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MBR+蠕虫床耦合系统内SMP及EPS特性的研究

作　者: 延崇建
导　师: 田禹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 膜污染污泥回流耦合系统胞外聚合物溶解性微生物产物
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-26
  1.1 膜生物反应器研究概况  11-14
    1.1.1 膜生物反应器简介  11
    1.1.2 膜生物反应器的分类与特点  11-13
    1.1.3 膜生物反应器的应用现状与发展  13-14
  1.2 应用于膜生物反应器的膜与膜污染  14-19
    1.2.1 膜的过滤理论及污染机理  14-16
    1.2.2 膜污染概念及成因  16-17
    1.2.3 膜污染的种类  17-18
    1.2.4 膜污染的影响因素  18-19
  1.3 SMP 和EPS 的特性及与膜污染关系的研究进展  19-24
    1.3.1 SMP 特性的研究概况  19-21
    1.3.2 EPS 特性的研究概况  21-23
    1.3.3 SMP 和EPS 对膜污染影响的研究进展  23-24
  1.4 研究的目的意义与研究内容  24-26
    1.4.1 研究的目的和意义  24-25
    1.4.2 主要研究内容  25-26
第2章实验材料和方法  26-30
  2.1 实验装置  26-27
  2.2 活性污泥的培养  27-28
  2.3 SMP 和EPS 的测定  28-29
    2.3.1 SMP 和EPS 的提取  28
    2.3.2 SMP 和EPS 含量的测定  28-29
  2.4 仪器分析  29-30
    2.4.1 扫描电镜分析  29
    2.4.2 红外分析  29
    2.4.3 凝胶色谱分析  29
    2.4.4 三维荧光光谱分析  29-30
第3章蠕虫作用对SMP 和EPS 的浓度组成及膜污染的影响  30-43
  3.1 MBR 膜污染趋势分析  30-32
  3.2 耦合系统中SMP 浓度及组成的变化分析  32-37
    3.2.1 蠕虫作用对SMP 浓度的影响  33-34
    3.2.2 蠕虫作用对SMP 组成的影响  34-35
    3.2.3 MBR 污泥上清液中SMP 浓度变化的对比分析  35-36
    3.2.4 MBR 出水中SMP 浓度变化的对比分析  36-37
  3.3 耦合系统中EPS 浓度及组成的变化分析  37-40
    3.3.1 蠕虫作用对EPS 浓度的影响  37-38
    3.3.2 蠕虫作用对EPS 组成的影响  38-39
    3.3.3 MBR 污泥混合液中EPS 浓度变化的对比分析  39-40
  3.4 SMP 和EPS 总量对膜污染影响的研究  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章蠕虫作用对SMP 和EPS 特性影响机理的研究  43-65
  4.1 耦合系统中SMP 及EPS 的分子量分布特性研究  43-46
    4.1.1 蠕虫作用对SMP 分子量分布的影响  43-45
    4.1.2 蠕虫作用对EPS 分子量分布的影响  45-46
  4.2 耦合系统中SMP 及EPS 的红外光谱特性研究  46-48
    4.2.1 蠕虫作用对SMP 红外光谱特性的影响  46-47
    4.2.2 蠕虫作用对EPS 红外光谱特性的影响  47
    4.2.3 蠕虫作用对膜污染物红外光谱特性的影响  47-48
  4.3 耦合系统中SMP 和EPS 的三维荧光特性研究  48-63
    4.3.1 蠕虫作用对SMP 三维荧光特性的影响  50-53
    4.3.2 MBR 出水中SMP 的三维荧光特性对比研究  53-56
    4.3.3 MBR 膜表面污染物中SMP 的三维荧光特性对比研究  56-59
    4.3.4 蠕虫作用对EPS 三维荧光特性的影响  59-61
    4.3.5 MBR 膜表面污染物中EPS 的三维荧光特性对比研究  61-63
  4.4 本章小结  63-65
结论  65-67
参考文献  67-75
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果  75-78
致谢  78

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