CN115896089A - 一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备与应用 - Google Patents
一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备方法及应用。其制备方法为：1)将丙烯酰胺和丙烯酸单体进行预交联，2)通过信号分子单碳源筛选和梯度盐度驯化定向培养出耐高盐度群体感应淬灭混合菌种，3)将预交联液与混合菌种菌液混合后在氙灯照射下二次交联成形后制得。本发明耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体具有高盐度胁迫下结构稳定，群体感应淬灭菌活性高，信号分子去除能力强，吸附能力强，机械强度高等优点，其制备材料便宜易得，工艺简单，操作简便，生产周期短，效率高。本发明耐高盐度群体感应淬灭凝胶载体，能够通过群体感应淬灭作用，有效解决运行处理高盐度废水膜生物反应器中的膜污染加剧问题，具有非常好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备，属于环境功能材料和水处理新技术领域。
背景技术
膜生物反应器(Membrane bioreactor，MBR)兼具生物处理技术和膜分离技术的优势，被广泛研究并应用于生活污水和工业废水的处理。与传统生化工艺相比，MBR中生物量密度更大，种群多样性更高且具有更好的耐负荷和环境冲击的能力，近年来在复杂工业废水处理领域展现出了突出的应用优势。然而，膜污染问题仍然是制约MBR技术运用的重要问题。特别是在处理含高盐度的工业废水时，高盐度胁迫下污泥性质发生恶化，微生物代谢产物增多，导致膜污染情况加剧，严重影响MBR运行的稳定性和膜使用寿命，是制约MBR技术在工业废水领域更广泛应用的关键问题。
MBR中的膜污染以生物污染为主。微生物群体感应淬灭(Quorum quenching)是目前实现MBR膜污染有效控制的重要策略之一。群体感应淬灭，通过干扰和阻断信号分子的分泌、传递和识别，进而阻断微生物群体的感应和交流，抑制生物膜的形成，是最具有发展前景的控制生物膜污染的方法之一。构建高效的群体感应淬灭膜污染控制策略，一方面需要高群体感应淬灭活性的菌种；另一方面则需要能够为群体感应淬灭菌种提供稳定生存环境的载体平台。载体是决定群体感应淬灭菌活性以及群体感应淬灭效能发挥的关键，载体需要有良好的可塑性、生物相容性、稳定性和高传质效率。目前使用的群体感应淬灭菌载体主要为海藻酸盐基质(SA)，该类材料是利用海藻酸钠和多价态金属离子(如Ca2+)的置换交联反应，进而形成凝胶结构，同时实现群体感应淬灭菌的包埋和固定。例如，专利CN110317801 A公开了一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的制备方法，是用聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭与群体感应淬灭菌液混合，所得混合液与硼酸和氯化钙水溶液进行交联反应制得，该凝胶小球具有成本低廉、传质性能好、机械强度高、分散性好、生物活性高、吸附能力强等优点。专利CN 109180982 A公开了一种包埋纳米材料/群体感应淬灭酶复合小球的制备方法，是将群体感应淬灭酶包埋进海藻酸钠溶液中，制备海藻酸钠小球，再涂覆氧化石墨烯高分子聚合物铸膜液，制备出有机外壳+海藻酸钠水凝胶内核结构的负荷小球，该小球利用聚合物外壳增强载体力学强度，提高其在MBR中的耐冲刷性和使用寿命。
然而以海藻酸钠交联为基体形成的凝胶载体结构在高盐度环境下会因为溶液中大量单价态离子(如Na+)的存在而导致交联中心(即Ca2+等)被Na+置换流失，进而导致水凝胶结构溶解，载体崩溃，群体感应淬灭菌种流失。目前，仍未有能够耐受高盐度的群体感应淬灭菌载体材料；另外，现有群体感应淬灭菌种也多源自淡水环境(如Rhodococcussp.BH4)，其在高盐环境下的群体感应淬灭活性也会受到抑制，从而导致其膜污染缓解效率不高。上述问题是限制群体感应淬灭策略应用于高盐环境下MBR膜污染控制的关键瓶颈。
因此，开发适用于高盐环境的群体感应淬灭菌载体(包含耐盐群体感应淬灭菌种)对于推动基于群体感应淬灭的膜污染控制技术的发展以及解决高盐环境下的MBR膜污染加剧问题具有重要的应用意义。
发明内容
[技术问题]
在高盐环境下，现有群体感应淬灭菌载体材料存在易溶解、解体的问题；同时，现有群体感应淬灭菌多筛分自淡水环境，其在高盐环境下的活性受到抑制，群体感应淬灭效率不高。
[技术方案]
为了解决上述问题，本发明利用丙烯酰胺和丙烯酸在N，N-亚甲基双丙烯酰胺的作用下发生交联反应形成凝胶结构，同时包埋筛选、驯化所得耐高盐度群体感应淬灭混合菌种，制备适用于高盐度环境的群体感应淬灭菌凝胶载体。该载体具有良好的耐高盐度性能，在高盐环境下的群体感应淬灭效率高，同时机械强度高、成本低廉。
