SMP形成与降解机制分析及其对MBR膜过滤的影响

以膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)中活性污泥为研究对象,考察了溶解性微生物代谢产物(soluble microbial product,SMP)的形成及降解机制,并探讨了SMP对膜过滤的影响。实验结果表明,在基质存在时反应器内的SMP主要以基质利用相关型产物(utilization associated products,UAP)为主;当基质耗尽后,生物生长相关型产物(biomass associated product,BAP)浓度增加;内源呼吸过程中BAP的产出主要来源于松散胞外聚合物(loosely bound EPS,LB)的水解;通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测表明,UAP主要由多聚糖和蛋白质组成,而BAP主要是多聚糖和腐殖酸;与UAP相比,膜对BAP截留效果较好,最佳的水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)时MBR出水同时包含UAP及BAP,BAP浓度与膜过滤阻力呈显著正相关。

贫营养条件下EPS、SMP和微生物多样性的研究

为了考察活性污泥在营养缺乏的条件下,胞外聚合物(EPS)、溶解性微生物产物(SMP)和微生物种群结构自身的变化情况,为优化MBR系统运行、延缓膜污染等提供理论依据,对天津大学游泳馆MBR中的污泥混合液进行贫营养实验,测定了污泥混合液中EPS和SMP的含量,通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术和克隆测序技术对微生物多样性进行分析,根据序列数据进行同源性分析并构建系统进化树.实验初期,EPS和SMP的浓度由15.04 mg/g和0 mg/g分别上升到17.99 mg/g和3.29 mg/g.随着实验的进行,EPS有很大的降低,最终只有2.40 mg/g;SMP则一直在3.5 mg/g左右变化.实验表明,EPS和SMP对外界环境变化具有一定的缓冲作用,并且在营养缺乏的条件下微生物能够以降解EPS和SMP来维持自身生命活动.由于对EPS和SMP的利用,污泥的Shannon多样性指数由最初的0.81上升到最高时的1.09,随后开始降低,并最终稳定在0.95.克隆测序的结果表明,污泥中微生物的种类比较丰富,并且优势菌种大部分为未经培养菌种.部分菌种能够通过产生蛋白质和多糖水解酶来实现对EPS和SMP的降解,主要属于拟杆菌(Bacteroidetes)、黄杆菌(Flavobacterium)、腐螺旋菌(Saprospiraceae)和厚壁门菌(Firmicutes)等.

脉冲曝气条件下EPS和SMP的产出规律研究

研究了脉冲曝气方式(曝气5 min/停曝10 min)对活性污泥胞外聚合物(EPS)和出水溶解性微生物产物(SMP)的影响。结果表明:与连续曝气相比,脉冲曝气减少了EPS和SMP的产出,且EPS和SMP含量变化整体呈正相关。脉冲曝气下EPS在较高泥龄(SRT)下的含量高于较低SRT时的,占EPS组成大部分的TB-EPS含量随着SRT的延长而增加,LB-EPS含量则变化较小;SMP受SRT变化影响不大,但由于低SRT时蛋白质容易富集,所以较高SRT时出水SMP的含量略低于较低SRT时的。

生物炭对活性污泥中SMP和EPS的组成及脱氮除磷的影响

采用SBR工艺,研究不同生物质原料制成的生物炭粉末对活性污泥中的溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的组成[蛋白质(PN)、多糖(PS)]及其含量的影响;分析活性污泥MLVSS/MLSS的变化以及污水氮、磷的含量。结果表明:添加的生物炭起到连接污泥絮体的作用,菌胶团尺寸增大,污泥中微生物量明显增多。添加生物炭的活性污泥溶解性微生物产物(SMP)中蛋白质的含量减少了62.3%~76.6%。胞外聚合物(EPS)中蛋白质的含量增加了17.8%~32.8%,含有更多的氨基酸或蛋白质中的色氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸。猪粪生物炭(PMB)对活性污泥影响最大,污泥EPS的冻干物中含有更多的芳香族化合物及核酸类物质。添加生物炭后,活性污泥对氮的转化效率提高,氨氮更快地转化为亚硝态氮并使其达到较高的浓度,并且对磷也有更好的去除效果。

