本發(fā)明屬于膜生物反應(yīng)器及水污染控制工程的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法。
背景技術(shù)：
膜技術(shù)具有高效的固液分離效果，受到國內(nèi)外學(xué)者及工程師的廣泛關(guān)注，但膜污染問題仍然是制約膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的主要障礙。膜污染可引起膜通量的迅速下降或跨膜壓差的快速上升，進行頻繁的膜清洗或替換，導(dǎo)致其運行維護費用的增加。尋求有效的膜污染控制方式一直是近年來的研究熱點。
有關(guān)膜污染成因及控制的研究眾多，通常認為膜表面生物膜的形成即膜生物污染是膜污染的主要原因。因此，如何抑制生物膜的形成是控制膜生物污染的關(guān)鍵問題，而利用群體感應(yīng)(quorum sensing,QS)原理抑制膜生物污染則有望從根本上解決膜生物污染問題。群體感應(yīng)是細菌通信的一種手段。由細菌自發(fā)產(chǎn)生、釋放的信號分子如N-acylhomoserin lactone(AHL)，能夠調(diào)節(jié)微生物群體行為，啟動生物膜形成。Environ.Sci.Technol.(2009,43:380–385&2009,43:7403–7409)首先將這一原理應(yīng)用于膜污染控制領(lǐng)域，通過將群體感應(yīng)酶固定在磁性顆粒上制備了磁性酶載體(MEC)。實驗表明，MEC能夠有效地減緩膜污染且沒有損失活性。當(dāng)MEC應(yīng)用到持續(xù)運行的實驗室規(guī)模MBR中，與傳統(tǒng)的無酶反應(yīng)器相比較，MEC反應(yīng)器在很大程度上增強了膜的滲透性，但酶提純工藝復(fù)雜、費用高、穩(wěn)定性差。Journal of Membrane Science(2012,411–412:130–136)提出用微孔膜包覆quorum quenching菌以減緩膜污染，但是這種微生物-管束僅能降解擴散到管束中的溶解性信號分子，對于未擴散至微生物-管束中的信號分子無猝滅作用。專利(申請?zhí)朇N201510292009)基于以上研究弊端，提出向MBR中投加基于QS技術(shù)的一種膜污染抑制劑，將含海藻酸鈉、大蒜素、溴化呋喃酮乙醇混合液滴入氯化鈣溶液中形成含膜污染抑制劑的微球，使用時向膜生物反應(yīng)器中按與污泥質(zhì)量濃度比為1:50-1:70一次性投加。該方法費用較低、易于實現(xiàn)；遺憾的是，該抑制劑微球作為添加劑可發(fā)生復(fù)雜的膜污染行為且抑制劑微球會隨著日常排泥而不斷減少、降低膜污染抑制效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于QS原理直接作用于膜表面的膜污染抑制方法，該方法效果顯著、工藝簡單、穩(wěn)定性好且費用較低，能夠從本源上實現(xiàn)膜生物污染的抑制。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，包括以下步驟:
步驟1、篩選具備靶向功能的分子；
步驟2、確定具備靶向功能的分子，將步驟1中得到的具備靶向功能的分子中篩選出無毒副作用的分子確定為具備靶向功能的分子；
步驟3、將步驟2中具備靶向功能的分子整合到膜上。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1中所述的篩選具備靶向功能的分子的方法，包括以下步驟：
步驟a、首先識別膜生物污染中具備靶向功能的分子是識別啟動生物膜形成的信號分子；
步驟b、從步驟a中得到的啟動生物膜形成的信號分子中篩選出起主要作用的信號分子；
步驟c、從步驟b中得到的起主要作用的信號分子中識別具有滅活信號分子功能的分子，所述的具有滅活信號分子功能的分子是步驟1中所述的具備靶向功能的分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1所述的篩選具備靶向功能的分子是識別膜生物污染可分解膜表面生物膜的信號分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3中的分子整合方式是膜基體材料改性方式。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3中的分子整合方式是膜表面改性方式。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3同時對膜進行親水性改性。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，膜基體材料改性方式為共混改性、共聚改性中的一種。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，膜表面改性方式為界面聚合法、表面涂覆法、表面接枝法中的一種。
上述的一種基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，適用于膜生物反應(yīng)器中膜生物污染的抑制。
由于本發(fā)明一種基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法利用了群體感應(yīng)原理，因此具有污染抑制效果顯著的優(yōu)點；由于本發(fā)明一種基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法將膜進行改性，使具備靶向功能的分子位于膜上直接抑制或分解生物膜，因此具有工藝簡單、穩(wěn)定性好且費用較低的有益效果。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法流程示意圖。
具體實施方式