上述的适应于高盐度环境的群体感应淬灭菌载体，基体由丙烯酰胺和丙烯酸组成，内部结构为疏密相间的多层网状结构；所述网状结构上负载着多种耐高盐度群体感应淬灭菌；所述耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体形状可根据所使用模具的不同制作出不同的大小和形状；所述耐高盐度群体感应淬灭菌种为通过定向筛选、驯化培养出的具备群体感应淬灭功能的耐受高盐度的混合菌株。
本发明第一个目的在于提供了一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将预先培养所得耐高盐度群体感应淬灭混合菌种，置于恒温培养箱内预热，得到预热的混合菌种；
S2、将丙烯酰胺和丙烯酸溶于水中搅拌直至完全溶解，得到混合溶液；
S3、向S2所述混合溶液中加入交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，并加热搅拌进行预交联，得到预交联混合液；
S4、将S3所述预交联混合液降温后，与S1中所述预热的混合菌种混合并加入到模具中；
S5、将S4所述模具置于氙灯下进行照射反应，二次交联得到成型的耐高盐度群体感应淬灭凝胶载体；
S6、将S5所述凝胶载体放入培养基中进行稳定和熟化。
在本发明一种实施方式中，所述步骤S1中，耐高盐度群体感应淬灭混合菌种菌液OD600值为0.1～2.0，预热温度25℃～37℃，预热时间10min～30min。
在本发明一种实施方式中，所述步骤S2的混合溶液中，丙烯酰胺质量分数1％～10％，丙烯酸质量分数1％～10％，丙烯酰胺与丙烯酸质量分数比为1：1，搅拌混合时间为10～60min。
在本发明一种实施方式中，所述步骤S3中，交联剂在预交联混合液中的质量分数为0.2％，交联温度为30℃～80℃，反应时间为5min～60min。
在本发明一种实施方式中，所述步骤S4中，预交联混合液降温至25℃～37℃，预交联混合液与混合菌液体积比为1～5，搅拌混合时间为10～60min。
在本发明一种实施方式中，所述步骤S5中，氙灯电流为1A～10A，照射反应时间为10～60min。
在本发明一种实施方式中，所述步骤S6中，所述培养基为以AHLs信号分子类似物为单碳源的基本培养基(Minimal Media)，稳定时间为1d～5d，温度为25℃～37℃。
本发明利用上述方法制得的一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体。
本发明第二个目的是提供了一种耐高盐度群体感应淬灭混合菌种的培养方法，包括以下步骤：
(1)取城市污水处理厂活性污泥，接种于基本培养基中(Minimal Media)进行预培养；
(2)将步骤(1)中培养所得活性污泥菌液接种到以AHLs信号分子类似物为单碳源的基本培养基中进行筛选培养，得到群体感应淬灭混合菌种；
(3)将步骤(2)中所得群体感应淬灭混合菌种，接种于含AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基中，以梯度提高盐度的方式进行耐盐性驯化，得到耐高盐度群体感应淬灭混合菌种。
在本发明一种实施方式中，所述步骤(1)中，活性污泥取自城市污水处理厂二沉池，过筛去除泥沙后，将污泥离心后用生理盐水冲洗3次后备用；所述预培养方法：取上述污泥菌液接种于基本培养基中，初始污泥质量分数为1％～5％，恒温振荡培养0.5～1天，温度25℃～37℃，然后再取污泥菌液至新的基本培养基培养，重复3次，预培养完成；所述基本培养基(Minimal Media)成分为：葡萄糖5g/L，硝酸铵1.0g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，氯化钠1.0g/L，七水硫酸镁0.2g/L，二水氯化钙0.2g/L，pH值7.2。
在本发明一种实施方式中，所述步骤(2)中，所述筛选培养方法：取步骤(1)中培养得到的活性污泥菌液，接种于AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基中，接种浓度为v/v＝1％～5％，恒温振荡培养5～12小时，温度25℃～37℃，然后再取菌液至新培养基中，重复上述培养步骤5次，得群体感应淬灭混合菌种；
在本发明一种实施方式中，所述步骤(2)中，所述AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基成分为：信号分子类似物30mM/L，硝酸铵1.0g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，氯化钠1.0g/L，七水硫酸镁0.2g/L，二水氯化钙0.2g/L，pH值7.2；所述用于筛选培养群体感应淬灭菌的AHLs信号分子类似物为五元环γ内脂化合物(如γ-戊内酯、γ-己内酯、γ-庚内酯等)或酰胺类化合物(如尿素、乙酰胺、丙酰胺等)；
