膜生物反应器-蠕虫床耦合系统中EPS的膜污染行为研究

摘要

膜生物反应器（MBR）与蠕虫床组合工艺能够充分发挥MBR污水处理效能高、污泥产率低的优势，并可利用蠕虫捕食对污泥高效减量、改良改性的作用，实现污水与污泥的协同处理。值得关注的是蠕虫捕食过程能够引起微生物胞外聚合物（EPS）特性的改变，EPS是关键的膜污染物质，捕食后的污泥回流至MBR可能对其膜污染进程产生重要影响。
　　本研究主要针对MBR与蠕虫床耦合工艺内EPS的膜污染行为，利用FTIR和EEM等技术分析耦合工艺内EPS组成和数量，采用序批式过滤实验，借助CLSM和AFM等技术研究耦合工艺内EPS污染潜力，利用XDLVO理论考察耦合工艺内EPS特性与污泥聚集性的关系，利用 PCR-DGGE，16sRNA等技术解析耦合工艺内微生物种群变化规律，从而探究耦合MBR中膜污染延缓的机理。
　　对照MBR和耦合MBR中膜污染及EPS特性对比研究表明，捕食污泥回流延缓了耦合MBR中过膜压力(TMP)增长速度，改变了耦合MBR中溶解性EPS特性，降低了结合态EPS中糖和蛋白质含量，使结合态EPS的浓度减少了11.6 mg/g MLSS，结合态EPS中色氨酸类蛋白质的荧光强度减弱了41％，同时，其荧光峰位置向波长短的方向发生偏移。
　　对照MBR和耦合MBR中结合态EPS膜污染潜能分析表明，捕食污泥回流降低了耦合 MBR中结合态 EPS中蛋白质的吸附效率，减少了耦合 MBR中结合态EPS中的蛋白质类物质在膜表面累积的体积，提高了耦合MBR中结合态EPS在膜表面形成的污染层孔隙率，降低了耦合 MBR中结合态 EPS与膜表面之间的作用能，使耦合MBR中结合态EPS造成的通量下降减少9%。
　　对照MBR和耦合MBR中溶解性EPS膜污染潜能研究表明，捕食污泥回流减少了溶解性 EPS中的芳香性蛋白质，减弱了溶解性 EPS疏水性，降低了溶解性EPS与膜之间及溶解性EPS自身之间的关系能，提高了溶解性EPS形成的污染层的孔隙率，降低了溶解性EPS形成的污染层的体积和厚度，使耦合MBR中溶解性EPS引起的通量下降减少19.2%。
　　对照MBR和耦合MBR中污泥聚集性及微生物种群变化分析表明，捕食污泥回流使耦合MBR中slime，LB-EPS和TB-EPS第二最低位能减少及能量壁垒增加，降低了耦合MBR中初始污泥的絮凝能力，同时，捕食污泥回流减少了耦合MBR中Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria类微生物，改变了Alphaproteobacteria类微生物种类，造成了微生物种群发生改变。
　　通过以上分析可以看出，由捕食污泥回流引起的耦合 MBR中结合态EPS浓度的降低，溶解性EPS和结合态EPS组成的改变，溶解性EPS和结合态EPS污染潜力的减弱，污泥聚集性的降低和微生物种群的改变对膜污染减轻起重要作用。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 膜生物反应器技术发展现状

1.3 蠕虫捕食污泥减量技术发展现状

1.4 膜污染研究现状

1.5 EPS对膜污染的影响及控制策略

1.6 课题研究意义与内容

第2章 实验及分析方法

2.1 膜生物反应器+蠕虫床耦合系统

2.2 膜污染物的提取及其污染潜力分析

2.3 污泥絮体不同组分和膜关系能的计算

2.4 分析方法

第3章 耦合系统中膜污染及EPS特性研究

3.1 引言

3.2 工艺运行分析

3.3 溶解性EPS特性研究

3.4 结合态EPS特性研究

3.5 膜表面污染物组成分析

3.6 本章小结

第4章 耦合系统中结合态EPS膜污染特性研究

4.1 引言

4.2 结合态EPS膜污染潜力研究

4.3 结合态EPS组分吸附特性研究

4.4 膜表面污染层结构特征研究

4.5 结合态EPS界面关系研究

4.6 膜和结合态EPS之间关系能曲线分析

4.7 结合态EPS污染膜表面形态分析

4.8 本章小结

第5章 耦合系统中溶解性EPS膜污染特性研究

5.1 引言

5.2 溶解性EPS膜污染潜力研究

5.3 膜表面污染层结构特征研究

5.4 溶解性EPS组分吸附特性研究

5.5 溶解性EPS组成特性研究

5.6 溶解性EPS对不同微滤膜的污染研究

5.7 本章小结

第6章 耦合系统中膜污染延缓的机理研究

6.1 引言

6.2 污泥聚集性改变机制研究

6.3 EPS分层组分特征分析

6.4 EPS分层组分的污染特性分析

6.5 微生物种群变化的分析

6.6 本章小结

结论

创新点：

展望：

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢

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