一体式膜生物反应器深度处理垃圾渗滤液的适用性研究

采用自制一体式膜生物反应器(MBR)深度处理垃圾渗滤液(COD 800-1300 mg•L^(-1)、氨氮40-80 mg•L^(-1)),考察了MBR启动及优化条件下连续运行状况。结果表明,启动11 d后COD、氨氮去除率分别达到63.65%、81.78%;在HRT为24 h、DO为3-4 mg•L^(-1)的最优条件下运行28 d,COD、氨氮去除率分别达到80%以上、90%以上,但跨膜压差从20.3 kPa增至46.8 kPa,表明膜污染产生且逐渐加剧;傅立叶变换红外光谱分析表明,膜面污染物与污泥的有机官能团相似;荧光光谱分析表明,膜面污染物主要为多糖类、类色氨酸蛋白质、类富里酸和类腐殖酸;对比分析MBR稳定运行15 d和28 d时的胞外聚合物和溶解性微生物产物的特征荧光峰,发现膜面污染物的特征荧光峰与胞外聚合物、溶解性微生物产物的荧光峰相似,且与胞外聚合物的相似性更高,说明胞外聚合物为膜污染的主要来源,溶解性微生物产物为膜污染的次要来源,因此MBR长期稳定运行需重点关注胞外聚合物的控制。

纯氧曝气活性污泥的EPS和SMP的规律研究

研究了两种典型负荷下(低负荷:F/M为0.05 kg/kg(以每kg污泥中有机物的质量计,下同),高负荷:F/M为0.25 kg/kg)纯氧曝气序批式活性污泥法处理废水时活性污泥胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的变化情况,结果表明:控制曝气量为15 L/h,当F/M为0.05 kg/kg时,纯氧曝气使得出水SMP低于空气曝气。与空气曝气相比,纯氧曝气可减少EPS的产生。SMP随着EPS含量的增加而增加,两者呈显著的正相关(r=0.947)。

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器（MBR）膜污染的影响。2套MBR采用恒流出水模式连续运行60d,曝气强度分别为500及100L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性。实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物（SMP）分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物（EPS）含量进行了测定。结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率。进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量〉10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性。过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1-10μm细小颗粒和EPS含量的增加。

曝气方式对一体式膜生物反应器运行特性的影响

采用两个结构相同的一体式膜生物反应器处理生活污水,考察了不同曝气方式对运行效果的影响。结果表明,采用连续高强度曝气方式运行的MBR与采用间歇高强度曝气方式运行的MBR在对COD、氨氮和TN的去除效果方面相差不大;但间歇高强度的曝气方式减少了混合液中胞外聚合物(EPS)的释放和溶解性微生物产物(SMP)的溶出,有效缓解了膜污染,其单位产水能耗约为前者的60%。

臭氧-活性炭技术对膜生物反应器膜污染减缓研究

本研究目的是探讨臭氧-活性炭技术对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)膜污染减缓的影响。通过短期批式实验表明,粉末活性炭(power activated carbon,PAC)可强化臭氧的氧化效果,臭氧投加量超过0.25mg/(gSS)将恶化污泥混合液可滤性;对滤出液残余臭氧浓度检测表明,PAC的加入有利于维持本体溶液臭氧浓度。臭氧-活性炭技术引入MBR系统有助于膜污染的减缓,反应器内微生物活性受到一定的抑制作用,但对MBR出水水质影响较小;臭氧-活性炭减小了反应器内溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)中的蛋白质及多聚糖含量,显著降低了污泥絮体中松散的胞外聚合物(loosely bound EPS,LB)及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白质浓度,以上结果表明应用臭氧-活性炭技术来延缓MBR膜污染是可行的。

膜生物反应器膜污染影响因素的分析

膜污染问题限制了膜生物反应器(MBR)在污水处理领域的广泛应用,其机理尚未完全清楚,综合分析了近年来关于膜污染机理及模型表征、影响因素的研究成果,通过模拟实验发现胞外聚合物(EPS),溶解性微生物产物(SMP)在膜污染中发挥了重要作用.