在本发明一种实施方式中，所述步骤(3)中，所述AHLs信号分子单碳源基本培养基中盐度为1～5％；所述梯度提高盐度是指每个驯化梯度升高0.5％盐度；所述耐盐性驯化方法：群体感应淬灭混合菌种接种于一定盐度的AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基中，群体感应淬灭混合菌种接种浓度为v/v＝1％～5％，恒温振荡培养5～20小时，温度25℃～37℃，再取菌液至新培养基中，重复培养3次；然后，提高培养基中盐度，重复上述驯化步骤，直至达到目标驯化盐度，得到耐高盐度群体感应淬灭混合菌种；
本发明第二个目的还提供了一种应用上述方法制得的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体在高盐度环境下分解去除AHLs群体感应信号分子中的应用。
在本发明一种实施方式中，在高盐度环境下分解去除AHLs群体感应信号分子中的应用包括以下步骤：将耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体与含AHLs信号分子高盐度溶液混合进行反应，以分解去除AHLs信号分子；所述含AHLs信号分子溶液盐度为1％～5％；所述载体使用量为载体堆积体积与溶液体积比为v/v＝10％；
在本发明一种实施方式中，所述AHLs群体感应信号分子为(C4-HSL，C6-HSL，C7-HSL，C8-HSL，C10-HSL中的一种或几种)；所述AHLs群体感应信号分子初始浓度为10ng/mL～2000ng/mL；所述反应在搅拌条件下进行，搅拌速率50rpm～500rpm；所述反应温度为10℃～40℃；所述反应时间为0.1h～10h。
本发明第三个目的还提供了一种应用上述方法制得的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体缓解高盐度环境下MBR膜污染的应用
在本发明一种实施方式中，缓解高盐度环境下MBR膜污染的应用包括以下步骤：将耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体加入MBR中，与活性污泥混合反应，通过群体感应淬灭作用抑制生物膜污染的形成；所述载体使用量为载体堆积体积与反应器有效容积v/v＝1％～10％；
在本发明一种实施方式中，所述MBR中进水盐度为1％～5％；所述MBR中污泥浓度为1000mg/L～10000mg/L；所述MBR中膜材料孔径为0.01μm～0.45μm；所述MBR中溶解氧含量为1mg/L～10mg/L；所述MBR中曝气流速为：0.1m3/min～10m3/min；所述MBR中污泥混合液温度为10℃～40℃；所述MBR中水力停留时间为2h～15h；所述MBR中污泥泥龄为10～100d。
有益效果：
1、本发明提供了一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，包括由丙烯酰胺和丙烯酸单体二次交联形成的形状结构可调控的凝胶载体和定向筛选、驯化培养所得的耐高盐度群体感应淬灭混合菌种，混合菌种均匀的负载于凝胶载体的表面和内部网状结构中。本发明中的凝胶载体是利用丙烯酰胺的-NH2和丙烯酸的-COOH脱水缩合反应形成酰胺键-CO-NH-，通过共价键的方式完成交联，与现有的海藻酸钠-多价金属盐离子为基体的群体感应淬灭菌水凝胶载体相比，该种交联方式形成的网状交联结构不会受到Na+等单价态无机盐离子的影响而崩解，能够在高盐度环境下维持结构完整稳定，同时负载的耐高盐度群体感应淬灭混合菌种在高盐度环境下可以保持较高的群体感应淬灭活性。因此，本发明所提供的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体具有在高盐度环境下高效去除AHLs群体感应信号分子，淬灭微生物群体感应行为的性能，在缓解MBR中的膜污染方面具有较好的应用前景，特别是在解决高盐胁迫下的MBR膜污染加剧问题上具有巨大的应用潜能。
2、本发明耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，具备天然水凝胶载体生物相容性好、无毒无害、成本低廉、传质效率高的优点，同时还具有耐受高盐度，能够在高盐环境下保持高群体感应淬灭活性的独特优势。
3、本发明耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体中，耐高盐度群体感应淬灭混合菌培养方法易于操作，所得混合群体感应淬灭菌种在高盐胁迫下群体感应淬灭活性高，且耐受环境干扰、冲击能力强。
