移动床生物膜反应器(MBBR)—膜生物反应器(MBR)组合工艺研究

摘要

膜生物反应器(MBR)作为一种新型、高效的污水处理技术近几年来一直是世界各国的关注焦点。MBR工艺因为膜截留的作用，使得出水水质、有机物的去除效率得到进一步提高，并且污泥产量低，占地面积小。不过，膜分离法中膜容易受到污染，从而会降低膜的通量并缩短膜的使用寿命，使整个污水处理系统的运行费用增多，妨碍了膜生物反应器工艺进一步推广使用。
　　本研究通过构建MBBR-MBR与MBR小试装置，在相同的污泥龄(SRT)为80d，水力停留时间(HRT)为17h，进水NH4+-N浓度平均为30mg/L和进水COD浓度平均为350mg/L的条件下重点研究了MBBR-MBR组合工艺对MBR的运行效果、膜污染及微生物群落等方面的影响。
　　MBBR-MBR组合工艺与MBR对NH4+-N和COD均有良好的去除效果，两种工艺均可以去除99％以上的NH4+-N，对COD平均去除效率分别为97％和94％，这表明MBBR-MBR组合工艺对COD的去除效果更好一些。通过监测跨膜压的变化，发现MBR膜污染速率高于MBBR-MBR。MBBR-MBR组合工艺总阻力(R)大小与污泥混合液(ML)、溶解性微生物产物(SMP)以及悬浮固体(SS)的膜污染指数(MFI)均小于MBR中其大小。通过扫描电镜观察膜表面形态特征发现MBR膜表面粗糙度更高。各项研究结果均表明MBR较MBBR-MBR更易产生膜污染。
　　各反应器内胞外聚合物(EPS)与溶解性微生物产物(SMP)的各组分浓度均是MBR中略高，同样也说明MBR更易产生膜污染。各反应器EPS及SMP表观分子量分布呈现相同的趋势，EPS表观分子量分布较广泛，而SMP的分子量分布呈单峰特征，主要是分子量小于1KDa的物质，约占50％～80％。MBR内小分子量物质所占比例最大，这同样也解释了MBR膜污染较快的原因。
　　三维荧光光谱分析结果表明在3个反应器T-EPS中五类荧光物质主要以芳香蛋白类物质Ⅰ、芳香蛋白类物质Ⅱ以及溶解性微生物代谢产物为主，腐殖酸类物质与富里酸类物质只占一少部分。在SMP中五类荧光物质主要以芳香蛋白类物质Ⅱ以及溶解性微生物代谢产物为主，腐殖酸类物质含量最少。傅里叶红外光谱图显示，3个反应器的T-EPS与SMP的出峰位置基本完全一致，说明MBBR-MBR所含化学键或官能团与MBR差别不大。经分析得到反应器内SMP中含有蛋白质、多糖、芳香族物质以及腐殖质等物质。T-EPS的傅里叶红外谱显示，除了含SMP中所含物质外还可能含有羧酸类物质和一些有机磷化合物。
　　PCR-DGGE结果分析表明，各反应器内总细菌随时间均有相同的变化特征，并且均有不同种属的微生物随反应器运行出现或消失。MBBR-MBR种群多样性高于MBR，并且MBBR-MBR运行稳定，有较好的抗冲击负荷能力。16S rDNA克隆文库结果显示，各反应器内存在相同的总细菌种属且其优势菌均为Proteobacteria，试验认为虽然在克隆文库构建中反应器内许多微生物并不相同，但在不同反应器中均有一些在废水处理中起着重要作用的微生物类群。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 MBBR-MBR组合工艺概况

1．3 MBR膜污染研究进展

1．4 三维荧光光谱技术

1．5 现代微生物分子生态学研究技术

1．6 研究内容与技术路线

2 试验材料及方法

2．1 反应器构建

2．2 常规理化参数分析方法

2．3 EPS及SMP分析

2．4 膜污染试验

2．5 微生物分子生态学研究方法

3 MBBR-MBR组合工艺对膜污染的影响

3．1 组合工艺对污染物处理效果影响

3．2 组合工艺对膜通量的影响

3．3 组合工艺对EPS、SMP的影响

3．3 膜污染情况分析

3．4 本章小结

4 反应器内微生物种群演替

4．1 DNA提取和PCR结果

4．2 MBBR-MBR中微生物种群演替

4．3 MBR中微生物种群演替

4．4 组合工艺对MBR微生物种群演替影响

4．5 本章小结

5 反应器内微生物种群结构

5．1 MBBR-MBR中总细菌16S rDNA克隆文库

5．2 MBR中总细菌16S rDNA克隆文库

5．3 组合工艺对MBR总细菌16S rDNA克隆文库影响

5．4 本章小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 论文创新点

6．3 建议

参考文献

致谢