利用n-酰基高丝氨酸内酯类强化好氧氨氧化菌聚集的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种利用N-酰基高丝氨酸内酯类化合 物强化好氧氨氧化菌聚集的方法。
【背景技术】
[0002] 高浓度的氨氮废水未经适当处理排放会引起水体富营养化，加剧水资源短缺和水 污染现状。目前废水脱氮耗时长且工艺复杂，经处理后的废水含氮量常会超过排放标准，如 何进行有效的废水脱氮已经成为一个日益迫切的问题。生物脱氮因低成本、无污染，具有很 强的优越性，硝化反应是其中的限速步骤。好氧氨氧化菌（AOB)在硝化反应中发挥着不可 替代的作用；但是，AOB生长代谢有其自身的特性，如世代时间长、生长慢、易流失等，难以 在废水处理系统中快速富集，使得脱氮工艺启动耗时较长。因此，AOB富集成为生物脱氮效 率提高的重要限制因素（Nietal.，WaterResearch, 2008, 42:4261-4270) 〇
[0003] 采用传统技术固定AOB具有一定的局限性，如微生物包埋技术（Shanet al.，AppliedandEnvironmentalMicrobiology, 2001, 57:791-798；Carreraet al. ,ProcessBiochemistry, 2004, 39:1159-1165)，该技术中用到的包埋剂，不仅极易导致 传质效率降低，而且会占据反应器内部大量空间，从而限制AOB的生物量。如何克服悬浮或 传统固定AOB技术的不足，通过合适的方法将AOB固定下来减少其流失，解决启动耗时长的 问题，并最终提高氨氮降解速率，是脱氮过程中亟待解决的问题。
[0004] 生物膜和颗粒污泥作为活性污泥聚集生长的特殊形态，是微生物自凝聚形成的聚 集体，结构更致密，细菌体积浓度更大，具有更加优异的抗冲击能力。如果能使以AOB为 单一优势菌的活性污泥聚集生长，不仅能有效减少AOB流失，而且能克服传统固定技术的 缺陷。群体感应（QuorumSensing，QS)为促进AOB快速聚集生长提供了一种新的方法。 QS是细菌进行信息交流的一种机制，正常情况下细菌能低水平地合成、分泌一种化学小分 子（称为信号分子），细菌通过感知环境中信号分子浓度的变化来调整自身行为和基因表 达。当环境中信号分子浓度不断增加并达到阈值时，细菌就会启动相关基因的表达，调控自 身生理行为与相关功能基因表达，如生物膜形成、群集运动、合成胞外多糖等（Witherset al.，CurrentOpinioninMicrobiology, 2001，4:186-193)。AOB作为典型的革兰氏阴性 菌，产生的信号分子大多是N-酰基高丝氨酸内酯类（AHLs)信号分子，在启动阶段通过强化 AHLs，使体系中AHLs浓度在短时间内剧增，可能会实现AOB生理功能的调控，激活AOB相关 基因表达，从而促进AOB快速聚集生长形成生物膜或颗粒污泥。当前研究中，针对AOB与群 体感应的研究较少，且尚未发现AHLs结构与AOB聚集生长内在关系的研究。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种利用N-酰基高丝氨酸内酯类化合物强化好氧氨氧化 菌聚集的方法，具体技术方案如下：
[0006] 利用N-酰基高丝氨酸内酯类化合物强化好氧氨氧化菌聚集的方法，将N-酰基高 丝氨酸内酯类化合物添加到以好氧氨氧化菌为单一优势菌的活性污泥中，促进好氧氨氧化 菌的聚集。
[0007] 优选地，所述好氧氨氧化菌聚集形成生物膜或颗粒污泥。
[0008] 优选地，所述活性污泥中，好氧氨氧化菌的菌种类型包括亚硝化单胞菌属 11；[1：!'0801]1〇仙8属和亚硝化螺菌属11；[1：1'0808卩；^3属；好氧氨氧化菌的含量为25%~60%。