4、本发明提供了一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备方法，使用丙烯酰胺和丙烯酸为原料，借助氙灯照射，通过二次交联形成网状结构，将群体感应淬灭菌均匀负载到凝胶载体中，为群体感应淬灭菌种提供稳定的生产条件，保持菌种高密度和高活性。该制作方法简易、材料成本低，设备条件要求低，过程污染少、能耗低且速度快，极易应用。
5、本发明提供了一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体在高盐度环境下去除AHLs群体感应信号分子中的应用，通过将耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体与含有AHLs信号分子的高盐度溶液混合，搅拌进行反应即可在高盐度环境下去除AHLs信号分子，淬灭群体感应行为。相比于负载常规群体感应淬灭菌种的凝胶载体，本发明中采用的耐高盐度群体感应淬灭凝胶载体在高盐环境下对AHLs的去除率更高。
6、本发明还提供了一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体在缓解高盐环境下MBR膜污染中的应用，通过将耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体投入到运行处理高盐度废水的MBR中，载体与污泥混合液混合，通过抑制群体感应行为，延缓膜污染，减缓膜过滤阻力升高。相比负载常规群体感应淬灭菌种和未负载群体感应淬灭菌种的凝胶载体，本发明中采用的耐高盐度群体感应淬灭凝胶载体可显著延长MBR膜污染周期。
附图说明
图1为实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体的实体图，图1(左)为二次交联后成型的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体；图1(右)为在水中充分溶胀后的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体。
图2为本发明实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体的扫描电镜细节图，图2(左)为低放大倍数下的载体内部结构图；图2(右)为高放大倍数下负载在载体内部的菌种图。
图3为实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体在高盐度环境下的稳定性情况图；图1(左)为实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体的初始状态；图1(右)为实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体在高盐度溶液(NaCl盐度为3％)中浸泡6h后的状态。
图4为常规海藻酸钠水凝胶载体在高盐度环境下的稳定性情况图；图1(左)为常规海藻酸钠水凝胶载体的初始状态；图1(右)为常规海藻酸钠水凝胶载体在高盐度溶液(NaCl盐度为3％)中浸泡6h后的状态。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
下列实施例中涉及的丙烯酰胺、丙烯酸、交联剂、氯化钠、海藻酸钠、AHLs信号分子及菌液均自市场够得。
溶胀倍数计算方式：SR＝(Me－Md)/Md
式中Me表示凝胶在水中溶胀后的质量，Md表示凝胶初始的质量。
AHLs信号分子去除率计算方式：R＝(C－C0)/C
式中C表示反应后AHLs信号分子浓度，C0表示初始信号分子浓度；
采用高效液相色谱与质谱联用技术测定AHLs信号分子的含量。
实施例1：
一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，包括丙烯酰胺和丙烯酸组成的凝胶载体，和其中负载的耐高盐度群体感应淬灭混合菌种。
本实施例中，耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体中丙烯酰胺和丙烯酸的组成比例为1：1；
本实施例中，耐高盐度群体感应淬灭混合菌种，为3％盐度下定向驯化所得群体感应淬灭混合菌种；
本实施例中，耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体中，混合菌(OD600≈1.5)菌液和凝胶载体溶液体积比为1：1；
本实施例中，耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体呈圆盘状，直径1cm，厚0.3cm。