贫营养条件下膜生物反应器污泥混合液可滤性分析

采用膜生物反应器(MBR)运行16d,未向反应器内活性污泥投加营养物质,对溶解性微生物代谢产物(SMP)、污泥颗粒粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、SMP相对分子量分布(MWDs)进行了定期监测.修正的污染指数(MFI)用来考察与SMP和EPS相关的污泥混合液可滤性.结果表明,MFI值由1.8×104迅速增加到7.3×104s/L2,说明长时间的内源代谢过程对MBR内污泥混合液可滤性有负面的影响.污泥混合液上清液中SMP相对分子量>10kDa的大分子有机物和污泥絮体中1～10μm细小颗粒的增加,将严重恶化污泥混合液的可滤性.

三氯化铁混凝作用提高膜生物反应器混合液可滤性

探讨了投加三氯化铁对膜生物反应器(MBR)膜污染减缓的影响,比较了复合式膜生物反应器(HMBR)和传统膜生物反应器(CMBR)污泥混合液的可滤性.结果表明:当Fe(Ⅲ)的投加量为1.2 mmol/L时,能最大程度地提高污泥混合液的可滤性;稳定阶段的HMBR膜污染速率大约是CMBR的40%;Fe(Ⅲ)强化去除了上清液中分子质量(MW)>10 kDa的溶解性微生物产物(SMP);上清液中大分子有机物的去除有助于提高污泥混合液的可滤性.污泥絮体中胞外聚合物(EPS)的元素分析表明,Fe(Ⅲ)与EPS中的负电官能团相互结合,增大了污泥颗粒.

微生物代谢产物对膜生物反应器膜污染的影响

针对膜生物反应器(MBR)在运行过程中溶解性微生物代谢产物(SMP)及胞外聚合物(EPS)对膜污染进行研究。实验过程中对MBR内的污泥混合液进行了定期膜阻力监测。结果表明,SMP和EPS对膜过滤阻力有负面的影响。SMP中相对分子质量分布(Mw)在3～10kDa对膜内部阻力影响显著,SMP中Mw>10kDa的大分子有机物及EPS浓度对膜外部阻力影响明显。通过傅里叶转换红外光谱(FTIR)检测膜表面污染物表明,EPS主要由多聚糖、蛋白质和腐殖酸组成,而污染层中的SMP主要是多聚糖和腐殖酸。

不同曝气强度下MBR污泥混合液可滤性分析

研究了曝气强度对膜-生物反应器(MBRs)污泥混合液的可滤性的影响.2套MBRs采用曝气强度分别为500L/h及100 L/h恒流出水模式连续运行60 d,应用污泥混合液过滤装置测定污泥混合液的可滤性.结果表明:过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加膜污染速率;曝气强度的增加将导致污泥混合液上清液中相对分子质量大于10 000的溶解性微生物代谢产物(SMP)浓度增加,此部分大分子有机物浓度的增加恶化了污泥混合液的可滤性;曝气强度大于500 L/d也将导致污泥絮体中1～10μm细小颗粒和胞外聚合物(EPS)含量的增加.

胞外聚合物与溶解性微生物产物的关系

通过活性污泥内源呼吸试验,发现胞外聚合物与溶解性微生物产物之间存在相互转化、吸附与被吸附的关系。内源呼吸初期（0-19h）,bound EPS水解生成BAP,细胞自溶过程也释放部分SMP。19-43h,微生物利用SMP中易降解部分生成bound EPS和UAP,大分子量的SMP被bound EPS吸附,并存在一定程度的细胞水解。43-162h为SMP分泌、溶出阶段,内源呼吸加强,微生物脱氢酶活性几乎丧失,细胞水解、自溶。bound EPS表面出现SMP解吸-吸附的交替过程。162-210h期间bound EPS水解及细胞自溶为主要过程。并且产出的SMP可生物降解性较差,对微生物表现出毒性作用,抑制其脱氢酶活性,而在毒性环境下,微生物又产出更多的SMP。