具體實施方式一：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，包括以下步驟:
步驟1、篩選具備靶向功能的分子；
步驟2、確定具備靶向功能的分子，將步驟1中得到的具備靶向功能的分子中篩選出無毒副作用的分子確定為具備靶向功能的分子；
步驟3、將步驟2中具備靶向功能的分子整合到膜上。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1中所述的篩選具備靶向功能的分子，包括以下步驟：
步驟a、首先識別膜生物污染中具備靶向功能的分子是識別啟動生物膜形成的信號分子；
步驟b、從步驟a中得到的啟動生物膜形成的信號分子中篩選出起主要作用的信號分子；
步驟c、從步驟b中得到的起主要作用的信號分子中識別具有滅活信號分子功能的分子，所述的具有滅活信號分子功能的分子是步驟1中所述的具備靶向功能的分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1所述的篩選具備靶向功能的分子是識別膜生物污染可分解膜表面生物膜的信號分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3的分子整合方式是膜基體材料改性方式。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3的分子整合方式是膜表面改性方式。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3同時對膜進行親水性改性。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，膜基體材料改性方式為共混改性、共聚改性中的一種。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，膜基體材料改性方式為界面聚合法、表面涂覆法、表面接枝法中的一種。
具體實施方式二：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，包括以下步驟:
步驟1、篩選具備靶向功能的分子；
步驟2、確定具備靶向功能的分子，將步驟1中得到的具備靶向功能的分子中篩選出無毒副作用的分子確定為具備靶向功能的分子；
步驟3、將步驟2中具備靶向功能的分子整合到膜上。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1中所述的篩選具備靶向功能的分子，包括以下步驟：
步驟a、首先識別膜生物污染中具備靶向功能的分子是識別啟動生物膜形成的信號分子；
步驟b、從步驟a中得到的啟動生物膜形成的信號分子中篩選出起主要作用的信號分子；
步驟c、從步驟b中得到的起主要作用的信號分子中識別具有滅活信號分子功能的分子，所述的具有滅活信號分子功能的分子是步驟1中所述的具備靶向功能的分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3中的分子整合方式是膜表面改性方式。
具體實施方式三：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，包括以下步驟:
步驟1、篩選具備靶向功能的分子；
步驟2、確定具備靶向功能的分子，將步驟1中得到的具備靶向功能的分子中篩選出無毒副作用的分子確定為具備靶向功能的分子；
步驟3、將步驟2中具備靶向功能的分子整合到膜上。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1中所述的篩選具備靶向功能的分子是識別膜生物污染可分解膜表面生物膜的信號分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3中的分子整合方式是膜共混改性方式。
具體實施方式四：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，包括以下步驟:
步驟1、篩選具備靶向功能的分子；
步驟2、確定具備靶向功能的分子，將步驟1中得到的具備靶向功能的分子中篩選出無毒副作用的分子確定為具備靶向功能的分子；
步驟3、將步驟2中具備靶向功能的分子整合到膜上。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟1中所述的篩選具備靶向功能的分子是識別膜生物污染可分解膜表面生物膜的信號分子。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，步驟3中的分子整合方式是采用表面涂覆法，且在步驟3同時對膜進行親水性改性。
具體實施方式五：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，包括以下步驟:
步驟1、篩選并確定無毒副作用的可分解膜表面生物膜的信號分子為D-酪氨酸；
步驟2、采用表面涂覆法將D-酪氨酸整合到膜表面上，同時對膜進行親水性改性。
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，改性后的膜能夠有效抑制模型生物膜細菌P.aeruginosa貼附到膜表面形成生物膜，且模型細菌P.aeruginosa的生長并沒有收到影響。
具體實施方式六：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，所述的膜基體材料改性方式為共混改性、共聚改性中的一種。
具體實施方式七：
本發(fā)明所述的基于生物信息學(xué)減緩膜生物污染的方法，所述的膜表面改性方式為界面聚合法、表面涂覆法、表面接枝法中的一種。
本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下做出的結(jié)構(gòu)變化或方法改進，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。