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膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)是集生物降解与膜高效分离于一体的高效污水生物处理工艺。与传统的废水处理工艺相比,MBR在研究及工程实际应用方面表现相当活跃。但是膜污染问题依然是阻碍MBR大规模应用的重要因素之一。这是由于微生物可以附着在膜表面上,并且在膜表面具有不断增殖而形成生物膜的倾向,这种倾向不可避免的造成了膜污染的发生。近年来,从生物膜的形成机制方面来理解膜污染的发生机制,以及通过相应的方法来减缓或控制膜污染的研究得到了广泛关注。本研究以减缓膜污染为目标,重点考察MBR中环二鸟苷酸(3’,5’-cyclic diguanylic acid,c-di-GMP)的分布及其调控,主要研究内容及结果包括:(1)考察MBR中c-di-GMP的分布规律。实验结果显示在污泥混合液中,c-di-GMP含量随时间及跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)的变化波动很小,在3.35-4.47μg/g SS范围内波动,其含量与TMP的变化无相关性(p=0.153>0.05)。在膜污染层中,c-di-GMP含量随时间及TMP的变化显著提高,且c-di-GMP含量与TMP的变化具有显著相关性(p<0.01)。当TMP从3.2 kPa增长到30.9 kPa时,膜污染层中c-di-GMP含量从3.85 μg/g SS增长至9.89 μg/g SS。(2)Mn2+对c-di-GMP的影响解析。实验结果表明,0 h与48 h的c-di-GMP含量分别为1.88和0.24 μg/g SS。这是由于48 h时,Mn2+离子已经扩散到细胞内,激活了磷酸二酯酶的合成,使细胞内c-di-GMP分解为两个GMP分子,随后c-di-GMP含量下降。由于Mn2+的加入,多糖(polysaccharides,PS)和蛋白质(protein,PN)的含量明显下降。PS的降低与c-di-GMP的降低显著相关(p<0.01);PN发生水解作用降解为氨基酸,导致其含量降低。Mn2+通过调节c-di-GMP含量进而调节胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的产生,从而控制了生物膜的形成。(3)考察Mn2+调控c-di-GMP及其对MBR运行效能的影响。实验结果表明Mn2+调控后膜污染得到显著减缓,膜污染周期延长12-15 d。Mn2+调控后的2个周期膜污染速率大部分停留在0-1 kPa/d,这表明Mn2+对膜污染的调控主要表现在膜污染前期。在连续实验中,活性污泥中c-di-GMP含量从3.79 μg/g SS逐渐下降,到30 d时含量为1.21μg/g SS。膜污染层中c-di-GMP含量较稳定,范围为8.68-8.84 μg/g SS,这说明尽管Mn2+可以调控活性污泥中的c-di-GMP含量,但是对TMP已经达到30 kPa的膜污染层来说,Mn2+的调控作用并不明显。