一种上述本实施例的耐高盐度群体感应淬灭菌水凝胶载体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将5g丙烯酰胺和5g丙烯酸加入50mL水中，搅拌30min，转速200rpm，充分混合后得到丙烯酰胺和丙烯酸混合液；
S2、向步骤S1中得到的丙烯酰胺和丙烯酸混合液中加入交联剂0.12g，搅拌30min，转速200rpm，充分混合后得到丙烯酰胺、丙烯酸和交联剂混合液；
S3、将步骤S2中所得丙烯酰胺、丙烯酸和交联剂混合液，加热至50℃进行预交联反应，搅拌反应1h，搅拌速率200rpm；
S4、将步骤S3中所得丙烯酰胺、丙烯酸预交联混合液降温至30℃后，加入OD600为1.5的耐高盐度群体感应淬灭混合菌液50mL，搅拌30min，转速200rpm，充分混合后得到丙烯酰胺、丙烯酸交联液和菌液混合液；
S5、将步骤S4中所得丙烯酰胺、丙烯酸交联液和菌液混合液倒入模具，模具直径1cm，深度0.3cm，在氙灯照射下进行二次交联成型，氙灯电流为5A，照射时间为15min，制得耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体；
S6、将步骤S5中所得耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体放入基本培养基中，温度为25℃，静置稳定1d后完成。
图1为本发明实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体的实体图，图1(左)为二次交联后成型的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体，载体呈圆盘状，完全透明，凝胶状；图1(右)为在水中充分溶胀后的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体，载体尺寸直径1cm，厚度0.3cm，边角圆润，密度与水接近，易在水中悬浮流动。
图2为本发明实例1中制得的耐高盐度群体感应淬菌凝胶载体的扫描电镜细节图，图2(左)为低放大倍数下的载体内部结构图，如图载体内部呈网状多孔结构，为微生物提供了丰富的生存空间，同时具有很好的传质效率；图2(右)为高放大倍数下负载在载体内部的菌种图，如图载体上菌株丰富，分布均匀。
实施例2
参照实施例1，改变步骤S1丙烯酰胺(AM)与丙烯酸(AA)的比例为1:0、2:1、1:1、1:2和0:1，其余条件不变。
通过凝胶载体成形情况和溶胀性(体现材料传质性能)来考察丙烯酰胺与丙烯酸的组成配比对载体材料结构性能的影响。结果如表1所示，丙烯酰胺与丙烯酸组成比例对载体成形以及载体性能影响较大，丙烯酸与丙烯酰胺比例超过1:1则无法形成稳定的胶体结构，载体制备失败。只有在丙烯酰胺与丙烯酸比例为1:1～2:1的情况下才可制得结构稳定的高性能凝胶载体。
表1丙烯酰胺与丙烯酸组成比例对载体成行情况和溶胀性能的影响
实施例3
参照实施例1，改变步骤S2的交联剂用量为0.0％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％，其余条件不变。
通过凝胶载体成形情况和溶胀性(体现材料传质性能)来考察交联剂用量对载体材料结构性能的影响。结果如表2所示，交联剂用量直接影响载体成形程度和性能，当交联剂量达到0.2％以上时，所制得的载体达到最优的形态结构和传质性能，而继续增大交联剂用量则不再产生明显影响。因此，交联剂用量控制在0.2％即可。
表2交联剂用量对载体成形情况和溶胀性能的影响
实施例4：
一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，在高盐度条件下去除AHLs群体感应信号分子中(C6-HSL、C8-HSL和C10-HSL)的应用，包括如下步骤：
(1)实例1中制得的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶(A1)载体20颗，添加到50mL含AHLs 600ng/mL(C6-HSL、C8-HSL和C10-HSL各200ng/mL)的高盐度水溶液中(盐度为3％)，在搅拌速率150rpm，温度25℃条件下反应6h，完成对AHLs群体感应信号分子的去除。
(2)对照组：a.海藻酸钠群体感应淬灭菌小球(A2)，制备方法：5g海藻酸钠加入50mL水中，加热溶解后与OD600为1.5的群体感应淬灭混合菌种50mL充分混合，再经过硼酸、CaCl2交联反应制备完成，实物图如图4(左)所示；取一定数量海藻酸钠小球(保证与步骤1中载体所含菌液总量相同)，在相同条件下进行AHLs群体感应信号分子去除实验；b.按照实例1所述方法，不添加群体感应淬灭菌菌液(以50ml水代替)，制备空白凝胶载体(A3)作为对照。
