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膜生物反应器(MBR)具有高效固液分离的优点而被广泛应用在各种污水处理。然而,此方法容易受到膜生物污染。在本论文中,我们研究了经过1,2,3-三氮唑基团和Pd纳米颗粒修饰的聚砜(PSU)膜(PSU-TriN-0%,PSU-TriN-23%,PSU-TriN-94%,PSU-TriN-Ions,PSU-TriN-NPs)分别在单细胞连续滴流生物膜反应器(DFR)和多细胞好氧膜生物反应器(AeMBR)中的抗生物膜污染效果。实验验证了1,2,3-三氮唑和Pd纳米颗粒修饰的膜的强抗生物膜能力,研究了该膜材料抗生物膜能力的机理,以期为后续的实际应用提供理论依据。主要研究结论如下:(1)透射电子显微镜显示Pd纳米颗粒均匀分布于PSU-TriN膜表面;在所有膜当中,PSU-TriN-Ions和PSU-TriN-NPs表面显示出最粗糙,其粗糙系数Ra分别达到56.8和56.9。接触角测量显示PSU-TriN-NPs亲水性最强,达到47.72±1.34°。(2)铜绿假单胞菌生物膜测试显示,1,2,3-三氮唑或金属Pd的存在能显著抑制该微生物的生长:激光共聚焦显微镜图片显示1,2,3-三氮唑或金属Pd修饰的膜上活细胞/死细胞比例均为小于1;而流式细胞仪结果与上述一致,PSU-TriN-0%上活细胞数量显著性多余其他修饰过的膜。在EPS测量中发现1,2,3-三氮唑或金属Pd的存在能显著抑制多糖和Pel的产生,但是实验结果显示蛋白含量并无显著性差异。PSU-TriN-0%分别在好氧中和厌氧中含有2.34±0.20μg/(mL.cm2)和3.25±0.26μg/((mL.cm2)多糖,显著性多余PSU-TriN-23%,PSU-TriN-49%,PSU-TriN-94%(t检验,P值均小于0.03);同样地,比较PSU-TriN-94%与PSU-TriN-Ions和PSU-TriN-NPs,发现PSU-TriN-NPs能进一步抑制多糖的产生,但是PSU-TriN-Ions不能。Pel的定量与多糖结果一致。本实验由于LB培养基的干扰,未能准确定量EPS中蛋白含量。(3)PSU-TriN-0%,PSU-TriN-94%和PSU-TriN-NPs膜的好氧膜生物反应器证明PSU-TriN-NPs具有良好的抗生物膜污染能力。TMP记录显示PSU-TriN-NPs的增长最缓慢,在其他膜到达到临界膜污染时仅有40 kpa(run 1)和10 kpa(run 2)。EPS测量显示PSU-TriN-NPs不仅能抑制多糖产生,同时也能降低蛋白的含量。在run 1和run 2中,PSU-TrIN-NPs上生物膜中多糖含量分别为48.14±10.72μg/cm2和5.86±0.48μg/cm2,明显低于对照膜。在run 1中,PSU-TriN-NPs上生物膜中蛋白浓度大约为34.14μg/cm2,显著性低于其他两种膜(PSU-TriN-0%和PSU-TriN-94%)(t值检验,P值分别为0.00和0.00),而run 2中,PSU-TriN-NPs上生物膜中蛋白浓度大约为4.40μg/cm2,其显著性低于被测试的对照膜PSU-TriN-0%(t值检验,P值等于0.00)。此外,ATP,AI-2定量结果证明PSU-TriN-NPs能抑制微生物的活细胞数量,减少生物膜基质中的群感效应分子。(4)生物膜中微生物群落结构分析揭示PSU-TriN-NP抗生物污垢原因。差异性分析显示,PSU-TriN-NPs与PSU-TriN-0%膜形成完全不相同的微生物群落结构(ANOSIM,run 1中,R=0.889和run 2中,R=0.815,P=0.1)。特别地,PSU-TriN-NPs在生物膜中占主导地位的Unclassified Acidobacteria GP4菌的相对丰度仅有12.4%,比低于对照PSU-TriN-0%膜上低35%。同样地,在run 2中,PSU-TriN-NPs比低于对照PSU-TriN-0%膜上低52%此外,在OUT水平上,Terrimonas lutea,Acinetobacter和Acidovorax等分别与微生物的粘附,生物膜的形成或基质内群感效应分子分泌相关的微生物均被1,2,3-三氮唑和Pd纳米颗粒存PSU-TriN-NPs膜抑制。