MBR中微生物聚合物与膜污染关系研究

论文摘要

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，本论文分别考察了在浸没式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以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。主要实验结果及结论如下所述。（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。 ① 对于同一曝气量不同时间的情况，结果表明：溶解态EPS随时间的延长先积累、后降解；结合态EPS和絮体中总多聚物的数量随时间的变化幅度都较小。而微生物聚合物的p／c较为稳定，总体上随时间的延长略有下降。 ② 对于同一时间不同曝气量的情况，结果表明：总体上看，随着曝气量的增加，溶解态EPS的数量增大而其p／c却减小；但是，对于结合态EPS和絮体中总多聚物来说，其数量以及p／c总体上都随着曝气量的增加而减小。（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。

论文目录

摘要

Abstract

1 MBR及膜污染机理研究进展

1.1 引言

1.2 膜与膜分离技术

1.2.1 膜的定义与分类

1.2.2 膜分离技术特点

1.3 膜组件

1.4 膜生物反应器处理工艺

1.4.1 膜生物反应器（MBR）

1.4.2 MBR的分类与特点

1.4.3 MBR的发展概述与展望

1.5 MBR对生活污水和工业废水的处理效果

1.5.1 MBR对生活污水的处理效果

1.5.2 MBR对工业废水的处理效果

1.6 MBR中的膜污染问题

1.6.1 MBR中的膜污染现象

1.6.2 MBR中的膜污染现象的表征

1.6.3 膜污染过程的数学模型

1.6.4 膜污染的影响因素与控制方法

1.6.5 膜清洗方法

1.7 本论文的主要研究内容及目的

2 实验装置和实验方法

2.1 实验装置

2.2 实验方法

2.2.1 混合液中溶解态 EPS、结合态 EPS和污泥絮体总多聚物的测定

2.2.2 膜表面上溶解态 EPS、结合态 EPS和污泥絮体总多聚物的测定

2.2.3 污泥混合液中与膜表面上各种微生物聚合物相互之间的关系

2.2.4 蛋白质和多糖的测定

2.2.5 膜纤维的疏水性（动态接触角）的测定

2.2.6 污泥絮体的相对疏水性的测定

2.2.7 污泥中丝状菌相对数量的测定

2.2.8 膜表面微观状态的分析

2.2.9 污泥粒度分布的测定

2.2.10 其它相关参数的分析测定

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

3.1 实验条件

3.2 曝气量对 MBR处理效果的影响

3.2.1 曝气量对氧传递速率（OTR）的影响

3.2.2 曝气量对微生物活性和对 COD去除的影响

3-N去除的影响'>3.2.3 曝气量对 NH₃-N去除的影响

3.3 曝气量对 MBR中微生物聚合物的数量和组成的影响

3.3.1 曝气量对污泥浓度的影响

3.3.2 混合液中的溶解态 EPS

3.3.3 混合液中的结合态 EPS

3.3.4 混合液中的絮体总多聚物

3.4 曝气量对 MBR中膜污染的影响

3.4.1 膜污染和操作周期

3.4.2 膜表面的微生物聚合物的p/c与污泥混合液中的相应p/c的对比

3.4.3 膜表面附着的微生物聚合物的数量和组成与膜污染

3.4.4 曝气量对膜污染的影响的新的解释

3.5 本章小结

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

4.1 实验条件

4.2 进水组成对 MBR出水水质的影响

4.3 进水组成对 MBR中微生物聚合物的数量和组成的影响

4.3.1 进水组成对污泥浓度的影响

4.3.2 混合液中的溶解态 EPS

4.3.3 混合液中的结合态 EPS

4.3.4 混合液中的絮体总多聚物

4.4 进水组成对 MBR中膜污染的影响

4.4.1 膜污染和操作周期

4.4.2 膜表面的微生物聚合物的p/c与污泥混合液中的相应 p/c的对比

4.4.3 膜表面附着的微生物聚合物的数量和组成与膜污染

4.4.4 进水组成对污泥中丝状菌相对数量的影响

4.4.5 进水组成对膜表面微观形态的影响

4.4.6 进水组成对污泥絮体的相对疏水性和膜表面的疏水性的影响

4.4.7 进水组成对膜污染的影响的解释

4.5 本章小结

结论

本论文的创新点

参考文献

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致谢

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