MBR中微生物聚合物与膜污染关系研究

摘要

膜生物反应器(MBR)具有许多优点，但膜污染一直是其广泛应用的一个主要障碍。据报道，活性污泥的胞外聚合物(EPS)是一种重要的膜污染因素。但多数研究集中于EPS的数量对膜污染的影响。分析污泥组成和膜污染的关系，对于深入探究膜污染的机理很有必要。因此，本文考察了在浸没式MBR的长期运行中，曝气量和进水组成这两个参数对污泥混合液中及膜表面上的微生物聚合物的数量和组成的影响，对污泥有关特性的影响，以及对膜污染的影响。其中微生物聚合物包括溶解态EPS、结合态EPS和污泥絮体中的总多聚物；其数量用所含的蛋白质和多糖的数量之和表示，组成用蛋白质和多糖的数量之比表示，简称为p/c。 在第3章中，考察了曝气量对MBR中微生物聚合物的数量和组成以及对膜污染的影响。3个MBR在8L/(m2.h)的恒定膜通量下，并列运行了170d。3个MBR的曝气量分别为120、80和40L/h，并保持其它参数相同。1.曝气量对MBR的处理效果具有重要影响。曝气量增加时，上清液的COD增加，膜出水的COD减小。而上清液和膜出水的NH3-N浓度均随着曝气量的增加而减小。2.曝气量对污泥混合液中的溶解态EPS、结合态EPS和絮体总多聚物(絮体总多聚物指的是结合态EPS与微生物细胞内的聚合物之和)的数量和组成具有重要影响。3.膜上附着的微生物聚合物的组成取决于污泥混和液中的相应组成和膜表面的疏水性二者的复合影响。4.随着操作周期数的增加，膜表面的疏水性和膜的不可逆污染阻力都在逐渐增加；同时，膜上附着的微生物聚合物的p/c总体上也随着操作周期数的增加而增加。结果表明，膜表面的疏水性与膜对蛋白质的选择性吸附之间，存在着相互促进的关系；这两者之间的相互促进，同时也导致了膜的不可逆污染阻力随时间的逐渐累积。5.曝气量对膜污染速率具有重要影响。在170d的操作过程中，3个MBR的操作周期数分别为3、5和8，随曝气量的减小而增大。6.每一操作周期末的膜过滤压差TMP和膜表面的絮体总多聚合物的p/c×Vf(Vf定义为每一周期末单位膜面积上的VSS的质量，g/m2)呈正相关(相关系数r=0.78，显著水平P＜0.05)。7.曝气对膜表面的污泥的数量和组成(即p/c)的综合影响为增大曝气量可以减小膜污染这一现象提供了新的解释。 研究结果表明，底物组成相同，而曝气量不同时，膜污染速率不同，而膜污染的程度又受到膜表面污泥的数量与组成的影响。如果底物的组成不同，将同样会影响到膜表面污泥的数量和组成。因此，文中设计了3组实验，分别研究进水组成中不同的COD：N：P比例时的膜污染状况。 在第4章中，考察了进水组成对微生物聚合物的数量和组成以及对膜污染的影响。3个MBR在8L/(m2.h)的恒定膜通量下，并列运行了90d。3个MBR的进水组成分别为进水组成正常、进水限氮和进水限磷，并保持其它参数相同。1.进水组成对MBR的处理效果具有重要影响。进水正常或进水限磷时，COD的平均去除率都在97％以上；而限氮时的平均去除率只有88％左右。2.进水组成对污泥混合液中的微生物聚合物的数量和组成具有重要影响。其中，进水限氮的影响较大。进水限氮时，溶解态EPS中的多糖数量较高，而蛋白质含量却较低，则其p/c就较低，时均值只有0.46；而进水正常和进水限磷时，溶解态EPS中的p/c时均值分别高达0.64和1.27。结合态EPS和絮体总多聚物的情况与此相似。3.在不同进水组成条件下，膜上附着的溶解态EPS、结合态EPS和絮体中总多聚物的p/c总体上随着操作周期数的增加而增大。4.进水中限氮或限磷均会加重膜的污染，尤以限氮时更为严重。进水限氮时，微生物聚合物的p/c较低，膜污染却最快，这表明在此条件下，有其它因素(实验结果表明是丝状菌以及污泥与膜之间的疏水相互作用)对膜污染起了主要影响作用。5.进水组成对MBR中的微生物种类具有重要影响。3个MBR的污泥中的丝状菌的相对数量的大小顺序为：进水限氮＞进水限磷＞进水正常。6.进水组成对污泥絮体的相对疏水性和膜表面的疏水性具有重要影响。污泥絮体的相对疏水性和膜表面的疏水性的大小顺序均为：进水限氮＞进水限磷＞进水正常。7.进水中限氮或限磷时，污泥与膜之间的疏水相互作用增强，加速了污染物在膜表面的沉积和/或吸附。系统中缺氮或缺磷时，污泥中丝状菌的相对数量增加。丝状菌通过压紧、固定等作用，也加速了膜的污染。

目录

文摘

英文文摘

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1 MBR及膜污染机理研究进展

2实验装置和实验方法

3曝气量对MBR中微生物聚合物的数量和组成以及对膜污染的影响

4进水组成对MBR中微生物聚合物的数量和组成及对膜污染的影响

结 论

本论文的创新点

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致 谢