MBR+蠕虫床耦合系统内SMP及EPS特性的研究

摘要

MBR与传统的污水处理工艺相比具有很多无可比拟的优点，在污水处理领域有着广阔的应用前景。但是，膜污染问题的出现限制了MBR的大规模推广应用，SMP和 EPS作为一种优势污染物已在国内外得到了广泛证明。
　　蠕虫床工艺（SSBWR）是将寡毛类蠕虫固着在内置活性污泥混合液的特制反应器内而构成的一种污泥过程减量系统。在蠕虫床内，污泥混合液内的胞外聚合物经蠕虫作用后其特性必将发生一系列特定的变化。本实验即是将 MBR污水处理工艺与蠕虫床污泥减量工艺通过二者之间的污泥回流进行耦合，设立相应的对照实验，观察MBR的膜污染状况；并对 MBR+SSBWR耦合系统中溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）的特性变化进行深入研究，以此探究 SSBWR耦合对膜污染的影响。
　　MBR-A以及 MBR-B+SSBWR耦合系统连续运行了100天，发现 MBR-A的TMP上升很快，膜表面污染严重，而 MBR-B的 TMP只有少量上升，表明与SSBWR耦合可以显著降低 MBR膜污染速率，延缓膜污染。
　　由耦合系统中 SMP及 EPS的浓度组成随时间的变化情况可看出，MBR-B内的污泥回流到 SSBWR内，污泥上清液中的 SMP浓度有少量升高，而 EPS浓度大幅下降。与 MBR-A相比，经 SSBWR捕食后的污泥回流到 MBR-B中，使得其内 EPS含量的大幅下降抵消了 SMP少量上升所带来的不利影响，说明与 SSBWR的耦合可降低 MBR中膜污染物的总量，有效延缓膜污染。
　　SMP经 SSBWR捕食后分子量为20,000 Da物质增多，而分子量为5,000 Da物质减少，MBR-A和 MBR-B中 SMP的分子量分布没有明显差异。EPS经 SSBWR捕食后各分子量物质都有不同程度的减少，且捕食污泥回流到 MBR-B中使其内各分子量 EPS比 MBR-A要少。此外由红外光谱分析可知，经蠕虫捕食后的污泥回流到MBR-B中，使 MBR-B中蛋白质和糖类物质的峰强度小于 MBR-A中的峰强度，并且膜污染物中的蛋白质含量也得到了减少。
　　蠕虫的捕食作用对耦合系统中 SMP及 EPS的三维荧光特性也产生了一系列的影响。经 SSBWR作用后，SMP中酪氨酸和色氨酸类蛋白质含量都有所上升，但前者增加更多；而 EPS中两类蛋白质的含量均大量减少，I(B)/I(A)值也有了一定程度的降低。与 MBR-A相比，捕食污泥的回流使得 MBR-B的污泥上清液、出水以及膜污染物中 SMP的各荧光峰的强度均大幅降低，MBR-B膜污染物 EPS中的两类蛋白质含量也得到了减少。
　　实验结果表明，与 SSBWR的耦合使得 MBR中 SMP及 EPS的特性发生了一系列的变化，从而有效延缓了膜污染。

目录

MBR+蠕虫床耦合系统内SMP及EPS 特性的研究

STUDY ON THE CHARACTERISTICS OF SMP AND EPS IN THE MBR+SSBWR COMBINED SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 膜生物反应器研究概况

1.1.1 膜生物反应器简介

1.1.2 膜生物反应器的分类与特点

1.1.3 膜生物反应器的应用现状与发展

1.2 应用于膜生物反应器的膜与膜污染

1.2.1 膜的过滤理论及污染机理

1.2.2 膜污染概念及成因

1.2.3 膜污染的种类

1.2.4 膜污染的影响因素

1.3 SMP和EPS的特性及与膜污染关系的研究进展

1.3.1 SMP特性的研究概况

1.3.2 EPS特性的研究概况

1.3.3 SMP和EPS对膜污染影响的研究进展

1.4 研究的目的意义与研究内容

1.4.1 研究目的和意义

1.4.2 主要研究内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验装置

2.2. 活性污泥的培养

2.3 SMP和EPS的测定

2.3.1 SMP和EPS的提取

2.3.2 SMP和EPS含量的测定

2.4 仪器分析

2.4.1 扫描电镜分析

2.4.2 红外分析

2.4.3 凝胶色谱分析

2.4.4 三维荧光光谱分析

第3章 蠕虫作用对SMP和EPS的浓度组成及膜污染的影响

3.1 MBR膜污染趋势分析

3.2 耦合系统中SMP浓度及组成的变化分析

3.2.1 蠕虫作用对SMP浓度的影响

3.2.2 蠕虫作用对SMP组成的影响

3.2.3 MBR污泥上清液中SMP浓度变化的对比分析

3.2.4 MBR出水中SMP浓度变化的对比分析

3.3 耦合系统中EPS浓度及组成的变化分析

3.3.1 蠕虫作用对EPS浓度的影响

3.3.2 蠕虫作用对EPS组成的影响

3.3.3 MBR污泥混合液中EPS浓度变化的对比分析

3.4 SMP和EPS总量对膜污染影响的研究

3.5 本章小结

第4章 蠕虫作用对SMP和EPS特性影响机理的研究

4.1 耦合系统中SMP及EPS的分子量分布特性研究

4.1.1 蠕虫作用对SMP分子量分布的影响

4.1.2 蠕虫作用对EPS分子量分布的影响

4.2 耦合系统中SMP及EPS的红外光谱特性研究

4.2.1 蠕虫作用对SMP红外光谱特性的影响

4.2.2 蠕虫作用对EPS红外光谱特性的影响

4.2.3 蠕虫作用对膜污染物红外光谱特性的影响

4.3 耦合系统中SMP和EPS的三维荧光特性研究

4.3.1 蠕虫作用对SMP三维荧光特性的影响

4.3.2 MBR出水中SMP的三维荧光特性对比研究

4.3.3 MBR膜表面污染物中SMP的三维荧光特性对比研究

4.3.4 蠕虫作用对EPS三维荧光特性的影响

4.3.5 MBR膜表面污染物中EPS的三维荧光特性对比研究

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

《学位论文出版授权书》

致 谢