近日，北京市师范大学水科学研究中心黄浩勇、许博衍、苏青仙团队在国际权威期刊ES&T发表了题为“Quorum Quenching in Membrane Bioreactors for Fouling Retardation: Complexity Provides Opportunities”的综述论文。
图1 发表论文首页截图
膜生物反应器（MBRs）在污水处理中面临着膜生物污染的限制，群体感应调控（QQ）作为一种潜在的解决膜生物污染问题的方法备受关注。然而，1）对于在MBRs中群体感应（QS）如何调控膜生物污染形成的基础理解仍然不足；2）虽然已经分离出多种QQ微生物，但如何选择合适的QQ微生物仍然是一个关键问题；3）关于QQ在MBRs中的生命周期及其对污泥混合液和生物膜物理化学特性以及微生物群落的实际影响，目前的研究结果不一致，这可能影响QQ技术的可靠性和效果。
图2 MBR中群体感应调控理论和技术总结
本文旨在全面总结QQ在MBR研究成果，并考虑这些 “信息”能够告诉我们什么，不能告诉我们什么，以及探讨其如何解决QQ-MBRs运行中的重要问题。我们分析了当前的QS信号分析方法，并探讨了QS在膜生物污染形成过程中的复杂但关键的作用。为了实现在MBRs中精准应用QQ策略，提出了选择合适的功能微生物和介质的关键标准，包括QQ微生物的底物特异性和降解能力，以及QQ介质的表面积和孔隙结构。此外，本文还讨论了QQ对污泥混合液和生物膜物理化学特性以及微生物群落组成的影响，以探讨其在缓解膜生物污染形成中的机理。最后，针对QQMBRs的规模化应用，本文从QQ生命周期的探讨、实际协同应用策略的建议，以及MBRs潜在的成本节约优势开展了深入探讨。本文强调了MBRs中传统QS/QQ机理的局限性，加深了对QS/QQ在MBRs中膜生物污染控制作用的理解，为QQ的基础研究与实际应用之间提供了重要的桥梁。
图3 与“MBR”、“群体感应”和“群体感应淬灭”相关的出版物研究趋势以及本文的主要内容。
图4 (a). 不同 MBR 中 QS 信号分子（例如 AHL、AIP、AI-2）的检测方法。(b). 用于处理合成废水 (SW) 和真实废水 (RW) 的实验室规模/中试规模/实际 MBR 中的 QS 信号分子浓度。
图5 (a).富集培养已被证明是一种有前途且可行的方法，可通过使用各种 AHL、AHL 结构类似物化合物、AI-2 和 DSF 作为唯一碳源来分离出强效 QQ 微生物。此外，这些 QQ 微生物已从各种环境中分离出来，例如海洋、河流、土壤和工程设施。这些 QQ 微生物可以在各种应用条件下（例如，好氧 MBR、厌氧 MBR、高盐度 MBR、工业 MBR 和寒冷条件下的 MBR）增强其 QQ 活性和稳定性。 (b). QQ 介质（包括 QQ 微生物）与污泥混合液外部环境条件之间的相互作用。
图6 QS/QQ在分子、细胞和群落水平上对膜生物污染形成的影响。
水科学研究中心许博衍副研究员为该论文第一作者，黄浩勇教授和苏青仙副研究员为通讯作者，北京师范大学为该论文第一单位。本研究工作受到科技部、国家自然科学基金、广东省科技厅等项目资助。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c04535