[0009] 优选地，所述N-酰基高丝氨酸内酯类化合物为C6-HSL,Cs-HSL，C1(]-HSL， 3_oxo_C6_HSL，3_oxo_C8_HSL或 3_oxo_C10_HSL〇
[0010] 更优选地，所述N-酰基高丝氨酸内酯类化合物为3-〇X〇-C6-HSL或C1(]-HSL。
[0011] 当好氧氨氧化菌聚集形成生物膜时，具体步骤如下：
[0012] (1)将以好氧氨氧化菌为单一优势菌的活性污泥配制成菌悬液，加入生物反应器 中，添加氮源、微量元素和N-酰基高丝氨酸内酯类化合物；在28-35°C条件下培养12-24h， 测定生物膜的生物量；
[0013] (2)在生物反应器中再次添加与步骤（1)相同的N-酰基高丝氨酸内酯类化合物， 以及与步骤（1)相同负荷的氮源和微量元素；28-35°C条件下培养12-24h，再次测定生物膜 的生物量。
[0014] 优选地，所述生物反应器中装有塑料材质载体；两次添加N-酰基高丝氨酸内酯类 化合物的浓度均为2yM。
[0015] 当好氧氨氧化菌聚集形成颗粒污泥时，具体步骤如下：
[0016] (1)将好氧氨氧化菌为单一优势菌的活性污泥接种到反应器中，进行序批式运行； 序批式运行的每个周期包括进水、曝气、沉淀和排水阶段；所述进水中包含氮源、微量元素 和N-酰基高丝氨酸内酯类化合物；所述曝气阶段，保持D0>2mg/L，pH7-8 ;
[0017] (2)步骤（1)的所述排水阶段，先在沉淀I-IOmin后，排掉上层污泥；再经 20-30min沉降，将反应器中的上清液排掉；运行20-40天后形成颗粒污泥。
[0018] 优选地，进水中的N-酰基高丝氨酸内酯类化合物浓度为2yM。
[0019] 本发明的有益效果为：本发明提出的利用N-酰基高丝氨酸内酯类强化好氧氨氧 化菌聚集的方法，从信号分子的角度对AOB生理进行调控，实现了AOB附着生长能力、好氧 氨氧化能力、平均生长速率和胞外多聚物中蛋白含量的提高，最终强化了AOB聚集生长，实 现了AOB的快速、高效富集，不仅在一定意义上将AOB固定下来减少了流失，而且缩短了AOB 富集所需时间，有利于生长速率较慢的AOB在反应器中富集。该方法的提出为AOB的快速 富集提供了新的思路，具有重要的理论价值和实践意义，有望用于生物脱氮工艺，对实现氨 氮废水生物处理工艺的高效稳定运行具有重要的意义。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1所示的添加3-〇x〇-C6-HSL对AOB(含量25 % )附着生长的影响示 意图。
[0021] 图2为实施例2所示的添加不同结构AHLs对AOB(含量40%)附着生长的影响示 意图。
[0022] 图3为实施例3所示的添加不同结构AHLs对AOB(含量60 % )颗粒化影响的光镜 图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例和附图对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。本实施例中所涉及的N-酰基高丝氨酸内酯类化合物的全称和结构式见表1。
[0024] 实施例1
[0025] 实验室采用无机氨氮（NH4Cl)人工废水在SBR反应器中驯化以AOB为单一优势菌 的活性污泥，驯化后该污泥的无机氨氮容积负荷达到了 0.SlgAL?d)，氨氮降解效率接近 100%，污泥平均粒径175. 03ym，菌群结构以AOB为单一的优势菌（含量为25% )。将5ml 0D6。。= 0. 1的菌悬液加入微孔板中，同时添加氮源（IOOmgNH/-N/L)、微量元素以及2yM 的3-〇X〇-C6-HSL，放入恒温箱（28°C)中分别培养24h、48h后，测定生物膜的生物量。本实 施例中的24h是将微孔板放入恒温箱后持续培养，2