(3)利用高效液相色谱与质谱联用技术测定反应后剩余的AHLs信号分子含量，计算AHLs信号分子去除率，计算结果如表3所示。
表3
| A1 | A2 | A3 | |
| C6-HSL去除率 | 83.6％ | 53.2％ | 14.7％ |
| C8-HSL去除率 | 89.1％ | 57.3％ | 16.2％ |
| C10-HSL去除率 | 79.6％ | 55.2％ | 15.4％ |
由表1可知，本发明提供的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，在高盐度环境下表现出优异的AHLs群体感应信号分子去除能力，且载体结构未受到高盐度环境的影响(如图3所示)，保持了良好的稳定性；同时凝胶载体因内部为多孔网状结构，比表面积巨大，本身具备一定的吸附去AHLs除信号分子的能力；与之相比，传统的海藻酸钠群体感应淬灭菌凝胶小球，在高盐度条件下发生溶解(如图4所示)，无法在高盐度环境下稳定存在，同时因为载体分解，AHLs信号分子去除效率也相比更低。主要是因为群体感应淬灭菌失去稳定生存环境，导致活性降低。
实施例5：
一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，在缓解高盐度环境下MBR膜污染中的应用，包括如下步骤：
(1)实例1中制得的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶(A1)载体，加入到有效容积为2.5L的MBR中，填充率10％(以表观体积计)，恒流模式连续运行，通过记录反应器中膜组件跨膜压差评价膜污染情况；MBR内污泥浓度5g/L，水力停留时间8h，内置陶瓷平板膜片，以蠕动泵驱动过滤出水，膜平均孔径0.01μm，膜片下方设置曝气管，以曝气泵驱动，进气流速1m3/h，反应器进水为模拟城市污水(葡萄糖230mg/L，牛肉浸膏20mg/L，蛋白胨60mg/L，碳酸氢钠198mg/L，碳酸氢铵170mg/L，磷酸二氢钾28mg/L，三氯化铁1mg/L，氯化钙1.2mg/L，氯化镁2.4mg/L)，反应器内水温25℃。
(2)对照组，按照实例1中所述方法，不添加群体感应淬灭菌菌液(以50ml水代替)，制备空白凝胶载体(A3)，添加至MBR中运行，作为对照，反应器运行条件与步骤1所述一致；另设置平行MBR，不添加凝胶载体，连续运行作为对照。
(3)连续运行反应器并记录膜组件跨膜压差，当跨膜压差达到30kPa时，停止运行，记录运行天数，即为膜污染周期。以膜污染周期长度评价膜污染缓解效果，其结果如表4所示。
表4
| A1载体组 | A3载体组 | 无载体对照组 | |
| 标准膜污染周期(天) | 22 | 12 | 8 |
由表4可知，加入本发明制备的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体，使得运行处理高盐度废水的MBR中膜污染周期从8天大幅度延长至22天，使用空载体的对照实验结果表明，其膜污染周期也有一定的延长(至12天)，这是因为凝胶载体的流动冲刷作用使膜污染得到一定程度的缓解。对比看来，载体的水力冲刷作用对膜污染缓解作用不大，实验A1载体组中膜污染的大幅度削减主要是通过耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体所产生的群体感应淬灭作用所实现。由此可见，本发明的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体能够有效缓解高盐环境下MBR中膜污染加剧的问题，同时该凝胶载体能够耐受高盐度环境，在长期运行过程中表现了良好的稳定性，具有非常高的实际应用价值。
对照例1
对载体制备组分进行对比筛选。参照实施例1，将丙烯酰胺替换成丁烯酰胺，丙烯酸替换为丁烯酸和戊烯酸，按实例1方法制备凝胶载体，其载体成型情况和性能情况如表5所示。丙烯酰胺和丁烯酸的组合也可制得稳定胶体结构的载体，但是其溶胀性能较差，无法达到与丙烯酰胺和丙烯酸组合的胶体传质性能；而将丙烯酰胺换作丁烯酰胺或丙烯酸换作戊烯酸，均会因为材料溶解性较差的问题而难以在所需条件下实现载体制备。因此，比选结果表明丙烯酰胺和丙烯酸为制备耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的最佳组合。
表5
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将预先培养所得耐高盐度群体感应淬灭混合菌种，置于恒温培养箱内预热，得到预热的混合菌种；
S2、将丙烯酰胺和丙烯酸溶于水中搅拌直至完全溶解，得到混合溶液；
