氮素污染是水体富营养化的重要原因,生物脱氮技术对于减缓水体氮污染意义重大。异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,HNAD)作为新兴的脱氮技术具有同步硝化反硝化优势。其氮循环代谢调控机制和如何强化脱氮是该技术的主要科学和技术难题。铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PA)是废水中常见的群体感应(Quorum Sensing,QS)调控HNAD功能菌,产生高丝氨酸内酯(Acy1-Homoserine Lactone,AHL)和喹诺酮(Pseudomonas quinolone signal,PQS)两类信号分子调控基因表达。针对相关难题,本研究利用PA菌株PAO1(野生型)及突变菌株lasIrhlI(AHL缺陷),pqs4(PQS缺陷),pqsL(PQS过度分泌),明确QS调控HNAD氮循环过程、机理,优化条件。构建群体感应调控-生物膜异养硝化好氧反硝化工艺(Quorum Sensing-Biofilm-Heterotrophic Nitrification Aerobic Denitrification,Q-bHNAD)考察脱氮效果及生物膜(Biofilm,BF)特性,阐明QS调控下不同聚集状态微生物HNAD脱氮效率产生显著差异的原因,为开发高效Q-bHNAD工艺奠定理论基础。结果表明,QS抑制HNAD脱氮过程。lasIrhlI(4.375mg/(L·h))与pqsA(4.241 mg/(L.h))的脱氮效率均优于 PAO1(1.627 mg/(L.h)),而pqsL(0.625 mg/(L.h))的脱氮效率最低。HNAD关键酶活性表明QS通过控制亚硝酸盐氧化还原酶及三种好氧反硝化关键酶抑制脱氮。不同营养环境下HNAD均表现出明显QS抑制现象,其中柠檬酸盐为较优碳源,脱氮率达到86.8%。Q-bHNAD中HNAD脱氮效率较悬浮状态下有显著提高且受到QS的正向调控。其中pqsL的脱氮速率最高达到17.5 mg/(L.h),而在lasIrhlI(4.3 mg/(*L·h))和pqsA中(7.3 mg/(L·h))脱氮效率明显降低。尽管抑制QS利于脱氮,但Q-bHNAD中该现象不再显著。因为QS通过调节Q-bHNAD生物膜形态结构、元素分布及EPS各类生物大分子及疏水性物质比例等方式促进了微生物的聚集与生物膜附着,降低了其对悬浮态HNAD过程的不利影响,促进了 HNAD氮循环过程。