膜生物反应器的研究进展

近年来,随着膜生产成本的逐渐降低以及污水排放标准的逐步提高,更由于因缺水而引起的对城市污水回用需求的快速增长,膜生物反应器(MBR)在世界范围内引起了更为广泛的关注。为了促进MBR在国内的研究及应用,文章对MBR的主要类型和工艺特点进行了简要介绍,并对其研究进展状况进行了较为细致的分析,主要分析内容有:研究者的地理分布,期刊论文的数量,主要研究内容,使用最多的工艺类型,最新研究热点。

无排泥条件下膜生物反应器污泥混合液可滤性分析

膜生物反应器(MBR)在无排泥条件下运行100 d,定期对溶解性微生物产物(SMP)、SMP分子量分布、胞外聚合物(EPS)中的蛋白质和多糖进行监测,应用修正的污染指数(MFI)考察污泥混合液可滤性的变化。实验表明:长时间无排泥运行模式下将导致污泥混合液可滤性的恶化;污泥混合液上清液中分子量(Mw)大于10 kDa的SMP浓度对污泥混合液的可滤性产生强烈的负面影响;污泥浓度(MLSS)与混合液可滤性之间关系复杂,MLSS对污泥可滤性的影响存在一个临界值;EPS中的蛋白质60 d后发现可被微生物迅速降解,多糖类物质对污泥混合液可滤性有较强的负面影响。

铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响

以处理模拟生活污水的平板膜-生物反应器为依托,将进水铁离子质量浓度分别调配成6 mg/L、18 mg/L、40 mg/L,考察三价铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响。结果表明,投加铁离子对平板膜-生物反应器的出水水质影响不大。随着铁离子投加质量浓度的增加,跨膜压差(TMP)增长趋势变小,膜污染得到缓解,其中铁离子投加质量浓度为40 mg/L时,膜污染控制效果最好。铁离子的投加强化了生物絮凝作用,造成污泥质量浓度的上升,溶解性微生物产物(SMP)和松散型胞外聚合物(LB-EPS)质量比的下降。从膜阻力分析可以看出,投加铁离子主要是降低SMP和LB-EPS等凝胶层污染物引起的外部阻力。

污水生物处理中微生物次级代谢产物的研究进展

就污水生物处理过程中微生物次级代谢产物的生成特性及其影响的研究进行了综述。溶解性微生物产物和胞外聚合物是污水生物处理工艺过程中微生物次级代谢的主要产物,其相对分子质量分布、生物可降解性、螯合性、毒性等能说明生物处理系统的整体运行状况;而进水浓度、SRT、HRT、OLR(有机负荷率)等系统运行参数也影响微生物次级代谢产物的生成与性质。目前,有关污水生物处理中微生物次级代谢产物的研究还很不完善,很多问题有待进一步研究。

投加助滤剂对高盐度冲击下MBR运行及膜污染影响

以膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)受高盐度废水冲击前后的活性污泥为研究对象,考察了助滤剂(硅藻土)投加对于MBR污染物去除及膜污染减缓的影响。实验结果表明投加硅藻土对高盐废水冲击后的MBR性能恢复效果显著。与对照反应器相比,投加60 mg·L-1硅藻土可提高系统对传统污染物的去除效率,COD、NH+4-N及TP去除效率分别提高了4.9%、3.2%及74.5%;高盐度废水冲击显著增加了对照反应器的膜污染速率,其膜污染速率是投加硅藻土MBR的4倍。硅藻土具有的吸附性能及絮凝能力显著降低了MBR本体溶液中的溶解性微生物代谢产物含量,减小了膜污染速率。进一步研究发现,投加硅藻土增加了平均絮体粒径(mean particles sizes,dp)及相对疏水性(related hydrophobic,RH),有利于减缓膜污染。