S3、向S2所述混合溶液中加入交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，并加热搅拌进行预交联，得到预交联混合液；
S4、将S3所述预交联混合液降温后，与S1中所述预热的混合菌种混合并加入到模具中；
S5、将S4所述模具置于氙灯下进行照射反应，二次交联得到成型的耐高盐度群体感应淬灭凝胶载体；
S6、将S5所述凝胶载体放入培养基中进行稳定和熟化。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S1中，耐高盐度群体感应淬灭混合菌种菌液OD600值为0.1～2.0，预热温度25℃～37℃，预热时间10min～30min。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S2的混合溶液中，丙烯酰胺质量分数1％～10％，丙烯酸质量分数1％～10％，丙烯酰胺与丙烯酸质量分数比为1：1，搅拌混合时间为10～60min。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S3中，交联剂在预交联混合液中的质量分数为0.2％，交联温度为30℃～80℃，反应时间为5min～60min。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S4中，预交联混合液降温至25℃～37℃，预交联混合液与混合菌液体积比为1～5，搅拌混合时间为10～60min。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的一种耐高盐度群体感应淬灭混合菌种的培养方法包括以下步骤：
(1)取城市污水处理厂活性污泥，接种于基本培养基中进行预培养；
(2)将步骤(1)中培养所得活性污泥菌液接种到以AHLs信号分子类似物为单碳源的基本培养基中进行筛选培养，得到群体感应淬灭混合菌种；
(3)将步骤(2)中所得群体感应淬灭混合菌种，接种于含AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基中，以梯度提高盐度的方式进行耐盐性驯化，得到耐高盐度群体感应淬灭混合菌种。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中，活性污泥取自城市污水处理厂二沉池，过筛去除泥沙后，将污泥离心后用生理盐水冲洗3次后备用；所述预培养方法：取上述污泥菌液接种于基本培养基中，初始污泥质量分数为1％～5％，恒温振荡培养0.5～1天，温度25℃～37℃，然后再取污泥菌液至新的基本培养基培养，重复3次，预培养完成；所述基本培养基(Minimal Media)成分为：葡萄糖5g/L，硝酸铵1.0g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，氯化钠1.0g/L，七水硫酸镁0.2g/L，二水氯化钙0.2g/L，pH值7.2；
所述步骤(2)中，所述筛选培养方法：取步骤(1)中培养得到的活性污泥菌液，接种于AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基中，接种浓度为v/v＝1％～5％，恒温振荡培养5～12小时，温度25℃～37℃，然后再取菌液至新培养基中，重复上述培养步骤5次，得群体感应淬灭混合菌种；
所述步骤(2)中，所述AHLs信号分子类似物单碳源基本培养基成分为：信号分子类似物30mM/L，硝酸铵1.0g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，氯化钠1.0g/L，七水硫酸镁0.2g/L，二水氯化钙0.2g/L，pH值7.2；所述用于筛选培养群体感应淬灭菌的AHLs信号分子类似物为五元环γ内脂化合物或酰胺类化合物；
所述步骤(3)中，所述AHLs信号分子单碳源基本培养基中盐度为1～5％；所述梯度提高盐度是指每个驯化梯度升高0.5％盐度。
8.权利要求1～7任一项所述方法制得的一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体。
9.权利要求8所述的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体在高盐度环境下分解去除AHLs群体感应信号分子中的应用。
10.权利要求8所述的耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体缓解高盐度环境下MBR膜污染的应用。
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