【摘要】： 微生物細(xì)胞與胞外多糖(Extra-cellular Polysaccharides,EPS)是膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)中膜生物污染層的重要組分,了解微生物及EPS的表面性質(zhì)、表征EPS的結(jié)構(gòu)并研究二者的膜污染機(jī)理及其協(xié)同效應(yīng),對(duì)解析膜生物污染生成的本質(zhì),進(jìn)而控制或緩解膜污染層的成長(zhǎng)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。本文以模擬生活污水為處理對(duì)象,從膜污染層篩選獲得四株優(yōu)勢(shì)微生物,以其中的K. oxytoca為模型菌株,開(kāi)展相關(guān)的膜生物污染研究。主要研究結(jié)果如下: (1)MBR對(duì)模擬生活污水具有良好的處理效果,系統(tǒng)COD及氨氮的處理效率均在90%以上。膜污染層篩選得到的四株優(yōu)勢(shì)微生物經(jīng)16SrDNA比對(duì)鑒定為:Klebsiella oxytoca、Micrococcus luteus、Rhodococcus erythropolis及Bacillus cereus。 (2)菌體與微濾膜的界面熱力學(xué)研究結(jié)果表明,K. oxytoca菌、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)微濾膜均展現(xiàn)出明顯的電子受體特征。PP膜具有相對(duì)較小的界面吸附自由能( G sws),其疏水性強(qiáng)于PVDF膜與K. oxytoca菌。由擴(kuò)展DLVO(XDLVO)理論計(jì)算得出的兩種膜-微生物系統(tǒng)的總界面能( U mXlDbLVO)均為負(fù)值,PP-K. oxytoca系統(tǒng)的U mXlDbLVO較負(fù),表明K. oxytoca菌與兩種微濾膜的吸附均可自發(fā)進(jìn)行,但更易吸附在PP膜表面。K. oxytoca菌的靜態(tài)吸附及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)也支持上述結(jié)果。 (3)K. oxytoca所產(chǎn)EPS為均質(zhì)單一多糖,平均分子量約為116018 Da,多糖在溶液中的粒徑分布介于185～294 nm之間,平均粒徑為260 nm。EPS的單糖組成研究表明,該多糖是由鼠李糖、巖藻糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖與葡萄糖七種單糖組成的雜多糖,單糖的摩爾比為:0.032968:0.041085:0.014653:0.005126:0.239307:0.098622:0.130377。另外,EPS的傅立葉紅外光譜出現(xiàn)3410.31 cm 1,2924.41 cm 1和1384.05 cm 1等多處多糖特征吸收峰。不同濃度EPS溶液的流變特征分析表明,該多糖呈現(xiàn)明顯的“剪切變稀”的假塑性流體特征。 (4)EPS溶液的膜過(guò)濾結(jié)果表明,該多糖對(duì)PVDF和PP微濾膜的污染程度隨EPS濃度的增加而增強(qiáng)。與PP膜相比,同等條件下EPS對(duì)PVDF膜表現(xiàn)出更高的污染能力。兩種微濾膜的EPS過(guò)濾過(guò)程并不由單一的過(guò)濾機(jī)制所控制,而是包含了由孔堵向沉積層過(guò)渡的綜合過(guò)濾過(guò)程。由于對(duì)PVDF膜具有較強(qiáng)的污染能力,同等條件下多糖在PVDF膜上形成沉積層的時(shí)間要早于PP膜。在過(guò)濾產(chǎn)生的阻力分配方面,兩種濾膜表現(xiàn)出相似的規(guī)律,均是孔堵阻力( R f)處于主導(dǎo)地位,沉積層阻力( R c)次之,濾膜自身阻力( R m)則最小。在相同濃度下,EPS在PVDF膜上產(chǎn)生的靜態(tài)吸附阻力也要高于PP膜。 (5)在固定EPS濃度條件下,K. oxytoca菌與EPS混合液對(duì)兩種濾膜的過(guò)濾通量隨著溶液中菌體數(shù)量的增加而變小�；旌弦簩�(duì)PVDF與PP兩種濾膜的影響也具有明顯的差異性,相同條件下,PP膜所受的膜污染更為嚴(yán)重。當(dāng)菌體濃度較低時(shí),混合液過(guò)濾初期以?xún)?nèi)部污染為主,然后再過(guò)渡到外部污染;而當(dāng)菌體濃度升高時(shí),則過(guò)濾之初便由外部污染所控制。另外,由于菌體濾層的阻隔作用,混合液的EPS透過(guò)率均低于單獨(dú)的EPS溶液。而增加混合液中EPS的濃度則加重了混合液的膜污染程度,且EPS的透過(guò)率并沒(méi)有隨著進(jìn)水濃度的提高而有所上升。
【圖文】：

能夠保證系統(tǒng)具有較高的處理能力。1-填料；2-膜組件；3-生物反應(yīng)器；4-抽吸泵圖1-1 三種型式的膜生物反應(yīng)器: (A)一體式；(B)復(fù)合式；(C)分置式Fig. 1-1 Three configurations membrane bioreactor: （A）submerged membrane bioreactor; (B) hybridmembrane bioreactor; (C) extemal membrane bioreactor1.3.2 膜生物反應(yīng)器的技術(shù)特點(diǎn)膜生物反應(yīng)器工藝相對(duì)于常規(guī)廢水生物處理工藝具有以下特點(diǎn)：(1) 出水水質(zhì)好用膜組件取代傳統(tǒng)生物處理的二沉池，可使生物反應(yīng)器內(nèi)獲得比活性污泥高出很多的生物濃度，極大地提高了生物降解能力。其分離效果比傳統(tǒng)的沉淀池要好，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用，實(shí)現(xiàn)了污水資源化。(2) 工藝參數(shù)易于控制ABC

2.2 材料與方法2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置試驗(yàn)采用中試規(guī)模膜生物反應(yīng)器裝置(圖2-1)，其中膜組件為天津膜天膜工程有限公司生產(chǎn)的聚偏氟乙烯中空纖維膜(PVDF)，，膜孔徑為0.22μm，內(nèi)徑為0.65 mm，外徑為1.0mm，膜面積為2 m2。主體反應(yīng)器為矩形有機(jī)玻璃容器組成，截面積為0.30 m×0.50 m×0.70m，有效容積為80 L
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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3 許堅(jiān),許振良;膜生物反應(yīng)器污水處理過(guò)程中膜生物污染的研究進(jìn)展[J];水處理技術(shù);2002年03期

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本文編號(hào)：2647343