泛变化所驱动，而是由少数参与群体感应、EPS产生和生物膜形成的微生物所调控。Xiong等（2025）报道，QQ改变了MBR处理含抗生素废水中与AHL合成和EPS产生相关的微生物群落丰富度和丰度，表明其生态效应可能是高度选择性的，而非全面性群落改变。然而，QQ是通过微生物群落的广泛重组来缓解膜生物膜污染，还是通过针对性调控特定信号响应型和生物膜相关微生物来发挥作用，目前尚不清楚。这一知识空白对半导体废水处理尤为相关，因为复杂的化学成分可能改变对QQ的生态响应（Li et al., 2023）。
在以往的研究中，海藻酸盐-粉状活性炭群体淬灭（APQ）微珠在处理真实半导体废水的MBR中显著延长了膜运行时间并减少了膜污染，同时保持了稳定的污染物去除性能（Liu et al., 2021）。然而，该增强型膜污染抗性的微生物生态基础尚未得到研究。因此，本研究旨在阐明处理真实半导体废水的MBR中对QQ的微生物生态响应。对混合液和膜生物垢中的微生物群落进行表征，以确定QQ是否选择性调控生物膜相关微生物，而非广泛改变整体微生物群落。此外，探索微生物类群、AHL信号传导和EPS组分之间的关系，以识别与膜污染缓解相关的关键生态种群。本研究为QQ介导的膜污染控制背后的微生物生态机制提供了新的见解。
各节摘要
海藻酸盐-粉状活性炭群体淬灭包埋微珠制备
本实验所选用的QQ微生物联合菌群由Enterobacter cloacae、Microbacterium sp.、Pseudomonas sp.和Rhodococcus sp. BH4组成，这些菌株均具有AHL降解能力。APQ包埋微珠的制备方法已在先前的研究中详细描述（Liu et al., 2021）。
膜生物反应器运行及样品制备
构建并运行了两套工作体积为3.6 L的实验室规模MBR系统，分别命名为反应器1和反应器2。反应器1和反应器2被指定为
膜生物反应器性能概述
MBR系统有效去除了半导体废水中的大部分污染物，持续满足严格的排放标准。进水水质波动较大，COD、总有机碳和总氮分别为260.9 ± 64.6 mg/L、104.2 ± 18.6 mg/L和19.2 ± 3.1 mg/L。然而，所有反应器出水COD稳定在约3 ± 1 mg/L，去除效率约为99%，表明
结论
本研究证明，群体淬灭（QQ）可以有效缓解处理真实半导体废水的膜生物反应器（MBR）中的膜生物膜污染，而不会大幅破坏整体微生物多样性。QQ选择性改变了特定微生物种群，表现为与膜污染相关的属Ferruginibacter丰度降低以及Bradyrhizobium和其他潜在有益类群的富集。这些微生物变化伴随着
生成式AI使用声明
作者声明，AI工具仅用于语言润色。
CRediT作者贡献声明
Shen Nan：撰写——原稿、可视化、方法论、数据整理、概念构思。Liu Jianbo：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、方法论、数据整理。Wang Li：可视化、方法论、数据整理。Le Chencheng：撰写——审阅与编辑、监督。Zhou Yan：撰写——审阅与编辑、监督、方法论。
未引用参考文献
Parks et al., 2018, Sandoval-García et al., 2025.
利益冲突声明
作者声明，不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究由南京师范大学青年人才优秀计划（项目编号：184080H201D24）和Kurita Pte Ltd.资助。
Shen Nan|Liu Jianbo|Wang Li|Le Chencheng|Zhou Yan
