【摘 要】
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氢基质生物膜反应器（H2-MBf R）能够高效同步去除废水中的多种氧化性污染物,以H2为电子供体,以CO2作为无机碳源及调节p H,对于促进碳中和与碳减排有着极大潜力与优势,是极具应用前景的净水技术。然而H2-MBf R启动阶段生物膜形成所需时间较长,另外成熟期生物膜污染较严重,一定程度上限制了反应器的大规模应用。群体感应（Quorum Sensing）可以调控细菌群体生理代谢行为,N-高丝氨酸内
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51878197）,基于微生物群感效应的氢基质生物膜反应器生物膜富集动态调控机理与方法；
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氢基质生物膜反应器（H2-MBf R）能够高效同步去除废水中的多种氧化性污染物,以H2为电子供体,以CO2作为无机碳源及调节p H,对于促进碳中和与碳减排有着极大潜力与优势,是极具应用前景的净水技术。然而H2-MBf R启动阶段生物膜形成所需时间较长,另外成熟期生物膜污染较严重,一定程度上限制了反应器的大规模应用。群体感应（Quorum Sensing）可以调控细菌群体生理代谢行为,N-高丝氨酸内酯类信号分子（AHLs）是调控革兰氏阴性菌群体感应的信号分子。针对反应器系统启动阶段周期较长、成熟生物膜污染较严重现象,本文以H2-MBf R为依托,通过向H2-MBf R内投加摇瓶实验筛选出的两种外源AHLs与反应器启动阶段挂膜期一直存在的信号分子C14-HSL,分析生物膜的表观形态、化学组分结构、硝氮去除率、信号分子浓度、微生物群落结构及QS相关菌群的变化来确定外源AHLs加速反应器启动挂膜与减缓膜污染的效能与机制。本研究旨在为H2-MBf R工艺快速启动及膜污染控制运行提供理论依据与技术支持。主要研究结果如下:（1）探究AHLs对H2-MBf R内微生物去除硝酸盐与分泌胞外聚合物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）的影响。采用摇瓶模拟反应器的运行条件和生长环境,分别投加7种主导类型的AHLs,分析硝酸盐去除效率、EPS、SMP的变化情况,明确了2种AHLs对反应器的作用效果。促进微生物去除硝酸盐与分泌EPS、SMP的AHLs是C4-HSL,硝氮去除率高于空白组,EPS、SMP浓度分别提高14%,184%,外源C4-HSL对H2-MBf R微生物去除硝酸盐与分泌EPS、SMP有正向促进作用（P＜0.01）;明显抑制微生物去除硝酸盐与分泌EPS、SMP的AHLs是3-oxo-C14-HSL,硝氮去除率低于空白组,EPS、SMP浓度分别降低了57%,24%。外源3-oxo-C14-HSL对H2-MBf R微生物去除硝酸盐与分泌EPS、SMP有负向抑制作用（P＜0.05）。（2）搭建三组反应器系统,向反应器内投加C4-HSL、C14-HSL,在启动挂膜培养的65d内C14、C4实验组硝氮去除率分别高于空白组（K）5.11%、5.91%,三组反应器K、C14、C4生物膜厚度分别是67.45μm、124.67μm、140.9μm,C14、C4组反应器生物膜EPS含量分别是K组的169.38%、183.49%。外源性C4-HSL、C14-HSL通过刺激EPS的分泌、改变EPS组分的方式来促进微生物附着生长,加速生物膜的生长,同时增强了反应器硝酸盐的去除效果。微生物群落分析表明投加了C4-HSL、C14-HSL的反应器中反硝化菌的丰度明显高于空白组,且相关群体感应细菌丰度也高于空白组（P＜0.05）。试验结果表明外源C4-HSL、C14-HSL可加速H2-MBf R生物膜挂膜（P＜0.01）。（3）搭建两组反应器系统,待反应器运行至膜污染期（280d）后向反应器内投加3-oxo-C14-HSL,在膜污染期培养的100d内OC14实验组硝氮去除率分别低于空白组（B）2.0%,两组反应器B、OC14生物膜厚度分别是增长了64.5μm、48.8μm,B组反应器生物膜EPS含量增幅的是OC14组的136.0%,外源3-oxo-C14-HSL通过抑制EPS的分泌与其组分的变化来抑制微生物的附着生长,减缓了生物膜的形成。微生物群落结构分析表明外源3-oxo-C14-HSL的反应器中反硝化菌的丰度明显低于空白组,且相关群体感应细菌丰度也低于空白组（P＜0.05）,后期则高于空白组。结果表明投加外源3-oxo-C14-HSL可控制H2-MBf R的生物膜厚度（P＜0.05）。
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