应用代谢解偶联剂TCS控制MBR膜污染及机制研究

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1、博士学位论文应用代谢解偶联剂TCS控制MBR膜污染及机制研究APPLICATIONOFMETABOLICUNCOUPLERTCSCONTROLMBRMEMBRANEBIOFOULINGANDMECHANISMANALYSIS冯骁驰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：X703学校代码：10213国际图书分类号：628.2密级：公开工学博士学位论文应用代谢解偶联剂TCS控制MBR膜污染及机制研究博士研究生：冯骁驰导师：任南琪教授副导师：郭婉茜教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:X703U.D.C:628.2DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringAPPLICATIONOFMETABOLICUNCOUPLERTCSCONTROLMBRMEMBRANEBIOFOULINGANDMECHANISMANALYSISCandidate：FengXiaochiSupervisor：Prof.RenNanqiAssociateSupervisorProf.GuoWanqianAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：Environment

3、alScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要膜污染制约了膜过滤技术进一步的推广与发展。近些年来，提出了全新的生物-膜污染控制法，该方法是通过影响细菌在滤膜表面的附着和生物膜的发展实现膜污染控制的目标。应用代谢解偶联剂膜污染控制技术可以有效缓解膜生物反应器（MBR）内膜污染的形成。但是目前研究中所采用的解偶联剂浓度较高，会对污泥生长和污染物去除效果产生影

4、响，无法深入有效地分析MBR内的膜污染控制机制。本论文基于生物-膜污染控制理论，通过考察解偶联剂对于单一细菌生物膜和MBR内混菌生物膜的影响，探究解偶联剂在MBR系统内的膜污染控制效果和控制机制。本研究选取典型代谢解偶联剂3,3´,4´,5-四氯水杨酸酰苯胺（TCS）进行单一细菌生物膜和混菌生物膜控制的相关研究。选取易形成生物膜的革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌（PseudomonasaeruginosaPAO1）和革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌（Baciliussubtilis）作为研究菌种。采用实时荧光定量PCR技术（RT-qPCR）分析TCS对P.aeruginosaPAO1和B.su

5、btilis群体感应系统和生物膜形成相关基因的影响。连续运行三组平行的MBR反应系统140天，考察并分析TCS对于MBR系统内膜污染的控制效果和控制机制。考察TCS对于革兰氏阴性菌P.aeruginosaPAO1生物膜的抑制作用并分析其抑制机制。研究表明当TCS在培养基中浓度超过10μg/L时，P.aeruginosaPAO1在滤膜表面生物膜的形成被显著抑制。在2h生物附着实验中TCS浓度为100μg/L和500μg/L时，细菌在滤膜表面的细胞数量分别减少27.78%和19.19%。通过半固体培养基的细菌运动性实验发现100μg/LTCS比500μg/LTCS对P.aerugi

6、nosaPAO1的运动能力存在更强的抑制作用。在30h生物膜培养实验中，100μg/L和500μg/L的TCS样品中生物膜分别减少28.02%和50.15%。说明TCS浓度为500μg/L时，其对P.aeruginosaPAO1生物膜形成的抑制作用更为显著。通过RT-qPCR分析发现500μg/LTCS的样品中参与调控细菌生物膜形成的群体感应基因lasI和lasR的表达被显著抑制。说明500μg/LTCS可以通过调控细菌群体感应系统实现P.aeruginosaPAO1生物膜的有效控制。在研究TCS对于革兰氏阳性菌B.subtilis生物膜抑制作用和抑制机制中发现，当TCS在10

7、0μg/L时，B.subtilis的生长没有被显著抑制，而B.subtilis在12孔细胞培养板和滤膜表面的生物膜分别减少53.08%和44.67%。通过细菌运动性、絮凝性和表面热力学分析发现B.subtilis在含有100μg/LTCS的培-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文养基中培养24h后，细菌运动能力降低，生物絮体粒径减小，细菌表面亲水性增加，细胞间的斥力势垒显著增加，说明B.subtilis细菌相互聚合和生物膜的形成难度明显增强。在研究TCS对B.subtilis细菌群体感应及生物